ERSASCOPE 2 plus - The Lead-Free Generation of BGA and Optical Inspection Systems. ERSA GmbH. Complete Lead-Free Soldering & Inspection Solutions

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1 - The Lead-Free Generation of BGA and Optical Inspection Systems ERSA GmbH Complete Lead-Free Soldering & Inspection Solutions

2 Die ERSASCOPE plus-serie - Inspektionslösungen für die enormen Herausforderungen des bleifreien Lötprozesses US Patent-Nr. US 6, EU Patent-Nr. EP Dr.-Rudolf Eberle Innovationspreis Most Innovative Product ELENEX, Australien EP&P Excellence Award und EP&P Grand Award SMT Vision Award APEX, United States Best Product in Show, Component & Electronic Im Jahre 1921 ließ ERSA den ersten elektrischen Lötkolben für die Serienproduktion patentieren. Seitdem hat sich das Unternehmen der Innovation in der Lötindustrie verschrieben. Heute steht der Adler für den Weitblick, die Entschlossenheit und Flexibilität, mit der ERSA immer wieder völlig neuartige Komplettlösungen entwickelt und verwirklicht. Das patentierte ERSASCOPE war das erste optische BGA-Inspektionssystem, das, nach 20 Jahren BGA-Produktion, endlich die zerstörungsfreie Betrachtung der Lötstellen unter dem BGA zuließ. Unter dem Motto Sehen heißt überleben hat diese revolutionäre Technologie nicht nur die weltweit wichtigsten Innovationspreise der Industrie errungen, sondern mit diesem System können die weltweit etwa 2000 Anwender nun auch Fehler entdecken, analysieren und korrigieren, die zuvor nicht feststellbar waren. Mit der Einführung des bleifreien Lötprozesses ist die ERSASCOPE-Technik für die Erstmusterprüfung unerlässlich geworden. 2 3

3 Durch die Einführung von Bleifrei müssen wir den Proz ess mit anderen Augen betrachten Der bleifreie Lötprozess verlangt eine noch sorgfältigere Erstmusterprüfung! Es hat schon immer Standards gegeben, nach denen geprüft und produziert wurde. Durch die großen Prozessfenster konnte die Inspektion bisher jedoch mit minimaler Sorgfalt durchgeführt werden. Auch bei der Fertigung nach IPC Klasse 2 und 3 war es in vielen Fällen entbehrlich, versteckte PLCC-Rückseitenmenisken oder Delaminierung beim BGA-Gehäuse Aggressive Flussmittelrückstände unter einem BGA Lotkügelchen unter einem BGA die nur schwer erkennbaren TQFP-Fersenkehlmenisken zu inspizieren, ohne Qualitätspro- IPC Electronic Workmanship Standard A - 610: Absatz ;J-STD-001 PQFP: keine Innenmeniskus-Bildung bleme zu riskieren. Egal ob geprüft wird oder nicht, SnPb-Lote verzeihen viel. Diese Lote besitzen sehr gute Fließeigenschaften, versteckte Lötstellen bilden sich gut aus, und die Normen werden erfüllt. Das war gestern. Mit dem Bleifreilöten sind die Karten neu gemischt! Grundlegende Probleme beim bleifreien Löten: Wenn die Lotlegierung kein Blei mehr enthält, verändern sich mehrere Eigenschaften: die Schmelztemperatur steigt, die Benetzungseigenschaften verschlechtern sich, die Oberflächenspannung ist größer, und das geschmolzene Lot oxidiert schneller. Die Folgen daraus sind höhere Prozesstemperaturen, kleinere Prozessfenster, aggressivere Flussmittel, verstärkte Bildung von Lotkügelchen und eine anders aussehende Oberflächenstruktur der Lötstelle. Weiterhin führen unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten zu Problemen während der Abkühlphase, wie z. B. Delaminierung bei BGA-Gehäusen und Fillet Lifting bei durchkontaktierten Lötstellen nach dem Wellenlöten. Einfach formuliert: Der bleifreie Lötprozess ist komplizierter, stellt uns vor neue Probleme und erfordert einen verbesserten Inspektionsprozess. Chip-Anschluss: veränderte Geometrie durch Überhitzung PQFP: offene Verbindung Typische Probleme beim bleifreien Löten, die sich direkt auf die Erstmusterkontrolle und den Qualitätssicherungsprozess der SMT- Baureihen auswirken, sind: 1. Schlechte Benetzungs- und Fließeigenschaften 2. Flussmittelverdampfung & Oxidationsprobleme 3. Substratverzug & offene Verbindungen 4. Höhere Prozesstemperaturen können Bauteile schädigen/geometrie der Lötverbindung verändern 5. Flussmittelrückstände 6. Bildung von Lotkügelchen & Grabstein -Effekte 7. Delamination bei BGAs und Fillet Lifting Fillet Lifting DIE IN OBIGEN BILDERN GEZEIGTEN FEHLER KÖNNEN MIT HERKÖMMLICHEN MIKROSKOPEN UND PRÜFGERÄTEN NICHT FESTGESTELLT WERDEN. Wenn solche Fehler nicht entdeckt werden, führt dies zu unqualifizierten bleifreien Produktionsprozessen. Frühausfälle von Baugruppen und Garantiereparaturen sind die Folge. Die Implementierung bleifreier Prozesse macht es notwendig, dass die Hersteller ihre QS-Verfahren gründlich überarbeiten, da es bereits im Anfangsstadium viel schwieriger wird, den Bleifreiprozess unter Kontrolle zu bringen. Die Industrie muss ihr Personal angemessen ausrüsten und schulen, um die Erstmusterprüfungen im Bleifreiprozess mit Erfolg durchführen und bestehen zu können. PGA: Fehlender Durchsteiger Unter dem Strich betrachtet bedeutet dies: Höhere Prozesstemperaturen und engere Prozessfenster verbunden mit dem bleifreien Lötverfahren erfordern eine sorgfältigere, tiefer ins Detail gehende Erstmusterprüfung. Die manuellen Systeme zur Sichtprüfung benötigen eine stärkere Vergrößerung und flexible Sichtwinkel von 0 bis 90. ERSASCOPE Inspektionssysteme sind daher nun nicht mehr nur eine Option, sondern vielmehr eine unverzichtbare Forderung von Bleifrei. Sehen heißt überleben - Nur wenn wir alle potentielle Probleme in unserem bleifreien Lötprozess erkennen, können wir auch auf sie reagieren, sie korrigieren und damit letztendlich auch die Qualität unserer Produkte zuverlässig sichern! 7 bewegliche Achsen ERSASCOPE - vielseitiges Inspektionssystem - maximale Flexibilität für alle Anwendungen ERSASCOPE 1 plus: Blickwinkel von 0-90 mit höchsten Vergrößerungsfaktoren 4 5

