Warum zukunftsfähige Bestückplattformen neu gedacht werden müssen

Jahrzehntelang ließ sich die Leistungsfähigkeit eines Bestückautomaten vergleichsweise einfach beurteilen. Ausschlaggebend waren Geschwindigkeit, Genauigkeit und der Preis. Wer mehr Bauelemente pro Stunde bestücken konnte, galt als technologisch führend.

Heute greift diese Sichtweise zu kurz. KI-Server, Automotive-Elektronik oder Systeme für die Datenübertragungsinfrastruktur kombinieren hochminiaturisierte Standardbauelemente mit großen Steckverbindern, schweren Ball Grid Arrays (BGAs) und immer komplexeren Leiterplatten. Gleichzeitig steigen die Materialwerte und die Qualitätsanforderungen, während die Produktlebenszyklen kürzer und die Umrüstungen häufiger werden.

Zukunftsfähige Bestückplattformen müssen hohe Geschwindigkeit, Flexibilität und durchgängige Prozessqualität mit einer wirtschaftlichen Produktion kombinieren. Entscheidend dafür ist aber nicht die maximale Benchmark-Leistung, die meist unter idealen Produktionsbedingungen ermittelt wird, sondern die Performance im realen Produktionsbetrieb.

Real Performance statt Benchmarks unter Herstellerbedingungen

Die tatsächlich erreichbare Leistung im Alltag einer Elektronikfertigung wird durch häufige Produktwechsel, unterschiedliche Bauelemente, komplexe Leiterplatten und hohe Qualitätsanforderungen beeinflusst. Die Maschinenarchitektur der SIPLACE V Plattform wurde gezielt für diese Anforderungen hin neu entwickelt.

Ein steiferes Maschinenkonzept ermöglicht eine höhere Dynamik der Hauptachsen mit Beschleunigungen von bis zu 6 G. Zudem reduzieren kürzere Verfahrwege unproduktive Bewegungen. Im Zusammenspiel steigern beide Faktoren die effektive Bestückleistung. Je nach Anwendung lassen sich mit der SIPLACE V unter realen Produktionsbedingungen Leistungssteigerungen von bis zu 30 Prozent erzielen – unter anderem in der IT- und Netzwerkinfrastruktur, der Automotive- und Industrieelektronik, der Consumer-Elektronik sowie bei Smartphones.

Ein Feldtest bei der Zollner Elektronik AG zeigte, wie sich diese konstruktiven Änderungen auf die Real Performance in der Praxis auswirken. Dort ersetzte die SIPLACE V einen bestehenden Bestückautomaten in einer High-Mix-Low-Volume-Linie. Bereits in einem zuvor optimierten Fertigungsprozess konnte mit ihr die Zykluszeit einer Leiterplatte von 54 auf 38 Sekunden weiter reduziert werden. Nach rund 25.000 gefertigten Leiterplatten und 7,3 Millionen bestückten Bauelementen bestätigte sich bei Zollner sowohl die gesteigerte Leistung als auch die hohe Prozessstabilität der neuen Plattform.

Auch bei der Flächenproduktivität legt die neue Plattform zu. Mit einer Stellfläche von lediglich 2,4 × 1,1 m und der deutlich schlankeren Tray Unit SIPLACE V verbindet sie hohe Bestückleistung mit einem kompakten Footprint.

Leistung braucht den richtigen Kopf

Einen wesentlichen Anteil an der höheren Real Performance haben die spezialisierten Bestückköpfe der SIPLACE V. Statt eines universellen Konzepts setzt ASMPT auf drei Varianten, die für unterschiedliche Bauelementspektren und Bestückaufgaben ausgelegt sind.

Für maximale Leistung bei Standardbauelementen kommt der Collect-and-Place-Bestückkopf CP20 zum Einsatz. Mit einer Bestückleistung von bis zu 52.500 Bauelementen pro Stunde und einer Genauigkeit von ±25 µm @ 3σ eignet er sich insbesondere für Highspeed-Anwendungen mit hohen Stückzahlen und dicht bestückten Leiterplatten. Mit einem Bauelementspektrum von 016008M bis 8,2 × 8,2 mm deckt er den überwiegenden Teil typischer SMT-Bestückaufgaben ab.

Wo unterschiedlichste Bauelemente auf einer Leiterplatte verarbeitet werden, spielt der Bestückkopf CPP seine Stärken aus. Er wechselt softwaregesteuert zwischen den Modi Collect-and-Place, Pick-andPlace und Mixed und deckt ein Bauelementespektrum von 01005 bis 50 × 40 × 15,5 mm ab. Damit verbindet er eine Bestückleistung von bis zu 28.000 Bauelementen pro Stunde mit einer Genauigkeit von ±25 µm @ 3σ und hoher Flexibilität. Selbst komplexe Mischbestückungen lassen sich so ohne Umrüsten wirtschaftlich fertigen.

Für großformatige und schwere Komponenten, wie etwa Prozessor-BGAs, Steckverbinder oder andere Odd-Shaped Components (OSCs), steht der Bestückkopf TWIN VHF (Very High Force) zur Verfügung. Mit Bauelementabmessungen bis 200 × 150 × 28 mm und Bestückkräften bis 100 N eignet sich der TWIN VHF auch für anspruchsvolle Bestückaufgaben bei AI-Servern, in der Leistungselektronik und in Kommunikationssystemen.

Qualität darf keine Zeit kosten

Dichter bestückte Leiterplatten, kleinere Bauelemente und größere OSCs erhöhen die Anforderungen an die Prozessstabilität. Hohe Geschwindigkeit darf dabei aber nicht zulasten der Qualität gehen.

