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1-2020

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Fachzeitschrift für Elektronik-Produktion - Fertigungstechnik, Materialien und Qualitätsmanagement

Rund um die Leiterplatte

Rund um die Leiterplatte Qualitätsmanagement in der SMD-Fertigung Automatisierte Standzeiten-Kontrolle: Integrierter RFID-Chip erfasst Druckzyklen bei SMD-Schablonen und ersetzt aufwändige manuelle Prüfungen. Daten können per Handheld sowie über geeignete Drucker ausgelesen werden Im Zuge der Digitalisierung industrieller Prozesse und der Vernetzung einzelner Produktionsschritte stellt sich immer mehr die Frage, wie Fehler durch automatische Erkennungssysteme vermieden und sowohl Qualität als auch Effizienz positiv beeinflusst werden können. Bilder: photocad GmbH & Co. KG photocad GmbH & Co. KG www.photocad.de Für eine zuverlässige und qualitätssichere Fertigungslinie in der SMD-Industrie ist der einwandfreie Zustand der verwendeten Schablonen im Lotpastendruck eine wesentliche Voraussetzung. Mit jedem Druckzyklus verliert jedoch die Schablone infolge von Material dehnung und Rakeldruck an Qualität, die Spannung der Oberfläche verringert sich. Dadurch löst sich die zu „Mit jedem Zyklus wird auf die Schablone ein bestimmter Druck ausgeübt, um die Paste durch die Öffnungen in der Schablone auf die Leiterplatte aufzutragen. Dies verringert mit der Zeit die Spannung der Schablone, was durch eine beständige Materialausdehnung noch verstärkt wird“, so Carol Claus, Leiter Produktion bei photocad. bedruckende Leiterplatte ungleichmäßig von der Schablone ab und es bilden sich verformte Lotpastendepots sowie sogenannte Dog Ears. Die Folge können Kurzschlüsse auf der Platte infolge von Brückenbildungen zwischen Depots sein. Bisherige manuelle Methoden zur Nachverfolgung der Druck zyklen erforderten jedoch einen hohen zeitlichen und finanziellen Aufwand. Mit dem von der ASM Assembly Systems GmbH & CO. KG entwickelten Smart Stencil liegt nun eine kostensparende Lösung zur Standzeiterfassung vor. Durch die Kombination der SMD-Schablone mit einem Etikett auf RFID-Basis können die Druckzyklen von Anfang an automatisch erfasst werden. Zusätzlich wird der Anlagenfahrer rechtzeitig gewarnt, bevor eine Schablone ihre verschleißbedingte Nutzungsgrenze erreicht hat. Selbst nachträglich kann das Etikett auf Schablonen befestigt werden und ist dabei mit sämtlichen Modellen kompatibel. Im Zuge der Digitalisierung industrieller Prozesse und der Vernetzung einzelner Produktionsschritte stellt sich immer mehr die Frage, wie Fehler durch automatische Erkennungssysteme vermieden und sowohl Qualität als auch Effizienz positiv beeinflusst werden können. So auch in der Leiterplattenfertigung, wo wiederverwendbare SMD-Schablonen im Lotpastendruck eingesetzt werden, um die Platinen für eine Bestückung mit elektronischen Bauteilen vorzubereiten. Dabei ist ein zuverlässiger Druck maßgeblich für die Qualität der Fertigung. „Nach zahlreichen Arbeitszyklen verschlechtert sich der Zustand der Schablone jedoch kontinuierlich“, erklärt Carol Claus, Leiter Produktion bei photocad. „Mit jedem Zyklus wird auf die Schablone ein bestimmter Druck ausgeübt, um die Paste durch die Öffnungen in der Schablone auf die Leiterplatte aufzutragen. Dies verringert mit der Zeit die Spannung der Schablone, was durch eine beständige Materialausdehnung noch verstärkt wird.“ Dadurch kann sich die Schablone nurmehr ungleichmäßig von der Leiterplatte lösen, was verformte Lotpastendepots und sogenannte Dog Ears zur Folge hat. Die Gefahr eines Kurzschlusses auf der Platte erhöht sich damit signifikant, wenn beispielsweise eine Brücke zwischen zwei dieser Depots durch unsauberen Druck entstanden ist. Aufgrund der ungleichmäßigen Ablösung von Schablone und Platte bleiben außerdem vermehrt Partikel in den Öffnungen der Schablone haften, sodass zu wenig frische Paste durch die Öffnungen gelangt, da die angetrockneten Restpartikel den Durchlass verschmälern. Das Ergebnis sind zu kleine Depots und damit ein erhöhter Ausschuss an fehlerhaften Platinen. Daher hat photocad bereits vor einiger Zeit eine Lösung bestehend aus einem RFID-Etikett in Verbindung mit einer SMD-Schablone entwickelt. Bisher existierte diese SMD-Schablone allerdings nur als Prototyp, da photocad für eine industrielle Anwendung über keine ausreichenden Kapazitäten verfügt. Mit dem von ASM entwickelten Smart Stencil steht nun eine industriell einsetzbare Lösung bereit, die das Unternehmen allen Anwendern zur Verfügung stellen will. Photocad wird Smart Stencil in Zukunft auch anbieten. Mit dem Etikett lassen sich die bereits durchlaufenen Druckzyklen aufzeichnen, sodass die Schablone rechtzeitig ausgetauscht werden kann, bevor sich das Druckergebnis verschlechtert. Smart Stencil ersetzt manuelle Prüfung Bisherige Methoden einer manuellen Überwachung und Steuerung der Standzeiten von SMD-Schablonen waren mit einem hohen Aufwand an Zeit und Kosten verbunden, da sie durch einen Mitarbeiter individuell durchgeführt werden mussten. Bei dem neu entwickelten Smart Stencil handelt es sich nun um eine smarte Lösung, um die Erfassung von Druckzyklen auto- 32 1/2020

