LED-Beleuchtung für die Inspektion von Leiterplatten und Elektronik: Lötstellen-, Bauteil- und Leiterbahnverifizierung

Die Inspektion von Leiterplatten und Elektronik ist eine der anspruchsvollsten Bildverarbeitungsanwendungen. Die Bauteilgrößen schrumpfen mit jeder Produktgeneration. Lötstellen sind oft kleiner als 0,5 mm. Zudem reflektieren Goldpads, Zinnbeschichtungen und Lötpaste das Licht unterschiedlich. Daher kann ein Ansatz, der für eine Aufgabe funktioniert, für eine andere auf derselben Leiterplatte unbrauchbar sein.

Der Ingenieur muss die Leiterplatteninspektion als eine Multi-Task-Aufgabe betrachten. Verschiedene Aufgaben erfordern unterschiedliche Geometrien, oft auf derselben Linie. Daher ist das Verständnis der Optik jedes Ziels der Ausgangspunkt. Diese Seite ordnet jede Aufgabe dem richtigen Verfahren zu und listet die passenden RODER Vision Beleuchtungen auf.

Die Leiterplatten-Herausforderung: Miniaturisierung und reflektierende Oberflächen

Eine moderne Leiterplatte vereint viele Oberflächentypen auf kleiner Fläche. Blankes FR4, Solder Mask, Lötpaste, Lötstellen, Kupferleiterbahnen, Goldpads and Kennzeichnungen können sich alle auf wenigen Quadratzentimetern befinden. Jedes Material hat einen anderen Reflexionsgrad und eine andere Textur. Folglich reagiert jedes Material unterschiedlich auf direktes, diffuses, koaxiales und Dunkelfeldlicht.

Die Miniaturisierung erschwert dies zusätzlich. Da Gehäuseformen von QFP über BGA bis hin zu CSP schrumpfen, steigt die Anforderung an die Auflösung. Eine höhere Vergrößerung führt zu einem kleineren Sichtfeld. Daher muss das Licht seine Intensität und Gleichmäßigkeit über eine kleinere Fläche beibehalten. Gleichzeitig muss die korrekte Geometrie für die jeweilige Aufgabe gewahrt bleiben.

Lötstelleninspektion: Koaxial und Dunkelfeld

Die Lötstelleninspektion ist die kritischste SMT-Aufgabe. Das Ziel ist es, unzureichendes oder überschüssiges Lot, Brücken, kalte Lötstellen und den Grabsteineffekt zu erkennen. Jeder Fehler hat eine andere 3D-Form. Daher besitzt jeder eine eindeutige optische Signatur.

Koaxiale Beleuchtung für flache Lötoberflächen

Eine korrekte Lötstelle auf einem flachen Pad hat eine spiegelnde Oberseite. Koaxiales Licht verläuft entlang der Kameraachse. Daher liefert es eine helle, gleichmäßige Reflexion von dieser flachen Oberfläche. Eine fehlerhafte Lötstelle ist rau oder geneigt, sodass sie weniger Licht zurückwirft. Infolgedessen erscheint sie dunkler. Dieser Helligkeitsunterschied ist die Basis der koaxialen Lötstelleninspektion.

Koaxiales Licht eignet sich auch für Goldpads vor dem Löten. Die Goldoberfläche ist hochglänzend (spekular), sodass sie gleichmäßig hell erscheint. Kontaminationen, Oxidation oder Beschädigungen stören jedoch die Reflexion. Daher erscheint der Fehler als dunklerer Bereich. Dies ermöglicht sowohl die Inspektion der Pads vor dem Reflow-Prozess (Pre-Reflow) als auch die Lötstellenverifizierung.

Dunkelfeldbeleuchtung für Lötstellenfehler

Eine Dunkelfeldbeleuchtung mit flachem Winkel eignet sich für erhabene Lötstellenfehler. Bei flachem Einfallswinkel (Streiflicht) erscheinen die flache Maske und die Pads dunkel. Erhabene Merkmale streuen jedoch das Licht und erscheinen hell. Brücken, Lötkugeln und hochstehende Anschlüsse sind typische Beispiele. Dadurch werden kleine Defekte selbst bei einer Höhe von nur einem Bruchteil eines Millimeters sichtbar.

Überprüfung der Bauteilplatzierung: Durchlicht und Ringbeleuchtung

Die Platzierungsüberprüfung kontrolliert Präsenz, Ausrichtung und Positionstoleranz. Verschiedene Bauteile erfordern unterschiedliches Licht. Daher richtet sich die Auswahl nach der Gehäuseform (Package-Typ).

