Smarte Features für Automotive und Life Science

Elektronikprodukte für die Sparten Automotive, Luftfahrt und Life Science haben lange Lebenszykluszeiten und müssen in der Regel Extrembedingungen standhalten. Hier haben Aspekte wie Qualität und Zuverlässigkeit oberste Priorität. Zudem steigen mit ständig wachsender Miniaturisierung, bei gleichzeitiger Individualisierung und einem erhöhten Bauteilmix, die Anforderungen an den Fertigungsprozess und damit an das Fertigungsequipment.

Präziser Druck und ohne Substrat-Stress

Zu den Anforderungen gehören zum Beispiel die Druckgenauigkeit und Wiederholbarkeit. Die Plattform Serio 5000 erreicht eine Druckwiederholbarkeit von 20 µm @ 6 Sigma. Das heißt, dass der Lotpastenauftrag selbst für kleinste Bauteile präzise, zuverlässig und wiederholbar erfolgt. Untersuchungen zur Verarbeitung von solchen „Winzlingen“ mit der Bauform 0201 (metrisch), wurden bereits Ende 2014 bei Ekra positiv abgeschlossen. „Wir können Werte erzielen, die unsere Spezifikation von 20 µm @ 6 Sigma weit übersteigen“, erläutert Torsten Vegelahn, Produktmanager für SMT-Drucksysteme von Ekra.

Ein weiterer entscheidender Faktor im Fertigungsprozess ist ein stressfreies Handling und eine stressfreie Leiterplattenklemmung. Mit dem einziehbaren Klemmsystem, serienmäßig integriert in der Plattform Serio 5000, ist es möglich das Substrat ebenmäßig auf dem Drucknest oder der Unterstützung zu platzieren. In Kombination mit der automatisch geregelten Seitenklemmkraft, lässt sich die Leiterplatte dann mit einer optimalen Kraft problemlos klemmen. Anschließend wird das Klemmsystem eingezogen und es entsteht eine absprungfreie Oberfläche. Zusätzlich stellt der automatische Leiterplattenhöhenausgleich sicher, dass die Substrate nicht überdehnt werden oder ein ungewollter Absprung entsteht. Diese Parameter sind dem Produkt zugeordnet und werden im Druckprogramm hinterlegt.

Darüber hinaus ist die Schablonendrucker-Plattform jederzeit skalierbar: Wie bei der im Jahr 2013 eingeführten Systemplattform Serio 4000, steht auch hier eine Vielzahl an Optionen zur Verfügung. So erreicht die Druckerplattform in der Standardkonfiguration eine Taktzeit von 7 s und lässt sich je nach Bedarf individuell und selbst im Feld mit weiteren Optionen aufrüsten. „EMS-Dienstleister und spezialisierte Elektronikfertiger realisieren mittlerweile hochtechnisierte Konzepte und verlangen nach High-End-Equipment“, schildert Torsten Vegelahn.

Kleben direkt im Drucker

Doppelseitig bestückte Leiterplatten sind im Fertigungsprozess oftmals eine Herausforderung. Je nach Komplexität und Bauteilmix ist es nötig, dass einzelne Elemente zusätzlich auf der Leiterplatte fixiert werden müssen, um einen Versatz beim Löten oder das Abfallen beim Rückseitenlöten zu verhindern. „Was früher noch als komplexer Exot unter den Leiterplatten galt, ist heute in vielen Bereichen der Elektronikfertigung längst zum gewohnten Standard geworden“, erklärt Vegelahn.

Mit dem neuen I-Pag Jet, einem Jet-Dispenser für SMT-Klebstoffe, ist es möglich, kleinste Klebepunkte sehr genau, direkt nach dem Druckvorgang auf der Leiterplatte aufzubringen. So lassen sich Bauteile fixieren, um eine präzise, reproduzierbare und sichere Verarbeitung zu ermöglichen. Das Dispenssystem ist als Plug-and-Play-Konzept gestaltet. Ein steckbares Modul wird über Schnellkupplungen (pneumatisch und elektrisch) angeschlossen und ist so in kürzester Zeit betriebsbereit. Ein weiterer Pluspunkt liegt in der hohen Wartungsfreundlichkeit. Das Plug-and-Play-Modul lässt sich einfach und schnell ausstecken und an einem Arbeitsplatz außerhalb der Linie zerlegen sowie reinigen.

