Gerade in der SMT-Massenfertigung sind Termin- und Kostendruck besonders hoch. Hier sind platzsparende Maschinen gefragt, die kontinuierlich hohe Stückzahlen liefern – ohne Produktionsunterbrechung und ständige Operator-Eingriffe. Hardware von ASMPT wurde gezielt auf diese Aufgabe hin optimiert.
Die Zahlen sind beeindruckend: Im Bereich der High-End-Consumer-Produkte verlassen Leiterplatten im Wert von 80.000 € pro Stunde die SMT-Fertigungslinie. Wer diese Zahlen kennt, weiß, wie teuer selbst eine kurze Produktionsunterbrechung zu stehen kommt, wie bedeutsam jeder Ausschuss ist – und wie wichtig eine konstant hohe Performance ist. Umso mehr Bedeutung kommt der Aufgabe zu, jede Fertigungslinie konsequent bedarfsgerecht zusammenzustellen und zu optimieren. Das umfangreiche Portfolio des Marktführers ASMPT bietet dafür viele Möglichkeiten.
Er steht ganz am Anfang der Linie und ist als Prozess besonders sensibel für Störeinflüsse: Der Lotpastendruck spielt in der Hochvolumenfertigung eine besonders wichtige Rolle. Ein moderner Lotpastendrucker muss schnell und präzise arbeiten und darf auf dem Shopfloor möglichst wenig Platz beanspruchen. Hier setzt die Druckerplattform DEK TQ von ASMPT neue Maßstäbe: Ihre Nassdruckgenauigkeit beträgt bis ±17,0 µm, bei einer Prozessstabilität von 2 Cpk. Damit können Lotpastendepots für 0201m-Bauelemente aufgebracht werden, die kaum größer als ein grobes Pfefferkorn sind. Diese beeindruckenden Werte erreicht der Lotpastendrucker bei einer Kernzykluszeit von fünf Sekunden. Dabei benötigt ein DEK TQ Drucker gerade einmal 1,0 x 1,3 Meter Stellfläche. Praktisch: Die Maschinen können in Zweiergruppen back to back angeordnet werden. Damit wird die Linie trotz verdoppelter Druckkapazität nicht länger. Ein neues Offbelt-Printing-Klemmverfahren, ein innovativer Druckkopf und Antrieb sowie die pneumatische, vollflächige Schablonenklemmung sind nur einige weitere Highlights der DEK TQ Plattform.
DEK TQ Lotpastendrucker sind konsequent auf unterbrechungsfreie Produktion optimiert. Mit einer 22-Meter-Vliesrolle und einem Sieben-Liter-Reinigungsmitteltank können sie bis zu mehr als zwölf Stunden, also eine komplette Schicht, ohne Bedienereingriffe produzieren. Das Pivot-Design sorgt für einen perfekten koplanaren Kontakt mit der Schablonenunterseite und damit für maximale Reinigungsqualität. Ebenfalls wichtig für den möglichst langen Operator-freien Betrieb: Eine selektive Anwendung reduziert den Reinigungsmittelverbrauch deutlich. Das Mittel wird per Dispenser von oben aufgetragen, und zwar nur im Bereich der zu verarbeitenden Leiterplatte.
Manuelle Eingriffe spart auch das optionale Pastenmanagement mit automatischem Pastenspender, integrierter Pastenhöhenkontrolle sowie individuell konfigurierbaren Warn- und Stoppschwellen. Ebenfalls eine sehr nützliche Option für die unterbrechungsfreie Produktion: das Dual Access Cover. Damit kann die Lotpastenkartusche über ein seitlich verschiebbares Haubenteil selbst im laufenden Betrieb gewechselt werden.
