Erich Winkler, Produktmanagement Lasertriangulationssensoren bei der Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG in Ortenburg
Inhaltsverzeichnis
1. Qualitätskontrolle in der Elektronikfertigung 2. Messung der Ritzgräben von Leiterplattennutzen 3. Fazit
Ob Smartphone oder Werkzeugmaschinen, kaum ein elektronisches Gerät kommt ohne Leiterplatten aus. Und obwohl sie zunehmend kleiner, leistungsfähiger und schneller werden, sind die Entwicklungszyklen der Geräte immer kürzer. Dementsprechend müssen auch die Platinen deutlich leistungsfähiger sein – unter anderem durch hochintegrierte Bauteile. Um sicherzustellen, dass Strom als elektrische Energie oder als Informationssignal problemlos durch die einzelnen Komponenten fließen kann, ist ihre exakte Positionierung maßgeblich. Bei der Leiterplattenfertigung müssen sie zudem nicht nur an der vorgesehenen Stelle platziert, sondern auch in der Ebene korrekt verbaut und angeschlossen sein. Sensoren, die die Lage der hochintegrierten Bauteile inline prüfen, müssen deshalb eine ganze Reihe von Herausforderungen meistern: Primär sind dies Schnelligkeit wegen der hohen Dynamik des Fertigungsprozesses, kleine Fokusdurchmesser aufgrund der sehr kleinen Bauteile sowie eine hohe Ortsauflösung wegen der minimalen Wegänderungen, die erfasst werden müssen. Die smarten Laser-Triangulationssensoren der Reihe OptoNCDT 1420 der Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG sind für komplexe Anwendungen konzipiert. Sie messen berührungslos, wirken also nicht auf die Platine oder die empfindlichen Bauteile ein und Messwerte können schnell aufgenommen sowie verarbeitet werden.
Qualitätskontrolle in der Elektronikfertigung
Die Sensoren werden bei der Qualitätskontrolle in der Platinenfertigung so platziert, dass sie von oben auf die Leiterplatten messen. Über eine Verfahranlage werden sie über die PCBs (Printed Circuit Board) und die hochintegrierten Bauteile geführt. Mit einer Messrate von bis zu 4 kHz erfassen sie dabei dynamische Prozesse direkt in der Produktionslinie. Die Kompaktheit der Sensoren mit 46 x 30 mm sowie der integrierte Controller ermöglichen seine Einbindung auch bei geringem Platz. Der kleinstmögliche Durchmesser des Lichtflecks liegt bei 45 x 40 µm. Er ermöglicht somit präzise Messungen auf die feinen Pins, da der Lichtpunkt dort scharf abgebildet werden kann.
Eine weitere wesentliche Voraussetzung für zuverlässige Messungen auf Leiterplatten ist ein Messprinzip, das auf unterschiedliche Materialien von Kunststoff bis Metall messen kann. Dafür bieten die Lasersensoren von Micro-Epsilon die Auto Target Compensation (kurz: ATC). Sie sorgt dafür, dass die Belichtungszeit und damit die Intensität des gesendeten Lichts während der Messaufgabe entsprechend des jeweiligen Messobjektes ausgergelt wird, dass die Reflexion auf der CMOS-Zeile im Idealbereich liegt: Zur Ermittlung der Messwerte bildet der Lasersensor einen roten Laserpunkt mit einer Wellenlänge von 670 nm auf dem Target ab. Das Laserlicht wird in einem bestimmten Reflexionswinkel zurückgeworfen und trifft im Sensor auf eine Optik auf einer CMOS-Zeile. Beim schnellen Wechsel von einem hellen auf ein dunkles Objekt käme ohne ATC zunächst zu wenig Licht auf der Emfpangsmatrix an. Beim schnellen Wechsel von einer dunklen Oberfläche zu einem glänzenden Objekten wäre die Intensität dagegen anfangs viel zu hoch. Ungenau oder sogar unbrauchbar wäre das Ergebnis in beiden Fällen. Anschließend berechnet der Sensor die mikrometergenauen Abstandswerte über die Dreiecksbeziehung zwischen der Laserdiode, dem Messpunkt auf dem Objekt sowie dem Abbild auf der CMOS-Zeile. Die ermittelten Werte können als analoge oder digitale Ausgangssignale in die Anlagen- und Maschinensteuerung eingespeist werden.
