Seit Jahren werden sowohl die Leiterbahnbreiten als auch die Bauteilabstände immer weiter verringert, um höhere Packungsdichten zu ermöglichen. Durch die Beschichtung mit Schutzlacken kann ein vorzeitiger Ausfall durch Feuchtigkeit, Migration, Verschmutzung und anderen Verunreinigungen wirkungsvoll verhindert werden. Die Umsetzung in der Praxis ist oftmals sehr schwierig, denn in den meisten Fällen ist es erforderlich, neben gleichmäßigen Schichtstärken und reproduzierbaren Beschichtungsergebnissen auch einen selektiven Lackauftrag zu ermöglichen. Kontaktbereiche, Steckerleisten oder mechanische Bauteile dürfen nicht von dem Schutzlack benetzt werden, da ansonsten deren Funktion negativ beeinflusst werden würde. Auch können Lackanhäufungen an den Kanten der Baugruppe den späteren Einbau wesentlich behindern. Diese Anforderungen erfüllen konventionelle Verfahren nicht oder nur unzureichend. Für genau diesen Anwendungsfall, und um die aktuellen Anforderungen der modernen Elektronikindustrie zu erfüllen, hat Nordson Asymtek die „Spectrum“ genannte Beschichtungsanlage entwickelt.
Eine komplette Systemlösung
Die kompakte Beschichtungsanlage SL-940E beinhaltet exakt aufeinander abgestimmte Komponenten. Das sind der „Selectcoat“ genannte Beschichtungskopf, eine beheizte, zirkulierende Lackversorgung, ein mehrachsiger Roboter und integrierte Systemsteuerungen. Zudem arbeitet die Anlage mit der proprietären Software „EasyCoat“. Auch weist die Anlage entsprechende Tools zur Prozessregelungen und Überwachung, genauso wie zur Datenerfassung für Traceability.
Mit dem „Selectcoat“-Verfahren kann der Anwender den gesamten Beschichtungsprozess in bislang unbekannter Qualität und Präzision beherrschen und kontrollieren. Die hohe Verfahrgeschwindigkeit und Positioniergenauigkeit des Roboters erlaubt zudem einen wesentlich höheren Durchsatz und eine rationellere Fertigung. Die Anlage lässt sich als eigenständige Fertigungsinsel oder aber komplett verkettet mit zusätzlichem Handling und Lacktrocknung in einer vollautomatischen Produktionslinie betreiben.
Exakt definierter Lackvorhang
Durch den neuartigen Selectcoat-Beschichtungskopf SC-280 wird ein exakt definierter Lackvorhang mit präzisem Anfang und Ende erzeugt. Wesentlicher Bestandteil dieses Verfahrens ist, dass der Lack ohne Sprühnebel und mit präziser Randbegrenzung aufgetragen werden kann. Im Gegensatz zu konventionellen Lackierverfahren, bei denen der Lack durch Druckluft atomisiert wird und zwangsläufig Sprühnebel entsteht, kommt bei dem patentierten Selectcoat-Verfahren eine spezielle Technik zum Einsatz, die das Auftreten von Sprühnebel verhindert.
Dieser Beschichtungskopf lässt sich innerhalb von Millisekunden sowohl öffnen als auch schließen und trägt dadurch einen gleichmäßigen und geschlossenen Lackfilm auf die zuvor definierten Bereiche der elektronischen Baugruppe auf. Die Verfahrgeschwindigkeit des Roboters kann dabei je nach Gegebenheiten zwischen 0 und 1.000 mm/sec frei bestimmt werden. Durch das programmierbare Öffnen und Schließen des Kopfes, ist es möglich, an jeder beliebigen Stelle der Leiterplatte gezielte Unterbrechungen des Lackfilms zu realisieren, um beispielsweise Steckerleisten nicht zu beschichten. Da der Lack somit nur noch auf die tatsächlich zu beschichtenden Flächen aufgetragen wird, kann auf die bislang notwendigen Maskierungs-, Demaskierungs- und Reinigungsarbeiten verzichtet werden.
Geschlossenes System
Um zu verhindern, dass Verunreinigungen in das System eindringen oder aber flüchtige Bestandteile aus dem Lack entweichen können, ist die Lackversorgung als geschlossenes und zirkulierendes System ausgelegt. Durch den integrierten Lackerhitzer mit PID-Regelung ist sichergestellt, dass selbst bei Schwankungen der Umgebungstemperatur eine gleichmäßige Viskosität des Lackes erhalten bleibt, um durch konstante Prozessparameter ein reproduzierbares Beschichtungsergebnis zu ermöglichen.
