3-2015

Qualitätssicherung
Qualitätssicherung in der Elektronikfertigung
Qualitätssicherung wird immer bedeutsamer und damit leider auch teurer. Ohne den „großen Überblick”
findet man keine optimale Lösung. Wir stellen darum hier die grundlegenden Aufgaben und Methoden zur
Qualitätssicherung bei der Elektronikproduktion vor.
Montagekonzepte, Prüfverfahren,
Mikroskopie, beschleunigte
Alterungsprüfung, Vibrations-
und Schockprüfung, Leiterplatteninspektion,
digitale
Bildverarbeitung, optische und
elektrische Messungen, Röntgenprüfverfahren,
In-Circuit-
Test, Funktionstest, Emulation,
Boundary Scan oder EMV-Prüfung
– das sind nur einige der
Grundbegriffe des modernen
Qualitätsmanagements. Nicht
erst seit heute beginnt die Qualitätssicherung
schon lange vor
Die Norm IPC-A-610D
Der amerikanische Fachverband IPC hat 2005 die Norm
IPC-A-610 Acceptability of Electronics Assemblies völlig
überarbeitet und mit Bleifrei-Aspekten versehen. Beschrieben
werden die visuellen Abnahmekriterien für qualitätsgerechte
Lötverbindungen und Baugruppen. Wertvoll machen
das Dokument Übersetzungen und viele Fotos, Prinzipdarstellungen,
mikroskopische Aufnahmen und Schliffdarstellungen
sowie Parametertabellen. Daher wird die Norm zunehmend
weltweit eingesetzt. Bezüglich bleifreier Prozesse kommt ihr
eine besondere Bedeutung zu. Diese „Bilderbuch-Norm” im
Vielfarbendruck hat nunmehr fast 400 Seiten. IPC-A-610D
ist das Nachschlage- und Referenzwerk für die Qualitätssicherung
in der Baugruppenfertigung.
der Prüfung fertiger Baugruppen.
Denn nur ein optimales
Leiterplattenlayout ermöglicht
eine optimale Bestückung und
somit die bestmögliche Funktionssicherheit.
Die Funktionstests
erfolgen nach verbindlichen
Parametern oft über den gesamten
Produktionsprozess.
Warum wächst die Bedeutung
der Qualitätssicherung? Hauptsächlich
aus drei Gründen: weil
Elektronikprodukte immer komplexer
werden, weil die Miniaturisierung
noch voranschreitet
und weil immer höhere Frequenzen
und Datenraten immer
anspruchsvollere Verbindungen
verlangen.
Testverfahren im Überblick
Da es viele Fehlermöglichkeiten
gibt, mussten auch viele
Testverfahren entwickelt werden
(s. Kästen). Prinzipiell
unterscheidet man zwischen
der optischen Sichtkontrolle/
Inspektion und elektrischen/
elektronischen Testverfahren.
Am einfachsten ist die manuelle
Sichtkontrolle (MOI). In der
heutigen vollautomatisierten Fertigung
setzt man sie allerdings
aus Zeit- und (Lohn-)Kostengründen
meist nur stichprobenartig
ein. Fest etabliert ist sie
als Nachkontrolle der bei einem
Inspektionsautomaten durchgefallenen
Baugruppen. Der
stärkste Trumpf der manuellen
Kontrolle: Nur sie allein bewältigt
die vollständige Lötstellenanalyse
gemäß IPC (s. Kasten).
Die automatische optische
Inspektion (AOI) schaltet
menschliche Schwächen aus und
ermöglicht ein zügiges Vorgehen.
AOI meint Systeme, die mittels
Bildverarbeitung Fehler finden
und melden. Diese Vision-
Systeme sind in der gesamten
industriellen Produktion anzutreffen,
im Elektronikbereich
beispielsweise bei Leiterplattenherstellung,
Baugruppen- und
Geräteproduktion.
Zur Bildaufnahme eignen
sich Scanner oder Kameras. Ein
Scanner muss nur einmal über
eine Leiterplatte fahren. Kameras
haben einen begrenzten Sichtbereich
und werden darum mittels
XY-Verfahreinheit über die Leiterplatte
bewegt, wobei ein Programm
bestimmt, wohin sich der
Schlitten bewegt und wann Bilder
gemacht werden. Eingegeben
werden die CAD-Daten der Platine,
damit die Maschine weiß,
an welcher Position sich welches
Bauteil befinden muss und damit
sie die Bauteile erkennt. Kamerasysteme
gibt es in drei Grundstrukturen:
• eine Kamera, die von oben
auf die Platine schaut
• mehrere Kameras, die alle von
oben auf die Platine gerichtet
sind
• Systeme mit zusätzlichen
schräg angebrachten Kameras
Bei Stand-alone-Geräten wird
eine Leiterplatte von Hand eingeführt
und nach der Inspektion
wieder entnommen, bei Inline-
Systemen transportiert die Leiterplatten
ein Förderband.
Die automatische Röntgeninspektion
(Automated X-Ray
Inspection, AXI) ist eine spezielle
Spielart der AOI und dient
der Kontrolle bestückter Leiterplatten.
Hier werden auch innere
Bauteilstrukturen sichtbar. Das
macht immer dann Sinn, wenn
die Verbindungen zur Leiterplatte
optisch nicht vollständig
erfassbar sind, wie bei einigen
Chipgehäusen. Die AXI kann
aber auch offene Verbindungen,
Kurzschlüsse, ungenügende
Lötmenge, zu viel Lot, fehlende
Teile, verdrehte Bauteile etc. auf-
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