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Wie Perlen aneinander gereiht und in der Closed-Loop miteinander verbunden sind Ekras Lotpastendrucker X5 Professional, TRIs SPI-System TR7007SII sowie Asys‘ Puffer Vego FPS 10B SPI
Der Schablonendrucker X5 Professional von Ekra ist genauso leicht über Touchscreen zu bedienen wie das 3D-SPI von TRI und passen daher gut zusammen.
Das 3D-Lotpasteninspektionssystem TRI TR7007 SII wartet mit einer Touchscreen-Oberfläche auf und hat Ekras Closed-Loop-Regelung implementiert

Letztlich dreht sich in der Elektronikfertigung alles um Effizienz. Der Weg dorthin ist zuweilen lang. Um eine effiziente und damit zeit- und kostensparende Fertigung elektronischer Baugruppen zu erreichen, sind einige Mechanismen nötig. Zwar arbeiten Maschinenhersteller stetig daran, ihre Systeme und Automaten – seien es Lotpastendrucker, Bestückautomaten oder Inspektionssysteme – den steigenden Anforderungen zügig anzupassen, sie schneller und zuverlässiger, gleichzeitig aber flexibler und modularer zu gestalten. In der Fertigungslinie beweisen sie jedoch ihre wahre Stärke, wenn sie herstellerunabhängig gut aufeinander abgestimmt sind. Ist zudem eine Closed-Loop-Regelung implementiert, ergeben sich Vorteile bezüglich Prozessqualität und Durchsatz, die dem Idealwert von Effizienz ziemlich nahe kommen.

Das haben sich auch Ekra und TRI zum Ziel gemacht, der dritte im Bunde ist Multi-Components. Als verlängerter Arm von Herstellern will Multi-Components seit knapp 30 Jahren für eine ganzheitliche Betreuung entlang der SMD-Bestückungslinie sorgen. Da passt es ganz gut, dass seit nunmehr zwei Jahren TRI im Portfolio vertreten ist. Auch mit Ekra verbindet Multi-Components eine enge Zusammenarbeit, führt Lars Bartels aus: „Wir bieten ganzheitliche Linienprojekte als Dienstleistung an. Dabei werden häufig Lotpastendrucker von Ekra nachgefragt, weshalb wir immer wieder erfolgreich zusammenarbeiten.“ Der Produktmanager für Inspektionssysteme von Multi-Components verweist darauf, dass es für Ekra und TRI „nicht das erste Mal“ sei, dass man bei diesem Thema eine Kooperation eingehe. „Für TRI ist es der beste Zeitpunkt. TRI hat sich mit der Weiterentwicklung der neuartigen Touchscreen-Softwareoberfläche ausreichend Zeit genommen, um nun Ekras Schnittstelle für eine besondere Closed-Loop-Regelung zu implementieren.“

3D-Adleraugen für die Lotpasteninspektion

Mit TRI seit Oktober 2010 an der Seite könne Multi-Components nun Testsysteme für jeden einzelnen Schritt des SMT-Fertigungsprozesses anbieten, erläutert Bartels. Es gelte, eine reproduzierbare Inspektion von elektronischen Baugruppen, insbesondere von Lötverbindungen so schnell wie möglich zu realisieren, möglichst alle Fehler zu finden und dabei nicht durch allzu häufige Fehlalarme den Ablauf zu stören. „Neuartige Technologien, die diese Tests ohne Abstriche beim einfachen und schnellen Programmieren schneller machen können, zu machen, sind unabdingbar“, ergänzt der Experte.

Das aktuelle 3D-SPI-System TR7007 SII ermöglicht eine Leistungssteigerung durch den optionalen Einsatz eines Doppeltransportbandsystems, wodurch keine wertvolle Produktionsfläche verloren geht. Dieses  Inline-Lotpasteninspektionssystem bietet eine dreidimensionale Inspektion von Flächen, Volumen, Höhe, Versatz, Form, Deformation, Fehlen von Lotpaste, Brücken und Fremdmaterial. Es zeichnet sich unter anderem durch eine hochauflösende 2D-Farbkamera, verbessertes XY-Tischsystem, eine effektive Lösung bei Schatten und Reflexion und einfache Programmierung aus. Die optische Auflösung beträgt 10 µm (14 µm optional), wobei das System eine Inspektionsgeschwindigkeit von bis zu 80 cm²/s bei einer optischen Auflösung von 10 µm und bis zu 160 cm²/s bei den optionalen 14 µm erreicht, so dass eine zuverlässige Inspektion auch von Lotdepots für 01005- und Fine-Pitch-Bauteile möglich ist. Das Sichtfeld ist 23,20 mm x 17,26 mm groß (bei 10 µm) und 32,48 mm x 24,16 mm bei den optionalen 14 µm. Beim Kamerasystem handelt es sich um eine hochauflösende 3-Chip CCD-Farbkamera mit 4 MPixel und einer Mehrfachwinkel-RGB-LED-Beleuchtung bzw. Koaxialbeleuchtung. Das System verfügt über die so genannte Read-on-the-Fly-Bildverarbeitungstechnik und ist mit einem Linearmotor mit DSP-basierter Bewegungssteuerung ausgerüstet.

Die Besonderheit ist jedoch die Touchscreen-Oberfläche: Der Touchscreen erinnert an Smartphones und Tablet-PCs und gibt damit dem Bediener die Möglichkeit, auch ohne langwierige Schulung angemessene Prüfergebnisse zu erzeugen.

