Infrarotmessungen an einem praktischen Beispiel bei der Leiterplattenherstellung

Obwohl dieses Beispiel über 20 Jahre alt ist und mit einer heute veralteten Kameratechnik (140x140 Messpunkte) erstellt wurde, zeigt es doch ein weiteres Einsatzgebiet von Infrarotmessungen.

In einer Elektronikfirma werden Gläser mit einem fotoempfindlichen Lack beschichtet, aus welchen in der weiteren Verarbeitung Glasoriginale für die Leiterplattenherstellung gefertigt werden. Die gesamte Produktion wird in Rein- und Gelbräumen (Gelbraum wegen der Lichtempfindlichkeit des Lackes) vorgenommen. Nachdem in einem Beschichtungsautomaten der flüssige Fotolack auf quadratische, bis 30 cm große Spezialgläser aufgebracht wird, werden diese geschleudert. Das Schleudern mit einer hohen Drehzahl garantiert eine gleichmäßig dicke Lackbeschichtung. Anschließend werden die Glasplatten mit Hilfe eines Greifersystems auf die Heizplatten, sogenannte Hotplates gelegt. Je nach verwendeten Glasplatten wird jede Heizplatte auf eine bestimmte Temperatur aufgeheizt. Während eines Produktionszyklusses durchlaufen die Gläser verschiedene Hotplates. In diesem Beispiel sind es 7 Stück. Die Hotplates heizen die Glasplatten nach einer vom Fotolackhersteller vorgeschriebenen Aufheiz- und Abkühlkurve auf. Das Temperaturprofil und die Höhe der Temperatur der einzelnen, mit fotoempfindlichem Lack beschichteten Quarzglasplatten, ist neben der sehr hohen Anforderung an die Reinheit ein mitbestimmendes Maß für die spätere Qualität der Glasoriginale. Mit Hilfe der Infrarotmessungen sollten die Temperaturhöhe und die Temperaturverteilung auf verschiedenen Gläsern ermittelt werden, während sie unter Produktionsbedingungen bei entsprechenden Verweilzeiten auf den einzelnen Hotplates liegen. Bei nicht richtig gefahrenen Temperaturkurven kommt es zu keiner optimalen Aushärtung des Lackes. Das kann beispielsweise bei weiteren Verarbeitungsvorgängen, wie der Ätzung der Schaltkreisstrukturen, zu einer Unterätzung der Lackstrukturen führen. Der superfeine Leiterzug würde so dünner werden oder es käme gar zu einer Unterbrechung der feinen Leiterstruktur.
Ohne berührungslose Infrarotmessung ist eine Temperaturverteilungsuntersuchung der Glasplatten nicht möglich. Wie unter Produktionsbedingungen, durchlaufen die Platten bei dieser dokumentierten Messung die einzelnen Heizstationen. Die Verweilzeit pro Heizstation betrug 15s. Mit einem Haltesystem befestigt, befindet sich die Infrarotkamera, entsprechend des nebenstehenden Fotos, ca. 50 cm über den Messobjekten. Um die Glasoberfläche messen zu können, wurde die Kamera mit einem spektralem GHT- Filter von 5µm ausgerüstet. Aller 15s wurden Infrarotaufnahmen gespeichert. Bei einem Produktionsdurchlauf entstehen so 42 einzelne Bilder. Um eine höhere Aushärtetemperatur zu erreichen, muss man die Hotplatetemperatur erhöhen oder die Verweilzeit vergrößern. Eine längere Verweilzeit würde zwangsläufig zu einer Verlängerung der Taktzeit und somit zu einem geringeren Produktionsdurchsatz führen.

 

Interessant für die Betreiber der Leiterplattenherstellung waren auch die Temperaturverteilungen auf den jeweiligen Glasplatten. Die Infrarotaufnahmen haben ergeben, dass die Normalglasplatten sich durchbiegen. Auf den Heizplatten liegen die Glasplatten auf einem Zentriersystem auf und somit ca. 0,1mm über der eigentlichen Heizfläche. Sie berühren die Heizplatten also nicht. Zur Berührung kommt es nur, wenn sich die Glasplatten, aufgrund der Erwärmung, durchbiegen und dies ist bei den 20cm großen Normalglasplatten der Fall, was man bisher nicht vermutete. Der direkte Kontakt führt somit zu einer größeren Temperatur im mittleren Bereich der Glasoiginale, welches im Infrarotbild sehr deutlich zu erkennen ist.

 

Objekt

:

Messung 16, Glasplatten 20cm, Verweilzeit 15s auf einer Heizplatte insgesamt 90s Maschinendurchlauf

Temperatur in Maschine

:

20,3°C

Station 5

:

Hotplatetemperatur 220°C

- Normalglas -

(Durchbiegung des Glases in der Mitte wird sichtbar)

Verweilzeit auf Hotplate 15s

Verweilzeit auf Hotplate 30s

Verweilzeit auf Hotplate 45s

Verweilzeit auf Hotplate 60s

Verweilzeit auf Hotplate 75s

Verweilzeit auf
Hotplate 90s

 

- Quarzglas -

 Verweilzeit auf Hotplate 15s

Verweilzeit auf Hotplate 30s

Verweilzeit auf Hotplate 45s

Verweilzeit auf Hotplate 60s

Verweilzeit auf Hotplate 75s

Verweilzeit auf
Hotplate 90s

Messung 16, grafischer Temperaturanstieg der Glasplatten, Station 1 - 7 für einen Durchlauf in
Abhängigkeit von der Zeit (90s Takt - nur Spezialgläser -)

Die Auswertungen der Infrarotbilder im Rechner erlauben dann eine Grafik über den Temperaturverlauf eines Glasplattenoriginals während eines Produktionszyklusses zu erstellen. Eindeutig ist hier zu erkennen, dass die Hotplates (Temperaturmittelwert der Hotplates entspricht der rote Temperaturverlauf) die eingestellten Heizplattentemperaturen (in der Grafik als schwarze waagerechte Linien zu erkennen) nicht erreichen.
Die Infrarotbilder mit Auswertungen haben die Firma in die Lage versetzt, ihre Produktionsanlagen zu optimieren und somit die Qualität ihrer Produkte zu erhöhen. Der Produktionsprozess konnte anschaulich dargestellt werden, welches vor einer Infrarot- Wärmebildmessung nur bedingt möglich war.

Einen Zeitungsartikels zur Anwendung der Infrarotmessungen in der Industrie, wie er in der Fachzeitschrift "MM Maschinenmarkt" Heft 8/2004 - Vogel Industrie Medien erschienen ist, können Sie sich hier als pdf- Datei herunterladen: Zeitungsartikel IR-Messungen in der Industrie.pdf (666KB).

 


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