SMT: Qualität, Flexibilität und Transparenz in der SMT-Fertigung

Klimaschutz und Net-Zero-Ziele, gestiegenes Verbraucherinteresse, politische Unterstützung und staatliche Förderung sowie technologischer Fortschritt bei Batterien und Reichweiten – alle Ampeln stehen bei der Elektromobilität auf grün. Aber auch im industriellen Bereich bietet das Konzept Industrie 4.0 einzigartige neue Möglichkeiten: Automation, stationäre und mobile Roboterlösungen, leistungsstarke Software und KI halten unaufhaltsam Einzug in die Produktionsstätten auf der ganzen Welt. Gemeinsam ist beiden Märkten ihr enormes Wachstumspotential – und die damit einhergehende stetig steigende Nachfrage nach hochkomplexer Elektronik.

Je nach Aufgabe und Branche gilt es eine Vielzahl ständig wechselnder Leiterplatten herzustellen oder ein und dieselbe hochintegrierte Baugruppe in hohen Stückzahlen. Die zu verarbeitenden Bauelemente sind in Größe, Spezifikationen und Komplexität maximal variabel. Dementsprechend hoch sind auch die Anforderungen an die Produktions-Hard- und -Software. Wer hier mit zeitgemäßer Technik an den Start geht, hat im Rennen um lukrative Aufträge aus dem Industrie- und Automotive-Sektor die Nase vorn.

SIPLACE SX – maximale Flexibilität in der Bestückung
Bestens gerüstet für die neuen Markt- und Produktionsanforderungen ist die neueste Generation der Bestückplattform SIPLACE SX von ASMPT: Noch schneller, noch präziser und noch flexibler, passt sie sich jeder Herausforderung an. Sie ist smart, systemoffen und entlastet die knappen Fachkräfte. Standardschnittstellen und eine stetig wachsende Anzahl von Automatisierungsoptionen machen sie zur ersten Wahl für die Integrated Smart Factory. 

Bis zu 86.500 Bauelemente pro Stunde kann die SIPLACE SX verarbeiten, von den kleinsten 0201- (metrisch)-SMDs bis hin zu 200 mm × 110 mm × 50 mm großen Komponenten. Mit dem optionalen OSC Package und THT-Fähigkeit stößt die SIPLACE SX in die Grenzbereiche der SMT-Fertigung vor. Wo bislang noch aufwändige Handarbeit erforderlich war, liefert nun die Maschine schnell und effizient selbst hoch differenziert bestückte Boards. Leiterplatten bis zu einer Breite von 260 mm können im effizienten Doppeltransportmodus produziert werden. Mit dem optionalen Smart Transport Module verarbeitet die SIPLACE SX sogar Leiterplatten mit 1.525 × 560 mm. Der ebenfalls optionale Waffle Pack Changer (WPC) für die Zuführung von Bauelementen in Trays bis zu einer Größe von 347 mm × 235 mm ermöglicht beispielsweise die automatisierte Bestückung von ICs, wie sie in vielen Systemen von Automobilen zu finden sind.

Agile Lösungen für volatile Märkte bietet die SIPLACE SX mit ihren Wechselportalen. Damit lassen sich Bestückkapazitäten binnen weniger Minuten flexibel und sogar linienübergreifend anpassen. So ist immer die richtige Kapazität am richtigen Ort verfügbar, und Probleme mit Engpasslinien gehören der Vergangenheit an.

Eine On-Board-Leiterplattenprüfung von besonders kritischen Bereichen auf korrekten Lotpastendruck, fehlende Bauelemente unter Shields und korrekte Positionierung von bereits bestückten Bauelementen trägt zu einer umfassenden Qualitätssicherung bei und erhöht den Ertrag. Das optionale 3D-Koplan-Modul verifiziert neben fehlenden Balls oder verformten Anschlüssen über eine Drei-Punkt-Lasermessung zusätzlich die Planarität großer BGAs und QFPs. Unzulässig verformte Komponenten werden zuverlässig erkannt und abgeworfen oder zurückgelegt. Letzteres ist besonders bei sehr teuren Bauelementen mit vielen Anschlussdrähten relevant, zum Beispiel bei Prozessoren.

