Immer kleinere Bauteile, verbunden mit einer zunehmenden Miniaturisierung von Leiterplatten, eine wachsende Anzahl von Bauelementen und Sonderfertigungen von kleinen Stückzahlen oder Massenanfertigungen kompletter Leiterplatten erfordern neue Kontrollmethoden. 25 Prozent der Fehler werden mit der menschlichen Sichtkontrolle nicht gefunden. Konventionelle elektrische Prüfverfahren können nur noch eingeschränkt oder mit hohem Aufwand eingesetzt werden. Geräte und Automaten der Automatischen Optischen Inspektion (AOI) sind entweder als Tischgeräte oder als großer, komplexer Automat verfügbar. Einbau- oder gar OEM-Geräte existieren nicht. Die Inspektion ist auf kleine Flächen begrenzt. Die Kamera muss dabei mechanisch per Motorantrieb über die Leiterplatte geführt werden.
Eine Barcode-Erkennung und -Auswertung erfolgt, wenn überhaupt, nur mit Hilfe eines komplizierten Bildverarbeitungssystems über die Kamera. Der Einsatz von Handlesern ist zu aufwendig. Fest montierbare Barcodescanner müssen entweder immer neu justiert werden oder der Barcode muss sich stets an ein und derselben Stelle befinden.
Einfache Qualitätssicherung durch Codierung
Die Kennzeichnung von Leiterplatten spielt eine immer größere Rolle bei der Qualitätssicherung. Mit Barcodes gekennzeichnete Platinen sind eine einfache Möglichkeit, Produktionsdatum, Charge oder andere Daten auf der Leiterplatte zu integrieren. Durch den zusätzlichen Einsatz von Datenbanken und durch die Vernetzung der Daten erfolgt eine lückenlose und einfache Rückverfolgung. Der Zeitaufwand reduziert sich auf ein Minimum. Die Verwendung des 2D-Codes „Data Matrix“ ermöglicht es zusätzlich, die Daten auf kleinsten Flächen unterzubringen. Die Fehlerkorrektur des Codes bietet eine hohe Redundanz und verleiht dem Verfahren große Sicherheit. Die Codes können entweder per Etikett an verschiedenen Stellen aufgebracht werden oder aber gelasert, gedruckt, gebohrt sowie geätzt sein. Allerdings ist ein vollständiges Erfassen und Auswerten oft nur mit sehr hohem Aufwand möglich. So können fest montierte Barcodescanner meist nur bedingt eingesetzt werden, da sie bei jeder neuen Charge neu justiert werden müssten. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Code immer genau in einem fest definierten „Fenster“ aufzubringen. Das scheitert jedoch in der Regel am fehlenden Platz auf den unterschiedlichen Leiterplatten. Bliebe der sehr personal- und zeitaufwendige Einsatz von Handlesegeräten, der den gewünschten Automatisierungseffekt wieder zunichte machen würde.
Abhilfe kann der LPSCAN 06 der Firma Barcodat aus Dornstetten schaffen, der Codes vom Typ „Data Matrix“ auf kompletten Leiterplattennutzen automatisch in beliebiger Anzahl, Lage und Position erkennt. Die Größe des Erfassungs-Bereichs kann je nach Ausführung bis zu 600 x 800 mm betragen. Der Scanner arbeitet im Durchlauf und liest die Codes auf der gesamten Fläche, ohne dass mechanis ch justiert oder nachgeführt werden muss. Eine Festlegung auf bestimmte Felder oder bestimmte Codes ist möglich, aber nicht zwingend notwendig. Die zu lesenden Codes können mit Angabe eines Suchfensters vorgegeben werden. Die Auflösung kann dabei bis zu 8 mil (entsprechend 0,20 mm Modulgröße) betragen. Ein Data Matrix-Code mit 12 alphanumerischen Zeichen, also beispielsweise einer Chargennummer, wäre in dieser Auflösung ein Quadrat von 3,6 mm Kantenlänge. Der Scanner arbeitet omnidirektional, er erkennt die Codes also in jeder beliebigen Lage. Eine Besonderheit ist seine Telezentrie, das heißt Labels neben hohen Bauelementen können unabhängig von ihrer Lage und Höhenausdehnung im Sichtfeld erfasst werden. Die Triggerung des Scanners erfolgt automatisch oder manuell. Die Ausgabe der Daten geschieht entweder unmittelbar nach der vollständigen Decodierung oder aber nach einem vollständig absolvierten Durchlauf des Objekts. Zur Kommunikation nutzt das System entweder einen Standard Ethernet-Anschluss oder die serielle Schnittstelle.
