Bei der zunehmenden Miniaturisierung ist es von entscheidender Bedeutung, Materialfehler bereits im Vorfeld auszusortieren, Bestückungs- und Lötfehler zuverlässig zu erkennen und deren Ursachen zu analysieren. Mit den immer kleineren und komplexeren Bauelementen und der gestiegenen Bestückungsdichte auf den Leiterplatten werden Qualitätskontrollen im Bereich der Elektronikfertigung immer anspruchsvoller. Da reicht ein optisches Inspektionsgerät alleine oft nicht mehr aus.
Ein wesentlicher Bestandteil der Qualitätsbeurteilung ist es, potentielle Fehlerstellen aufzudecken, die elektrisch zwar als »gut« getestet werden, die aber bei der praktischen Anwendung und nach einigen Temperaturzyklen zu Ausfällen führen.
Schon beim Hochfahren eines Reflowprozess können die ersten Muster daraufhin untersucht werden, ob alle verdeckten Lötverbindungen aufgeschmolzen und in der richtigen Weise zustande gekommen sind .
Ein typisches Beispiel für Probleme bei der Beurteilung sind verdeckte Lötstellen, wie sie an Ball Grid Arrays (BGAs) - die mit immer kleineren Abmessungen eingesetzt werden - vorkommen. Zur Untersuchung mit optischen Mitteln werden 'Scope' angeboten, mit denen der Anwender mit großer Erfahrung und erheblichem Einsatz von Phantasie einige Reihen der Lötpunkte prüfen kann.
Erst der Einsatz von Videomikroskopen (OPTILIA) und geeigneten Prismenlinsen ergeben, - unter der Anwendung von Gegenlicht und einer geeigneten Software zur Kamerasteuerung - die optischen Informationen eine verwertbare Aussage über die Qualität der Lötstellen einzelner Spalten bis zur zehnten Reihe unter dem BGA Baustein .
Die bisher einzig wirklich wirksame Überprüfung verdeckter Lötstellen unter den BGAs ist es, die Bauteile in ihrer eingelöteten Position mittels Röntgenstrahlen zu durchleuchten und die Informationen mit einem guten Auswerteprogramm zu analysieren.
Häufig ist auch die Prüfung und Durchleuchtung von ICs und ASICs noch vor ihrer Verarbeitung von großem Nutzen und hilfreich für die Qualität der zu bestückenden Baugruppen. Zu den Kontrollmöglichkeiten gehören u.a. Tests an Multilayer- Leiterplatten, vor allem bei der Suche nach Unterbrechungen im verdeckten Leiterbereich und an Durchkontaktierungen in diesen Leiterplatten.
Zusammengefasst bedeutet dies, dass an vielen "unsichtbaren" und potentiellen Fehlstellen der sprichwörtliche 'Durchblick' erlaubt wird, der mit optischen Mitteln alleine unmöglich ist.
Ein wesentliches Kriterium für den Einsatz eines Röntgensystems in der Elektronikfertigung ist zunächst die Qualität der erzielten Informationen aus dem Prüfvorgang, also die Auflösung, die Bildschärfe und die Handhabung im Prüfprozess.
In zweiter Linie - und nicht weniger wichtig - ist die Höhe der erforderlichen Investition entscheidend. Um diese Kriterien optimal zu lösen, hat der im kalifornischen San Diego ansässige Hersteller Focalspot das »MiniV«-Röntgensystem vorgestellt und erreicht damit einen großen Kundenkreis.
Für die Qualität der Prüfergebnisse sind die Parameter des Systems entscheidend.
Das ist z.B. die Beschleunigungsspannung in der Röntgenquelle und damit die Energie des Röntgenstrahles, die für die Transparenz und Durchdringung des zu untersuchenden Objektes bestimmend ist. Für das MiniV -System ist dieser Wert mit 75 kV ( fünfundsiebzigtausend Volt ) angegeben.
Der Durchmesser des Strahlungsflecks des Röntgenstrahls (»Spot Size«) ist bestimmend für die maximal erzielbare Auflösung des Bildinhaltes. Für die MiniV ist der "Spot Size" mit kleiner/gleich 30 ?m (micron) angegeben. Die maximale Auflösung der Information in den Bildern beträgt 20 lp/mm (Linienpaare pro Millimeter), die veränderbare Vergrößerung durch die Zoomlinse der CCD-Kamera ist mit dem Faktor 50x angegeben. Das Betrachtungsfeld beträgt 50 mm.
Ein wichtiges Kriterium für die Anwendbarkeit eines Röntgensystems ist die Größe der Leiterplatten oder der Objekte, die geröntgt werden sollen. Durch die nach vorne geöffnete Beschickungsklappe der MiniV mit einer Breite von 737 mm und einer Höhe von 140 mm können Leiterplatten bis maximal 356 x 457 mm zur Untersuchung eingebracht werden und bis zu der inneren Höhe auch schräg positioniert werden, sodass auch ohne teure Manipulatoren ein Einblick unter die Lötpunkte und Anschlüsse von Steckerleisten gewährt werden kann.
