3D-Rekonstruktion Röntgeninspektion für einen kontinuierlichen Produktionsablauf

Autor / Redakteur: Lothar Geppert * / Dr. Anna-Lena Gutberlet

Leesys hat sein Portfolio um die 3D-Röntgeninspektion erweitert, um eine höhere Prozesssicherheit zu gewährleisten und somit die Kundenzufriedenzeit zu erhöhen.

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3D-Röntgeninspektion: Mit dem X-Line 3D von Göpel möchte Leesys den stetig wachsenden Qualitätsansprüchen seiner Kunden gerecht werden und eine bestmögliche Fertigungsqualität garantieren.
3D-Röntgeninspektion: Mit dem X-Line 3D von Göpel möchte Leesys den stetig wachsenden Qualitätsansprüchen seiner Kunden gerecht werden und eine bestmögliche Fertigungsqualität garantieren.
(Bilder: Leesys)

Um einen kontinuierlichen Produktionsablauf zu sichern, war es nötig, ein zweites Inline-Röntgen-System anzuschaffen. Da Leesys schon mehrere AOI-Systeme von Göpel electronic im Einsatz hat, fiel die Wahl auf ein weiteres System des Herstellers, nämlich auf das Röntgeninspektionssystem X-Line 3D. Grund hierfür war unter anderem das zukunftsweisende Softwarepaket von Göpel, das die Vernetzung der verschiedenen bereits vorhandenen Inspektionssysteme (Lotpasten- bzw. Bauelementeinspektion) mit dem neuen Röntgensystem ermöglicht. Diese Verkettung der einzelnen Prozessschritte ermöglicht kurze Qualitäts-Regelkreise in der SMD-Bestückung.

Welche Vorteile bringt die dritte Dimension?

Gerade im Bereich Automotive sind die Anforderungen hoch. Die Kunden verlangen eine 100 Prozent Kontrolle der Lötstellen, was mit 2D-Röntgeninspektion nicht immer möglich ist, da Überlagerungen von Bauteilen oder eventuelle Lufteinschlüssen nicht eindeutig erkennbar sind. Bei 3D-Röntgen ist die Trennung der Bestückebenen möglich und somit wird das Bauteil prüfbar. Das bringt folgende Vorteile:

  • Schnelle und komfortable Prüfprogrammerstellung
  • Keine präparierten Baugruppen für die Programmerstellung nötig
  • Nutzung einer einheitlichen Bibliothek
  • Durch offline Optimierung keine Störungen des Fertigungsprozesses

Hohe Inspektionsgeschwindigkeit für die 3D-Rekonstruktion

Nur wenige 3D-Röntgen-Systeme sind derzeit schnell genug, um im heutigen Linientakt eine vollständige Inspektion zu ermöglichen. Für die 3D-Rekonstruktion einer Leiterplatte werden viele Schrägdurchstrahlungen benötigt. Die damit einhergehende hohe Anzahl an Bildaufnahmen und die dadurch entstehende Datenflut, schränken die Inspektionsgeschwindigkeit in der Regel dramatisch ein. Nicht so beim Röntgenin-
spektionssystem X-Line 3D.

3D-Röntgeninspektion: Lothar Geppert, Mitarbeiter im Bereich Produktionstechnologie, betreut federführend das Röntgeninspektionssystem X-Line 3D bei Leesys.
3D-Röntgeninspektion: Lothar Geppert, Mitarbeiter im Bereich Produktionstechnologie, betreut federführend das Röntgeninspektionssystem X-Line 3D bei Leesys.
(Bild: Leesys)

Hier ermöglicht die GigaPixel-Technologie eine vollständige 3D-Röntgeninspektion auf der gesamten Baugruppe mit bis zu 40 cm²/s. Kernstück dieser Technologie ist ein schnelles und hochsensitives Detektormodul, welches eine simultane Erfassung von Bildaufnahmen aus verschiedenen Richtungen ermöglicht.

Dieser 3D-Röntgendetektor ermöglicht die Erfassung von Bildern aus minimal neun verschiedenen Richtungen bei 12 Bit Grauwertumfang und einer Objektauflösung von maximal 6 µm pro Pixel.

Die Detektor-Hardware erreicht dabei eine kontinuierliche Datenrate von bis zu 40 Gigapixeln pro Sekunde. Eine zeitneutrale Bildintegration und Vorverarbeitung wird durch die integrierte Rechenhardware realisiert. Nach der hardwarebasierenden Bildintegration und Vorverarbeitung stehen, verteilt auf die neun Betrachtungsrichtungen, 360 Megapixel pro Sekunde zur weiteren Verarbeitung im PC zur Verfügung. Diese Bilddaten werden in einem Rekonstruktionsverfahren in eine theoretische 3D-Flächenleistung von bis zu 48 Megapixeln pro Sekunde überführt.

