Kurze Time-to-Market-Zeiten und höchste Qualität gehören zur Philosophie der Huber Group, TIER1-Systemlieferant und Entwicklungsdienstleister aus Mühlhausen i.T.. So spielen Schnelligkeit und hohe Qualitätsstandards bei gleichzeitig kleiner und komplexer werdenden Bauteilen im Bereich der Elektronikfertigung eine tragende Rolle. Um die hohen Ansprüche an die Qualitätssicherung gefertigter Platinen, wie dem Multilayer Printed Circuit Board (PCB) für den “blue PiraT” Datenlogger der Telemotive AG, zu gewährleisten, setzt die Huber Group zunehmend auf ihr vollauto-matisiertes, In-line fähiges Röntgeninspektionssystem – die “XStation MXTM” von Teradyne. Mit diesem X-Ray-System verfügt der Automobilzulieferer über eine Qualitätskontrolle, die auch bei Baugruppen mit hoher Bauteildichte, beidseitiger Bestückung und BGAs (Ball Grid Arrays), sowie vielen Finepitch- und THT-Bauteilen mit verdeckten oder abgeschirmten Lötstellen, vermeintliche Fehlerquellen in einer sehr kurzen Testlaufzeit identifiziert.

Bei der Fertigung von Steuergeräten, bzw. der Bestückung von Leiterplatten, garantiert die Huber Group auch bei anspruchsvollen Projekten eine schnelle und präzise Qualitätskontrolle. So übernahm die Gruppe kürzlich die Auftragsbestückung des Multilayer PCBs für den “blue PiraT” Kfz-Datenlogger der Telemotive AG. Dieses sogenannte Ocean Mainboard verfügt über eine 10 Lagen Multilayer-Platine, eine hochgradige Baudichte von insgesamt 851 Bauteilen mit 162 Varianten auf nur 168 x 168 mm, sowie insgesamt 3950 Lötverbindungen und mehreren Ball Grid Arrays (1×256-polig und 1×272-polig). Solch vielschichtige Baugruppen stellen enorme Anforderungen an die Qualitätssicherung und Prozesskontrolle in der Elektronikfertigung.

Sind wie hier zudem BGAs im Spiel, sind konventionelle optische Prüfverfahren, sogenannte AOIs (Automatische Optische Inspektion), nicht mehr ausreichend. Der Prozess der BGA-Verlötung kann nur mit AXI-Verfahren (Röntgeninspektion) zu 100% sichergestellt werden, indem die Balls mit bis zu 30 Parametern beschrieben, sowie deren Mittelwerte, Min, Max und Streuung überprüft werden. Auch die herkömmliche Betrachtungsweise von Lötstellen an der Oberfläche ist bei einer zweiseitig bestückten Platine, wie dem Ocean Mainboard, ungeeignet, um Fehlerquellen vollständig aufzudecken. Denn bei beidseitig bestückten Platinen und vertikal übereinander liegenden Lötstellen, ist eine Betrachtung beider Seiten notwendig. Bei der Verwendung eines AOI-Systems müsste eine Platine also zweimal, jeweils die Unter- und Oberseite, getestet werden. Beim X-Ray-Verfahren hingegen werden neun Bilder – statt nur einem Bild – aufgezeichnet, die mathematisch soweit verschoben werden (Pixelshift), dass nur noch eine Seite auf dem Röntgenbild zu sehen ist. Das System schafft also nach dem Arbeitsprinzip der digitalen Tomosynthese eine komplexe und sehr genaue Qualitätsanalyse der gefertigten Lötstellen, um auch die Langzeitqualität der Hardware zu gewährleisten. So spricht nicht nur die Zeitersparnis für die 3D-Röntgeninspektion.

Da die Platine in verschiedenen Positionen “durchleuchtet” wird, erhält der Anwender als Ergebnis mehrere Schnitte pro Lötstelle, die ein schlüssiges Bild über die Qualität zulassen. Überlagerte Lötstellen lassen sich so per Software auf der oberen und unteren Seite in rechnerisch getrennter Ansicht bewerten. Sich überdeckende Bauteile und deren eventuelle Lötstellenfehler können somit eindeutig dem oberen oder unteren Bauteil zugeordnet werden. Dabei besitzt die Anlage einen Röntgendetektor mit einer Auflösung von annähernd 5 Megapixeln, was eine Pixelgröße von 25 µm ermöglicht. Somit sind selbst kleinste Abweichungen im Finepitch-Bereich oder auch bei R-Packs zu erkennen. Für jeden Lötstellentyp gibt es dabei eigene Parameter und Regeln, die die geforderte Qualität sicherstellen. Mit dieser Vorgehensweise ist die Huber Group in der Lage, nicht nur Lötfehler wie offene, also fehlende, oder kalte Lötverbindungen zu erkennen, auch unerwünschte Lötbrücken oder gar fehlende, verpolte oder versetzte Bauteile, sowie Kurzschlüsse werden als Fehlerquelle schnell und genauestens identifiziert. Mit einer Pseudofehlerrate von weniger als 300ppm, unterschreitet das eingesetzte X-Ray-Verfahren selbst die Werte von High-End-AOI-Geräten. Dabei wird die Bildbearbeitung und Auswertung automatisch online von einem Hochleistungsrechner übernommen, der bei geringsten Auffälligkeiten oder Defekten automatisch entsprechende Röntgenbilder an eine Reworkstation zur Verifizierung weiterleitet. Auch Mehrfachnutzenprüfungen sind bei Baugruppengrößen bis 18″ x 18″ möglich.

