Die Rolle der optischen Inspektion in der modernen anspruchsvollen Elektronikindustrie

Zuverlässige, automatisierte Systeme zur Bestückung von Leiterplatten sind auf den meisten modernen Montagebändern gang und gäbe. Inwieweit spielen aber manuelle Prozesse in der heutigen anspruchsvollen Elektronikindustrie eine Rolle bei der Produktion von Leiterplatten?

Die Entwicklung automatischer Inspektionsroutinen profitierte u. a. von den Veränderungen bei elektronischen Fertigungsprozessen.

Zum einen führte der Trend weg von Durchkontaktierungen und hin zu Aufbaukomponenten dazu, dass bei herkömmlichen In-Circuit-Tests (ICT) nicht mehr die elektrische Verbindungstechnik gegeben war, um eine umfassende Fehlererkennung zu gewährleisten. Ein weiterer Faktor, der die Entwicklung automatischer Inspektionsverfahren beschleunigte, ist der Einsatz von immer kleineren Geräten, die eine automatisierte Lösung mit hoher Anzahl von Verbindungen erfordern.

Inspektion von Leiterplatten
Inspektionssysteme für Leiterplatten gibt es in vielen Ausführungen: Automatische optische Inspektion [AOI]; Automatische Röntgeninspektion [AXI]; Automatische Infrarotinspektion; Manuelle Video- und optische Prüfung – in den Phasen Post-Paste, Bestückung, Löten und Fertigprodukte.

Trotz aller technologischen Entwicklungen im Bereich automatischer Inspektionslösungen müssen menschliche Bediener nach wie vor das automatische Inspektionssystem programmieren und einstellen, um das für ein bestimmtes Produkt erforderliche Fehlererkennungspotenzial zu erreichen.

Ein einwandfreier manueller Inspektionsprozess ist für die Erstellung und Stabilisierung eines automatischen Prüfprogramms unabdinglich. Dies ist besonders wichtig, wenn verschiedene Platinentypen montiert, erprobt und geprüft werden.

Manuelle Inspektion in modernen Industrieunternehmen

Ingenieure in Forschung und Entwicklung nutzen die optische Inspektion besonders bei der Prüfung von Platinenprototypen auf Präzision und Zweckmäßigkeit. In dieser Phase sind noch keine automatischen Routinen programmiert und da keine Mängel bekannt sind, hängen die Verfahren zur Qualitätsprüfung ausschließlich von der Erfahrung der Ingenieure und Präzision der Prüfinstrumente ab, mit denen die Leiterplatten manuell inspiziert werden.

Häufig wird neben automatischen Inspektionen auch vor Ort die Qualität von Lötstellen geprüft. Bei diesen Prüfungen sind in der Regel strenge Qualitätsverfahren zu beachten um sicherzustellen, dass die Leiterplatten von den automatisierten Systemen einheitlich überprüft werden.

Da das Preis-Leistungs-Verhältnis immer von Bedeutung ist, werden neue Bauteile häufig von konkurrierenden und neuen Anbietern bezogen, die neue und verbesserte Bauteile liefern sollen. In diesen Fällen müssen diese Bauteile unbedingt Qualitätsprüfungen unterzogen werden. Dies ist nur durch eine Inspektion - vorzugsweise manuell - möglich.

Beim Design und der Produktion maßgeschneiderter Leiterplatten ist die optische Inspektion eine ideale Lösung, wenn hohe Investitionen in automatische Inspektionstechnologie nicht unbedingt erforderlich sind.

Manuelle Inspektionssysteme gibt es in vielen Ausführungen. Von einfachen Lupenleuchten bis hin zu hochauflösenden Videokameras hat sich das einfache Stereomikroskop zur Säule manueller Inspektionslösungen entwickelt: Die Auflösung von Videosystemen ist in den letzten zehn Jahren zwar erhebich größer geworden, können dem Betrachter aber nur zweidimensionale Bilder liefern.

