AOI-Prüfung: Warum uns kaum eine fehlerhafte Lötstelle durchrutscht
Jens Brinkmann erklärt, wie das AOI-System Fehler ausfindig macht
Als EMS-Dienstleister fertigen wir Baugruppen für diverse Abnehmer und Branchen. Unser Kerngeschäft ist die SMD-Bestückung. Baugruppen, die wir fertigen, kommen zum Beispiel in der Agrarwirtschaft zum Einsatz, aber auch in Flugzeugen oder Schutzhelmen für die Polizei. Sicherheit und Langlebigkeit gehören daher zu unseren wichtigsten Qualitätsfaktoren. Fertigungsmängel frühzeitig und lückenlos zu erkennen und dann zu verhindern ist für uns also die Königsdisziplin in der EMS.
AOI: automatische optische Inspektion – eine Definition
Die automatische optische Inspektion (AOI) prüft selbstständig mit mehreren hochauflösenden Kameras Leiterplatten auf Fehler und meldet diese. Das 2D-Kamerasystem fotografiert die Baugruppe von oben und geneigt von der Seite in einem 45-Grad-Winkel. Bei der dreidimensionalen Inspektion stellt ein „3D-Scanner“ zusätzlich die Höhe der Bauteile fest. Die Aufnahmen vergleicht die Prüfsoftware digital mit den festgelegten Referenzwerten (Klassifikationsschwellen). Die Einstellung des Systems erfolgt nach Möglichkeit mit einer einwandfreien Referenzplatine.
Die automatische optische Inspektion ist eine berührungslose Prüfmethode, die wir stichprobenartig während des Fertigungsprozesses einsetzen. Der typische Einsatzzeitpunkt für AOI-Systeme ist direkt nach dem Reflowlöten. Das ist der optimale Zeitpunkt für die Fehlersuche. Denn es ist umso teurer, Fehler zu beheben, je später wir sie im Produktionsprozess finden. Zusätzlich können wir so Prozessprobleme beim Löten und in der Bestückung frühzeitig im Produktionsprozess erkennen und die Informationen für eine schnelle Rückmeldung an frühere Stufen nutzen. Nach Abschluss der Fertigung prüfen wir jede einzelne Leiterplatte.
Diese AOI-Systeme kommen bei A+B Electronic zum Einsatz
- AOI-System Viscom 3D-AOI S-3088 Ultra: Mit neuester Kameratechnologie stellen acht geneigte Kameras Präzision sicher, kombiniert mit einem integrierten Streifenprojektor. Die Bildqualität ist deswegen so entscheidend, weil die Bauteile auf den Leiterplatten immer kleiner werden.
- AOI-System Viscom 2D-AOI S-3088 flex: Effektive Baugruppeninspektion und eine komfortable Bedienung sorgen für eine schnelle und zuverlässige Fehlerdetektion.
- Röntgenprüfsystem YXLON Cheetah
- 7 Stereomikroskop Vision Lyn EVO
Darum rutscht uns kaum eine fehlerhafte Lötstelle durch
Die automatische optische Inspektion (AOI) ist einer der wichtigsten und wirksamsten Schritte in unserer Qualitätssicherung. In der AOI arbeiten wir mit standardisierten Prozessen – zum Beispiel in der Programmerstellung, um digitale Referenzplatinen zu erstellen. Sobald das Programm geschrieben ist, erfolgt erst eine Selbstkontrolle, bevor wir einen Teamcheck durchführen. Sind wirklich alle Bauteile, die bestückt werden sollen in der Software vermerkt? Jedes Bauteil hat seine eigene Geometrie. Normale Chip-Bauteile zum Beispiel sind rechteckig und haben rechts und links Bauteilkappen. Im Prüfmuster legen wir die Geometrie fest. Wir stellen sogenannte Match-Muster ein. Diese bestimmen die exakten Positionen des Bauteiles und der nachfolgenden Prüffenster. Sämtliche Abläufe sind bei uns routiniert – dadurch vermeiden wir schon bei der Programmerstellung Fehler.