Qualitätskontrollen begleiten bei der SIPLACE V den gesamten Bestückprozess – die erste beginnt bereits an der Pipette. Der hochintegrierte Bestückkopf überprüft mit seiner Bauelementekamera automatisch den Zustand der Pipetten, gibt saubere Pipetten für die Produktion frei, leitet verunreinigte zur Reinigung weiter und sortiert beschädigte aus.

Sein integrierter Bauelementsensor überwacht jeden einzelnen Schritt – von der Abholung bis zum eigentlichen Bestückvorgang. Er prüft durchgehend, ob das Bauelement vorhanden ist, und misst dessen Höhe bis hinunter zu 50 µm. Nach der Abholung erkennt der Bestückkopf die Orientierung an der Pipette und richtet mit seinen unabhängig angetriebenen Segmenten jedes Bauelement individuell auf den vorgesehenen Bestückwinkel aus.

Die integrierte Bauelementkamera erfasst jedes Bauelement mit individuell angepassten Beleuchtungs- und Bildverarbeitungsparametern. Bei diesem Vorgang wird auch die Lage von Pin-1 überprüft. Die Aufnahmen werden in Echtzeit mit den hinterlegten Referenzdaten abgeglichen. X-, Y- und Winkelversätze korrigiert das System innerhalb eines geschlossenen Regelkreises automatisch. Selbst auf dem Kopf stehende Bauelemente werden dabei zuverlässig erkannt. So lassen sich Bauelemente von 016008M bis 8,2 × 8,2 mm innerhalb eines einzigen Kopfzyklus in jeder erforderlichen Winkellage prozesssicher bestücken.

Auch große und schwere Bauelemente werden durchgängig in die Prozesskontrolle einbezogen. In Kombination mit Spezialpipetten und Funktionen wie Smart Pin Support, Spacer-Prüfung und 3DKoplanaritätsprüfung bestückt der Bestückkopf TWIN VHF selbst anspruchsvollste BGAs mit hoher Prozesssicherheit.

Zusätzliche Sicherheit bietet die integrierte Leiterplatteninspektion (On-Board PCB Inspection). Sie erkennt Verunreinigungen und Fremdkörper in kritischen Bereichen sowie das Fehlen von Bauelementen und Spacern. Darüber hinaus vermisst das System die Leiterplatte kontinuierlich und gleicht Verwölbungen während des Bestückvorgangs automatisch aus. Softwaregesteuerte Kraftprofile sorgen dafür, dass jedes Bauelement mit der jeweils optimalen Kraft bestückt wird.

Bereits heute auf morgen vorbereitet

Die zunehmende Digitalisierung sowie immer leistungsfähigere Sensor- und Kamerasysteme erhöhen die Anforderungen an die Kommunikation innerhalb moderner SMT-Maschinen. Immer größere Datenmengen müssen in Echtzeit erfasst, verarbeitet und zwischen den einzelnen Systemen ausgetauscht werden – als Basis für Prozessoptimierung, Rückverfolgbarkeit und Automatisierung.

Die SIPLACE V setzt deshalb auf eine weiterentwickelte Kommunikationsarchitektur mit Gigabit-Ethernet und optischer Free-Space-Optics-Technologie für die interne Datenübertragung. Hohe Bandbreiten und geringe Latenzen ermöglichen den schnellen Austausch großer Datenmengen. Über standardisierte Schnittstellen wie IPC-HERMES-9852 und IPC-CFX ist die Plattform zudem mit der gesamten SMT-Linie und übergeordneten Softwaresystemen vernetzt.

Die erweiterbare Architektur reicht über die Datenkommunikation hinaus. Auch neue Bestückkopfgenerationen, autonome Materialversorgung und KI-gestützte Analysefunktionen lassen sich schrittweise integrieren.

Mehr als eine Bestückplattform

Die SIPLACE V zeigt, wie sich moderne Bestückplattformen verändern. Mechanik, Sensorik, Bildverarbeitung, Datenmanagement und Software arbeiten als integriertes Gesamtsystem zusammen. Die Real Performance im täglichen Betrieb entsteht dabei nicht allein durch die Leistung einzelner Komponenten, sondern durch deren abgestimmtes Zusammenspiel.

Für Elektronikfertiger verschiebt sich damit auch der Blick auf Investitionen. Zunehmend gefragt sind Plattformen, die sich über viele Jahre an neue Produkte, Fertigungstechnologien und Automatisierungsgrade anpassen lassen.

Wie wichtig dabei die Kompatibilität ist, zeigte der Feldtest bei Zollner. Vorhandene Feeder und Software konnten ohne Einschränkungen weiter genutzt werden. Für kurze Anlaufzeiten und eine schnelle Integration in die bestehende Fertigung hat die neue Kopfschnittstelle sowie die Gigabit-Ethernet-basierte interne Kommunikation gesorgt.

Die nächste Evolutionsstufe

KI-Server, Leistungselektronik, Photonik und neue Packaging-Technologien werden die Anforderungen an SMT-Linien weiter verändern. Zugleich prägen Daten, Software, Künstliche Intelligenz und Automatisierung die nächste Entwicklungsstufe der Elektronikfertigung.

Die SIPLACE V wurde bewusst als Plattform entwickelt, die auch zukünftige Anforderungen der Elektronikfertigung unterstützt. Ihre offene Architektur, die vollständige Einbindung in die ASMPT Softwarewelt und standardisierte Schnittstellen ermöglichen es, zukünftige Technologien einfach zu integrieren.

Damit steht sie für einen grundlegenden Wandel: Bestücktechnik wird zunehmend als vernetztes Gesamtsystem gedacht. Die langfristige Leistungsfähigkeit eines Bestückautomaten entscheidet sich nicht allein an Geschwindigkeit und Genauigkeit, sondern an seiner Fähigkeit, sich mit den Anforderungen der intelligenten Fertigung weiterzuentwickeln.