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Der Bestückautomat Siplace SX bietet hohe Flexibilität hinsichtlich Leistung und Förderkapazität und lässt sich problemlos an alle Marktanforderungen anpassen.
Unförmige, massereiche Module, Stecker und Anschlüsse mit Einpress- oder THT-Technik: Die Leistungselektronik stellt SMT-Bestückautomaten vor besondere Herausforderungen.
Der Siplace-Smart-Pin-Support ermöglicht eine automatisierte und mikrometerexakte Pin-Platzierung.
Der Siplace-Very-High-Force-Kopf bestückt Bauteile mit einer Aufsetzkraft von bis zu 70 N.
Der Siplace-Glue-Feeder lässt sich wie ein Zuführmodul flexibel an der SMT-Linie rüsten.
Mit dem vielteiligen Siplace-Bausatz Multi-Gripper-Kit können Kunden flexibel und schnell eigene Sondergreifer-Konstruktionen zusammenstellen.

Verglichen mit den mit kleinen Standardbauteilen vollgepackten Leiterplatten in IT/TK- und Consumelektronikanwendungen sehen Leistungselektronikbaugruppen klobig und aus der Zeit gefallen aus. Große OSCs (Odd Shape Components), viele Stecker und Mechanikteile drängen sich auf vergleichsweise großen und schweren Leiterplatten. Einpress- und THT-Techniken sind weit verbreitet. Moderne Bestückautomaten sind gut auf die besonderen Anforderungen im Bereich Leistungselektronik vorbereitet.

Die modularen Bestückautomaten der Siplace-Serien von ASM Assembly Systems sind Plattformen, die sich flexibel konfigurieren und auf die jeweiligen Bedürfnisse ausrichten lassen: Bestückköpfe, Portale, Zuführ- und Transportsysteme, Software und Zusatzoptionen sind daher auch auf das weite Spektrum der Leistungsbausteine ausgelegt. Die Kompatibilität von Software und Komponenten erschließt zusätzliche Effizienzpotenziale. So lassen sich Bestückprogramme oder Bauteilbeschreibungen problemlos zwischen Maschinen, Linien oder gar Standorten austauschen.

Schnell, flexibel und intelligent fertigen

Viele Leiterplatten für Leistungselektronik weisen Metallkerne und besondere Massenflächen auf. Sie sind deutlich schwerer als normale Leiterplatten. Bei Transportsystemen, die optional für Leiterplatten mit einem Gewicht von bis zu 5 kg vorbereitet sind, stellt dies in den meisten Fällen kein Problem dar. Wichtig ist allerdings, dass die Transportsysteme über ihre Profile im Beschleunigungs- und Abbremsverhalten angepasst werden können.

Um große Stecker ohne Gefährdung ihrer mechanischen Stabilität SMT-fähig zu machen, werden diese oft mit Board- oder Interlocks versehen. Bei der Bestückung müssen die SMT-Automaten dann Aufsetzkräfte bis zu 70 N aufbringen – eine Kraft, die bei Premium-Bestückautomaten zumindest optional innerhalb der Spezifikationen liegt. Wo sich bei den Bestückautomaten die Spreu vom Weizen trennt, sind die Bestückkraftmessung und die Techniken bei der Leiterplattenunterstützung. So bietet Siplace SPS (Smart Pin Support) eine automatisierte Pin-Platzierung. Die Pin-Positionen zur Stützung von großen Leiterplatten und zum Ausgleich großer Bestückkräfte lassen sich dabei bereits im Bestückprogramm festlegen. Beim Einlaufen der ersten Leiterplatte werden die Pins von der Maschine platziert. Für den Anwender stellt dies ein Vorteil dar: Im Vergleich zur manuellen Platzierung vermeidet der Prozess Fehler und beschleunigt so den Bestückprozess.

Akkurate und präzise Zuführung und Bauteilaufnahme

Flächen- und Stangenmagazine sind für viele Bauteile der Leistungselektronik die bevorzugten Zuführungsmodule. Die große Vielfalt der Bauteile bringt es mit sich, dass es hier wohl auch in Zukunft keine Standards bei der Zuführung geben wird und Sonderkonstruktionen vielfach die einzige Lösung bleiben. Umso wichtiger ist es für Elektronikfertiger, dass sich die Maschinenhersteller offen und flexibel zeigen. Siplace beispielsweise bietet Third-Party-Herstellern von Zuführmodulen ein Feeder Development Kit (FDK) an. Im Rahmen des FDK werden nicht nur die Schnittstellenbeschreibungen und Timing-Diagramme geliefert, sondern auch Support- und Testleistungen im Siplace-Application-Center erbracht. In enger Zusammenarbeit mit dem Siplace-Team können die Hersteller von Zuführungen so ihre individuellen Module für OSCs den Bestückautomaten anpassen und eine sichere Zuführung in der SMT-Bestückung sicherstellen. Selbst die Bestückung von Bauteilen direkt aus dem Wafer ist bereits innerhalb der SMT-Linie und ohne Sonderprozess möglich: Die Bestückautomaten Siplace CA können direkt aus Wafer-Magazinen bestücken.