Automatisierte Kontrolle und Korrektur

Im Unterschied zu normalen Regelungen verfolgt Ekra ein ganzheitliches Regelkonzept. Der Lotpastendruck auf ein Substrat ist ein dynamischer Prozess, der von vielen Faktoren beeinflusst wird. Um auf unerwünschte Veränderungen reagieren zu können, bietet Ekra eine Closed-Loop-Lösung an, die neben einem cleveren SPI-Puffer aus einem Drucksystem und aus einem 3D-SPI besteht. Beide Prozessmaschinen sind miteinander verbunden und bilden so einen geschlossenen Regelkreis, die Closed-Loop. Mit dem geschlossenen Regelkreis findet zwischen den Systemen eine kontinuierliche Kommunikation, Kontrolle und Reaktion statt. Das bietet Vorteile bezüglich Prozessqualität und Durchsatz.

Nach dem Drucken wird die Leiterplatte an das SPI übergeben. Dieses führt eine vollständige Vermessung des Drucks auf der Leiterplatte durch. Jede Veränderung oder Abweichung von den Sollwerten ermittelt das System zuverlässig und wertet es entsprechend aus. Diese Feedbackdaten übermittelt das Inspektionssystem direkt an den Lotpastendrucker, um die jeweilige Korrektur zu berechnen und einzustellen. Beispielsweise lässt sich ein Versatz auf diese Weise sofort korrigieren, so dass der Bediener gar nicht erst manuell eingreifen muss.

Der dem SPI-System von TRI nachgeschaltete intelligente SPI-Puffer Vego FPS 10B von Asys ermöglicht die variable Sortierung von guten und fehlerhaften Leiterplatten. Produktionsbedingte Linienschwankungen wie etwa Stopps für das Nachlegen der Paste oder für die Schablonenreinigung lassen sich leicht ausgleichen. In der Zeit, in welcher die Schablone gereinigt werden muss, gibt der SPI-Puffer die eingelagerten Leiterplatten wieder ab. So entsteht ein kontinuierlicher Produktionsfluss.

Fehlerhafte Baugruppen im Puffer so lange zu lagern, bis der Bediener diese ausgewertet hat, ist zudem möglich. Über eine Datenschnittstelle zwischen Puffer und SPI-System lassen sich jeder Leiterplatte die Inspektionsdaten und Bilder zuordnen. Dadurch ist es möglich, sie jederzeit zur Verifizierung abzurufen. Der Bediener erkennt dadurch sofort, welche Baugruppe fehlerhaft ist, und er kann diese nochmals genauer unter die Lupe nehmen, um zu entscheiden, ob die Baugruppe weiterzuverarbeiten ist oder ausgeschleust werden muss. „Der Produktionsfluss und die nachfolgenden Prozesse bleiben davon völlig unbeeinflusst“, versichert Bartels.

Reinigungsintervall um das drei- bis vierfache länger

Ohne Closed-Loop-Regelung muss ein Prozesstechniker die Reinigungsintervalle festlegen, einstellen, und gegebenenfalls korrigieren. Das erfordert Zeit. Nicht selten wird schon gereinigt, obwohl noch kein Bedarf besteht, weiß der Experte zu berichten und merkt daher an: „Mit Closed-Loop lassen sich die vom SPI gesammelten Prozessdaten für eine dynamische Reinigung verwenden. Diese wird automatisch ausgelöst, wenn es das Lotpasteninspektionssystem meldet.“

Aufgrund der vom SPI-System ermittelten dynamischen Prozessdaten passt sich die automatische Druckschablonen-Reinigung den jeweiligen Prozessbedingungen an. Dabei ist es möglich, die festen Reinigungsintervalle auf ein Sicherheitsintervall einzustellen. Dieses legt die Obergrenze der Druckzyklen zur Schablonenreinigung fest. Die eigentliche Steuerung der Schablonenreinigung wird nach dem Grad der Verschmutzung der Schablone ausgeführt. Dadurch verlängern sich die Reinigungsintervalle ohne negativen Einfluss auf die Qualität. Neben einem höheren Durchsatz reduziert sich der Verbrauch von Reinigungsflüssigkeit und Vlies und damit auch die Entsorgung.

Somit wird sichergestellt, dass nur dann gereinigt wird, wenn es erforderlich ist. Die dynamische Reinigung passt sich an die jeweiligen Prozessbedingungen an. „Vorteil ist, dass ein manuelles Eingreifen entfällt. Die Praxis zeigt, dass sich das Reinigungsintervall um das Drei- bis Vierfache verlängern lässt“, versichert Bartels und fügt hinzu: „Dadurch ergeben sich für den Anwender erhebliche Vorteile, wie beispielsweise einen höheren Durchsatz, eine Reduzierung der Verbrauchsmaterialien sowie geringe Aufwendungen für die Entsorgung dieser.“

Reinigung nur dann, wenn nötig

Nach erfolgreicher Entwicklungstätigkeit mit namhaften Partnern bietet Ekra eine ganzheitliche Closed-Loop-Lösung an. Gepaart mit dem 3D-SPI von TRI ergeben sich Vorteile bezüglich Prozessqualität und Durchsatz. Die Touchscreen-Oberfläche des SPI erleichtert die Handhabung. Der geschlossene Regelkreis stellt die Kommunikation zwischen den Systemen sicher, was die dynamische Reinigung und den Durchsatz verbessert, was zudem den Verbrauch an Reinigungsmaterialien reduziert.