Die Basissoftware (Dongle) erlaubt mit dem mitgelieferten Frame Grabber die Funktionen Bildfang, Mittelwertbildung, Bildspeicherung, Bild- und Textbeschriftung, Abstandsmessung und Kalibrierung sowie Bildschärfefilter.
Durch zwei unterschiedliche, optional erhältliche Softwareversionen kann der Anwender die Basisfunktionen der Röntgenanlage individuell erweitern. Die Software »VIPplus« mit dem »Automatischen BGA-Analyse-Modul« ermöglicht zusätzlich zu den Basisfunktionen die Messung der BGA-Lötpunkt-Durchmesser sowie deren Fläche und Form, die Messung von Einschlüssen und Leerstellen in den Lötstellen sowie die Speicherung und den Ausdruck der Messergebnisse.
Die optionale Softwareversion »VIPx« bietet zudem die Funktionen Bildhelligkeit und Kontrasteinstellungen, Pseudo-Farben, Filter zur Verbesserung des Störabstandes in der Bilddarstellung sowie 3D-Darstellungen der Grauabstufungen des Röntgenbildes.
Um Lötstellen exakt beurteilen zu können, ermöglicht die Software auch eine automatische Fehlererkennung Sortierung und Freigabe (Pass/Fail) für die häufigsten Ausfallursachen. Sie erkennt je nach der Auswahl des geeigneten Filters u.a. Kurzschlüsse, Unterbrechungen, Einschlüsse und Fehlstellen (Voids) sowie schlechte und fehlende Lötpunkte an BGAs, SMD- und SMT-Bauteilen.
Weiter Messschritte ermöglichen die Beurteilung von Halbleiterverpackungen und die Inspektion der Schichten in den Halbleitergehäusen zur Fehlererkennung der Bondstellen der Bond-Verbindungen und die Beobachtung der Chip-Kontakte und Verbindungen.
Das Technische Büro Kullik TBK GmbH bietet in einer engen Zusammenarbeit mit der Firma FOCALSPOT als Serviceleistung die kostenlose Möglichkeit kritische oder " verdächtige " Baugruppen vorab ausführlich zu durchleuchten, zu analysieren und mit einem hohen Informationsgehalt zu dokumentieren, um so dem Anwender den Einstieg in diese Prüftechnologie zu erleichtern.
Weitere Röntgenanlagen aus der Verifier-Serie vom gleichen Hersteller FOCALSPOT sind mit deren wichtigsten Parametern tabellarisch aufgeführt.
Ein wesentlicher Bestandteil der Qualitätsbeurteilung ist es, potentielle Fehlerstellen aufzudecken, die elektrisch zwar als »gut« getestet werden, die aber bei der praktischen Anwendung und nach einigen Temperaturzyklen zu Ausfällen führen.
Schon beim Hochfahren eines Reflowprozess können die ersten Muster daraufhin untersucht werden, ob alle verdeckten Lötverbindungen aufgeschmolzen und in der richtigen Weise zustande gekommen sind .
Ein typisches Beispiel für Probleme bei der Beurteilung sind verdeckte Lötstellen, wie sie an Ball Grid Arrays (BGAs) - die mit immer kleineren Abmessungen eingesetzt werden - vorkommen. Zur Untersuchung mit optischen Mitteln werden 'Scope' angeboten, mit denen der Anwender mit großer Erfahrung und erheblichem Einsatz von Phantasie einige Reihen der Lötpunkte prüfen kann.
Erst der Einsatz von Videomikroskopen (OPTILIA) und geeigneten Prismenlinsen ergeben, - unter der Anwendung von Gegenlicht und einer geeigneten Software zur Kamerasteuerung - die optischen Informationen eine verwertbare Aussage über die Qualität der Lötstellen einzelner Spalten bis zur zehnten Reihe unter dem BGA Baustein .
Die bisher einzig wirklich wirksame Überprüfung verdeckter Lötstellen unter den BGAs ist es, die Bauteile in ihrer eingelöteten Position mittels Röntgenstrahlen zu durchleuchten und die Informationen mit einem guten Auswerteprogramm zu analysieren.
Häufig ist auch die Prüfung und Durchleuchtung von ICs und ASICs noch vor ihrer Verarbeitung von großem Nutzen und hilfreich für die Qualität der zu bestückenden Baugruppen. Zu den Kontrollmöglichkeiten gehören u.a. Tests an Multilayer- Leiterplatten, vor allem bei der Suche nach Unterbrechungen im verdeckten Leiterbereich und an Durchkontaktierungen in diesen Leiterplatten.
