Viscom AG. Automatische 3D-MID-Inspektion

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1 Viscom AG Automatische 3D-MID-Inspektion

2 Tauchen Sie ein in die dritte Dimension! Automatische Optische MID-Inspektion 2

3 Tauchen Sie ein in die dritte Dimension! Automatische Optische MID-Inspektion 3

4 Tauchen Sie ein in die dritte Dimension! Automatische Optische MID-Inspektion 4

5 Automatische Optische MID Inspektion Inhalt Einführung: 3D-MID Anforderungen an die automatische Inspektion SPI, AOI, AXI, MXI Technik: Hardware Software System: S6056MID Zusammenfassung S6056MID Automatische Optische MID-Inspektion 5

6 Herausforderungen der MID-Prüfung 3 dimensionale Schaltungsträger Prüfobjekte verschiedenster Geometrien keine Standards oder Normen, keine Bibliotheken Zu prüfende Strukturen und Elemente auf unterschiedlichen Ebenen oder sogar schrägen Flächen Keine Standards bezüglich Handhabung (SMEMA) Andere Materialien als bei der etablierten Leiterplatten- oder Substrat-Technologie Verschiedene Herstellungsverfahren, LDS-Verfahren 2 Komponenten Spritzguss Quelle: HARTING Mitronics, CH Automatische Optische MID-Inspektion 6

7 Herausforderungen der MID-Prüfung Prüfprogrammerstellung Ziel: Automatische Datenübernahme in die Software-Umgebung des Inspektionssystems Gerber-Daten alleine reichen nicht mehr. 3D Konstruktionszeichnungen müssen importiert und interpretiert werden. Datenformate müssen spezifiziert werden: Art und Lage der Koordinatensysteme (Gerber, STEP, DXF) Bauteil-Koordinaten (X,Y,Z, Rotation) Bezugspunkte der CAD-Daten zum Prüfling im Inspektionssystem (Werkstückträger) Fehlermerkmale müssen möglichst präzise definiert werden. Schlecht-Muster müssen bereit gestellt werden Quelle: HARTING Mitronics, CH Automatische Optische MID-Inspektion 7

8 Herausforderungen der MID-Prüfung Fertigungsprozesse Automatisches Handling der MID-Prüflinge (Werkstückträger, Manipulator) Auftragen von Paste, Kleber, Sintermaterial Drucken, Dispensen, Jetprint? Bauteilbestückung Bauteil zu Fläche oder Fläche zu Bauteil? Leitfähig verbinden Dampfphase-, Reflow-, Selektiv-, Bügel-, Laser- Kolben-Löten Leitkleber aushärten? Wire Bonding? Quelle: HARTING Mitronics, CH Endmontage Automatische Optische MID-Inspektion 8

9 Wo sehen Sie die größten Qualitäts-Risiken? Leerleiterplatte oder 3D-MID Lotpasten- Drucker oder Leitkleber- Dispenser Bauteil- Bestücker Reflow Lötofen oder Leitkleber- Aushärteofen Baugruppe Automatische Optische MID-Inspektion 9

10 Herausforderungen der MID-Prüfung Eingangsprüfung Definition der Prüfaufgaben Geometrie Beschädigung Verunreinigung Oberflächenmerkmale MID gelasert Quelle: HARTING Mitronics, CH MID metallisiert Automatische Optische MID-Inspektion 10

11 Herausforderungen der MID-Prüfung MID Eingangsprüfung Metallisierung: Fremd- Kanten- und Übermetallisierung Leiterbahnprüfung auf: Vollständigkeit Ablösung Kurzschlüsse Risse Farbbild unbearbeitet bearbeitetes synthetisches Bild Farbverifikation von Leiterbahnen und Spritzguss Automatische Optische MID-Inspektion 11

