Technologietag Baugruppentest

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1 Technologietag Baugruppentest Investition in die Zukunft! IPC Konforme Lötstellenkontrolle mittels automatischer Röntgeninspektion (AXI) Steven Tiller, GÖPEL electronic GmbH

2 Inhalt Wie funktioniert Röntgen? Grundlagen - kurz und knapp Beispiel-Linie zur IPC-konformen Prüfung Praxisbeispiel Röntgensystem als Insellösung Abnahmekriterien für el. Baugruppen Forderungen der IPC und deren Umsetzung. Fazit Zusammenfassung 2

3 Wie funktioniert Röntgen? Röntgenquelle Schwächung abhängig von: Materialunterschied Dichteunterschied Dickenunterschied Die Schwächung steigt mit der 3. Potenz der atomaren Ordnungszahl (Kernladung). Die Schwächung ist proportional zur Materialdichte. Die Schwächung ist proportional zur Materialdicke. Strahlkegel Röntgenstrahlung Prüfling Materialdicke und - dichte Detektor Grauwerte (Intensität) 3

4 Wie funktioniert Röntgen? Die Grauwerte im Röntgenbild repräsentieren Unterschiede in Material, -dichte und -dicke. AOI AXI IC-Pin sichtbar Bauteil-Körper sichtbar Leiterplatten-Material (FR4) sichtbar Nicht verdeckte Lötstellen sichtbar Bauteil-Körper Geringe Dichte, nicht sichtbar IC-Pin Mittlere Dichte, sichtbar Leiterplatten-Material (FR4) Geringe Dichte, schwach sichtbar Nicht verdeckte + verdeckte Lötstellen Hohe Dichte, sichtbar 4

5 Wie funktioniert Röntgen? topoview TM Darstellung der Röntgenbilder Magere Lötstelle IC-Pin Kurzschluss IC-Pin Kurzschluss IC-Pin Magere Lötstelle IC-Pin 5

6 Beispiel-Line zur IPC-konformen Prüfung 6

7 Beispiel-Line zur IPC-konformen Prüfung 3D-Röntgensystem IPC-konformer Test Beladung Loader / Magazinierer Verifikationsplatz Fehlerklassifikation Entladen Unloader/ Magazinierer 7

8 Anforderung 1 Prüfung verdeckter Bauteile. 8

9 Anforderung 2 Prüfung verdeckter Lötstellen. 9

10 Anforderung 3 100% Lötstelleninspektion von TOP und BOTTOM in einem Durchlauf. 10

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13 Abnahmekriterien für elektronische Baugruppen 13

14 u.a. IPC-A-610E IPC-7095B These: Röntgeninspektion ermöglicht eine -konforme Prüfung. 14

15 Beispiel Gullwing-Anschlüsse (SO-ICs, QFP, etc.) Sekundärmerkmal (AOI, AXI) Primärmerkmal (AXI) elektr. Test (ICT) Bewertung der Pin Ferse (IPC-A-610E-2010, 8-56) 15

16 Beispiel Gullwing-Anschlüsse (SO-ICs, QFP, etc.) AOI senkrecht AOI 45 Winkel AOI/AXI Überlagerung senkrecht 16

17 Beispiel Gullwing-Anschlüsse (SO-ICs, QFP, etc.) Bewertung der Pin Ferse (IPC-A-610E-2010, 8-56) 17

18 Beispiel Gullwing-Anschlüsse (SO-ICs, QFP, etc.) Prüfung über markante Punkte im Grauwertprofil des Pin Grauwerte invertiert Grauwerte invertiert 18

19 Beispiel Gullwing-Anschlüsse (SOT23) gleicher Prüfalgorithmus wie QFP, QFN, SOT23 SOT23, liegt auf Kopf SOT23 SOT23, liegt auf Kopf 19

20 Beispiel QFN-Anschlüsse gleicher Prüfalgorithmus wie QFP, SO-IC, Bewertung des Pin (IPC-A-610E-2010, 8-92) Bewertung der Wärmesenke (IPC-A-610E-2010, 8-94) 20

21 Beispiel QFN-Anschlüsse kein markanter Frontmeniskus kein markanter hinterer Mensikus markanter Frontmeniskus markanter hinterer Meniskus markanter Frontmeniskus kein markanter hinterer Mensikus Grauwerte invertiert 21

22 QFN - Wärmesenke Wärmesenke (Heatsink, Thermo- Massepad) 1. Detektion der Außenkanten (Fester Schellwert, oder dyn. Schwelle) 2. Detektion der Lufteinschlüsse (Fester Schellwert, oder dyn. Schwelle) 22

23 QFN Wärmesenke Darstellung Röntgenbild Darstellung topoview TM Darstellung CAD-Daten & Messergebnis Klassifikation Zusatztastatur AOI/AXI Verifizier und Reparaturplatz 23

24 THT - Lötstellen THT/PTH Montagetechnik THT/PTH Zinndurchstieg Bewertung Benetzung (IPC-A-610E-2010, 7-42) Bewertung Durchstieg (IPC-A-610E-2010, 7-43) 24

25 AXI 3D THT - Lötstellen AXI 2D AOI BOTTOM AOI TOP Test mit 3D-AXI! Test mit AOI? 25

26 AXI 3D 26

27 Widerstände (Tombstone) 27

28 Widerstände (Billboard) 28

29 Kondensatoren 29

30 BGA - Lötstellen Bewertung Lötverbindung, Poren, Ausrichtung, Kugelabstand (IPC-A-610E-2010, IPC-7095B) 30

31 BGA - Lötstellen 1) Detektion des Balls Messwerte (Auszug): Ball-Fläche Formfaktor, Achsverhältnis Mittlerer Grauwert Ball bzw. Hintergrund 2) Detektion von Voids Messwerte (Auszug): Void-Fläche Prozentualer Anteil Void-Fläche zu Ball-Fläche 31

32 BGA - Lötstellen gut gelöteter BGA Beispiele für Schlechtlötungen Markante Unterschiede in: Achsverhältnis Formfaktor Fläche 32

33 BGA Tear-Drop-Design (Nichtlötungen über Form detektierbar) 33

34 BGA Tear-Drop-Design 34

35 Möglichkeiten/Grenzen der Fehlerdetektion gelaserte FR4-Passmarken, unverzinnte Passmarken OCR, OCV, Datamatrix Codes Polarität Farbe, Farbringe Somit keine 100% visuelle Prüfabdeckung? 35

36 Doch! Kombination von AOI & AXI für 100% visuelle Prüfabdeckung. 36

37 Fazit Wie ist IPC konforme Inspektion möglich? + Einsatz der Röntgentechnologie + Prüfung verdeckter Lötstellen möglich (Bauform, Schirmblech) + Reale Prüfung der hinteren Lotmenisken (IC-Pin) + Reale Prüfung des Zinndurchstiegs (THT, PTH) + Unabhängigkeit von Reflexionen und Schatten + Sichere Detektion kritischer Lötfehler (Lifted-Lead) Welche Technologie ist dafür notwendig? + 3D-Röntgen ist nötig zur Trennung beider Leiterplattenseiten + Kurze Taktzeit durch scannende Bildaufnahme Inline Röntgen ist Investition in die Zukunft! 37

38 Technologietag Baugruppentest Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!