SIPLACE TX – ausbalancierte Performance in der Volumenfertigung
Höchste Präzision und maximale Leistung auf kleinster Stellfläche bietet die Plattform SIPLACE TX: 96.000 Bauelemente pro Stunde Bestückleistung auf nur 1 m Länge. Wer flexibel bleiben will, aber dennoch große Produktionsvolumina braucht, findet hier genau den richtigen Bestückautomat. Den Einsatz als End-of-Line-Maschine in optimal ausbalancierten High-Speed-Linien ermöglichen die optionale Ausstattung beider Portale mit stationären Kameras, die einzigartige „Stereo-Vision-Fähigkeit“ der SIPLACE Bestückautomaten sowie die neue SIPLACE Tray Unit. Sie ermöglicht die Non-Stop-Zuführung von Bauelementen in Flächenmagazinen mit kompaktem Design. 30 Flächenmagazinebenen befinden sich im Hauptspeicher, weitere 12 Flächenmagazinebenen hält der Cache-Speicher bereit, so dass die Produktion auch beim Auffüllen nicht unterbrochen werden muss. Je Ebene können zwei JEDEC-Trays oder ein Tray mit einer Größe von bis zu 355 mm × 275 mm zugeführt werden. Eine Status-LED sowie ein RFID-Tag pro Ebene erleichtern die Kontrolle durch das Bedienpersonal und erhöhen die Usability. Trotz der umfangreichen Funktionalität erhöht die neue SIPLACE Tray Unit mit ihrem minimalen Überstand die erforderliche Stellfläche nur geringfügig. 

Flexibilität – ist auch Kopfsache
Universell einsetzbar, sowohl in der SIPLACE SX als auch in der SIPLACE TX Plattform, bringen drei innovative Bestückköpfe von ASMPT Flexibilität und Balance in die SMT-Fertigung: Extrem schnell und hochpräzise platziert der Bestückkopf CP20 bis zu 48.000 Bauelemente pro Stunde, von 0201 (metrisch) bis 8,2 mm x 8,2 mm x 4 mm. Das Multitalent, der Bestückkopf CPP, wechselt dynamisch zwischen Collect and Place (effizienter Modus für Standardbauelemente), Pick and Place (sicherer Modus für Spezialbauelemente) und Mixed Mode. Neu: Der Bestückkopf CPP kann Greifer einsetzen und so auch Bauelemente verarbeiten, deren Oberflächen keine Vakuumpipetten erlauben. Damit lassen sich Linien noch besser ausbalancieren. Große und/oder schwere Bauelemente sind ein Fall für den Bestückkopf TWIN. Er bestückt bis zu 50 mm hohe oder auch großflächige Bauelemente, bis zu einer Länge von 200 mm, mit einer Aufsetzkraft von bis zu 100 Newton und einem Gewicht von bis zu 300 g, inklusive Pipette oder Greifer. Selbst Komponenten mit Snap-in- oder Through-Hole-Befestigungen (THT) lassen sich damit sicher und schnell in Standard-SMT-Prozessen bestücken. So sind zum Beispiel für die in Kraftfahrzeugen üblichen Steckermodule keine Sonderprozesse mehr erforderlich. Für stets gleichbleibende Qualität sorgen die hochauflösenden Bauelemente-Kameras. Mit Hilfe der Stereo-Messung werden auch komplexe Strukturen präzise erkannt. Dabei werden aus zwei versetzt erstellten Aufnahmen 3D-Modelle generiert, die die zuverlässige Identifizierung verbogener THT-Anschlüsse oder die exakte Vermessung von Zentrierstiften ermöglichen. 