12 Herausforderungen der MID-Prüfung Mögliche Prüftore Pasteninspektion (Lot, Leitkleber) Pastenversatz Vollständigkeit Pastenbrücken Verschmierungen Dimension Volumen Kontur (Höhenverlauf, Zipfel) AOI Bestückkontrolle Vollständigkeit (fehlende Bauteile) Verschobenes Bauteil (Versatz, Verdrehung) Rückenlieger Billboards (Seitenlieger) Polarität Wert (OCR oder Farbcode) Vagabundierende Bauteile (bei der Bestückung verlorene) Verschmierte Paste Fehlende Paste Verdrehtes Bauteil Automatische Optische MID-Inspektion 12

13 Einflüsse auf die Qualität des Lotpastendruckprozesses Pastendruck -Geschwindigk. -Anpressdruck - Pastenmenge -Rakelrichtung -Passermarken -Reinigung Maschinenfähigkeit (cmk) Stabilität Zuverlässigkeit Genauigkeit MTBF,MTTR Lotpastendruckqualität Motivation Ausbildung Fähigkeiten Konzentration Gesundheit Anwesenheit Lotpaste Leiterplattenoberfläche Stickstoff Schablonenoberfläche Rakelmaterial Reinigungsmittel Reinigungstuch Temperatur Feuchte Vibration Lärm Energieversorgung 5M Ishikawa Diagramm Zur Illustration der Einflussgrößen auf die Lotpastendruckqualität 3D-Lotpasteninspektion

14 Herausforderungen der MID-Prüfung Mögliche Prüftore Lötstelleninspektion (Auszug) Kurzschluss Ungelötet (fehlender Meniskus) Vollständigkeit (fehlende Bauteile) Verschobenes Bauteil (Versatz, Verdrehung) Rückenlieger Billboards (Seitenlieger) Polarität Wert (OCR oder Farbcode) Vagabundierende Bauteile (bei der Bestückung verlorene) Quelle: FABS Erlangen Automatische Optische MID-Inspektion 14

15 Wire Bonding Thin Wire-Bonding Bonding, Process Ball-Wedge Capillary Tool Ball Wedge Die Pad Substrate Land Image source: small precision tools

16 Herausforderungen der MID-Prüfung Mögliche Prüftore Bonddraht Inspektion Drahtverbindung zwischen IC, ASIC und Substrat (häufig Dünndraht) Vollständigkeit Ball oder Wedge-Position Ball oder Wedge Geometrie Drahtverlauf (Abstände) Drahtverbindung zwischen Substrat und Gehäuse (häufig Dickdraht) Vollständigkeit Wedge-Position Wedge Geometrie Drahtverlauf (Abstände) Automatische Optische MID-Inspektion 16

17 Herausforderungen der MID-Prüfung MID Produkt Prüfung Bauteile Anwesenheit Polarität Position (unter Beachtung der 3 Dimensionalität) Lötstellen, Grabsteine Kurzschlüsse Ausprägung der Lötstelle auf der Leiterbahn Besondere Prüfungen wie z.b. Auftrag von Lötstopplack Vermessung von Geometrie Drahtbondverbindungen Quelle: HARTING Mitronics, CH Automatische Optische MID-Inspektion 17

18 Herausforderungen der MID-Prüfung Ziel: Prüfabdeckung durch den Einsatz eines Seriensystems Vorteile eines Seriensystems: Kosten und Verfügbarkeit Erprobte Software/Hardware Flexible Support/Servicemöglichkeiten Kontinuierliche Weiterentwicklung S6056MID Viscom Easy Pro Automatische Optische MID-Inspektion 18

19 Technik - Hardware: Viscom 8M-Kameramodul Mit 4 orthogonalen- und 8 geneigten Kameras in einem Gehäuse Standardauflösung für diese Aufgabe: orthogonal: 11,7 µm 40 geneigt: 8,6 µm Weiße Beleuchtung und Farbbildkamera- Technologie Bildaufnahmegeschwindigkeit; 20 Bilder pro Sekunde Echtzeitsteuerung der Beleuchtung, Bildaufnahme und Bildübertragung und mit Viscom-Hardware Viscom 8M Kameramodul Automatische Optische MID-Inspektion 19

