Automatisierte Röntgeninspektion

In der Leiterplattenindustrie erweisen sich immer mehr Bauteile und Platinen als schwierig mit automatisierter optischer Inspektion (AOI) zu inspizieren, da das Lot unsichtbar ist. Darüber hinaus steigen die hohen Qualitätsanforderungen wie Haftfestigkeit der Automobilindustrie und Vollflächeninspektion des Lotes. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, hat Omron eine neue Technologie zur Durchführung von Inspektionen innerhalb der erforderlichen Inline-Zeit eingeführt (die Rate, mit der ein Produkt fertiggestellt werden muss, um die Kundennachfrage zu erfüllen). Dies war eine der herausforderndsten Anforderungen an automatische Röntgeninspektionsgeräte mit Computertomographie (CT). Für die kontinuierliche Bildgebungstechnologie sind eine hochpräzise Positionssteuerung und eine Hochgeschwindigkeits-Bilderfassung erforderlich.

Der Fall für eine neue Inspektionsmethode

In den letzten Jahren wurden bemerkenswerte technologische Fortschritte bei Elektrofahrzeugen (EVs), fortschrittlichen Fahrerassistenzsystemen (ADASs) und sogar beim automatisierten Fahren erzielt. Für die Welt der Leiterplattenbestückung bedeutet dies eine weitere Verdichtung, während immer mehr Bauteile und Leiterplatten optisch unzugängliche Lötstellen aufweisen, die eine visuelle Inspektion erschweren. Typische Beispiele hierfür sind Chips ohne Steg und Ball Grid Arrays (BGAs) mit Lötstellen, die auf der Unterseite des Gehäuses angeordnet sind.

Die Automobilindustrie stellt zum Schutz der Verbraucher besonders strenge Qualitätssicherungsanforderungen, und Lieferanten müssen häufig vollflächige Inline-Leiterplattenprüfungen (anstelle von Stichprobenprüfungen) durchführen, Lotformen messen und bis auf die Verbindungsfestigkeit prüfen. Hinzu kommt das Problem des Personalmangels, der zum Teil für die derzeit rasant steigende Nachfrage nach hochpräzisen, qualitativ hochwertigen automatisierten Inspektionen verantwortlich ist.

Daher können Ereignisse in der Bestückungsindustrie wie Qualitätsprobleme bei Leiterplatten und Produktionsunterbrechungen ernsthafte Risiken für Kunden darstellen. Ein Abfluss defekter Leiterplatten würde sofort zu einer Krise führen, die die Sicherheit von Menschen und Gesellschaft gefährden könnte. Aus diesem Grund ist es wichtiger denn je, einen Mechanismus bereitzustellen, der verhindert, dass defekte Leiterplatten auf den Markt gelangen.

Als Reaktion auf diese Trends hat Omron sein AXI-System (Automated X-ray Inspection) entwickelt, das dank seiner Fähigkeit, visuell unzugängliche Elemente wie Lötstellen auf der Unterseite von Teilen zu inspizieren, in Fertigungslinien für Oberflächenmontagetechnik (SMT) weit verbreitet ist . Aufgrund des Problems mit der Taktzeit wurde jedoch ein herkömmliches Modell hauptsächlich für Offline-Stichprobenprüfungen oder nur für Inline-Prüfungen von Schlüsselteilen verwendet.

Dieser Artikel gibt einen Überblick über die Technologien, die für das automatisierte Inline-CT-Röntgeninspektionssystem der VT-X750-Serie (Abbildung 1) eingesetzt werden, um dieses Problem zu lösen und Geschwindigkeiten zu erreichen, die für den Inline-Einsatz bei Leiterplattenmontageprozessen in der Automobilindustrie ausreichend sind, wodurch eine Qualitätssicherung ermöglicht wird Leiterplatten in großen Mengen.

Hohe Bildqualität mit CT-basiertem AXI erreichen

Die Haupttypen von röntgenbasierten diagnostischen Bildgebungsverfahren umfassen zweidimensionale (2D) Röntgenstrahlen, Tomosynthese und Computertomographie. Beim 2D-Röntgenverfahren wird mit einer Röntgenquelle, einem Werkstück und einer vertikal angeordneten Röntgenkamera ein Bild pro Aufnahme gewonnen ( Bild 2). Das durch dieses Verfahren projizierte Bild wird als zweidimensionale Daten aufgezeichnet. Diese Methode ist zwar in der Lage, Bilder in kürzerer Zeit aufzunehmen, ist jedoch den anderen Methoden in Bezug auf die Bildqualität unterlegen, da die zu verarbeitende Datenmenge gering ist.