4 Die neue ERSASCOPE-Serie: Das preisgekrönte Original trifft auf seinen optischen und mechanischen Meister ERSASCOPE - das Originalsystem Aufnahme eines BGAs mit dem Original-ERSASCOPE Abwärtsblick an einem Flip-Chip mit Original-ERSASCOPE Innenliegende Anschlussbeinchen unter einem PLCC ERSASCOPE 1 plus Revolutionäres Verbesserte Aufnahme eines BGAs mit dem Aufwärtsblick an Lötverbindung mit Flip-Chip-Kopf Prüfung innenliegender Lötverbindungen eines CSPs möglich Das preisgekrönte und patentierte Original- ERSASCOPE wurde nun zum universal einsetzbaren System für die optische Inspektion von bleifreien Lötstellen weiterentwickelt. Aufgrund der großen Anzahl bereits verkaufter Systeme war es nun möglich, den Preis deutlich zu senken, und dieses System vielen Anwendern als Standard-Leiterplatten-Mikroskop zugänglich zu machen. Das ERSASCOPE 1 plus erlaubt dabei nicht nur die Inspektion von BGAs, sondern bietet auch die für die Inspektion nach IPC-Standard erforderlichen 90 - und Seitenansichten von SMT-Komponenten. Bei der langjährigen Entwicklung des revolutionären wurden die Erfahrungen von weltweit etwa ERSASCOPE- Anwendern mitberücksichtigt. Während man das Original-ERSASCOPE als das Universalsystem für die optische Inspektion bezeichnen kann, ist das das High-End-System, das höchste Anforderungen erfüllt. Das mit seinem Flip- Chip-Kopf ist aktuell das einzige Inspektionssystem weltweit, welches den gehobenen Ansprüchen an Prüfmöglichkeiten für flache Bauteile wie CSPs und Flip-Chips gerecht wird. Die Iris oder Blende des Original-ERSASCOPE sitzt in etwa 0,300 mm über der Leiterplattenoberfläche. Für alle anderen optischen BGA- Inspektionssysteme auf dem Markt werden ähnliche Bildablenkungshöhen angegeben. Dies ermöglicht einen Abwärtsblick an einem Flip-Chip, dessen Abstandshöhe zwischen Leiterplatte und Bauteilunterseite nur 0,080 mm beträgt. Der neue Flip-Chip-Kopf verfügt über eine Bildablenkungshöhe niedriger als solche Spalthöhen. Dies bedeutet, dass es nun sogar möglich ist, an den oberen Seiten der Flip-Chip-Lötverbindung hinaufzublicken. Dieser kritische Teil der Flip-Chip-Verbindung konnte vorher bei optischen BGA-Prüfungen nie eingesehen werden. Zusätzlich erlaubt die tieferliegende Iris eine Prüfung innenliegender Lötverbindungen flacher CSP und Flip-Chip- Komponenten. Optische Innovation im Zuge der Miniaturisierung! Die Endoskopspitze des revolutionären Flip-Chip-Kopfes ist nur 4,0 x 0,60 mm groß. Dieser kann somit auch auf dicht bestückten Leiterplatten eingesetzt werden. Mit dem Inspektionssystem ERSASCOPE XL zur Prüfung übergroßer Boards schließlich können sowohl ERSASCOPE-1-plus- als auch ERSASCOPE-2-plus-Optiken verwendet werden. Sein großer antistatischer X-Y-Leiterplattentisch (Abmessungen 600 x 700 mm) mit Feinverstellung und integrierten Stützbeinen und ein 300 mm langer Teleskoparm ermöglichen dem Anwender auch bei großen Baugruppen komfortabelstes Inspizieren. 6 7 ERSASCOPE (1 oder 2) XL