20 Technik - Hardware: Relevante Qualitätsmerkmale werden betont Störende Effekte werden eliminiert Auflicht direkte Beleuchtung Indirekte diffuse Beleuchtung Engwinkelige diffuse Beleuchtung Automatische Optische MID-Inspektion 20

21 Technik - Hardware: Einsatz von 4 oder 8 Kameras, die über Spiegel umgelenkte Ansichten von der Lötstelle aufnehmen. 4 Kameras betrachten das Objekt aus Winkeln in 90 Schritten 8 Kameras erlauben den Blick aus Winkeln in 45 Schritten Für davon abweichende Bauteil-Drehlagen gibt es entsprechende Bildverarbeitungsalgorithmen. Automatische Optische MID-Inspektion 21

22 Technik - Hardware: Einsatz von 4 oder 8 Kameras, die über Spiegel umgelenkte Ansichten von der Lötstelle aufnehmen. 4 Kameras betrachten das Objekt aus Winkeln in 90 Schritten 8 Kameras erlauben den Blick aus Winkeln in 45 Schritten Für davon abweichende Bauteil-Drehlagen gibt es entsprechende Bildverarbeitungsalgorithmen. Für die 3D-MID Inspektion verfügt das System über eine Z-Achse Automatische Optische MID-Inspektion 22

23 Technik - Hardware: Vorteil der 8 geneigten Ansichten Lösung der Abschattungsproblematik durch 45 gegeneinander gedrehte Perspektiven Vereinfachung der Fehlerverifikation Automatische Optische MID-Inspektion 23

24 Technik - Hardware: Sensorik-Konzept Grundlage für eine robuste Auswertung: mehrere Bildaufnahmen derselben Szenerie/Position, unterschiedlich beleuchtet Kombination in der Auswertung für zuverlässige Ergebnisse Dunkel Diffus Farbänderungen Helles Auflicht Übermetallisierung Ergebnis Kombination Automatische Optische MID-Inspektion 24

25 Technik - Software: Viscom Vision Pilot - Viscom Easy Pro - Programmieroberfläche Moderne Bedienoberfläche Kurze Programmierzeiten bei intuitiver Bedienung One-View-Operation Nutzung von Wizards (Assistenten) Integrierte Verifikation Easy Pro Automatische Optische MID-Inspektion 25

26 Technik - Software: Bildverarbeitung Bildaufnahme Merkmalsextraktion Prüfmuster (Math. Modell) Struktureller Vergleich Ergebnis? Schlecht Reparatur Gut Automatische Optische MID-Inspektion 26

27 Das von Viscom für diese Aufgabe vorgeschlagene System S6056 MID Aufgabe: Inspektion der MID-Produkte in der Endmontage Zuführung der Erzeugnisse typischerweise im Werkstückträger Optional: Kundenspezifische Ausführung des Transportsystems System-Ausführung als Einzel- oder Doppelspur mit internem Shuttle-Paar Typische Sensorik: 8M-CBW Integration einer z-achse mit einem Hub von 50mm Automatische Optische MID-Inspektion 27

28 System Viscom Software für die systematische Qualitätssteigerung Fehlerverifikationssystem S6002/HARAN mit Quality Data Uplink zwischen Viscom SPI, AOI/AXI und MXI Offline-Programmierplatz SPC-Software Traceability Software Anbindungen Automatische Optische MID-Inspektion 28

29 Fehlerverifikation (Sichtprüfung) Verifikations- und Reparatur Station S6002 Systematische Fehlerauswertung ermöglicht Prozessoptimierung Effiziente Bewertung der vom Inspektions- System erzeugten Fehlerberichte parallel zum automatischen Inspektionsprozess Komfortable Fehlerverifikation und - Reparatur, farbiges Übersichtsbild, viele hochauflösende Ansichten der als fehlerhaft klassifizierten Lötstelle. Prozessdatenerfassung und -Darstellung in SPC Diagrammen Automatische Optische MID-Inspektion 29

