Herausforderungen für Hersteller bei der PCB-Inspektion

Das immer schnellere Entwicklungstempo und die Vielfalt elektronischer Geräte bedeuten zunehmende Produktionsherausforderungen bei der Leiterplattenbestückung (PCBA), einem komplexen Prozess, der zahlreiche Komponentenlieferanten, hochentwickelte Montagemaschinen und Handarbeit erfordert. Darüber hinaus erhöhen die Miniaturisierung und wachsende Komplexität von Leiterplatten (PCBs) und die daraus resultierenden Montagearbeiten die Komplexität dieser Phase. Dies macht die Qualitätssicherung (QS) der PCBA zu einem unschätzbar wertvollen, aber auch anspruchsvollen Schritt im Herstellungsprozess.

In diesem Artikel untersucht Ofer Nir, VP of Products & Marketing beim autonomen visuellen Inspektionsspezialisten Inspekto, die Herausforderungen bei PCB-Inspektionen.

Um Leonardo da Vinci zu zitieren: „Details machen Perfektion, und Perfektion ist kein Detail.“ Dies gilt sicherlich für die Herstellung und Qualitätsprüfung von Leiterplatten, der Grundbaugruppe jedes elektronischen Geräts, bei der eine geringfügige Abweichung bei der Montage zu erheblichen Leistungsproblemen im Endprodukt führen kann.

Die wachsende Nachfrage nach Unterhaltungselektronik und intelligent vernetzten Geräten in der Industrie 4.0 führt zu einem erheblichen Wachstum des globalen Leiterplattenmarktes, der bis 2026 voraussichtlich 86,17 Milliarden US-Dollar erreichen wird. Der Markt ist auch anspruchsvoller geworden und erfordert Leiterplatten mit höherer Genauigkeit und Präzision der Herstellungsprozeß.

Die Qualität und Zuverlässigkeit von PCBA wirkt sich direkt auf die Effizienz und Kosten der Produktion sowie auf die Funktionalität und Zuverlässigkeit von Endgeräten aus. Im hart umkämpften Unterhaltungselektroniksektor sind Produktionsmargen überlebenswichtig; Jede Variation der Produktionseffizienz und der Kosten hat erhebliche Auswirkungen auf die Hersteller. Zuverlässigkeit und Leistung sind besonders in sicherheitskritischen Sektoren wie Luft- und Raumfahrt, Automobil, Verteidigung und Medizintechnik wichtig. PCBs sind beispielsweise eine Schlüsselkomponente bei der Herstellung von Cochlea-Implantaten, Herzschrittmachern und medizinischen Bildgebungsgeräten – wo Präzision über Leben und Tod entscheiden kann.

In den letzten Jahrzehnten waren Leiterplattenhersteller auch bestrebt, immer kleinere, immer komplexere Leiterplatten herzustellen. Die höhere Platzierungsdichte kleinerer Komponenten macht die Design-, Fertigungs- und Montageprozesse noch anspruchsvoller. Aus diesen Gründen ist Qualitätssicherung (QA) von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass der Übergang vom PCB-Design zur Fertigung fehlerfrei verläuft.

Bedarf an Inspektionszuverlässigkeit und Agilität

Aufgrund der hohen Komplexität moderner Leiterplatten, die eine große Anzahl kaum sichtbarer Elemente enthalten, ist die manuelle Inspektion weder eine zuverlässige noch skalierbare Qualitätssicherungsmethode. Mängel an winzigen Unterkomponenten sind schwer zu erkennen und können nach einer Acht-Stunden-Schicht fast unmöglich zu erkennen sein. Selbst wenn es den Inspektoren gelingt, ihren Fokus während einer gesamten Schicht unverändert beizubehalten, ist diese Methode aufgrund des Zeitaufwands, der für die Untersuchung einer Leiterplatte erforderlich ist, unbrauchbar.

Aus diesen Gründen wird seit langem nach einer automatisierten visuellen Qualitätsprüfung zur Prüfung von Leiterplatten gesucht. Lösungen für maschinelles Sehen (MV) haben die zentralen Herausforderungen menschlicher Prüfer gemildert: Sie sind genau, ermüden nicht und analysieren große Mengen kleiner Details. MV scheint ideal für die Erkennung häufiger Fehler wie Lötfehler, einer verzogenen Platine, Fehler bei der Oberflächenbearbeitung und mehr zu sein.

Allerdings haben herkömmliche MV-Lösungen Schwierigkeiten, mit den Anforderungen eines Leiterplattenherstellers an flexibler und dennoch präziser Qualitätssicherung Schritt zu halten. Diese herkömmlichen Lösungen umfassen im Allgemeinen die Inbetriebnahme, Konstruktion und Integration eines maßgeschneiderten Projekts, das auf die kontinuierlichen Dienste eines Systemintegrators oder MV-Experten angewiesen ist. Der gesamte Prozess kann teuer und zeitaufwändig sein, und die endgültige Lösung wird nur für die Prüfung eines bestimmten Leiterplattentyps geeignet sein. Diese Lösungen eignen sich bestenfalls für hochentwickelte, starre Montagelinien mit großen Produktionschargen.

Darüber hinaus ist ein weiteres gemeinsames Merkmal von PCBA-Linien der ständige Wechsel des bestückten Moduls. In der aktuellen globalen Lieferkettenrealität ändern sich die Komponentenlieferanten ständig, was unweigerlich auch das Erscheinungsbild der PCBA verändert.

Angesichts der Dynamik des PCBA-Marktes – und seines Bedarfs an kundenspezifischer Anpassung, Kleinserienfertigung und der Häufigkeit, mit der sich Leiterplatten ändern – ist es leicht zu verstehen, warum die Stabilität der traditionellen MV viele Hersteller davon abhält, auf automatisierte Qualitätssicherung umzusteigen.

Um jedoch im globalen Wettbewerb bestehen zu können, müssen Leiterplattenhersteller nach Perfektion streben. Autonome Qualitätssicherung kann Herstellern den Wettbewerbsvorteil verschaffen, den sie benötigen, und sicherstellen, dass Leiterplatten ihre Anlagen fehlerfrei verlassen – denn wie schon Leonardo da Vinci sagte: „Details machen die Perfektion.“

Weitere Informationen: www.inspekto.com.

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