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Inspektion von bestückten Baugruppen Hochempfindliche USB-Kameras untersuchen verdeckte Lötstellen

Autor / Redakteur: Thomas Schmidgall* / Gerd Kucera

Trotz moderner Technik ist es nicht möglich, Flachbaugruppen fehlerfrei zu fertigen. Zwischen 2 und 30% liegt die Ausschussrate. Es ist es deshalb unerlässlich, Boards frühzeitig auf etwaige Mängel zu testen. Mit optischen Inspektionssystemen wie dem ERSASCOPE 2 plus lassen sich sogar verdeckte Lötstellen in Spalten, die so winzig sind wie ein menschliches Haar, verlässlich auf Fehler zu untersuchen. Für optimale Inspektionsergebnisse sorgt dabei eine hochauflösende Industriekamera mit CCD-Sensor und USB 2.0-Schnittstelle.

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( Archiv: Vogel Business Media )

Gerade die Umstellung auf den anspruchsvolleren bleifreien Lötprozess, zu dem die Industrie durch die EG-Richtilinie RoHS seit 1. Juli 2006 auf Grund der „Beschränkung der Verwendung bestimmter gefährlicher Stoffe in Elektro- und Elektronikgeräten“ gezwungen wird, stellt die Leiterplattenproduktion vor neue Herausforderungen. Denn das engere Lötprozessfenster, das zwischen dem höheren Schmelzpunkt des bleifreien Lotes und der maximal zulässigen Bauteiltemperatur liegt, macht das Design, den Lötprozess und die Qualitätssicherung wesentlich diffiziler. Des weiteren ist der Trend zur Miniaturisierung in der Elektronik ungebrochen. Die Leiterplatten werden immer kleiner und die Lötverbindungen immer winziger, in der Folge wird die Qualitätssicherung mit optischen Prüfsystemen immer anspruchsvoller.

Mit dem ERSASCOPE gelang der ERSA GmbH 1999 auf diesem Gebiet eine interessante Neuentwicklung. Erstmals konnte der Lötstellenhersteller mit diesem Inspektionssystem unter einen 90°-Winkel in den 0,5 mm breiten Spalt zwischen BGA-Bauteil und Platine sehen und die versteckten Lötstellen auf etwaige Fehler inspizieren. Des weiteren ist es möglich, beispielsweise die Innenmenisken von so genannten QFPs oder PLCC-Komponenten schnell und einfach zu inspizieren, welche Standardmikroskopen nur schwer zugänglich sind. Weitere Einsatzmöglichkeiten wie die Sichtprüfung von Durchkontaktierungen, die Betrachtung von Standard-SMD-Komponenten unter ausgefallenen Blickwinkeln und die Kontrolle von Durchsteigern beim Wellenlöten machen das ERSASCOPE zum universellen Inspektionssystem in der Elektronikfertigung.

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Flip-Chip-Kopf mit Bildablenkungshöhe von weniger als 50 mm

Nunmehr schicken sich Flip Chips und CSPs an, die BGAs abzulösen. Bei diesen Minis sinkt die Höhe des Spalts, in dem sich die Lötstellen befinden, auf unter 1/20 mm, was weniger als der Dicke eines menschlichen Haares entspricht. Auch die erschwerten Prozessbedingungen durch das breifreie Löten machen die Qualitätssicherung nicht einfacher. Also musste auch das erfolgreiche Inspektionssystem in den drei wichtigsten Komponenten Optik, Beleuchtung und Kameratechnik weiterentwickelt werden. Es entstand das ERSASCOPE 2 plus.