Die Software Easycoat ist ein wesentlicher Bestandteil dieser Komplettlösung. Da die Software menügesteuert arbeitet, sind für die Programmierung keine speziellen Vorkenntnisse notwendig. Durch das in der Anlage integrierte Kamerasystem ist es möglich, ein Beschichtungsprogramm einfach und komfortabel zu erstellen. Alternativ dazu lässt sich ein Bild der Baugruppe importieren und das Beschichtungsprogramm offline vom Arbeitsplatz aus erstellen.
In kleinsten Segmenten
Vollkommen neue Möglichkeiten bei der Applikation von Beschichtungsstoffen ergeben sich durch den Einsatz der Pulsweitenmodulation. Bei dieser Technologie wird jeder einzelne Beschichtungsvorgang automatisch in kleinste Segmente „zerlegt“. Das Dosierventil wird während der Beschichtung mit einer bestimmten (einstellbaren) Frequenz angesteuert, wodurch es alle X-Millisekunden geöffnet und geschlossen wird. Mit jedem Öffnungs- bzw. Schließvorgang wird jeweils eine kleine Menge des Beschichtungsstoffes als exakt definierter Punkt auf die Oberfläche der Schaltung „gejettet“, vergleichbar mit der Arbeitsweise eines Tintenstrahldruckers.
Das Punktvolumen eines einzelnen „Schusses“ lässt sich in einem bestimmten Bereich einstellen. Durch die Pulsweitenmodulation und die unterschiedlichen Möglichkeiten der Ansteuerung werden Flexibilität und Präzision für die Anwendung wesentlich erhöht. Es besteht die Möglichkeit, eine Position auf der Baugruppe anzufahren und im Stillstand gezielt einzelne kleine Punkte zu applizieren, um maximale Selektivität zu erreichen, beispielsweise um ein einzelnes SMD-Bauteil präzise zu beschichten. Je nachdem mit wie vielen Impulsen das Ventil dabei angesteuert wird, lassen sich Punktgröße und auch Schichtstärke entsprechend den Anforderungen anpassen. Diese Technologie ermöglicht auch bei sehr schwierig erscheinenden Anforderungen die Ausführung extrem selektiver Beschichtungen. Aber auch größere Flächen oder komplizierte Geometrien können mit ihr einfach und unkompliziert beschichtet werden.
Umfangreiche Prozesskontrolle
Um konstante und reproduzierbare Beschichtungsergebnisse sicher zu stellen, steht optional eine Überwachung des Auftragsbildes mit geschlossenen Regelkreisen zur Verfügung. In frei wählbaren Intervallen lässt sich die Breite des Lackvorhangs vermessen und – falls erforderlich – automatisch nachregeln, um das gewünschte Lackierergebnis auch langfristig zu ermöglichen. Alle produktionsrelevanten Daten werden dabei mit Datum und Uhrzeit versehen in einem Log-File abgespeichert. Durch diese automatische Datenerfassung können über den gesamten Produktionszeitraum ein lückenloser Qualitätsnachweis geführt und wichtige Traceability-Anforderungen abgedeckt werden.
Durch Kennwortschutz wird festgelegt, wer Zugriff auf die Einstellungen hat und wer nicht. Unerlaubte Manipulationen sind somit ausgeschlossen. Da ein programmierbarer Roboter für die Beschichtung verwendet wird, können unterschiedliche Beschichtungsprogramme für die zu lackierenden Baugruppen erstellt und abgespeichert werden. Bei Bedarf werden die fertigen Programme einfach aufgerufen und können dann beliebig oft und reproduzierbar ausgeführt werden. Die durch Reparatur, Nacharbeit oder Ausfall von fehlerhaft beschichteten Baugruppen verursachten Kosten können enorm sein. Aus diesem Grund ist es wichtig, die zur Verfügung stehenden Technologien eingehend zu prüfen. Denn das am besten geeignete Verfahren kann die laufenden Kosten deutlich reduzieren und zusätzlich zur Qualitätsverbesserung beitragen.
Sichere Elektronik mit Schutzbeschichtung
Gegenüber traditionellen Beschichtungsverfahren lässt sich mit dem Selectcoat-Verfahren neben einer deutlichen Qualitätsverbesserung auch eine höhere Flexibilität für die Fertigung erreichen. Reduzierte Betriebskosten, verbesserte Materialausnutzung und auch die bei diesen Anlagen zur Verfügung stehenden Prozessregelungen sind die Voraussetzungen für eine rationelle und vor allen Dingen produktionssichere Anwendung. Zur erhöhten Produktionssicherheit trägt auch bei, dass sämtliche relevanten Parameter und Drücke nicht mehr manuell eingestellt werden müssen, sondern sich direkt im Beschichtungsprogramm festlegen lassen.
SMT Hybrid Packaging 2014: Halle 7, Stand 219
Gerd Schulze
(mrc)