Optische Mustererkennung
Der Lotpastenauftrag ist der erste und entscheidende Schritt bei der Bestückung von Leiterplatten. Die Qualität der Baugruppe hängt entscheidend davon ab. Zu viel Lotpaste kann kalte Lötstellen oder Kurzschlüsse verursachen. Außerdem können Komponenten verschwimmen. Fehlende Lotpaste oder Lotpaste an den falschen Stellen bewirkt, dass die Bauteile erst gar nicht angelötet werden und so natürlich auch nicht funktionieren können. 60 bis 90 Prozent der in der SMT-Fertigung (Surface-mounting technology, Oberflächenmontagetechnik) auftretenden Fehler sind auf mangelhafte Lötstellen zurückzuführen, die wiederum meist auf einem fehlerhaften Lotpastenauftrag beruhen. Gerade Leiterplatten mit einer hohen Dichte an Bauteilen erfordern hier hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit. Es liegt daher nahe, den Lotpastenauftrag vor Beginn der Produktion zu kontrollieren. Wird ein fehlerhafter Auftrag sofort entdeckt, ist er ohne großen Verlust an Material und Zeit leicht zu beheben. Eine Inspektion kann mit zwei- oder dreidimensionalen Systemen erfolgen. Eine zweidimensionale Inspektion ist relativ einfach zu realisieren. Die dreidimensionale Inspektion, wie sie mit den auf dem Markt befindlichen AOI-Systemen erfolgt, ist sehr aufwendig und entsprechend teuer. Außerdem bleibt die Inspektion bisher auf relativ kleine Flächen begrenzt.
Eine neue Möglichkeit der Inspektion bietet das zweidimensionale System LPSCAN06 von Barcodat. Die Leiterplatten werden unmittelbar nach dem Druck im Durchlauf gescannt. Über eine optische Mustererkennung lässt sich der Lotpastenauftrag beurteilen. Fehlende Aufträge, Abrisse und unterschiedlich starker Versatz des Auftrages werden dabei automatisch erkannt. Bei Fehlern wird die Anlage sofort gestoppt. Alternativ kann die fehlerhafte Platte ausgeschleust werden, so dass die Produktion von fehlerfreien Leiterplatten weiterlaufen kann. Neben dem Scannen im Durchlauf, welcher eine 100-prozentige Kontrolle ohne Zeitverlust ermöglicht, ist die Art des Einlernens eines gültigen Druckes eine weitere Besonderheit zur Beschleunigung der Prozesse. Hierzu wird eine einwandfreie Platine als „golden Sample“ benutzt, die in Verbindung mit einer weiteren unbedruckten Platine für ein beschleunigtes Einlernen sorgt.Die Prüfung von Leiterplatten auf korrekte Bestückung, nach Möglichkeit noch vor dem Lötprozess, ist ein anderer wesentlicher Bestandteil der Qualitätskontrolle. Heruntergefallene Bauteile, falsche Polungen oder verdrehte Steckverbinder und Buchsen führen zu Produktionsausfällen. Die menschliche Sichtkontrolle ist stark fehlerbehaftet. Miniaturisierung und die steigende Zahl von Bauelementen erschweren die Prüfbedingungen zusätzlich. Bei den Mitarbeitern kommt es zu Ermüdungserscheinungen. Sinkende Aufmerksamkeit erzeugt eine schwankende Prüfqualität. Hohe Taktzeiten erfordern mehrere Prüfer. Fehler werden übersehen. Konventionelle elektrische Prüfverfahren können nur noch eingeschränkt oder mit hohem Aufwand und ausschließlich nach dem Lötprozess eingesetzt werden. Schwerpunkt bei der Automatischen Optischen Inspektion ist die Qualitätskontrolle vor und nach der Bestückung von Leiterplatten. Auch dabei bietet der LPSCAN06 eine neue zweidimensionale Prüfmöglichkeit. Zunächst wird eine einwandfreie Leiterplatte komplett im Durchlauf gescannt. Das von ihr erzeugte Muster wird als so genannte „Gutreferenz“ im System abgelegt. Alle danach gescannten Leiterplatten vergleicht das System jetzt mit dem hinterlegten Muster. Abweichungen wie falsche Polung, falsches Bauteil oder fehlendes Bauteil werden sofort gemeldet. Die fehlerhafte Platine lässt sich danach unmittelbar aussondern. Anders als bei existierenden AOI-Systemen kann der LPSCAN06 auch direkt in die bestehende Anlage eingebaut werden. Die Montage erfolgt über eine verspannungsfreie 3-Punktauflage – beispielsweise auf oder über bestehenden Transportmodulen. Die Schnittstellen zwischen Anlage und Scansystem beschränken sich auf ein Minimum. Einstellungen können über ein Web-Interface oder mit Hilfe von Job-Files vorgenommen werden. Der Scanner selbst verfügt über die Möglichkeit, sich selbst automatisch zu triggern und seine Funktionsfähigkeit zu überwachen. Die Ergebnisse können über Ethernet oder RS232 weitergeleitet werden.
Zusammenfassung
Der LPSCAN06 von Barcodat bietet dem Industrieanwender die Möglichkeit, in einem Gerät Data-Matrix-Erkennung, Lotpasteninspektion oder Referenzbildvergleich zu realisieren. Je nach eingesetzter Software ist der Scanner in der Lage, durch optische Mustererkennung eine dieser Aufgaben zu erfüllen. Als sei es ein OEM-Teil kann das System ohne große Probleme in jede Anlage integriert werden. Prozessoptimiertes und transparentes Qualitätsmanagement bei kurzen Taktzeiten in den Fertigungslinien wird so möglich. Das System eignet sich einerseits sowohl für kleine und mittlere Losgrößen als auch andererseits für den Großserienbereich. Gerade für kleine Stückzahlen sind die Funktionen des LPSCAN06 besonders interessant. Aber auch die Forderung von großen Herstellern nach Rückverfolgbarkeit innerhalb eines lückenlosen Qualitätsmanagements kann erfüllt werden.
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