5 Das trifft mit seinem hervorragen den Lichtmanagement und den auswechselbaren und robuste Inspektionsköpfen genau die Anforderungen der Anwender - neuentwickelter Optikenträger Schnell und einfach auswechselbare, robuste Optiken Separat einstellbares Frontlicht, Gegenlicht und neue Lichtfächer für hervorragendes Lichtmanagement Standfläche: 4,0 x 0,60 mm Universelle 90 -Optik für BGAs und SMDs 0 -Hochleistungs-Mikroskopoptik Revolutionärer Flip-Chip-Kopf Die ERSASCOPE-2-plus-Optik ist mit drei speziell konstruierten, robusten Inspektionsköpfen ausgestattet, um ein breites Spektrum von verschiedensten Anforderungen abzudecken. Eine 90 -Optik liefert in bewährter Qualität Bilder versteckter Lötstellen von BGA-Komponenten und deren Untertypen. Die weiterentwickelte 0 -Optik liefert bei vorzüglicher Ausleuchtung kontrastreiche Bilder bei der Aufsichtinspektion und bietet bis zu 350-fache Vergrößerungen. Mit dem revolutionären 90 - Flip-Chip-Kopf gelingt es erstmals bei kleinspaltigen Komponenten wie Flip-Chips und CSPs aussagekräftige Bildinformation über die Qualität der Lötungen zu gewinnen. Die Bildqualität hängt jedoch nicht nur von der Qualität der Optik ab, sondern auch von der Kameratechnik und der Ausleuchtung. Mit der Entwicklung des ERSASCOPE 2 plus reagierte ERSA auf die Anforderungen seiner Kunden. Die Anfang 2006 eingeführte, hochauflösende, lichtstarke USB-Kamera (1,3 Megapixel) liefert gestochen scharfe Bilder, welche die kleinsten Objektdetails offenbaren und sich vorzüglich für Dokumentationszwecke eignen. Bezüglich der Beleuchtung wurden die Lichtquelle, das ergonomische Stativ, Lichtperipherie und Optikträger komplett überarbeitet, um ein hervorragendes Lichtmanagement und optimale Bildqualität zu garantieren. Durch 3 mechanische Irisblenden sowohl im optischen Strahlengang als auch im Strahlengang des Gegenlichts und in dem des Schwanenhalses gelingt es, die Lichtmenge der MHLS-Lichtquelle für eine optimale Ausleuchtung zu dosieren. Eine perfekte Ergänzung zu den neuen Features stellen auswechselbare Lichtfächer und Glasfaserlichtpinsel dar, die bei Bauteilen mit großer Tiefe sowie kleinen Abmessungen für hervorragende Lichtverhältnisse sorgen. Drei individuell einstellbare mechanische Irisblenden Bewegliches und schwenkbares Gegenlicht Neue MHLS-Lichtquelle für beste Bildqualität Gegenlicht, von % Frontlicht, von % Ausleuchtung mit Front- und Gegenlicht