Gilt es darüber hinaus weniger vielschichtige Baugruppen zu untersuchen, ist die Huber Group mit dem gleichen Röntgeninspektionssystem ebenfalls in der Lage, eine noch zeitsparendere 2D-Inspektion durchzuführen. So wird stets höchsten Qualitätsansprüchen, aber auch ökonomischen Gesichtspunkten gleichermaßen Rechnung getragen.

*1 Bilderklärung "Röntgenbild eines Steckverbinders" 

Durch die rechnerische Bildverschiebung wird ausschließlich die Ebene der Lötverbindung dargestellt. Höhere Anschlussstifte werden hier ausgeblendet, da diese eine Messung verfälschen würden. Zum Vergleich sind in diesem Bild – neben dem analysierten Bereich – links und rechts (ohne Zahlenmakierung), 2D-Aufnahmen ohne Berechnung dargestellt.

Zudem sind hier im Bild oben rechts vier R-Pack-Widerstände mit 8 Lötstellen auf einer Fläche von 1.6 mm x 0,8 mm zu erkennen, die mit bloßem Auge nicht zu analysieren wären und ggf. nur unter dem Mikroskop nachgearbeitet werden können.

*2 Bilderklärung "Röntgenbild eines BGAs"

Dieses Bild zeigt eine Platine die auf der "Top"-Seite mit einem BGA bestückt ist, sowie auf der "Bottom"-Seite mit mehreren Kondensatoren. Eine Analyse der Lötverbindung in den überlagernden Bereichen wäre mit einer 2D-Ansicht aller Bauteile in nur einer Aufnahme nicht möglich. Der rechte obere Teil des BGA’s wurde hier bereits berechnet und kann ausgewertet werden. Ebenfalls zu erkennen sind die Kondensatoren. Im Vergleich der oberen Hälfte mit der unteren ist dieser Vorgang auch rechts vom BGA bei genau übereinanderliegenden IC’s (Integrated Circuits) zu sehen.

Über die Huber Group:

Die Huber Group, mit Hauptsitz in Mühlhausen i.T., ist ein international agierender TIER1-Systemlieferant für Automobil- und Motorenhersteller im europäischen, asiatischen und südamerikanischen Wirtschaftsraum. Das gesamte Leistungsspektrum umfasst die Unternehmensbereiche Engineering (Hardware- und Softwareentwicklung, Konstruktion, Prototypenbau, Applikation), Testing (Komponenten, Motor und Fahrzeug) und Produktion (Elektronikfertigung und mechanische Baugruppen). Im Kerngeschäft hat sich die Huber Group auf die Entwicklung und Produktion von Automotiven Steuerungssystemen, sowie emissionsreduzierenden Komponenten und Systemen für verbrennungsmotorische und alternative Antriebe spezialisiert, mit dem besonderen Fokus auf Steuergeräte und luftführende Teile. Als erfahrener Full-Service-Dienstleister unterstützt die Huber Group ihre Kunden bei der Ideenfindung, Planung, Entwicklung, dem Prototypenbau und Testing, bis hin zur Serienfertigung von Bauteilen und Baugruppen.

Die Fertigung von Steuergeräten bzw. die Bestückung der Leiterplatinen erfolgt auf zwei Fertigungslinien in der Firmenzentrale in Mühlhausen, sowie in der Elektronik-fertigung in den Vereinigten Arabischen Emiraten. So werden jährlich weit über 100.000 Steuergeräte in SMT-Technologie gefertigt. Mit Bestückungskapazitäten bis zu 200 Mio. Bauteile / Jahr ist die Gruppe aber auch für Großaufträge gerüstet. Es stehen zehn Pick & Place Maschinen, fünf Lötanlagen, mehrere Siebdrucker sowie Incircuit- und Funktionstester und eine 3D X-Ray-Station zur Verfügung. Für Run-In oder Burn-In Prozesse stehen Klimakammern zur Verfügung. Dauerhaltbarkeits- und Schockprüfungen werden auf dem hauseigenen Schwingprüfer mit integrierter Klimakammer durchgeführt.

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