Fertiger, die weiter automatisieren möchten, können sich für das Zusatz-Feature Smart Pin Suppport entscheiden. Dabei werden Unterstützungs-Pins (4 mm und 12 mm Durchmesser) programmgesteuert und vollautomatisch gesetzt. Nach dem Setzen der Pins wird automatisch die Pinhöhe und -position verifiziert, damit nicht ein einzelner Pin die gesamte Baugruppe beschädigt, weil er, beispielsweise aufgrund von Verschmutzungen, minimal erhöht auf dem Tisch steht.
„Wir sehen den Lotpastendruck, ebenso wie die gesamte SMT-Fertigung, immer als systemisches Ganzes“, erklärt Rick Goldsmith, Director Product Management Printing Solutions bei ASMPT. „Da ist es nur logisch, dass wir auch prozessunterstützende Produkte anbieten: Schablonen, Rakel, Lotpaste, Reinigungsvliese, Lösungen, Tücher, Handschuhe, Sprays, Spatel, Pastendüsen – das alles liefert ASMPT in geprüfter, standardisiert maximaler Qualität.“
Der Lotpastendruck bildet die Basis der Fertigung, er ist aber auch der anfälligste Prozessschritt und damit verantwortlich für 60 Prozent aller Produktionsfehler. Ursache sind eine ganze Reihe variabler Störgrößen, zum Beispiel im Schablonendesign und -material, beim Lotpastentyp oder bei den Reinigungszyklen. Mehr Ausschuss ist aber auch oft eine Folge fortschreitender Miniaturisierung. Sie verlangt immer feinere Lotdepots, deren Abstände, insbesondere bei Fine-Pitch-Anwendungen, immer kleiner werden – bis zu 50 µm. „Zu Beginn einer Schicht herrscht eine andere Temperatur und Luftfeuchtigkeit als zum Ende“, sagt Jérôme Rousval, Product Manager Process Solutions bei ASMPT. „Schon dieser kleine Unterschied hat einen Einfluss auf die Prozessstabilität. Es ist also wichtig, die Qualität jeder Leiterplatte nach dem Lotpastendruck zu überprüfen. So lässt sich vermeiden, dass fehlerhafte Produkte weiterverarbeitet werden und zusätzliche Kosten verursachen.“
Daher steht in den meisten SMT-Fertigungen das optische SPI-System Process Lens von ASMPT an der zweiten Position der Linie. Es vermisst jedes Lotpastendepot und erkennt selbst minimale Abweichungen und Trends. Möglich macht das ein DLP-Chip mit bis zu 20 Millionen einzeln ansteuerbaren Mikrospiegeln. Er prüft die Depots auf Volumen, Höhe, Grundfläche, Form und Position. Damit diese gründliche Inspektion nicht zu einer Verzögerung an der Linie führt, wurde das System konsequent auf maximalen Durchsatz optimiert: Es erkennt zunächst relevante Bereiche auf der Leiterplatte in einem 2D-Scan und vermisst sie anschließend in 3D – und erreicht damit bis zu 80 Prozent weniger Pseudofehler im Vergleich zu herkömmlichen SPIs. Mit einer durch Software auswählbaren Auflösung von bis zu 10 µm sind die Messungen von 0201m Depots präzise und zuverlässig. Dabei arbeitet Process Lens HD bis zu 70 Prozent schneller als bisher übliche Geräte. Das Doppelspur-Transportsystem der Process Lens trägt ebenfalls zu dem hohen Durchsatz des SPI-Systems bei.
Die hohe Leistungsreserve von Process Lens lässt sogar noch Spielraum für zusätzliche Messungen, ohne dass es zu einer Verlängerung der Gesamtproduktionszeit kommt. Hierzu zählen zum Beispiel eine Fremdkörperdetektion oder der Mixed Mode der Process Lens HD Plattform, bei dem sowohl Lotpastendepots als auch Klebepunkte untersucht werden. Die Version Process Lens HD ist zudem eines der wenigen SPI-Systeme auf dem Markt, bei der die Messauflösung per Software gesteuert werden kann.