Durchlicht für die Konturen von bedrahteten Bauteilen

Bedrahtete THT- (Through-Hole) und große SMT-Gehäuse zeigen sichtbare Anschlusskonturen. Bei diesen bietet das Durchlichtverfahren den höchsten Kontrast für Position und Biegung der Anschlüsse. Die Anschlüsse erscheinen als dunkle Silhouetten vor dem hellen Feld. Daher sind Koplanarität, Anschlussabstand und fehlende Anschlüsse mit Subpixel-Genauigkeit messbar.

Ringbeleuchtung für Präsenz und Polarität

Die Ringbeleuchtung sorgt für eine gleichmäßige Auflichtbeleuchtung von oberhalb der Leiterplatte. Daher eignet sie sich für die Überprüfung der Bauteilpräsenz und der Polarität. Sie liest auch Kennzeichnungen auf flachen Gehäuseoberseiten. Ein flacher Winkel sorgt für zusätzlichen Kontrast bei Gehäusekanten und Polaritätsmarkierungen.

Leiterbahn- und Via-Inspektion auf unbestückten Leiterplatten

Die Inspektion der unbestückten Leiterplatte überprüft das Kupfer vor der Bestückung. Sie verifiziert die Leiterbahnkontinuität, -breite, -abstände und das Vorhandensein von Vias. Das Ziel ist das Kupfermuster auf der Solder Mask. Daher eignet sich koaxiales Licht hervorragend, da es einen gleichmäßigen Kontrast auf dem reflektierenden Kupfer liefert.

Via-Inspektion

Unter koaxialem Licht erscheinen Via-Löcher als dunkle Kreise vor hellem Kupfer oder der Maske. Daher sind Durchmesser, Abstand und Füllstatus messbar. Ein nicht ausgefülltes Via, das durchkontaktiert sein sollte, sieht anders aus als ein gefülltes. Bei dünnen Leiterplatten kann das Durchlichtverfahren das Licht auch für die Via-Inspektion durchlassen.

IC-Kennzeichnung und Lesen der Serialisierung

Die Verifizierung von Kennzeichnungen und das Lesen von Codes sind gängige Aufgaben in der Elektronik. Die Markierung ist per Laser eingraviert oder mit Tinte auf einen Kunststoff- oder Keramikkörper gedruckt. Der Kontrast hängt von der Art der Markierung, der Gehäusefarbe und dem Licht ab. Daher wird eine direkte Beleuchtung oder eine Beleuchtung mit flachem Winkel gewählt, um ihn zu maximieren. Bei Lasermarkierungen hebt flachwinkliges Licht den Reliefkontrast hervor.

Handhabung von Gold- und Zinnoberflächen ohne Blendung

Goldsteckverbinder, Zinnanschlüsse und benetztes Lot sind hochglänzend (spekular). Unter direktem Auflicht erzeugen sie intensive Hotspots. Diese sättigen den Sensor und verdecken die Merkmale. Daher werden drei Ansätze verwendet, um sie zu handhaben.

Der erste ist koaxiales Licht. Es nutzt die spekulare Reflexion konstruktiv entlang der Kameraachse. Daher erscheinen flache, senkrechte Merkmale hell, während geneigte dunkel erscheinen.

Der zweite ist Dom- oder Flachdom-Beleuchtung. Sie füllt die Halbkugel der Winkel aus, sodass sich Reflexionen über das Innere des Doms verteilen. Folglich eliminiert sie Hotspots auf Kosten eines gewissen Merkmalskontrasts.

Der dritte ist die Polarisation. Ein Polarisator am Licht und ein kreuzpolarisierter Analysator am Objektiv blockieren spekulare Blendungen. Daher wird nur das diffus gestreute Licht durchgelassen. Infolgedessen verschwinden Blendungen von Gold und Zinn, wodurch die verborgenen Merkmale sichtbar werden.

RODER Vision Beleuchtungsfamilien für die Leiterplatteninspektion

Die unten aufgeführten Produktfamilien decken die gängigen Anforderungen der Leiterplatteninspektion ab. Jede bietet eine hohe Gleichmäßigkeit, eine stabile Leistung und Unterstützung für den Stroboskopbetrieb. Die richtige Wahl richtet sich daher nach der Aufgabe und der Oberfläche.

Die richtige Wahl hängt von der Aufgabe ab. Für Lötstellen und Pads ist koaxiales Licht oder die Ringbeleuchtung DC6 führend. Blendungen durch Gold und Zinn erfordern stattdessen den Dom FD2 oder eine Polarisation. Leiterbahnen und Vias eignen sich für die Matrix DL6, die einen starken Kontrast liefert. Anschlusskonturen bevorzugen die Durchlichtbeleuchtung BL3, welche ideal ist. In jedem Fall bietet RODER Vision technische Unterstützung für Geometrie und Wellenlänge. Definieren Sie daher zuerst das Ziel, die Oberfläche und den Fehler und wählen Sie dann die passende Beleuchtung.

Häufig gestellte Fragen