6 ERSA ImageDoc EXP - Visualisierung, Kategorisierung, Datenbankanalyse, Dokumentation. Komfortable Inspektionssoftware mit Expertendatenba nk Problem-/Lösungsdatenbank mit Fehleranalyse, Bilddokumentation und wertvollen Links Screen Shot: Live-Bild mit Referenzbildern Umfangreiche Messkontroll- und Beschriftungsfunktion ImageDoc 1.3: Live-Bild mit Referenzbildern ImageDoc 1.3: BGA-Fehlergalerie Datenbank zum Speichern von Prozess- und Fehlerinformationen Bleifrei-Datenbank - Fachartikel, wertvolle Links ImageDocEXP - Problem-/ Lösungsdatenbank (1) Die Software ImageDoc wurde gemäß dem Grundsatz Inspizieren, Kategorisieren, Analysieren und Dokumentieren speziell für das Prüfpersonal entwickelt. Mit der Einführung des bleifreien Lötprozesses muss das Prüfpersonal neu in der Qualitätsbeurteilung von Lötstellen geschult werden. Die Tage, in denen der Grundsatz galt Wenn die Lötstelle gut aussieht, muss sie es wohl auch sein! sind gezählt. Mittels eines Software gestützten Inspektionsprozesses kann das Prüfpersonal richtig auf die bleifreie Zukunft geschult werden. ERSA ImageDoc Software führt den Anwender durch die schwierige und zeitraubende Fehlerermittlung und zeigt anschließend an, welche Prozesseinstellung den Fehler verursacht haben könnte. Daraus folgt eine verringerte Subjektivität, schnellere Problemlösung und Dokumentation wertvoller Prozessinformationen für die Zukunft. ImageDocEXP die professionelle Multimedia-Inspektionssoftware: Live- und Standbild / AVI-Aufnahmen / Sequenzmodul / Präsentationsmodus Geführte Fehleranalyse, gestützt durch umfangreiche Expertendatenbank (über 450 MB) Referenzbilder Umfangreiche Problem-/Lösungsdatenbank in Zusammenarbeit von ERSA, dem Fraunhofer Institut und der Industrie Messungen / automatische Messkontrollfunktion / Kalibrierung Bildbearbeitung / Beschriftung / Filter und Makros Bedienung über Netzwerk / Mehrfachlizenzen Benutzerverwaltung Berichtsmodul zum Erstellen von Berichten im *.doc-format und Statistiken im *.xls Format / Import / Export / -Versand On-line-Updates und Forum ImageDoc Basic die universelle Inspektionssoftware Live- und Standbild Referenzbilder / Bilddatenbank Basis-Problem-/Lösungsdatenbank in Zusammenarbeit von ERSA, dem Fraunhofer Institut und der Industrie Bildbearbeitung und Beschriftung Messungen / automatische Messkontrollfunktion Basis-Berichtsmodul / -Versendung direkt aus der Anwendung Mehrfachlizenzen und Updates erhalten Sie bei Ihrem ERSA-Vertreter oder direkt bei ERSA

7 ERSASCOPE Systems: ERSASCOPE 1 plus Optical unit: ERSA high-resolution USB2.0 CCD camera ERSA high-resolution USB2.0 CCD camera ES 1 optical unit for BGA inspection ES 2 optical unit with 3 interchangeable optical heads: 0 optical head Flip-Chip optical head BGA optical head Reference scale Case for storage of the optical instruments Dust hood and cleaning kit Lighting: Adjustable halogen light source Adjustable MHLS light source Coaxially installed fiber-obptic light guide Coaxially installed fiber-obptic light guide Additional gooseneck fiber-optic light guide Two light brushes for additional lighting Separate control of front and back light as well as gooseneck Inspection table: Options: X-Y-inspection table XL-table and extension unit MAGNISCOPE optics Turning X-Y-inspection table XL-table and extension unit MACROZOOM optics Over 70 ERSA agencies are located in more than 65 countries. MACROZOOM optics Ring light Ring light Reference scale (to carry out measurements) Dust hood Cleaning kit ERSASCOPE 1 plus Europe (HQ) ERSA GmbH Leonhard-Karl-Str Wertheim / Germany Phone: +49 (0) 9342 / info@ersa.de America ERSA North America a division of Kurtz North America Inc. 1779, Pilgrim Road Plymouth, WI 53073, USA Phone: ersainfo@kna.net subject to changes by ERSA Inspection Software: The customer can choose from 3 different visualization and documentation software packages for either the ERSASCOPE 1 plus or : 1. ImageDoc Basic ImageDoc EXP 2.0 ERSASCOPE (1 or 2) XL See the other ERSA brochures, ERSA Web-Site or contact ERSA directly for additional information, other accessories or auxiliary materials and resources. Asia ERSA Asia Pacific a division of KURTZ Far East Ltd. Suite 3505, 35/F., China Resources Building 26 Harbour Rd, Wan Chai Hong Kong Phone: +852 / kurtz@kfe.com.hk China ERSA Shanghai a division of KURTZ Shanghai Ltd. Room 601 Green Land Business Mansion, No. 1258, Yu Yuan Rd. Shanghai , China Phone: +86 (21) kurtz@kurtz.com.cn