Aufgrund der Konstruktion von Mikroskopen müssen die Bediener aber eine unbequeme Haltung - oft über lange Zeit - einnehmen. Dies kann zu Ermüdung und dadurch zu potenziell mehr Fehlern führen.

Ergonomie und manuelle optische Inspektion

Bei manuellen optischen Inspektionen zählt die Ergonomie. Nur so können Bediener möglichst bequem arbeiten, die Ermüdung infolge einer starren Körperhaltung wird minimiert. Dies kommt Präzision und Produktivität zugute.

Herkömmliche optische Mikroskope haben zwei Okulare. Die daraus resultierende Kombination von menschlichem Bediener und Mikroskop ist eine leistungsfähige und äußerst flexible Inspektionslösung für Elektronikunternehmen jeder Größe. Ein gravierendes, täglich auftretendes Problem ist die Ermüdung von Bedienern, die infolgedessen Fehler machen können.

Okularlose Mikroskoptechnologie

Die patentierte optische Technologie von Vision Engineering umgeht die grundsätzliche Problematik eines herkömmlichen Mikroskops - das kleine, aus dem Okular austretende Bild, bzw. der Strahlengang.

Bei Mikroskopen mit Okular hat das Bild, das aus dem Okular austritt (Austrittspupille), einen Durchmesser von ca. 3 mm. Der Bediener muss seine Augen exakt an den Okularen ausrichten, da er bereits bei einer minimalen Kopfbewegung das Bild aus den Augen verlieren würde.

So muss er in einer steifen und unbequemen Haltung verharren. Die „okularlose” Technologie vergrößert das aus den Mikroskopokularen austretende Bild.

Die patentierten Stereoinspektionsmikroskope von Vision Engineering nutzen eine spezielle Technologie zur Optimierung der Ergonomie: Das Ergebnis sind der innovative Dynascope™-Betrachtungskopf des hochmodernen Lynx-Stereo-Zoommikroskops sowie die optischen Messmikroskope von Vision Engineering.

Die patentierte optische Dynascope™-Technologie der Lynx-Systeme arbeitet mit einer Multilinsen-Scheibe mit einem Durchmesser von 148 mm, die mit über 3,5 Millionen einzelnen, jeweils nur 70 µ großen Linsen bestückt ist.

Die Linsenscheibe des Dynascope™ rotiert mit 3400 Umdrehungen pro Minute, um die Millionen von Einzelstrahlengängen zu verschmelzen und ein gleichmäßiges „Expanded-Pupil”-Stereobild mit großer Abbildungstiefe und großem Sichtfeld zu erzeugen.

Bei der Arbeit mit dem Mikroskop erweitert die Multilinsen-Scheibe den eigentlichen Strahlengang des Systems. Das daraus entstehende Bild wird durch die Feldlinsen auf die Augen des Bedieners reflektiert und das hochaufgelöste Bild auf eine große Betrachtungsebene projiziert, um größtmöglichen Sehkomfort zu erreichen.

Geringere Ermüdung der Bediener

Der Bediener wechselt mit seinem Blick normalerweise ständig zwischen dem vergrößerten optischen Bild und dem zu betrachtenden Objekt (vor allem bei Nacharbeiten oder der Manipulation von Objekten). Durch den großen Abstand zum vergrößerten Bild muss sich das Auge nicht jedes Mal neu anpassen.

Das vergrößerte Bild hat fast den gleichen Abstand zum Auge des Betrachters wie der tatsächliche Gegenstand - das Resultat ist eine spürbar geringere Beanspruchung der Augen und geringere Ermüdung.

Die Verwendung von "okularlosen" Betrachtungssystemen hat gegenüber den herkömmlichen Okularen weitere Vorteile - sie erlaubt dem Bediener eine größere Freiheit bei Kopf- und Körperhaltung, sowie das Tragen von Brillen.