Feeder-Optionen – flexible Zuführung und zuverlässige Messung
Bauelemente, die bislang per Tray zugeführt, mit Hilfe von Robotern oder gar manuell bestückt werden mussten, können die SIPLACE Plattformen mit dem neuen 120-mm-Feeder vollautomatisch verarbeiteten. Das gilt auch für OSCs mit Überbreite: Sie können rationell gegurtet zugeführt werden, das vermeidet viele Bedienereingriffe, die sonst bei einem Tray-Feeder notwendig wären. Wichtig für die Traceability: Ein Splice-Sensor erkennt den Übergang zu einer neuen Charge und gewährleistet so die lückenlose Rückverfolgbarkeit. 
Zur Erhöhung der Flexibilität trägt auch der Deep Pocket Feeder bei: Er komprimiert mit einer integrierten Pneumatik leere Bauelemente-Gurte, so dass sie sicher und reibungslos durch den Leergutkanal gleiten. Damit lassen sich sogar bis zu 30 mm tiefe Gurte problemlos verarbeiten.
Die sichere Weiterverarbeitung von großen und hohen Bauelementen garantiert der SIPLACE Glue Feeder: Er trägt berührungslos Klebstoff direkt an die Unterseite des Bauelementes auf. Damit sind die Komponenten bei Weitertransport und Verlötung sicher fixiert. Die Klebeeinheit lässt sich genauso flexibel wie ein Förderer rüsten. Die Parameter-Programmierung erfolgt direkt am Förderer und das Vision System des Bestückautomatens überprüft automatisch den Klebepunkt.
Wie ein Standard-Feeder lässt sich auch der SIPLACE Measuring Feeder schnell und einfach auf- und abrüsten. Er beinhaltet eine komplette Mess- und Kontrollelektronik. Auf eine goldbeschichtete Kontaktfläche an der Oberseite können mit Hilfe von Spezialpipetten Bauelemente aufgesetzt und elektrisch verifiziert werden. Möglich ist dies bei Komponenten von 0,6 mm x 0,3 mm bis zu 6,0 mm x 3,2 mm. Der SIPLACE Measuring Feeder kann Widerstände, Kondensatoren, Dioden und Spulen auf ihre elektrischen Eigenschaften prüfen und so fehlerhafte Chargen sicher erkennen. Auch der SIPLACE Measuring Feeder kann in allen Betriebsparametern über die übliche SIPLACE Software gesteuert und programmiert werden. Dabei wird für jede Komponente definiert, ob und in welcher Stichprobengröße sie verifiziert werden soll. Neue Bauelementerollen werden mit Hilfe des Splice-Sensors automatisch verifiziert.

Smart Shopfloor Management Suite WORKS: Garant für Qualität und Transparenz
Neben der Best-in-Class-Hardware spielt prozessunterstützende und -optimierende Software bei der Einhaltung der strengen Qualitätsstandards heute eine entscheidende Rolle. Richtungweisend ist hier die Smart Shopfloor Management Suite WORKS von ASMPT. Die WORKS Applikation Process Expert senkt als Inline-Expertensystem entlang der gesamten SMT-Linie die Ausschussrate sowie die Anzahl der Operatoreingriffe. Dies gilt sowohl im Pre-Placement- als auch im Post-Placement-Bereich. Die Applikation optimiert SMT-Produktionslinien, die mit Lotpastendruckern der DEK Plattform sowie Bestückautomaten aus der SIPLACE Serie von ASMPT ausgerüstet sind. Hierfür liefern Solder-Paste-Inspection- (SPI) und Automated-Optical-Inspection-Systeme (AOI) automatisch und permanent Daten, die die Software dann für die weitere Optimierung an der gesamten Linie einsetzt.
Im Falle des DEK Lotpastendruckers ist mit der intelligenten Software eine vollautomatische Nachjustierung von Druckversatz, Rakeldruck und Rakelgeschwindigkeit oder eine bedarfsgerechte Unterseitenreinigung möglich. Bei den SIPLACE Bestückautomaten überwacht die Applikation kontinuierlich die Pickup-Daten. Werden gehäuft Fehlaufnahmen von Bauelementen registriert, lokalisiert die Software automatisch die Fehlerquelle und schlägt Maßnahmen vor, mit denen ein Operator das Problem beheben kann. Durch das Feedback des Ausführenden kann die WORKS Applikation Process Expert in Verbindung mit der stetig weiterlaufenden Messdatenerhebung beurteilen, welche Maßnahmen erfolgreich waren. In Echtzeit analysiert die Software zudem alle aktuellen und historischen Prüfdaten über Big-Data-Technologien und wird dadurch kontinuierlich besser.