Abgestimmte Reinigungszyklen und flotter Rakelwechsel

Das Reinigen der Schablonenunterseite ist ein sehr wichtiger Bestandteil des Druckens, der auf das Produkt angepasst werden muss. Während häufiges Säubern den Durchsatz verringert, erhöht zu seltenes Reinigen das Risiko von Pastenverschleppung und Brückenbildung sowie stärkeren Volumenschwankungen. Ein abgestimmter Reinigungszyklus ist hier entscheidend. Das integrierte Schablonenreinigungssystem I-Rocs Light ermöglicht einen individuellen und zuverlässigen Reinigungszyklus. Das System bietet eine substratgrößenabhängige Befeuchtung, gewährleistet einen konstanten Vorschub des Reinigungspapiers sowie eine zuverlässige Vakuumerzeugung.

I-Quess, ein integriertes Rakel-Schnellwechselsystem, zählt zu den beliebtesten Features im Ekra-Portfolio. Hiermit lassen sich sekundenschnell beide Rakel von vorne wechseln und zwar ohne Werkzeuge – ergonomisch, einfach, schnell und sicher. Bei den meisten SMT-Drucksystemen ist I-Quess bereits im Standard enthalten.

Zwei pneumatische Druckköpfe mit integrierter, rückgekoppelter Überwachung (als Closed-Loop-Druckkopf bekannt) erlauben eine gleichmäßige Bedruckung von Standardsubstraten in Verwendung von gängigen Schablonen. Damit lassen sich auch sehr gute Ergebnisse für komplexe Boards in Verbindung mit Stufenschablonen erzielen. Die Druckregelung erfolgt alle 40 ms, also auch während des Druckvorgangs, und stellt so eine gleichbleibende Druckkraft sicher.

Kontrolle über die Paste

Um den Druckprozess in der laufenden Produktion zu sichern, ist die Überwachung der so genannten Pastenrolle, also der Menge Druckpaste auf der Schablone, unumgänglich. Bekannt ist, dass Fehldrucke dann entstehen, wenn der Volumenauftrag der Lotpaste zu gering ist, also wenig Paste aufgedruckt wurde. Weniger bekannt, aber dennoch präsent, ist ein Zuviel an Paste auf der Schablone, das zu Überdruckungen und Brücken führen kann. „Beide Fälle sind inakzeptabel und müssen deshalb regelmäßig überwacht werden. Deshalb haben wir intelligente Kontrollmechanismen in unsere Anlagen integriert“, erläutert Vegelahn.

Dank einer Pastenhöhenkontrolle mit drei variablen Schwellwerten (Min, Load, Max), ist das Drucksystem in der Lage diese Werte zu überwachen. In Kombination mit einem automatischen Dispenser, gesteuert von der Pastenhöhenkontrolle, erfolgt das automatische Nachlegen, sollte zu wenig Paste im Einsatz sein. Der Vorteil dabei ist, dass nahezu unterbrechungsfrei produziert werden kann und das bei gleichbleibender Taktzeit.

Rückverfolgbarkeit – das „Must Have“ der modernen Fertigung

Anspruchsvolle Kunden erwarten von einer modernen Baugruppenfertigung vor allem eine lückenlose Überprüfung und Rückverfolgbarkeit der eingesetzten Materialien, Werkzeuge und Hilfsmittel. Traceability heißt das Stichwort. Die Rüstkontrolle ist die Basis hierfür. Wird ein neuer Auftrag geladen, müssen alle im Druckprogramm hinterlegten Komponenten erfasst und verifiziert werden. Nur wenn diese mit den hinterlegten Daten übereinstimmen, kann der Bediener die Produktion starten.

Alternativ ist eine Rüstung mittels eines MES-Systems möglich. Der Vorteil dabei ist, dass nicht die Komponenten allein verifiziert werden, sondern auch ein Abgleich zwischen Leiterplatte und Komponenten erfolgt. Anschließend wird die Leiterplatte gebucht und zur Verarbeitung freigegeben. Die meisten Serio-Drucksysteme lassen sich an eine Vielzahl an MES-Systeme anbinden.

SMT Hybrid Packaging 2016: Halle 7, Stand 441

(mrc)