Ein unsichtbarer Fehler, ein komplexes Bauteil – und die Lösung in 2,5D
Ein unsichtbarer Fehler, ein komplexes Bauteil – und die Lösung in 2,5D
Welches Röntgenverfahren hilft, einen versteckten Fehler auf einer Leiterplatte zu detektieren? Ein aktuelles Beispiel von Kraus Hardware zeigt: Die Antwort hängt von diversen Faktoren ab. Die Röntgenexperten setzen auf eine enge Kooperation mit Kunden.
Der globale Markt für industrielle Fehlererkennung wächst rasant. So schätzt zum Beispiel die Business Research Company (TBRC) – ein internationaler Marktanalyst –, dass der „Defect Detection Market“ von aktuell 4,15 Milliarden auf immerhin 5,58 Milliarden im Jahr 2029 ansteigen wird. Das Fazit der Autoren: Die allgemeinen Qualitätsanforderungen an industrielle Fertigungsprozesse werden größer, gleichzeitig nimmt die Komplexität der Produkte zu – und beides zusammen fordert die „Defect Detection“ mehr denn je heraus.
Miniaturisierte Elektronik nimmt massiv zu
Nun gelten diese Zahlen selbstverständlich auch für den Elektronikbereich. Wie könnte es anders sein? Immerhin können hier kleinste Abweichungen größere Probleme verursachen. Die Bandbreite reicht von Produktionsausfällen über teure Nacharbeiten bis hin zu ärgerlichen Defekten im Endprodukt. Dazu kommt der extreme Trend zu Miniaturisierung. Hier schätzt TBRC, dass der Markt für miniaturisierte Elektronik jedes Jahr (!) um fast 10 Prozent anwächst – zum Beispiel, weil Multi-Layer-Boards und fortgeschrittene IC-Gehäuse mehr Bauteile auf kleinen Flächen ermöglichen.
Kraus Hardware: Investitionen in Röntgentechnologie
Was das im Umkehrschluss für EMS-Dienstleister wie Kraus Hardware bedeutet, kann man bereits anhand der technischen Ausstattung nachvollziehen: Das Unternehmen hat in den letzten Jahren unter anderem in modernste Röntgentechnologie investiert. Mit der Cheetah EVO von Comet Yxlon bietet Kraus Hardware – neben 2D- und 3D-CT-Röntgenanalysen – auch die Laminographie-Untersuchung an (siehe Detailinfos im Kasten unten). Und genau dieser Technologiemix hat eine große Bedeutung, weil man je nach Prüf-Aufgabe unterschiedliche Röntgendarstellungen benötigt. Aktuell zeigt sich das etwa bei einer besonderen Baugruppe. Sie kommt im Rahmen eines Projekts rund um Radartechnologie zum Einsatz, mit der das deutsche Weltraumlagezentrum Weltraumschrott detektiert (mehr dazu hier)
Fehler nicht sichtbar
Einige Exemplare dieser Baugruppe funktionierten nicht einwandfrei – die Durchkontaktierungen der Leiterplatte waren bei thermischer Belastung unvollständig. „Das war überraschend, denn äußerlich zeigte dieses Produkt eines Leiterplattherstellers keine Mängel. Außerdem gehen wir davon aus, dass die Hersteller ihre Produkte testen und erst danach freigeben“, erklärt Andreas Kraus, Gesellschafter von Kraus Hardware. „In der Folge haben wir uns an die Fehlersuche gemacht. Gemeinsam mit dem Fraunhofer FHR – als Auftraggeber – konnten wir das Problem identifizieren.“
3D scheidet aus
Eine Schlüsselrolle spielte dabei die erwähnte Röntgentechnologie, wobei man wissen muss, dass die Baugruppe recht groß ist – ein Einsatz von CT war also keine gute Option, denn ihre geometrische Vergrößerung genügt in einem solchen Fall nicht aus. „Dazu hätte man den relevanten Bereich heraustrennen müssen, was die Baugruppe irreparabel beschädigt“, erklärt Andreas Kraus. Stattdessen lieferte 2D-Radioskopie (im ersten Schritt) gute Ergebnisse und zeigte fehlerhafte Durchkontaktierungen auf. „Der Ansatz ist ideal, wenn man große Fläche schnell inspizieren und erste Ansichten der Strukturen bekommen will“, betont Andreas Kraus.
Laminographie punktet
Allerdings ist der 2D-Ansatz häufig nicht ausreichend: Verschiedene Lagen „stören“ die Detaildarstellung. Zudem ist die Tiefenauflösung eingeschränkt – und genau vor diesem Hintergrund punktete auch in diesem Fall die Laminographie:
- Das 2,5D-Verfahren gab den hochauflösenden 2D-Bildern eine zusätzliche Tiefeninformation mit.
- Außerdem ließen sich die Details des Prüflings mit hoher Auflösung darstellen und die Überlagerungen wurden in der Darstellung minimiert – eine spezielle Anordnung von Röhre und Detektor macht es möglich.
„Tatsächlich war die Laminographie mit ihrem Detailreichtum in diesem Beispielfall entscheidend. Die räumliche Darstellung zeigte die fehlende Kontaktierung mit besonderer Präzision“, betont Andreas Kraus. „Darüber hinaus macht das Beispiel unsere Arbeitsweise sehr schön deutlich: Wir unterstützen unsere Kunden bei der Analyse von komplexer Baugruppen und beraten zum Einsatz der Röntgentechnologie. Am Ende stehen schlanke Prüfprozesse, die präzise zur Baugruppe und ihrem Einsatzbereich passen.“
2D- und 2,5 D‑Röntgen im Vergleich
2,5D Laminographie
- Selektive Betrachtung einzelner Ebenen
- Hohe Detailgenauigkeit – auch in dicht bestückten Baugruppen
- Minimierung von Überlagerungen
- Nachteile: Längere Mess- und Auswertungszeit
2 D Radioskopie
- Schnelle Inspektion großer Flächen
- Gute Übersicht über Lagen und Strukturen
- Ideal für erste Fehlervermutungen
- Nachteile: Eingeschränkte Tiefenauflösung / Überlagerungen durch Bauteile
Technische Ausstattung Cheetah EVO
- Flachdetektoren mit großem Inspektionsbereich
- Laminographie mit detaillierter 3D-Visualisierung
- automatische Void-Analyse
- halbautomatische Defektanalyse für Füllstandprüfungen von THT-basierten Komponenten
- Dosis-Reduktion und ‑Überwachung für empfindliche Bauteile
- wassergekühlte Röntgenröhre für einen stabilen Brennfleck
Fehlerhafte Durchkontaktierung in der Röntgenaufnahme.