Mit seinem Flip-Chip-Kopf ist es das derzeit einzige Inspektionssystem mit einer Bildablenkungshöhe von unter 50 mm. Um die extrem feinen Strukturen besser sichten zu können, wurde das Gerät mit hochauflösenden und lichtempfindlichen Kameras aus der uEye-Serie von IDS ausgestattet. Diese Kamerafamilie, die mittlerweile in über 100 Modellvarianten angeboten wird, basiert auf dem USB-Anschluss. Als einer der ersten Hersteller nutzte IDS diese Schnittstelle für die Bildverarbeitung, denn so kommen die Kameras ohne zusätzliche Hardware aus und können sofort an jeden Embedded-Rechner oder Notebook angeschlossen werden. Mit maximalen Datenraten von 480 MByte/s und der hohen Bandbreite ermöglicht der Bus auch die simultane Erfassung und die Darstellung von Bildern mehrerer Kameras am Computer. Die Stromversorgung der Kameras erfolgt ebenfalls über den Universal-Serial-Bus (USB); die zulässige Kabellänge von bis zu fünf Metern ist sowohl für die vorliegende Anwendung als auch für viele optische Prüfsysteme ausreichend.

Versionen für die Industrie, Medizintechnik und Sicherheitstechnik

Die komplette uEye-Palette umfasst sowohl robuste Modelle für industrielle Anwendungen als auch preisgünstige Versionen für nichtindustrielle Applikationen wie Medizin- oder Sicherheitstechnik. Die Auflösung reicht von 640 x 480 bis hin zur 5-Megapixel-Variante mit 2048 x 1920 Bildbunkten. OEM-Anwender haben die Wahl zwischen Typen mit CCD- oder CMOS-Sensor, verpackt im Kunststoff- oder Aluminiumgehäuse. Angeboten werden auch diverse Board-Level-Varianten mit oder ohne Objektivadapter, und auf Wunsch entwickelt und fertigt IDS projektspezifische Sonderbauformen.

Im ERSACOPE 2 plus kommt eine UI-2240C mit CCD-Sensor und einer Auflösung von 1280 x 1024 Bildpunkten zum Einsatz, die am Ende der Optik mit einem TV-Adapter f60 montiert ist. Mit ihrer Lichtempfindlichkeit, der hohen Auflösung, Bildwiederholungsraten von >10/s, ihrer Farbtreue und dem Global Shutter für bewegte Objekte sorgt die Kamera für aussagekräftige Bilder. Zudem wartet das Modell, wie alle IDS-Kameras, mit Abmessungen von 34 mm x 32 mm 34,4 mm auf.

Über die USB-Schnittstelle problemlos anschießbar

Über die USB-Schnittstelle ist das ERSACOPE schnell an Laptops anschließbar und ist sofort einsatzbereit. Wichtig für ERSA war und ist auch der umfangreiche Software-Support der uEye-Kamerafamilie. Denn im kostenlosen Software-Development-Kit für Windows- und Linux-Anwendungen, das zum Lieferumfang jeder Kamera gehört, sind die Treiberschnittstellen vorhanden, die für die Integration der uEye in das ERSACOPE notwendig sind. Dies vereinfacht die Applikationsentwicklung. Darüber hinaus enthält das SDK Demoprogramme zur Bilderfassung und -analyse sowie den zugehörigen in C/C++ geschriebenen Source-Code. Zum Softwarepaket gehört auch ein TWAIN-Treiber, eine ActiveX-Komponente sowie ein Direct-Show-Treiber (WDN). Darüber hinaus stehen für viele gängige Machine-Vision-Programme Schnittstellen zur Verfügung.

Die hohe Auflösung steigert die Aussagfähigkeit

Die hohe Auflösung und Lichtempfindlichkeit der UI-2240C ermöglicht es dem ERSASCOPE, ganz feine Strukturen besser wahrzunehmen, was die Aussagekraft der gewonnen Bilder enorm steigert. Mit den gewonnenen Inspektionsergebnissen können Fehler im Prozess rechtzeitig erkannt und dementsprechend korrigiert werden.

*Thomas Schmidgall ist Marketingleiter bei der IDS Imaging Development Systems GmbH, Obersulm.

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