Zusammengefasst bedeutet dies, dass an vielen "unsichtbaren" und potentiellen Fehlstellen der sprichwörtliche 'Durchblick' erlaubt wird, der mit optischen Mitteln alleine unmöglich ist.
Ein wesentliches Kriterium für den Einsatz eines Röntgensystems in der Elektronikfertigung ist zunächst die Qualität der erzielten Informationen aus dem Prüfvorgang, also die Auflösung, die Bildschärfe und die Handhabung im Prüfprozess.
In zweiter Linie - und nicht weniger wichtig - ist die Höhe der erforderlichen Investition entscheidend. Um diese Kriterien optimal zu lösen, hat der im kalifornischen San Diego ansässige Hersteller Focalspot das »MiniV«-Röntgensystem vorgestellt und erreicht damit einen großen Kundenkreis.
Für die Qualität der Prüfergebnisse sind die Parameter des Systems entscheidend.
Das ist z.B. die Beschleunigungsspannung in der Röntgenquelle und damit die Energie des Röntgenstrahles, die für die Transparenz und Durchdringung des zu untersuchenden Objektes bestimmend ist. Für das MiniV -System ist dieser Wert mit 75 kV ( fünfundsiebzigtausend Volt ) angegeben.
Der Durchmesser des Strahlungsflecks des Röntgenstrahls (»Spot Size«) ist bestimmend für die maximal erzielbare Auflösung des Bildinhaltes. Für die MiniV ist der "Spot Size" mit kleiner/gleich 30 ?m (micron) angegeben. Die maximale Auflösung der Information in den Bildern beträgt 20 lp/mm (Linienpaare pro Millimeter), die veränderbare Vergrößerung durch die Zoomlinse der CCD-Kamera ist mit dem Faktor 50x angegeben. Das Betrachtungsfeld beträgt 50 mm.
Ein wichtiges Kriterium für die Anwendbarkeit eines Röntgensystems ist die Größe der Leiterplatten oder der Objekte, die geröntgt werden sollen. Durch die nach vorne geöffnete Beschickungsklappe der MiniV mit einer Breite von 737 mm und einer Höhe von 140 mm können Leiterplatten bis maximal 356 x 457 mm zur Untersuchung eingebracht werden und bis zu der inneren Höhe auch schräg positioniert werden, sodass auch ohne teure Manipulatoren ein Einblick unter die Lötpunkte und Anschlüsse von Steckerleisten gewährt werden kann.
Die Basissoftware (Dongle) erlaubt mit dem mitgelieferten Frame Grabber die Funktionen Bildfang, Mittelwertbildung, Bildspeicherung, Bild- und Textbeschriftung, Abstandsmessung und Kalibrierung sowie Bildschärfefilter.
Durch zwei unterschiedliche, optional erhältliche Softwareversionen kann der Anwender die Basisfunktionen der Röntgenanlage individuell erweitern. Die Software »VIPplus« mit dem »Automatischen BGA-Analyse-Modul« ermöglicht zusätzlich zu den Basisfunktionen die Messung der BGA-Lötpunkt-Durchmesser sowie deren Fläche und Form, die Messung von Einschlüssen und Leerstellen in den Lötstellen sowie die Speicherung und den Ausdruck der Messergebnisse.
Die optionale Softwareversion »VIPx« bietet zudem die Funktionen Bildhelligkeit und Kontrasteinstellungen, Pseudo-Farben, Filter zur Verbesserung des Störabstandes in der Bilddarstellung sowie 3D-Darstellungen der Grauabstufungen des Röntgenbildes.
Um Lötstellen exakt beurteilen zu können, ermöglicht die Software auch eine automatische Fehlererkennung Sortierung und Freigabe (Pass/Fail) für die häufigsten Ausfallursachen. Sie erkennt je nach der Auswahl des geeigneten Filters u.a. Kurzschlüsse, Unterbrechungen, Einschlüsse und Fehlstellen (Voids) sowie schlechte und fehlende Lötpunkte an BGAs, SMD- und SMT-Bauteilen.
Weiter Messschritte ermöglichen die Beurteilung von Halbleiterverpackungen und die Inspektion der Schichten in den Halbleitergehäusen zur Fehlererkennung der Bondstellen der Bond-Verbindungen und die Beobachtung der Chip-Kontakte und Verbindungen.
Das Technische Büro Kullik TBK GmbH bietet in einer engen Zusammenarbeit mit der Firma FOCALSPOT als Serviceleistung die kostenlose Möglichkeit kritische oder " verdächtige " Baugruppen vorab ausführlich zu durchleuchten, zu analysieren und mit einem hohen Informationsgehalt zu dokumentieren, um so dem Anwender den Einstieg in diese Prüftechnologie zu erleichtern.
Weitere Röntgenanlagen aus der Verifier-Serie vom gleichen Hersteller FOCALSPOT sind mit deren wichtigsten Parametern tabellarisch aufgeführt.