Über Greifer lassen sich heute auch die sonderlichsten OSCs sicher bestücken. Greiferkonstruktionen erfüllen dabei die unterschiedlichsten Anforderungen an Halte- und Bestückkräfte sowie an Greifflächen (Greifen von außen, Spreizen von innen, Auslassen sensibler Flächen, und vieles mehr). Siplace allein bietet mehr als 200 Sondergreifer für eine große Bandbreite von Bauteilen. Dennoch sind Unterschiede bei den Greifern und Bauteilaufnahmen der verschiedenen Bestückautomatenhersteller zu beachten. So arbeitet die Mechanik der Siplace-Greifer mit dem gleichen Luftdruck wie die Standardpipetten. Das erlaubt es, die Greifer wie eine Vakuumpipette zu wechseln und in den Pipettengaragen der Automaten abzulegen. Der Vorteil: Während ein fest montierter Greifer einen Bestückkopf blockieren würde, können Siplace-Bestückautomaten den Bestückkopf für Standardbauteile nutzen, wenn die meist geringe Zahl von OSCs mit dem Greifer platziert worden sind.

Eine weitere smarte Idee der Siplace-Ingenieure ist der Multigripper-Kit. Darunter ist ein Bausatz zu verstehen, mit dem sich die Elektronikfertiger eigene Sondergreifer aufbauen können. Das ist besonders für die Prototypenfertigung oder Kleinserien interessant, da die Elektronikfertiger mit dem Kit nicht mehr von den Projekt- und Lieferzeiten für Greifer-Sonderkonstruktionen abhängig sind.

Der große Unterschied liegt in der Wirtschaftlichkeit

Luftdruck und Greifer-Baukasten sind Beispiele, die auf den entscheidenden Punkt bei der SMT-Bestückung von Leistungselektronik hinweisen: die Wirtschaftlichkeit. Rein technisch ist die Bestückung für die meisten Automaten- und Equipment-Hersteller möglich. Die großen Unterschiede liegen jedoch in der Geschwindigkeit und Effizienz. Um beim Beispiel Greifer zu bleiben: Blockiert ein fest montierter Sondergreifer einen Bestückkopf für ein paar wenige Sonderbauteile, so kann dies gravierende Auswirkungen auf die Gesamtleistung und Produktivität der SMT-Linie haben.

Je mehr Sonderprozesse in einem Bestückautomaten integriert werden, desto wirtschaftlicher wird er arbeiten. Demzufolge ist es sinnvoll, Kleben, Fluxing, Pin-in-Paste, Bare-Die-Bestückung und das Setzen von Steckern mit Grid-Locks möglichst von einer Maschine auszuführen zu lassen. Ein Beispiel ist der jüngst vorgestellte Siplace-Glue-Feeder. Der Klebe-Dispenser lässt sich wie ein Förderer und damit sehr flexibel an der Linie rüsten. Über eine Düse werden Klebepunkte hochpräzise auf das über den Glue-Feeder positionierte Bauteil gespritzt. Auf diese Weise mit Klebepunkten versehen, lassen sich auch große Bauteile für den weiteren Bestückprozess für sichere Prozesse fixieren. Dort wo nur wenige Bauteile geklebt werden müssen, bietet der Glue-Feeder große Vorteile: Die Dispenser-Einheit lässt sich sowohl bei Bedarf flexibel rüsten als auch zwischen den Linien transferieren und ist somit nicht wie bei klassischen Klebestationen ein starrer Teil der Linienkonfiguration.

SMT-Linie, Odd-Form-Bestücker oder andere Verfahren?

Die Frage, ob sich Leistungselektronik und OSC-Bauteile mit SMT-Automaten bestücken lässt, geht also am Kern der Thematik vorbei. Die Frage muss lauten: In welchen Fällen und mit welchen Bestückautomaten ist dies wirtschaftlich sinnvoll. Es kommt auf die Details von Produkten, Bauteilen und Prozess an, was sich rechnet. Vereinzelte OSC lassen sich über entsprechend flexible Bestückautomaten gut bestücken, bei einer höheren Anzahl aber ist ein spezieller Odd-Form-Bestücker in der Linie sinnvoller.

Bestückautomaten können mit großen Bestückkräften durchaus mit Locks versehene Bauteile bestücken – doch verbietet sich dies, wenn dadurch ausgelöste Vibrationen oder Leiterplattenverformungen dazu führen, dass sich kleinere Bauteile lösen. Auch ist es möglich, hohe Bauteile meist problemlos in der SMT-Linie zu bestücken, nur verlangsamt diese Höhe über dem verlängerten Verfahrweg die Bestückung kleinerer Bauteile.

Auf Takt- und Durchlaufzeiten achten

Mit zunehmender Leistungsfähigkeit und Flexibilität der Bestückautomaten wird die Fertigung von Leistungselektronik in einem automatisierten SMT-Prozess immer attraktiver. Doch der Geschwindigkeitsvorteil bei einzelnen, bisher manuell oder in gesonderten Prozessen bestückten OSCs kann durch effizienzbremsende Seiteneffekte auf die Bestückung anderer Bauteile wieder vernichtet werden. Es lohnt sich also, vor der Entscheidung Takt- und Durchlaufzeiten genauer zu analysieren oder zu simulieren.

SMT Hybrid Packaging 2013, Halle 7, Stand 204