IPC-2591 CFX – Brückenschlag in der Integrated Smart Factory
Wichtig für die Investitionssicherheit: Mit Hilfe des offenen Industriestandards IPC-2591 CFX können auch SPI- und AOI-Systeme von Fremdanbietern problemlos in die optimierende Feedback-Schleife der WORKS Applikation Process Expert mit einbezogen werden. Solche Anlagen werden zum Beispiel nach dem Bestück- und Lötvorgang eingesetzt. 3D-Inspektionssysteme sind ein wichtiger Bestandteil der Qualitätskontrolle: Fehlende, falsch platzierte oder defekte Bauelemente, Lötfehler oder eine unzureichende Kennzeichnung der Leiterplatte werden von ihnen zuverlässig erkannt und, wieder über IPC-2591 CFX, an die Software zurückgemeldet.
Die durchgängig automatisierte Fertigung und der kontinuierliche Datenfluss über alle Produktions- und Inspektionssysteme an der Linie garantieren maximale Transparenz von Prozess- und Produktdaten. Dies ist wichtig, um die strengen Qualitätsvorgaben zum Beispiel der Automobilindustrie einzuhalten, die eine lückenlose Traceability aller Bauelemente über den gesamten Produktionsprozess einfordern.

Traceability und Entscheidungsfreiheit
Transparenz ist auch das A und O für die kontinuierliche und effektive Überwachung und Optimierung der Produktion: Wenn der Qualitätsingenieur Schwachstellen auf den ersten Blick erkennt, kann er sofort die richtigen Maßnahmen ergreifen. Diese Entlastung der Mitarbeitenden ist gerade in Zeiten knapper Fachkräfte ein entscheidender Wettbewerbsvorteil. Wer heute als Zulieferer erfolgreich sein will, muss im ersten Anlauf überzeugende Qualität liefern, denn der Kunde akzeptiert keine nachgebesserten Platinen.
Basierend auf offenen Standards und einem modular aufgebauten Produktportfolio, etabliert SMT-Spezialist und Marktführer ASMPT mit Open Automation ein modulares, flexibles und herstellerunabhängiges Strategiekonzept für die wirtschaftlich sinnvolle Automatisierung seiner Produktionsprozesse, für höhere Qualität und Effizienz. Open Automation überlässt dem Elektronikfertiger zu jedem Zeitpunkt die freie Entscheidung, inwieweit und wie schnell er automatisieren und aufrüsten will. Dabei unterstützen ihn die ASMPT Experten Schritt für Schritt auf seinem Weg zur Integrated Smart Factory.

Industrie-4.0-Produktion – der integrierte Systemverbund
Wer die neu entstandenen Marktpotenziale im Automotive- und Industrie-Sektor konsequent ausschöpfen will, muss die gesamte Hard- und Software auf den Shopfloor herstellerübergreifend als Industrie-4.0-Gesamtsystem betrachten und optimieren. Er sollte sich für einen offenen Schnittstellenstandard und ebenso offene wie flexible Systeme entscheiden, die mit ihrer durchgängigen Datentransparenz eine kontinuierliche Optimierung und Qualitätssicherung ermöglichen. Wichtig ist dabei der richtige Prozesspartner: ASMPT bringt langjährige Erfahrung in allen Bereichen der SMT-Produktion mit, kennt die aktuellen Marktanforderungen genau und schränkt seine Kunden nicht durch proprietäre Standards ein.