OptiCon X-Line 3D: 3D-Inline-Röntgeninspektion AXI + AOI = AXOI
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- Viktor Martin
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1 OptiCon X-Line 3D: 3D-Inline-Röntgeninspektion AXI + AOI = AXOI Andreas Türk GÖPEL electronic GmbH
2 eine These Steuergeräte / Fahrzeug: Lötstellen pro Steuergerät: Lötstellen / Fahrzeug: min. 50 min. 500 min (1 Mio Lötstellen = 40 Fahrzeuge) akzeptierte Fehlerrate 20ppm 3ppm jedes 2. Fahrzeug hat einen Lötfehler! jedes 13. Fahrzeug hat einen Lötfehler! Welche Prüftechnologie einsetzen? GÖPEL electronic GmbH 2
3 Inhalt Wie funktioniert Röntgen? Grundlagen - kurz und knapp Beispiel-Linie zur IPC-konformen Prüfung Praxisbeispiel AXOI-System als Insellösung Abnahmekriterien für el. Baugruppen Forderungen der IPC und deren Umsetzung mittels AXOI Fazit Zusammenfassung GÖPEL electronic GmbH 3
4 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) GÖPEL electronic GmbH 4
5 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 GÖPEL electronic GmbH 5
6 Beispiel-Line zur IPC-konformen Prüfung GÖPEL electronic GmbH 6
7 Beispiel-Line zur IPC-konformen Prüfung AXOI X-Line 3D IPC-konformer Test Beladung Loader / Magazinierer Verifikationsplatz Feherklassifikation Entladen Unloader/ Magazinierer GÖPEL electronic GmbH 7
8 Anforderung 1 Prüfung verdeckter Bauteile GÖPEL electronic GmbH 8
9 Anforderung 2 Prüfung verdeckter Lötstellen GÖPEL electronic GmbH 9
10 Anforderung 3 100% Lötstelleninspektion von TOP und BOTTOM in einem Durchlauf GÖPEL electronic GmbH 10
11 Anforderung 4 Prüfung von Polaritäten und Beschriftungen GÖPEL electronic GmbH 11
12 3D-Röntgen Inline ist zu langsam! Vorurteil Quelle: aerztezeitung.de GÖPEL electronic GmbH 12
13 Warum ist die X-Line 3D so schnell? Konventionelle AXI-Systeme benutzen Stop-and-Go-Bildaufnahme! Stop-and-Go - Bildaufnahme GÖPEL electronic GmbH 13
14 Warum ist die X-Line 3D so schnell? Die X-Line 3D benutzt eine schnelle, scannende Bildaufnahme! Mehr als 3-fach schneller gegenüber Stop-and-Go-Bildaufnahme BEREIT FÜR DEN LINIENEINSATZ Scannende Bildaufnahme GÖPEL electronic GmbH 14
15 Warum ist die X-Line 3D so schnell? GÖPEL electronic GmbH 15
16 Applikationsbeispiel Baugruppe 1 Baugruppe: 216mm x 164mm, doppelseitig bestückt Bauelemente: 2032 Bauformen: 12x BGA, 60x SO, 1.640x Chip, 16x QFN u.a. Lötstellen: AXI-System: X-Line 3D Auflösung: 12µm / Pixel Taktzeit (100% Inspektionsumfang): 37s GÖPEL electronic GmbH
17 Applikationsbeispiel Baugruppe 2 Baugruppe: 160mm x 100mm, doppelseitig bestückt Bauelemente: 509 Bauformen: 6x BGA, 20x SO, 424x Chip, 12x THT u.a. Lötstellen: AXI-System: X-Line 3D Auflösung: 12µm / Pixel Taktzeit (100% Inspektionsumfang): 34s GÖPEL electronic GmbH
18 Applikationsbeispiel Baugruppe 3 Baugruppe: 290mm x 140mm, 20fach Nutzen Bauelemente: Bauformen: 20x BGA, 980x Chip, 60x QFN u.a. Lötstellen: AXI-System: X-Line 3D Auflösung: 12µm / Pixel Taktzeit (100% Inspektionsumfang): 33s GÖPEL electronic GmbH
