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Der Bestückautomat Inoplacer Basic wird mit der Integrierung des Aerojet-Dosierkopfes zur Allroundmaschine Inoplacer Basic Aerojet, die sowohl bestücken als auch dispensen kann.
Effizienzsprung bei der Lotpastendosierung mit dem Jetventil Aerojet von Musashi: Das berührungslose Dispensen erfolgt schnell, präzise und zuverlässig.
Die Prinzipdarstellung von Aerojet: Keine Lotpastenrückstände in der Kartusche.
Der für mittlere und Kleinserienproduktion ausgelegte Bestückautomat Inoplacer Basis Aerojet wurde zum Dispenser modifiziert.

Bei der Mikroproduktion und Elektronikfertigung entscheidet zunehmend der Dosierprozess über die Qualität der Lötverbindung. Damit rückt das automatisierte Einzelpunktlöten immer mehr in den Vordergrund. Um für den Mittelstand eine passende Lösung offerieren zu können, hat sich Heeb-Inotec nun mit dem japanischen Hersteller von Dosiersystemen, Musashi-Engineering, zusammengetan. Gemeinsam mit dem deutschen Repräsentanten, dem Lötroboterhersteller ATN Automatisierungstechnik Niemeier, gelang es nun, die Jet-Printing-Technik in den Bestückautomaten Inoplacer Basic zu integrieren.

Verschiedene Aspekte kommen dabei zum Tragen. Neben dem Umstand, dass besonders für kleine Unternehmen und Mittelständler materialsparende Dosiersysteme immer wichtiger werden, kommt noch die finanzielle Seite hinzu: „Bisher erforderte Jet-Printing eine beachtliche Investition“, führt Harald Weigle von Heeb-Inotec aus. Der Grund ist denkbar einfach: „Jet-Printer sind auf Durchsatz getrimmt. Hochgeschwindigkeitsachsen, Granitplatten und bahninterpolierte Technologie mit ballistischer Kurve fordern schlicht ihren Preis. Ziel ist die Zeitoptimierung im Druck“, erklärt Weigle. Nicht immer sei die Zeitoptimierung der entscheidende Fakt: „In der Prototypen und Kleinserienfertigung stehen meist die technischen Vorteile, schnelle Verfügbarkeit und Reduktion der Rüstzeiten an vorderster Stelle.“

Zuverlässiger Lotpastenauftrag

Ähnlich wie bei einem Tintenstrahldrucker wird die Lotpaste mit einem speziellen Druckkopf direkt auf die Platine gedruckt. Dadurch ist ein schneller, flexibler und sehr zuverlässiger Lotpastendruck möglich. Da das Verfahren ohne die sonst üblichen Schablonen auskommt, lässt sich das Druckprogramm jederzeit problemlos ändern und das Lotpastenvolumen punktgenau platzieren. „Das Resultat ist eine extrem flexible Belotung mit weniger Fehlern als bei konventionellen Siebdruckern und eine Reduzierung der benötigten Lotpastenmenge“, betont Weigle.

Weil es sich beim Jet-Printing um eine schlanke Technik handelt, die komplett softwaregesteuert und berührungslos arbeitet, ist sie für die Prototypen- oder die Kleinserienfertigung geeignet. Neue Aufträge lassen sich offline programmieren und automatisch an die Maschine übermitteln. Eine Korrektur der Pastenmenge kann jederzeit erfolgen. Layoutänderungen sind einfach einzupflegen. „Jet-Printing ermöglicht es, die Prototypenfertigung noch am selben Tag auszuführen“, erläutert Harald Weigle die Vorteile des Systems. „Darüber hinaus lassen sich mit diesem System nicht nur die Sieb- und Rüstkosten an der Maschine einsparen, sondern auch der sonst übliche Aufwand bei Änderungen, die sich in der Prototypenfertigung kaum vermeiden lassen.“

Die Umsetzung des Jet-Printing in einen Inoplacer-Bestückautomaten erfolgt mit dem Aerojet-Druckkopf, der fest in dem Bestückungsautomat integriert ist. Das daraus resultierende System wurde auf den Namen „Inoplacer Basic Aerojet“ getauft. Das System ist demnach eine Kombination aus SMT-Bestückungsautomat und Jet-Printer und ermöglicht den Lotpastenauftrag sowie das Bestücken der Bauteile in einem Durchgang. Volumen, Position, Flächenabdeckung und Höhe der Lotpaste lassen sich für jede Lötverbindung einfach und exakt anpassen. Dies ermöglicht selbst für anspruchsvolle Bauteile mit schwierigen Randbedingungen einen optimierten Lotpastenauftrag, zum Beispiel für Power-IS mit großen Kühlflächen.