Es besteht die Möglichkeit, verschiedene Schichten für die Lötstellenbegutachtung zu durchfahren.

Qualitative Inspektion aller Lötstellen

Das 3D-Röntgeninspektionssystem ermöglicht eine sichere Qualitätskontrolle von BGA-Lötstellen im Inline-Fertigungsprozess für alle Bauteile innerhalb eines Testdurchlaufs. Die BGA-Lötverbindungen werden lokalisiert und geprüft. Es werden relevante Parameter jeder einzelnen Lötstelle in drei Ebenen bestimmt. Anschließend können aufgrund der Messwerte fehlerhafte Lötstellen sowie Voids erkannt werden.

Qualitätskontrolle: Das Inspektionssystem ermöglicht die Kontrolle von BGA-Löstellen im Inline-Fertigungsprozess.
Qualitätskontrolle: Das Inspektionssystem ermöglicht die Kontrolle von BGA-Löstellen im Inline-Fertigungsprozess.
(Bild: Leesys)

Mit dem neuen System ist Leesys in der Lage, Lötverbindungen an IC-Pins und 2-poligen Bauelementen festzustellen. Dank der Realtime-Multi-Angle-Bildaufnahme liegt die Prüfgeschwindigkeit bei 40 Quadratzentimeter pro Sekunde, bei vollständiger Erfassung der Baugruppen. Mittels integrierter Rekonstruktionsverfahren können nun einzelne Schichten der Leiterplatten ausgewertet und so eine sichere Detektion aller Fertigungsfehler gewährleistet werden.

Herkömmliche AOI-Systeme kommen selbstverständlich auch weiterhin zum Einsatz, sind jedoch bei der Prüfung verdeckter Lötstellen überfordert. Gerade in der Automotive-Branche hat sich die Röntgeninspektion zu einem Standard entwickelt, auf den Kunden Wert legen. Im Wesentlichen geht es um die qualitative Inspektion aller Lötstellen.

Lothar Geppert, Mitarbeiter der Leesys GmbH im Bereich Produktionstechnologie, erklärt: „Wir prüfen alle Leiterplatten nach der IPC-610 (Institute for Printed Circuit Boards). Dieser Standard wird für die meisten Baugruppen verwendet. Er beschreibt die bevorzugten und nicht-konformen Zustände, die auf Leiterplatten extern sowie intern beobachtet werden können.“

Dank der 3D-Röntgeninspektion kann Leesys eine noch größere Prozesssicherheit gewährleisten und gezielt Fehler eliminieren. Die logische Konsequenz, die daraus resultiert: kurze Regelkreise zur Qualitätsverbesserung und eine höhere Kundenzufriedenheit.

Jörg Friedrich, COO bei Leesys, sagt: „Würden einzelne Fehler nicht erkannt werden, kann dies im schlimmsten Fall zu einem Totalausfall führen. Dank der neuen Technik können wir das vermeiden. Wir haben uns daher ganz bewusst für die 3D-Röntgenin-
spektion entschieden.“

Um alle Arbeitsschritte ordnungsgemäß ausführen zu können, werden nicht nur die Produktionsmitarbeiter geschult, sondern auch die Programmierer und das Servicepersonal. Sie nehmen jährlich an mindestens einem Lehrgang teil, um so immer auf dem neusten Stand zu bleiben. Denn die Anwendung und Bedienung der Maschine erfordert grundlegende Fachkenntnisse. Bei Leesys sind rund 20 Mitarbeiter beschäftigt, die über dieses Wissen verfügen und mit dem Ablauf vertraut sind.

Die Maschine, welche Leesys zur Röntgeninspektion einsetzen, verfügt über zahlreiche Funktionen. Dank eines integrierten Mehrkammersystems mit Doppelschleusen ist nun ein schnelles Leiterplattenhandling möglich. Mit der 3D-Röntgenbildberechnung lassen sich die Baugruppen schichtweise untersuchen. Zusätzlich ist eine optionale AOI-Integration möglich, damit ein Höchstmaß an optimaler Prüfabdeckung gewährleistet ist.

* Lothar Geppert ist Mitarbeiter im Bereich Produktionstechnologie bei Leesys und betreut das 3D-Röntgeninspektionssystem.

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