Mikroskopbenutzer, die eine Lesebrille tragen, müssen diese normalerweise beim Mikroskopieren abnehmen, und die Augen sind gezwungen, sich neu auf eine unterschiedliche Entfernung einzustellen, was wiederum zur schnellen Ermüdung der Augen führt. Für Bediener, die unter Hornhautverkrümmung leiden, ist es noch schwieriger, denn das Abnehmen der Brille verschlechtert ihr Sehvermögen erheblich.

Die bedeutenden ergonomischen Vorteile des Systems schlagen sich in höheren Fertigungs- und verringerten Ausschussraten nieder, da die Betrachtung von Objekten einfacher und das Mikroskopieren auch über längere Zeiträume ohne Ermüdungserscheinungen möglich ist.

Noch bessere ergonomische Betrachtung von Leiterplatten

Vision Engineering Ltd. bietet jetzt ein verbessertes Lynx LED-Stereomikroskop mit wahlweise schrägem oder senkrechtem Blick auf den betrachteten Gegenstand. Mit LED-Beleuchtung und einer Winkeloptik zur schrägen und senkrechten Betrachtung bietet das Lynx eine 360°-Rundumansicht der Leiterplatte. So können Lötstellen im Winkel von 34° betrachtet und die Anordnung von Kontaktstellen, die häufig für herkömmliche Stereoinspektionslösungen schwer erreichbar sind, überprüft werden.

Das Lynx erfreut sich in der Elektronikindustrie großer Beliebtheit. Es bietet einzigartige Ergonomieleistungen und optimale optische Bildklarheit.

Darüber hinaus ist das Lynx jetzt mit LED-Beleuchtung ausgestattet, die Leiterplatten mit homogenem, weißeren Licht bestrahlt. Auch die Kosten von Verbrauchsmaterial konnten um mehr als 80% gesenkt werden. Die Lampen halten bis zu eindrucksvollen 10.000 Betriebsstunden. Die LEDs sind dimmbar, so dass für jede Anwendung exakt die benötigte Lichtintensität eingestellt werden kann.

Die LED-Beleuchtung kann jetzt in Verbindung mit der eindrucksvollen Winkeloptik zur Betrachtung von Gegenständen aus schrägem und senkrechtem Blickwinkel verwendet werden.

Neben der wechselbaren direkten Ansicht und den Vorzügen der Stereobetrachtung des Lynx können Oberflächenmerkmale mühelos dreidimensional betrachtet werden, ohne dass der Gegenstand bewegt werden muss. Das Lynx ist ideal zur Prüfung von Leitungen, Durchkontaktierungen, Konnektoren, Lötstellen, Lötbumps an SMT-, TAB- und BGA-Geräten und zur präzisen Inspektion von Wafer-Bearbeitungsmerkmalen.

Diese Technologie wird parallel zu automatisierten Prozessen eingesetzt und maximiert so die Qualität von Leiterplatten. Die manuelle Inspektion erfüllt eine wichtige Funktion neben automatisierten Systemen und wird u. a. eingesetzt, wenn automatisierte Systeme nicht kostenwirksam sind. Da sich die Technologie beständig weiterentwickelt und neue Komponenten auf den Markt kommen, liefert die optische Inspektion Fachleuten eine bessere - vergrößerte - Perspektive, um ihr Know-how und ihre Erfahrung in jeder einzelnen Anwendung zum Einsatz zu bringen und jegliche Mängel zutage zu fördern.

Vision Engineering ist bereits seit 50 Jahren erfolgreich auf dem Markt tätig. Das Unternehmen hat das Stereomikroskop durch eine patentierte optische Technologie ins 21. Jahrhundert gebracht und die Art und Weise des traditionellen, für den Bediener unbequemen Mikroskops durchbrochen.

Mit der neuesten Entwicklung der patentierten „okularlosen” Technologie von Vision Engineering fallen nicht nur die umständlichen Okulare eines herkömmlichen Mikroskops weg, sondern der Nutzer kann den Gegenstand auch bequem und mit großer Detailgenauigkeit betrachten.

Das fortlaufende Forschungs- und Entwicklungsprogramm von Vision Engineering wird auch in Zukunft preisgekrönte, innovative Produkte hervorbringen.

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