30 Datenauswertung Zeitdiagramme, Tortendiagramme, X/Y-Diagramme, Gauß Verteilung Pareto-Diagramme zur Ermittlung von Fehlerschwerpunkten Automatische Optische MID-Inspektion 30

31 Monitoring Real Time Monitoring z.b. der Bestückgenauigkeit Bei Überschreiten definierter Grenzwerte wird der zuständige Mitarbeiter informiert (SMS, ) Automatische Optische MID-Inspektion 31

32 Fehlerschwerpunkt-Analyse Pareto Diagram sortiert nach Fehlerarten Pareto-Diagramm zur Ermittlung von Fehlerschwerpunkten. Um die Qualität möglichst effektiv zu steigern, sollte die am häufigsten auftretende Fehlerursache zuerst abgestellt werden. Automatische Optische MID-Inspektion 32

33 Alarm bei Grenzwertüberschreitung Real Time Monitoring von Merkmalswerten. Maßnahmen können in Abhängigkeit vom Überschreiten definierter Grenzwerte ausgelöst werden (Prozessverriegelung, Alarm, Network Message, , SMS). Automatische Optische MID-Inspektion 33

34 Qualitätssteuerung mitarbeitergesteuert Action Information Action Information Leerleiterplatte oder Substrat Lotpasten- Drucker Viscom 3D-SPI System Bauteil- Bestücker Viscom AOI System Action Baugruppe Information Viscom AOI/AXI System Reflow-Lötofen Automatische Optische MID-Inspektion 34

35 Quality computer controlled closed loop Viscom Data Action Information Action Information Bare boards or substrates Paste printer 3D-SPI System Component placer(s) AOI System Information Action X8011 PCB PCB assembly AOI/AXI System Reflow Solder Oven April 23, Fraunhofer CAM

36 Automatische Optische MID Inspektion Highlights Die Grundlage bildet ein erprobtes Seriensystem mit Klassifikations- und Traceability-Lösungen Skalierbare, modulare Sensorik, angepasst an die jeweilige Prüfaufgabe Nur ein Konzept notwendig für die Prüfung von MIDs Innovatives Handling-System zur Minimierung der Taktzeiten Hohe Prüfabdeckung durch die Kombination der flexiblen Sensoriken und Beleuchtungen 29 Jahre Erfahrung mit Automatischer Optischer Inspektion in der Elektronikproduktion, mehr als 15 Jahre Erfahrung mit inline Röntgen-Inspektion Automatische Optische MID-Inspektion 36

37 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Haben Sie Fragen? Sie finden den Viscom Stand Nr in derselben Halle. Meine Kollegen und ich freuen uns auf Ihren Besuch! Automatische Optische MID-Inspektion 37

38 Michael Mügge Dipl.-Ing.(FH) 1984 Allgemeine Hochschulreife (Abitur) Ausbildung zum Funkelektroniker bei Fuba Hans Kolbe & Co in Bad Salzdetfurth Bundeswehr Studium Prozessinformatik/Automatisierungstechnik im Fachbereich Elektrotechnik der FH Hannover, Abschluss Dipl.- Ing.(FH) Fertigungsplaner bei Fuba Hans Kolbe & Co., ab 1995 Fuba Automotive GmbH (Delphi-Konzern), Bad Salzdetfurth Fertigungsplaner bei Bosch Blaupunkt, Hildesheim Fertigungsplaner bei Bosch Elektronik GmbH, Salzgitter Vertriebsingenieur bei der Viscom AG persönliches Mitglied Kontaktinformation: Michael Mügge Carl Buderus-Str Tel Hannover