„In einer Hochvolumenfertigung kommt es buchstäblich auf jeden Zentimeter an“, verdeutlicht Petra Klein-Gunnewigk, Senior Product Manager Placement Solutions bei ASMPT. „Die Anzahl der elektronischen Bauelemente in Produkten erhöht sich kontinuierlich. So enthält ein High-End Smartphone heute fast doppelt so viele Bauelemente wie noch vor 10 Jahren, im Bereich Automotive zeichnet sich ein ähnlicher Trend ab. Die verfügbare Produktionsfläche ist aber begrenzt, und somit müssen bei gleicher Fläche deutlich mehr Bauelemente pro Stunde bestückt werden.“
Maximaler Durchsatz, und zwar ohne Qualitätsabstriche, sowie kompakte Ausmaße, das sind auch die Optimierungsziele der Bestückplattform SIPLACE TX von ASMPT. 96.000 BE/h Bestückleistung (mit zwei Bestückköpfen), auf einer Stellfläche von nur 1 × 2,23 Meter – diese Leistungsdaten sprechen für sich. Die Maschine ermöglicht berührungsloses Bestücken und kleinste Bestückkräfte bis hinunter auf 0,5 N. Damit auch bei höchstem Durchsatz die Qualität stimmt, verfügt die SIPLACE TX Plattform über ein intelligentes Vision-System. Für die neue hochauflösende Leiterplattenkamera sind kleinste Strukturen u.a. 50-Mikrometer Linienbreite bei Marken oder Datamatrix Codes kein Problem. Zusätzlich gibt es die Möglichkeit die Leiterplatte vor und nach der Bestückung zu inspizieren und auch Bauelement können vor dem Abholen auf Position oder Fehler geprüft werden.
Die Bauelemente Kameras nehmen für jedes Bauelement ein eigenes Bild auf und verfügen über Features wie bauelementspezifische Belichtungseinstellungen, Pin1- und Hochkannt-Erkennung oder Barcode Lesen für Traceability. Bauelemente von 0,12 mm × 0,12 mm bis 200 mm × 110 mm kann die Maschine verarbeiten. Dafür stehen drei Bestückkopf-Varianten zur Auswahl:
Für eine leistungsfähige Materialzuführung sorgen 80 8-mm-Gurtförderer. Optional sind auch Glue Feeder und eine Linear Dipping Unit erhätlich. Und auch die Anbindung zahlreicher 3rd Party Feeder ist möglich. Zur Überprüfung der Bauelemente steht zudem der CRDL Measurment Feeder zur Verfügung.
Neu für die Non-Stop-Zuführung von Bauelementen im Flächenmagazin ist die SIPLACE Tray Unit, die dank ihres kompakten Designs die benötigte Stellfläche nur minimal erhöht. Die SIPLACE Tray Unit beinhaltet 30 Flächenmagazinebenen im Hauptspeicher plus 12 Flächenmagazinebenen im Cache. Dabei können große Magazine bis zu 355 mm x 275 mm Größe oder alternativ auf jeder Ebene 2 JEDEC Tray gepuffert werden (2 x JEDEC pro Ebene). Der Cache garantiert schnelle Traywechselzeiten. Ein RFID-Tag in jeder Flächenmagazinebene sowie eine LED für jede Ebene sorgen für klare Identifikation.
„Wir von ASMPT sehen jede SMT-Fertigung als spezifisches, integratives Gesamtsystem, das immer auf maximalen ROI optimiert sein muss“, fasst Klein-Gunnewigk zusammen. „Im Rahmen unseres offenen Automatisierungskonzepts Open Automation überlassen wir es jedem Fertiger, inwieweit er automatisieren möchte, zum Beispiel bei der Materialzuführung durch AIVs, bei der Pufferung in automatischen Lagersystemen oder bei der Abfallentsorgung. Zusammen mit dem Kunden erarbeiten wir ein Konzept, das dank offener Schnittstellen auch Drittanbietersysteme beinhalten kann – eine Konfiguration, mit der der Kunde in jedem Fall eine zukunftssichere Investition tätigt.“