Prozesssicheres und berührungsloses Dosieren

Beim Jet-Dosiersystem handelt es sich um eine Lösung, bei der die Lotpaste berührungslos auf das Substrat aufgetragen wird. Es unterscheidet sich dadurch maßgeblich von konventionellen „Dispenser“-Systemen mit Dosiernadel und eliminiert die bisherigen Probleme Materialentmischung in der Kartusche sowie Materialverschleppung an der Dosiernadel: Die Lotpaste wird über Kartuschen zugeführt und unterliegt keiner Oxidation. Eine konstante Pastenqualität wird durch ein geschlossenes System erreicht. Ein weiterer Aspekt ist die Effizienz: Für die Elektronikfertigung werden daher materialsparende Dosiersysteme immer wichtiger. Gerade beim Dosieren ist die Materialeffizienz nicht optimal. Aufgrund von Entmischung verbleiben oft nicht unerhebliche Reste in der Kartusche; nicht verwertbare Materialreste von bis zu 30 Prozent sind da keine Seltenheit. Außerdem wird meist mehr Lotpaste dosiert als erforderlich, um die Prozessfenster zu erweitern und die Gefahr der Minderdosierung zu vermeiden.

Musashi setzt beim Aerojet jedoch elektromagnetische Ventile ein und verzichtet auf aufwändige, verschleißanfällige Piezo-Antriebe. Eine hohe Standzeit und überschaubare Verschleißteilkosten resultieren daraus. Die Dosierkammer lässt sich innerhalb von wenigen Minuten reinigen und warten. Die Funktionsweise ist einfach: Die Paste wird mit gleichmäßigem Druck aus der Kartusche in die Dosierkammer gedrückt. Dort beschleunigt ein beweglicher Kolben die Paste und schleudert sie durch die Düse auf das Substrat, ähnlich wie bei einem Tintenstrahldrucker. Dabei kann der Arbeitsabstand einige Millimeter betragen. Der elektromagnetische Antrieb ist verschleißfrei und ermöglicht bis zu 330 Dots/s. Da ohne Dosiernadel gearbeitet wird, ist der Prozess robust gegenüber Höhentoleranzen. Die dosierte Menge wird einzig und allein über die Dosierkammer, den mechanisch einzustellenden Kolbenhub sowie die Anzahl der zu dosierenden Dots definiert und ist somit präzise und reproduzierbar berührungslos aufgespritzt (Jetten).

Durch die klimatisierte Dosierkammer ist die Viskosität der Paste zum Zeitpunkt der Dosierung annähernd konstant. Viskositätsschwankungen in der Kartusche werden kompensiert. Der Kartuschendruck ist gering und konstant, sodass nicht gepulst werden muss. Überdies ist für den Dosierprozess keine Z-Bewegung erforderlich. Folglich gibt es auch keine Entmischung in der Kartusche und die Paste kann komplett für die eigentliche Aufgabe verwendet werden. Der Aerojet ist nicht nur prozesssicher, sondern besticht auch durch minimale Prozess-Zeiten: Durch den eingesparten Z-Hub dauert das Dosieren nur wenige Millisekunden. Ein wesentlicher Vorteil des Aerojet ist der Dosierabstand von bis zu 5 mm. Dieser Abstand erlaubt auch das Nachdosieren auf bereits bestückten Boards.

Bestückautomat als Basis

Das System setzt auf das Basismodell Inoplacer Basic auf. Basis ist wie bei allen Inoplacer-Modellen ein solider und präziser Maschinenbau unter Verwendung von hochwertigen Komponenten. Der Inoplacer Basic Aerojet verfügt über eine maximale Bestückungsfläche von 320 mm x 550 mm. Die Bauteilzentrierung erfolgt über zwei mitfahrende Unterseitenkameras sowie eine stationäre Visionkamera. Die Basis ist das proprietäre Visionssystem Inovision. Das Bauteilspektrum umfasst Chips ab einer Baugröße von 0402, Gehäuseformen wie SO und PLCC, QFPs, Fine-Pitch, BGA und µBGA bestückt das System genauso sicher wie Komponenten mit einer Bauteilgröße maximal 40 mm x 40 mm. Die Bestückungsleistung beträgt max. 3000 BE/h.

Das durchdachte und flexible Feederkonzept (Einzelfeeder und Feederkassetten mit CAN-Bus, Linearfeeder, Grid-Tray und Kurzgurtaufnahmen) ermöglicht 66 bis 106 Bauteilezuführungen für 8 mm breite Tapes auf zwei Feederbänken und Grid-Tray nebst Kurzgurtaufnahmen. Das Artikelbasierende Feeder-Management AFM mit Feederrüst- und Chargen-Management Inorüst runden das Paket ab.

Auf den Punkt genau getroffen

Solider Maschinenbau, das Visionsystem Inovision und der fest integrierte Dosierkopf Aerojet von Musashi erlauben sehr präzise und reproduzierbare Ergebnisse bei Pastenauftrag und Bestückung. Anders als bei konventionellen Dosiersystemen erfolgt mit dem Aerojet der Pastenauftrag berührungslos und dabei punktgenau.

Productronica 2013: Halle A3, Stand 455