19 Applikationsbeispiel Baugruppe 4 Baugruppe: 400mm x 230mm, doppelseitig bestückt Bauelemente: Bauformen: 22x BGA, 59x SO, 3.100x Chip, u.a. Lötstellen: AXI-System: X-Line 3D Auflösung: 12µm / Pixel Taktzeit (100% Inspektionsumfang): 38s GÖPEL electronic GmbH
20 GÖPEL electronic GmbH 20
21 GÖPEL electronic GmbH 21
22 Abnahmekriterien für elektronische Baugruppen GÖPEL electronic GmbH 22
23 Abnahmekriterien für el. Baugruppen u.a. IPC-A-610E IPC-7095B These: Röntgeninspektion ermöglicht eine -konforme Prüfung GÖPEL electronic GmbH 23
24 Abnahmekriterien für el. Baugruppen Beispiel Gullwing-Anschlüsse (SO-ICs, QFP, etc.) Bewertung der Pin Ferse (IPC-A-610E-2010, 8-56) GÖPEL electronic GmbH 24
25 Abnahmekriterien für el. Baugruppen 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) GÖPEL electronic GmbH 25
26 Abnahmekriterien für el. Baugruppen Beispiel Gullwing-Anschlüsse (SO-ICs, QFP, etc.) AOI senkrecht AOI 45 Winkel AOI/AXI Überlagerung senkrecht GÖPEL electronic GmbH 26
27 Abnahmekriterien für el. Baugruppen GÖPEL electronic GmbH 27
28 Abnahmekriterien für el. Baugruppen Beispiel Gullwing-Anschlüsse (SO-ICs, QFP, etc.) Bewertung der Pin Ferse (IPC-A-610E-2010, 8-56) GÖPEL electronic GmbH 28
29 Abnahmekriterien für el. Baugruppen Beispiel Gullwing-Anschlüsse - Reparaturplatz
30 Abnahmekriterien für el. Baugruppen Beispiel Gullwing-Anschlüsse (SOT23) gleicher Prüfalgorithmus wie QFP, QFN, SOT23 SOT23, liegt auf Kopf SOT23 SOT23, liegt auf Kopf GÖPEL electronic GmbH
31 Abnahmekriterien für el. Baugruppen 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) GÖPEL electronic GmbH 31
32 Abnahmekriterien für el. Baugruppen Beispiel QFN-Anschlüsse kein markanter Frontmeniskus kein markanter hinterer Mensikus markanter Frontmeniskus markanter hinterer Mensikus markanter Frontmeniskus kein markanter hinterer Mensikus Grauwerte invertiert GÖPEL electronic GmbH 32
33 Abnahmekriterien für el. Baugruppen QFN - Wärmesenke Wärmesenke (Heatsink, Thermo- Massepad) 1. Detektion der Außenkanten (Fester Schellwert, oder dyn. Schwelle) 2. Detektion der Lufteinschlüsse (Fester Schellwert, oder dyn. Schwelle) GÖPEL electronic GmbH 33
34 Abnahmekriterien für el. Baugruppen QFN Wärmesenke Darstellung Röntgenbild Darstellung topoview TM Darstellung CAD-Daten & Messergebnis Klassifikation Zusatztastatur AOI/AXI Verifizier und Reparaturplatz GÖPEL electronic GmbH 34
35 Abnahmekriterien für el. Baugruppen DPAK Wärmesenke
36 Abnahmekriterien für el. Baugruppen THT - Lötstellen THT/PTH Montagetechnik THT/PTH Zinndurchstieg Bewertung Benetzung (IPC-A-610E-2010, 7-42) Bewertung Durchstieg (IPC-A-610E-2010, 7-43) GÖPEL electronic GmbH 36
37 Abnahmekriterien AXI AXI für AOI el. Baugruppen AOI 3D THT - Lötstellen 2D BOTTOM TOP Test mit 3D-AXI! Test mit AOI? GÖPEL electronic GmbH 37
38 AXI 3D GÖPEL electronic GmbH 38
39 Abnahmekriterien für el. Baugruppen Widerstände GÖPEL electronic GmbH
40 Abnahmekriterien für el. Baugruppen Widerstände (Tombstone) GÖPEL electronic GmbH
41 Abnahmekriterien für el. Baugruppen Widerstände (Billboard) GÖPEL electronic GmbH
42 Abnahmekriterien für el. Baugruppen Kondensatoren GÖPEL electronic GmbH