Wenn das AOI-System ein Bild einer Leiterplatte analysiert, sucht es nach einer Vielzahl spezifischer Merkmale:
- Leiterplatten-Referenzpunkte
- Anwesenheit der Bauteile
- Bauteilplatzierung (Verschiebung)
- Polarität
- Reflektivität der Lötstellen
- Beschriftungsmuster (etwa Barcodes)
Nachdem die Produktion auf einer unserer SMD-Linien abgeschlossen ist, prüfen wir die Charge als Ganzes. Grobe Fehler haben wir schon vorher stichprobenartig aufgespürt. Findet das AOI-System jetzt noch Fehler, klassifiziert unser Fachpersonal in der Revision diese Fehler und bearbeitet sie.
Pseudofehler und Echtfehler in der AOI
Zeigt das AOI-System einen Fehler an, prüft eine Fachkraft in der Revision, um welchen Fehler es sich handelt: um einen Pseudofehler oder um einen Echtfehler. Denn bis zu diesem Zeitpunkt sagt das System einfach nur, dass es Abweichungen von der Referenz gibt. Handelt es sich um einen echten Fehler, bearbeiten wir diesen manuell. Pseudofehler entstehen, wenn das System eine bestimmte Stelle nicht hundertprozentig erkennt. Klassifiziert unser Revisionsteam das Bauteil als Pseudofehler, kehrt die Leiterplatte sofort zurück in den Fertigungskreislauf. Die Daten des Pseudofehlers werten wir statistisch aus, um diesen Fehler zukünftig zu eliminieren. Das Ziel bei der AOI-Programmierung ist es also, möglichst wenig Pseudofehler zu generieren, aber jeden Echtfehler zu finden.
4 typische Fehler, die AOI bei der SMD-Bestückung herausfiltert
Wenn das AOI-System einen Fehler erkannt hat und dieser als Echtfehler klassifiziert wurde, kann das unterschiedliche Gründe haben. Vier typische Fehler sind beispielsweise:
- Bauteile fehlen oder sind versetzt
- Bauteile verpolt
- Lötstellen sind mangelhaft
- Pins sind verbogen
Mangelhafte Lötstellen erkennt das AOI-System über Farbabgleiche der Lichtreflexion. Die Software erkennt unterschiedliche Grauschattierungen und kann so den Fehler anzeigen.
Bei IC-Bauteilen verlaufen die Pins treppenförmig nach unten. Dadurch können sie sich während des Fertigungsprozesses leicht verdrehen oder nach oben abstehen. Beim Reflowlöten können Bauteile miteinander „verschwimmen“ und Kurzschlüsse durch feinste Haarbrücken zwischen den Lötstellen verursachen.
Röntgenprüfsystem für BGA (Ball Grid Array)
Die Kamerasysteme der 2D- und 3D-AOI können Bausteine erfassen, deren Lötstellen sichtbar oben oder von der Seite angebracht sind. Bauteile mit verdeckten Anschlüssen an der Unterseite heißen Ball Grid Array (kurz: BGA). Sie können folglich nur auf eine korrekte Ausrichtung mittels AOI-Kamerasystem untersucht werden. Zur Prüfung dieser verdeckten Lötstellen auf Multilayer-Platinen setzen wir unser Röntgenprüfsystem YXLON Cheetah ein. Damit können wir die Platinen punktuell auf Fehler durchleuchten und auf korrekte Verbindung der Lötpunkte checken. Eine eigene Abteilung, die speziell auf die Röntgenprüfung geschult ist, arbeitet bei A+B Electronic in einem Sicherheitsbereich, der vor Röntgenstrahlung schützt. Das Röntgenprüfsystem verbessert unsere Qualitätsprozesse massiv.
Die Miniaturisierung und immer komplexere Bauteile erfordern ein lückenloses Qualitätsmanagement. Unser Kerngeschäft ist die Leiterplattenbestückung. Wir liefern alles aus einer Hand – vom Conformal Coating über Testing und Komplettmontage bis hin zur Logistik.
