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26.05.2014

Bericht und Vortragsfolien | Leopold Kostal GmbH & Co. KG (FED Rundreise 2014)

Baugruppentest: Besuch bei der Leopold Kostal GmbH & Co. KG

Die Firma Leopold Kostal GmbH & Co. KG war am 26. Mai 2014 Gastgeber des zweiten Treffens der Regionalgruppe Düsseldorf. Heinz Jürgen Risse für die Firma Kostal, Klaus Dingler vom FED-Vorstand und Hanno Platz, Leiter der Regionalgruppe Düsseldorf, begrüßten die Teilnehmer der ausgebuchten Veranstaltung.


Nach einer ersten Vorstellung der Kostal Unternehmensgruppe, ihrer Entwicklung und Aktivitäten sowie des FED mit seinen Aufgaben und Leistungen präsentierte die Regionalgruppe Düsseldorf den 43 Teilnehmern drei Vorträge zum Thema Baugruppentest:

  • AOI & AXI Automatisch-optischer Test und Röntgentest (Fa. Viscom)
  • Boundry Scan Test (Fa. Goepel)
  • ICT – Grundlagen des In Circuit Test (Fa. WG-Test)

Damit erhielten die Teilnehmer einen guten Überblick über die wichtigsten Testmethoden.

1. Fachvortrag: AOI- und AXI-Systeme, deren Unterschiede und die Vor- und Nachteile bei der Anwendung (Michael Mügge, Fa. Viscom AG)

Im ersten Fachvortrag berichtete Michael Mügge, Viscom AG, über AOI- und AXI-Systeme. Um komplexe elektronische Baugruppen, z.B. mit BGA-Chips, zu prüfen, sind optische Inspektionsverfahren und Röntgentechnologie notwendig. Die Inspektion von Baugruppen mit THT-Bestückung, die wahlweise wellengelötet oder mit einer Selektivlötanlage gelötet worden sind, kann ohne Drehen der Baugruppe im Werkzeugträger durchgeführt werden. Dazu wird das Kamerasystem mit skalierbarer Sensorik und umschaltbarer Auflösung von unten an die Baugruppe herangeführt. Zur besseren Fehlererkennung lässt sich die Blickrichtung der Kamera neigen. Fehlerstellen wie Bauteile, Lötbrücken oder auch zu magere Lötstellen werden sicher erkannt. Für bereits vormontierte Baugruppen bietet sich das Desktopsystem an. Eine einfache Beladung des Systems ist durch die offene Aufnahme gegeben. Auch hier wird das Kamerasystem von unten an die Baugruppe herangeführt. Zum Abscannen der Leiterplatte wird die Baugruppe in Y-Richtung und der Sensorkopf in X-Richtung verfahren. Die Kameratechnologie entspricht der in den Inline-Systemen.

Immer kleiner werdende Bauteile, 0201 und 01005, sowie die Überprüfung des Lotpastendruckes stellen auch an die Inspektionstechnologie neue Anforderungen. Diesen trägt die 3D-SPI-Sensor-Technologie Rechnung. Bei der angewandten Streifenprojektion wird ein Streifenmuster mit unterschiedlicher Lichtintensität unter einem bestimmten Beleuchtungswinkel auf die Baugruppe projiziert. Die Kamera fährt mäanderförmig die Gesamtfläche der Leiterplatte ab und nimmt dabei für jeden Punkt sich überlappende Bilder auf. Im ersten Schritt wird dabei über die Passermarken die Lage der Leiterplatte erkannt. Im zweiten Schritt werden die sich überlagernden Bilder ausgewertet. An jedem Punkt werden unterschiedliche Intensitäten je nach Wellenlänge des Streifenmusters aufgenommen. Für zwei nebeneinander liegende Punkte ergeben sich nach jeweiliger Phasenlage unterschiedliche Intensitätswerte, aus denen mathematisch Höhenunterschiede ermittelt werden können. Um die Genauigkeit zu erhöhen, wird ein Streifenmusterprojektor mit zwei Streifenmusterfrequenzen und acht geneigten Kameras eingesetzt. Die Bildpunktgröße beträgt 15 µm und es können bis zu 80 mm²/s abgeprüft werden.

Es können sowohl eine entsprechende Gesamtdarstellung des inspizierten Bauteiles als auch acht Einzelbilder angezeigt werden. Schattenbilder werden durch Einstellung des Aufnahmewinkels vermieden.

Die heute Verwendung findenden BTC-Bauteile, Bauteile mit Anschlüssen an der Unterseite, fordern eine Röntgeninspektion. Eine Auflösung von 5 bis 10 µm/Pixel lässt sich mit moderner Röntgentechnologie erreichen. Je nach Anwendung werden 3D-, 2.5D- oder 2D-Röntgentechniken eingesetzt, um höchste Prüftiefe und kurze Zykluszeiten zu erreichen. Durch die hohe Bildqualität sind Überdeckungsfehler auf doppelseitig bestückten Leiterplatten und Fehler an den Lötflächen der BTCs feststellbar. Die zusätzliche Integration eines AOI-Systems bei der Röntgeninspektion kann schnellere Prüfzeiten erreichen.