43 Abnahmekriterien für el. Baugruppen BGA - Lötstellen Bewertung Lötverbindung, Poren, Ausrichtung, Kugelabstand (IPC-A-610E-2010, IPC-7095B) GÖPEL electronic GmbH 43
44 Abnahmekriterien für el. Baugruppen BGA - Lötstellen Bewertung Lötverbindung, Poren, Ausrichtung, Kugelabstand (IPC-A-610E-2010, IPC-7095B) GÖPEL electronic GmbH 44
45 Abnahmekriterien für el. Baugruppen 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 GÖPEL electronic GmbH 45
46 Abnahmekriterien für el. Baugruppen BGA - Lötstellen gut gelöteter BGA Beispiele für Schlechtlötungen Markante Unterschiede in: Achsverhältnis Formfaktor Fläche GÖPEL electronic GmbH 46
47 Abnahmekriterien für el. Baugruppen BGA Tear-Drop-Design (Nichtlötungen über Form detektierbar) GÖPEL electronic GmbH 47
48 Abnahmekriterien für el. Baugruppen BGA Tear-Drop-Design Automatische Optische Inspektion 48
49 Grenzen der Fehlerdetektion mittels AXI gelaserte FR4-Passmarken, unverzinnte Passmarken OCR, OCV, Datamatrix Codes Polarität Farbe, Farbringe Somit keine 100% visuelle Prüfabdeckung? GÖPEL electronic GmbH 49
50 Grenzen der Fehlerdetektion mittels AXI Doch! Kombination von AXI & AOI für 100% visuelle Prüfabdeckung GÖPEL electronic GmbH 50
51 GÖPEL electronic GmbH 51
52 3D AXI + AOI = AXOI Prüfprogrammerstellung für AXI und AOI in einer Oberfläche GÖPEL electronic GmbH 52
53 3D AXI + AOI = AXOI Prüfprogrammerstellung für AXI und AOI in einer Oberfläche GÖPEL electronic GmbH 53
54 3D AXI + AOI = AXOI Beispiel: Prüfung der Lotmenisken mittels AXI GÖPEL electronic GmbH 54
55 3D AXI + AOI = AXOI Beispiel: Prüfung der Bauteil Anwesenheit mittels AOI GÖPEL electronic GmbH 55
56 3D AXI + AOI = AXOI Beispiel: Überlagerung von AOI und AXI Bildern GÖPEL electronic GmbH 56
57 Beleuchtungssystem multispektral und multidirektional TopFlash-Beleuchtung Bauteilanwesenheit Polaritätserkennung 1D/2D-Codes Schrifterkennung (OCV) Farberkennung Aufnahme von Farb-Übersichtsbildern GÖPEL electronic GmbH 57
58 Beleuchtungssystem multispektral und multidirektional MetaFlash-Beleuchtung - Infrarot Sichere Erkennung von Bauteilen mit geringem Kontrast zum Leiterplattenmaterial Wellenlänge 850nm (infrarot) Beleuchtungsrichtung ±30 zur Betrachtungsrichtung GÖPEL electronic GmbH 58
59 Fazit Wie ist IPC konforme Inspektion möglich? + Einsatz der Röntgentechnologie in Kombination mit AOI + mit AXI Prüfung verdeckter Lötstellen möglich (Bauform, Schirmblech) + mit AXI reale Prüfung der hinteren Lotmenisken (IC-Pin) + mit AXI Reale Prüfung und des Zinndurchstiegs (THT, PTH) + mit AXI unabhängig von Refexionen und Schatten + mit AXI sichere Detektion kritischer Lötfehler (Lifted-Lead) + mit AXOI Detektion von Polaritäten, Beschriftungen, Farbe, Welche Technologie ist dafür notwendig? + 3D-Röntgen ist nötig zur Trennung beider Leiterplattenseiten + Kurze Taktzeit durch scannende Bildaufnahme Inline AXOI ist Investition in die Zukunft! GÖPEL electronic GmbH 59
60 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fragen?
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