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Fehler auf Leiterplatten entdecken Die 3-D-Röntgeninspektion erkennt Fehler schneller

Autor / Redakteur: Steven Tiller * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Bei medizinischen Geräten spielen besondere Sicherheitsaspekte eine entscheidende Rolle. Deshalb hat sich ein Gerätehersteller für medizinische Geräte für ein 3-D-Röntgensystem entschieden.

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Röntgeninspektionssystem: Bei verdeckten Anschlüssen oder mehrlagigen Bauteilen bietet sich die 3-D-Inspektion an. Gerade im Umfeld sicherheitskritischer Anwendungen wie der Medizin vertrauen Hersteller auf diese Form der Inspektion.
Röntgeninspektionssystem: Bei verdeckten Anschlüssen oder mehrlagigen Bauteilen bietet sich die 3-D-Inspektion an. Gerade im Umfeld sicherheitskritischer Anwendungen wie der Medizin vertrauen Hersteller auf diese Form der Inspektion.
(Göpel electronic)

Der Trend zunehmenden Einsatzes von Bauelementen mit verdeckten Anschlüssen wie BGA- oder QFN-Bauformen hält an. Aus diesem Grund ist der Einsatz von Röntgeninspektionssystemen als Ergänzung zu optischen oder elektrischen Tests inzwischen unabdingbar geworden. Besonders bei sicherheitskritischen Anwendungen ist eine genaue Qualitätsbeurteilung von Lötverbindungen entscheidend. Die Firma LRE Medical GmbH mit deutschen Niederlassungen in München und Nördlingen setzt daher in ihrer medizintechnischen Produktion auf Röntgeninspektionssysteme von Göpel electronic.

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Mit 3-D-Röntgensystemen Fehler frühzeitig erkennen

Das Fertigungsspektrum von LRE umfasst 40 verschiedene Baugruppen von Kleinserien bis zu 5000 Platinen pro Los. Die Komplexität der Einzelschaltungen reicht von ungefähr 20 bis 800 Bauelementen je Einzelschaltung. Es werden Bauformen der Größen 0201 bis 1812 sowie Halbleiter in jeder Bauform verarbeitet. Trotz verschiedenster Leiterplattentypen, wie starr und starrflex oder Dicken zwischen 0,6 mm bis 1,5 mm, muss eine gleichbleibende Bestück- und Lötqualität sichergestellt werden. Die Platinen werden zum großen Teil doppelseitig bestückt.

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Was 3-D-Röntgeninspektion bietet

Baugruppen oder einzelne Bauteile lassen sich aus verschiedenen Winkeln durchstrahlen. Aus den gewonnenen Bildern entstehen Projektionen, um die Rekonstruktion einzelner Schichten zu ermöglichen. Somit ist es möglich, doppelseitig bestückte Baugruppen zu prüfen. Auch die Rekonstruktion beliebiger Schichten ist möglich. Und dank der einheitlichen Bibliothek lassen sich Prüfprogramme schnell erstellen. Das Herzstück des X-Line 3-D-Röntgensystems ist ein von Göpel entwickeltes und hochsensitives Detektormodul, um Bildaufnahmen aus verschiedenen Richtungen simultan zu erfassen. Der Röntgendetektor arbeitet auf Basis eines Röntgenbildverstärkers und erfasst Bilder aus neun verschiedenen Richtungen bei einem Grauwertumfang von 12 Bit und einer Objektauflösung von 40 Gigapixel pro Sekunde.

Warum hat sich LRE für den Einsatz eines 3-D-Röntgensystems als weiteres Element in der Kette der Qualitätssicherung entschieden? Bisher konnte die Qualität durch den Einsatz optischer sowie elektrischer Inspektionstechniken sichergestellt werden. Hinzu kommt, dass Kunden zunehmend eine umfassendere Qualität fordern. Der Einsatz der 3-D-Röntgeninspektion ist maßgeblich dafür verantwortlich, Fehler frühzeitig zu erkennen und hohe Kosten durch mangelhafte Baugruppen zu vermeiden.

Die Röntgentechnologie entspricht dem Stand der Technik, insbesondere für Bauteile mit verdeckten Lötstellen wie BGA und QFN. Auch im Hinblick auf die immer enger und kleiner werdenden Schaltstrukturen bietet die Röntgeninspektion klare Vorteile gegenüber anderen Prüfverfahren.

Bemerkenswert ist zudem, dass die Technik schneller als die bisherigen Inspektionsmethoden ist. Gerade im Hinblick auf die Taktzeiten von wenigen Sekunden bis maximal 3,5 Minuten ist eine wesentlich schnellere und zeitnähere Aussage über die Qualität des Fertigungsprozesses möglich. Des Weiteren trägt die Medizintechnik im Umgang mit Menschenleben eine hohe Verantwortung und muss dadurch besondere Sicherheitsaspekte erfüllen. Die Röntgenprüfung ist dabei flexibler einsetzbar im Vergleich zu ICT und Funktionstest, gerade in Bezug auf Layoutänderungen.

Nicht außer Acht gelassen werden darf der Verlust des Namens und der Reputation am Markt, sollten fehlerhafte Platinen und Systeme ausgeliefert werden. Der damit einhergehenden Beweispflicht kann durch den Einsatz des Röntgeninspektionssystems ebenso Rechnung getragen werden.

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Sie setzen die Inspektion ein

Die LRE Medical GmbH wurde 1961 gegründet und ist heute Teil der Esterline Interface Technologies mit Sitz in Washington/USA. Mit 170 Mitarbeitern an den Standorten Nördlingen und München gehört das Unternehmen zu den führenden Entwicklern und Fertigern von medizinischen und in vitro Diagnosesystemen (IVD) für OEMs.

Mit über 50 Jahren Erfahrung im Bereich der Medizintechnik liegt der Fokus der LRE Medical GmbH auf den Produkten zur IVD, Labortechnik sowie Technik zur medizinischen, veterinären und Verbraucher-Diagnose. Weitere Bereiche sind Lebensmittelüberwachung, Agrarwirtschaft und Umweltanalyse. Das Unternehmen ist zertifiziert nach diversen Qualitätsmanagement- und Medizinproduktnormen.

Die Besonderheiten der Bauteile und Baugruppen

Das 3-D-Röntgeninspektionssystem wurde speziell für den Inline-Betrieb entwickelt. Es bietet mit Inspektionsgeschwindigkeiten bis zu 40 cm²/s die Möglichkeit, Ober- und Unterseite der Baugruppen in einem Durchlauf zu prüfen. Dabei findet die Prüfung nicht nur an ausgewählten Bauteilen statt. Der Fokus liegt auf der vollflächigen 3-D-Prüfung selbst großer Baugruppen bis 450 mm x 400 mm. Die schnelle Prüfprogrammerstellung erfolgt an Hand von CAD-Daten unterstützt durch eine Bibliothek an der eigens entwickelten Systemsoftware XI-Pilot.

Dabei wird auf vordefinierte Prüfalgorithmen und Klassifikatoren zurückgegriffen, welche an die Besonderheiten jedes Bauteils und jeder Baugruppe angepasst werden können. Die vollflächige, schichtweise Rekonstruktion sämtlicher Bauteile und Lötverbindungen einer Baugruppe sowie die Ausführung und Auswertung der Algorithmen erfolgt im Fertigungstakt.

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