9. Januar 2015

Automatisierte Echtzeit-Inspektion eines Thickfilm-Pastendruck inline nass für Getriebesteuerungen

Erstmalige Inline-Echtzeitinspektion von nassen Dickschichtschaltungen durch Wickon Hightech realisiert.

Wickon Hightech hat für einen Automobilzulieferer eine Lösung zur Pasteninspektion in eine Drucklinie integriert. Die im Druck erstellten Dickschichtschaltungen werden nass in Echtzeit kontrolliert.

Für die immer komplexeren Steuerungen in der Automobilelektronik, die von den Automobilzulieferern fehlerfrei produziert und geliefert werden müssen, gibt es jetzt für die LTCC- und HTCC-Prozesse eine Inline-Lösung. Sie wurde erstmals für komplexe 7- und 8-Gang-Automatiken realisiert, die in der Regel auf Hybridtechnologien basieren.

Die Dickschichtschaltungen, gesintert im Hochtemperaturbereich, druckt das Elektronikunternehmen im Pastendruck mit einem Abstand von 5,0 Sekunden auf eine Substratgröße von 4 x 5 Zoll. Die Anlage ist so konstruiert, dass sie Materialien aus Gold, Silber oder silberhaltig auf bis zu 26 Layern aufbringen kann. Bereits heute werden für die Technologie sehr schmale Leiterbahnen hergestellt, geplant sind sogar noch kleinere Strukturen.

Ein elektronisches Kontrollsystem war bisher nicht vorhanden. Daher überprüften Mitarbeiter mit Hilfe eines Mikroskops etwa jedes zehnte Board nach Defekten. Uwe Schiller, verantwortlich für den Thickfilm/Chip&Wire Process, reichte das jedoch nicht aus: „Für eine höhere Genauigkeit waren wir auf der Suche nach einem individuell anpassbaren Pasteninspektionssystem (PI-System), dass in eine bestehende Anlage integriert werden und dabei sehr hohe Auflösungen realisieren kann.“

Vollflächige Inspektion in einem Durchlauf

Auf der SMT in Nürnberg kam Uwe Schiller erstmals mit Wickon Hightech in Kontakt: Wickon Hightech ist ein weltweit tätiges Unternehmen mit High-End-Lösungen für die optische Inspektion. Seit der Gründung im Jahr 2006 ist es der Technologieschmiede gelungen, eine breite Produktpalette und Dienstleistungen für die Optimierung und Sicherstellung von Fertigungsprozessen elektronischer Baugruppen aufzubauen.

„In Wickon Hightech haben wir glücklicherweise einen Partner gefunden, der alle nötigen Tools schnell entwickelte und entsprechend anpasste“, versichert Uwe Schiller weiter, „vor allem die Kamera zur Datenaufnahme hat uns überzeugt.“ Wickon Hightech nutzt eine Zeilenkamera mit schaltbarer LED Beleuchtung, die nicht nur einen kompakten Aufbau sondern auch eine vollflächige Inspektion der Leiterplatte in einem Durchlauf ermöglicht. Für Roman Wieser, Geschäftsführer der Wickon Hightech GmbH war dies die größte technische Herausforderung: „Wir benötigten ein gutes Bild, das uns ausreichend Informationen liefert und einen guten Signal-/ Rauschabstand gewährleistet.“

Mit Hilfe einer von Wickon Hightech patentierten Technologie wird nun eine Bildauflösung von 9,5 μm erreicht. (Inline-Anwendungen schaffen sogar eine Auflösung von 6,5 μm.) Ein Sensor nimmt drei identische Bilder mit unterschiedlicher Beleuchtung (Ober – und Unterlicht mit verschiedenen Farben) auf. In 4,5 Sekunden lassen sich so Bildgrößen von 450 Mbyte und mehr erzeugen. Die Korrektur jedes Layers erfolgt anschließend anhand der Fiducials. Mit Hilfe der Gerber- Daten wird für jede einzelne Schicht die Position der Struktur, sowie Form und Versatz und Homogenität des Pastendepots berechnet und anhand von programmierbaren Grenzen geprüft. Auch Siebverzüge werden innerhalb der vorgegebenen Toleranzen korrigiert. In einem Durchlauf lassen sich damit die Position, Fläche und die Homogenität der aufgetragenen Dickschichtpaste kontrollieren. Selbstverständlich erkennt das System die unterschiedlich eingesetzten Materialien.

Echtzeitinspektion

Eine Produktionslinie ist im Idealfall so dimensioniert, dass die installierten Prozesse in etwa die gleichen Prozesszeiten haben.
Angenommen der Pastendruck in einer SMT-Linie benötigt 12 Sekunden, die Bestückung und das Reflowlöten hingegen 25 Sekunden, bedeutet das, dass mindestens 50 % des Pastendruckers ungenutzt wären.
Wir inspizieren in Echtzeit. D. h. in nur 4,5 Sekunden ein Keramiksubstrat mit der Größe 100 mm x 120 mm bei 10 µm lateraler Auflösung (Link zum Bericht), während der Linientakt bei etwa 5 Sekunden liegt.
Die Taktzeit von 4,5 Sekundengarantieren wir auch für größere Produkte bis 130 mm x 160 mm.