Die in den Inspektionssystemen gewonnenen Daten können durch Uplinks wesentlich zur Prozess- und Qualitätsoptimierung beitragen. Diese Möglichkeit erlaubt es, Fehler sofort am Entstehungsort zu korrigieren beziehungsweise sie für die Prozessanalyse an einem Verifikationsplatz sichtbar darzustellen. Durch Speicherung der Daten werden die heute für die Produktverantwortung notwendigen Traceability-Forderungen erfüllt.

Quelle: Vortragsfolien Viscom AG, Michael Mügge

Das Bild oben zeigt die verschiedenen „Uplinks“, mit denen eine Kommunikation der Testsysteme untereinander zusätzliche Funktionalität erhält:

  • Image-Uplink: Fehlerbilder werden an einen Prüfungsplatz übermittelt und werden dort mit den Ergebnissen nach dem Reflowlöten verglichen. Damit können eventuelle Fehleranzeigen für den Pastendruck, die sich während des Lötvorganges eliminiert haben, korrigiert werden.
  • Pasten-Uplink: Damit ist es möglich, Ergebnisse der Pasteninspektion in 2D- und 3D-Bildern sichtbar zu machen und damit den Pastenauftrag zu kontrollieren. Fehler im Lötprozess können im Vorfeld vermieden werden.
  • Solder-Uplink: Zusätzlich zu den bereits gewonnenen Informationen vor dem Lötprozess werden Bilder nach dem Lötprozess als Vergleich erstellt. Damit lassen sich der gesamte Durchlauf in der Linie beurteilen sowie eventuelle Rückschlüsse und Korrekturen durchführen.
  • TITUS-Uplink (Total Inspections Tracer for Quality Uplink Service): Durch die Verbindung zum AOI am Ende der Linie lässt sich für jedes Bauteil eine Prüfstrategie festlegen, die Warngrenzen und Fehlergrenzen definiert. Damit können Pseudofehler ausgeschaltet und eine Qualitätssteigerung erreicht werden.
  • Prozess-Uplink: Die Speicherung aller Daten aus den Inspektionssytemen in der Linie gewährleistet die Nachverfolgbarkeit der Produkte .

Zum Abschluss des Vortrages wies Michael Mügge auf die Bedeutung der Kameraauflösung hin, die gerade bei den kleinen Bauteilen von wesentlicher Bedeutung ist. Bilder mit hoher Auflösung lassen sich gut vergrößern und zeigen wichtige Merkmale. Damit ist die Größe der Pixelmatrix ein wichtiger Faktor bei der Wahl der Kamera.

2. Fachvortrag: E-S-A | Embedded-System-Access ( Martin Borowski, GÖPEL electronic GmbH)

Über das Thema des zweiten Vertrages E-S-A (Embedded-System-Access) referierte Martin Borowski von der Göpel electronic GmbH in Jena. Immer kleiner werdende Bauteile mit vielpoligen Anschlüssen, die auch am Boden der Bauteile zu finden sind ( BTCs), und komplexe Baugruppen mit eingebetteten Bauteilen (Embedded Components) zwingen dazu, entsprechende Prüfstrategien für die Qualitätskontrolle anzuwenden. Bisherige Testverfahren wie der In-Circuit-Test und der Funktionstest stoßen an ihre Grenzen, eine komplette Testabdeckung kann damit nicht erreicht werden.

Bereits im Jahre 1990 erkannte die Joint Test Action Group (JTAG) dieses Problem und es wurde der neue Standard IEEE1149.1 aufgestellt. Das Verfahren (Boundary Scan) verlagert die Prüfung über Testpunkte auf die Prüfung mit einem BUS-System, welches sich über Bauteile auf die ganze Baugruppe erstrecken kann. Dabei werden auf den Boundary-Scan-fähigen Bauteilen auf Testmode umgeschaltet, die Kernlogik ausgeschaltet und mit Hilfe eines Testclocks Signaldaten durch die Bauelemente geschickt. Durch Messung dieser Daten am Ausgang der Bus-Leitung können eventuelle Fehler, Verbindungsfehler oder Kurzschluss, festgestellt und lokalisiert werden.

Nicht alle Bauelemente auf der Baugruppe müssen dabei Boundary-Scan-fähig sein. Der Aufbau der Teststrecke auf der Baugruppe wird nicht durch den Testingenieur, sondern durch den Designer festgelegt. Die offene Erweiterbarkeit der IEEE1149.1-Struktur macht es möglich, weitere Prüfstrategien zu ergänzen und damit E-A-S zu verwirklichen.