Vereinfachte AOI-Systeme
Hochauflösende 3D-Farbzeilenkameras für AOIs
Die Miniaturisierung im Bereich der Halbleitertechnologie schreitet ungebremst voran. Die Entwicklung immer kleinerer Bauelemente und integrierter Schaltkreise erfordert nicht nur hochpräzise Produktionsverfahren, sondern auch innovative Methoden der Qualitätssicherung, wie z.B. der Einsatz hochauflösender 3D-Zeilenkameras.
Die Überprüfung von Bonddrähten erfolgt üblicherweise in Form einer kombinierten mechanischen, elektrischen und optischen Inspektion. Es gibt aber eine Reihe von Defekten, die im Rahmen einer mechanischen und elektrischen Inspektion nicht identifiziert werden können. Dazu zählen u.a. die Kontrolle der Höhe der Bonddrähte, die Sicherstellung eines genügenden Abstandes zwischen den Drahtverbindungen, die Erkennung von Ablösungen an Kontaktstellen, das Feststellen fehlender Verbindungen oder gefährliche Berührungsstellen aufgrund von sich überkreuzenden Bonddrähten. Zudem beinhaltet der Einsatz kontaktbasierter Methoden bei der Qualitätsinspektion die Gefahr von elektrostatischen und physikalischen Beschädigungen. Optische 2D- oder 3D-Inspektionen ermöglichen dagegen auch die Überprüfung weiterer Komponenten im Umfeld der Verbindungen, z.B. der Lötqualität. Die Nutzung optischer Inspektionsverfahren bei der Qualitätskontrolle von Bonding-Verbindungen ist nicht neu, war jedoch in der Vergangenheit mit hohem technologischen Aufwand verbunden. Traditionelle 2D-Darstellungen liefern ausschließlich eine Aufsicht der Drahtverbindung und reichten nicht aus für die Extraktion von 3D-Daten. Zum Einsatz kamen deshalb z.B. visuelle Mikroskope für die 2D-Überprüfung, die in Einzelfällen mit Röntgensensoren oder Laserprojektionsmethoden zum Zwecke einer 3D-Bilderfassung ergänzt wurden.
2D und 3D in einer Kamera
Deutliche Vorteile bieten demgegenüber komplett stereoskopische Bilderfassungssysteme der neuesten Generation. Sie kombinieren 2D- und 3D-Darstellungen in einer Kamera. Die 3D-pixa-Farbzeilenkamera zählt zu den derzeit leistungsfähigsten Systemen am Markt. Sie verfügt über eine optische Auflösung von 5µm bei 2D-Farbdarstellungen, sowie von 1µm bei der 3D-Bilderfassung. Die Hochauflösung ist Grundvoraussetzung für die Kontrolle von Bonddrähten mit einer Dicke von weniger als 1mil (1/1000inch=0,0254mm). Die Betrachtung von Verbindungsdrähten aus unterschiedlichen Winkeln führt üblicherweise zu Parallaxenfehlern. Speziell entwickelte Hochgeschwindigkeits-3D-Algorithmen ermöglichen es, die Drahtverbindungen in den erzeugten Stereobildern eindeutig zu identifizieren. Die so erhaltenen Daten bilden die Grundlage für eine Korrelation, die für die Errechnung der Höhe der Drahtverbindungen notwendig ist. Eine weitere Voraussetzung für die exakte Erfassung des Zustandes der Bonddrähte und deren Geometrie ist eine optimale Beleuchtung. Spezielle Beleuchtungsverfahren auf Basis von homogenem LED-Weißlicht tragen dazu bei, hochwertige 3D-Resultate zu erzeugen. Da es sich bei der 3Dpixa nicht um eine Flächen – sondern um eine Zeilenkamera mit extrem schneller Bilderfassung handelt, ergeben sich viele Vorteile, die über die Einsatzmöglichkeiten bei der Inline-Inspektion von Bonding-Verbindungen hinausgehen. Ein Anwendungssegment mit großem Potential ist die automatische Leiterplatteninspektion (AOI, Automated Optical Inspection) von unbestückten und bestückten PCBs. Kontrolliert wird dabei die richtige Montage und der korrekte Anschluss nahezu aller aufgebrachten Elektronikkomponenten wie BGAs, SMDs, IC-Chips, aber auch von Widerständen, Kondensatoren oder LEDs. „Auf Basis der Zeilentechnologie können wir Leiterplatteninspektionen deutlich schneller durchführen als bisher eingesetzte Moire-Projektionsverfahren. Die Scan-Geschwindigkeit ist unabhängig von Bildgröße oder Höhenbereich. Bei der 3Dpixa werden 2D- und 3D-Darstellung über einen einzigen Sensor erfasst, d.h. wir benötigen auch nur eine einzige Lichtquelle. Die Technologie ist zudem unabhängig von Beleuchtungswinkel und Beleuchtungsart, was die Konstruktion von AOI-Systemen deutlich vereinfacht.“ so Chromasens Geschäftsführer Martin Hund.
Hochgeschwindigkeitsprüfung
Die Farbdarstellung unterstützt die Fehlersuche nicht nur durch eine schnelle Erkennung von Produktionsfehlern, sondern auch durch die farbige Wiedergabe der montierten Komponenten. Darüber hinaus lassen sich mittels 3D-Darstellung Messungen kritischer Komponenten wie der Leiterbahndicke oder der Integrität von Bonding-Kontakten durchführen. Ebenfalls automatisch erkannt werden fehlerhafte Lötaufträge, Fremdpartikel oder eventuelle Falschplatzierungen der Komponenten. Über eine integrierte Dunkelfeldbeleuchtung sind auch Lasermarkierungen identifizierbar. Die 3Dpixa ist auch für PCBs mit hoher bzw. geringer Bestückungsdichte geeignet. Sie ermöglicht eine maximale Scan-Geschwindigkeit von 1.360cm2/s bei einer optischen Auflösung von 30µm und einer Höhenauflösung von 5µm. Sind höhere Auflösungen notwendig, z.B. 5µm optische Auflösung bei 1µm Höhenauflösung, reduziert sich die Scan-Geschwindigkeit auf 35cm2/s. Der Anwender hat die Wahl unter Kamerasystemen mit unterschiedlichen Scan-Breiten von 35 bis 650mm. Realisiert wird die Hochgeschwindigkeitsüberprüfung u.a. durch eine schnelle Bilderfassung über intelligente GPUs (Graphics Processor Units). Ein flexibles 3D-API (Application Programming Interface) bietet nicht nur eine bequeme Steuerung der Kamerafunktionen, sondern auch eine einfache Integration der AOI-Lösung in Applikationen. So kann die API problemlos mit Bibliotheken von Halcon, Labview oder Matrox verknüpft werden. Kooperationen mit weiteren Anbietern sind in Vorbereitung.