Das Tomosyntheseverfahren wird verwendet, um eine bestimmte Anzahl von Bildern eines Werkstücks in einer relativen Position zu einer Röntgenquelle oder Röntgenkamera innerhalb eines begrenzten Winkelbereichs zu erhalten. Diese Methode ermöglicht die Erfassung von tomographischen Bildern mit hervorgehobenen gewünschten Höhen (Abbildung 3). Die Tomosynthese ist zwar zeitaufwändiger als das 2D-Röntgenverfahren, ermöglicht aber eine schnellere Bildaufnahme als das CT-Verfahren und ist dem 2D-Röntgenverfahren hinsichtlich der Bildqualität überlegen. Es ist zu beachten, dass tomographische Bilder, die weit genug von der Fokusposition der Röntgenquelle oder Kamera entfernt aufgenommen werden, tendenziell unschärfer sind als CT-Bilder.

Das CT-Verfahren wird verwendet, um mehrere Bilder eines Werkstücks in einer relativen Position zu einer Röntgenquelle oder Kamera während einer 360-Grad-Drehung zu erhalten und sie in dreidimensionale (3D) Daten zu rekonstruieren. Diese Methode verarbeitet ein größeres Datenvolumen als die anderen Methoden und liefert daher die beste Bildqualität. Seine Stärke besteht darin, dass es nicht nur die Extraktion und Verwendung von horizontalen planaren Richtungsdaten, sondern auch von Höhenrichtungsdaten aus den restrukturierten 3D-Daten ermöglicht. Selbst wenn es weit entfernt von der Fokusposition der Röntgenquelle oder der Röntgenkamera aufgenommen wird, hat ein tomographisches Bild mit dieser Methode eine klare, unscharfe Bildqualität. Andererseits benötigt diese Methode mehr Zeit für die Bilderfassung und liefert normalerweise eine höhere Dosis an das Werkstück.

Die AXI-Lösung

Omron hat eine neue Inspektionsmethode eingeführt, die die gewünschten Punkte in 3D-Daten identifizieren und eine bildbasierte Diagnose durchführen kann, um die Form jeder Lötstellenoberfläche genau zu inspizieren. Die Omron AXI-Lösung nutzt die CT-Methode und ermöglicht hochpräzise Inspektionen, die frei von Beschränkungen der Leiterplattenunterseite sind. Seine wichtigsten technischen Komponenten bestehen aus Hardware, die eine sichere, hochpräzise Erfassung ermöglicht, sowie aus Software, die eine Hochgeschwindigkeitssteuerung mit hervorragender Reaktionsfähigkeit ermöglicht.

Die Hardware besteht größtenteils aus mechanischen, elektrischen und bildgebenden Komponenten. Daher spielen die Designparameter – wie elektromechanische Sicherheit, Abschirmung, Genauigkeit der Achsenbewegung, Ansprechverhalten der Steuerung, Bildqualität und Abbildungsrate – eine wichtige Rolle bei der Gewährleistung der Systemleistung. Der Softwareteil des Systems besteht aus einem Montageoptimierer für maschinelle Differenzkorrekturen, einer Hauptanwendung für die Entwicklung von Inspektionsprogrammen, einem Rekonstruktionsprozess zur Umwandlung erfasster Bilder in 3D-Daten und einem Algorithmus zur Durchführung der Inspektionen der erhaltenen 3D-Daten. Diese technischen Komponenten sind komplex miteinander verknüpft und müssen für hochpräzise Highspeed-Inspektionen innerhalb jedes Funktionsmoduls nahtlos zusammenarbeiten. Dies ist besonders wichtig für eine qualitativ hochwertige CT-Bilderfassung, die den Kern dieser Technologie darstellt und die grundlegende Leistung der Bildgebungsgeräte, hochpräzises Geometriedesign und -steuerung sowie robuste Korrekturverarbeitungs- und Inspektionsalgorithmen bereitstellt.

Die folgenden Abschnitte werfen einen Blick auf jede dieser Funktionen.

1. Grundlegende Leistung von Bildgebungsgeräten (FPD und Röntgen .