Rund um die Leiterplatte mit einer entsprechenden Leseeinheit ausgerüstet sind. Extrem hohe Energiedichte und Bündelungsfähigkeit macht die Laserstrahlung zu einem optimalen Werkzeug für die Anfertigung von Präzisionsschnitten und damit zur Herstellung von exakten SMD- Schablonen matisch und ohne Mehraufwand in die Schablone zu integrieren. Hierbei wird bereits während der Herstellung der Schablone ein Etikett mit integriertem RFID-Chip angebracht, das sich auch nachträglich flexibel auf Schablonen sämtlicher Hersteller befestigen lässt. „Jeder der Chips ist mit einer einzigartigen ID und den jeweiligen Herstellerinformationen ausgestattet. Die Druckparameter und das Protokoll über die einzelnen Druckvorgänge werden vom Etikett gespeichert und können jederzeit ausgelesen werden“, berichtet Claus. Der Auslese vorgang kann dabei über zwei Wege stattfinden: Entweder über ein mobiles Lesegerät oder über geeignete Drucker, die RFID-Chip warnt, bevor Schablone ersetzt werden muss Der Anlagenfahrer kann so nicht nur die nötigen Informationen auslesen, sondern wird auch gewarnt, wenn ein vorher festgelegter Grenzwert für eine Nutzbarkeit der Schablone ohne Qualitätseinbußen bald erreicht ist. „Somit bleibt noch genug Zeit, um rechtzeitig eine neue Schablone zu beschaffen“, erklärt Claus. Sollte der Mitarbeiter den Austausch der Schablone versäumen, stoppt der Drucker automatisch die Produktion, sobald der Grenzwert tatsächlich erreicht ist. Damit ist sichergestellt, dass die Zahl an fehlerhaften oder unsauber produzierten Baugruppen so niedrig wie möglich gehalten wird, während gleichzeitig Kosten- und Zeitaufwand gering bleiben. „Durch den Smart Stencil bewegen wir uns in der SMD-Fertigung weiter in Richtung Industrie 4.0. Es Carol Claus, Leiter Produktion bei photocad, mit Prototyp der SMD- Schablone können immer mehr und immer präzisere Daten erhoben werden, die automatisch zur Qualitätssicherung und Produktionssteuerung beitragen“, erläutert abschließend Claus. „Die wichtiger werdende Vernetzung der einzelnen Produktionsabschnitte, die vom Menschen unabhängige Erfassung der relevanten Daten zu jeder Zeit und die gleichzeitige Nutzbarmachung dieser Daten bildet den Grundstein für eine integrierte Industrie, in der Fehler nahezu ausgeschlossen sind und Optimierungsprozesse von selbst ablaufen.“ ◄ Neues Design und Ausbau der Standardisierung Die IPTE Factory Automation stellte auf der productronica 2019 ihr neues Produkt-Design vor. Neben der Ausrichtung auf die Anforderungen im Rahmen von Industrie 4.0, einem neuen optischen Erscheinungsbild und der optimierten Anordnung der Maschinenkomponenten wird mit der neuen Generation auch die Standardisierung der sogenannten Standardmaschinen gesteigert. Dies umfasst die IPTE-Nutzentrenner sowie die Sonderbauteil-Bestücker. Die neuen Produktionszellen verfügen über eine modulare und skalierbare Bauweise mit hoher Steifigkeit. Weiterer Bestandteil ist eine optimierte Anordnung der Maschinenkomponenten für eine verbesserte Bedienerfreundlichkeit und Zugänglichkeit. So wird die Handhabung der Maschinen bei der Produktionsumrüstung sowie im Service deutlich verbessert. Neben Standardprozessen, wie beispielsweise Dispensen, Fräsen oder Bestücken, lassen sich auch viele Zusatzprozesse in die Produktionszelle integrieren. Mit einer weiter gesteigerten Standardisierung der IPTE-Nutzentrenner und Sonderbauteil- Bestücker verkürzt das Unternehmen die Lieferzeiten sowie die Service-Zeiten. Standardisierte und vereinheitlichte Komponenten verringern zudem die Lagerhaltung. IPTE präsentierte das neue Produkt-Design mit einer Produktionslinie für einen Dispens- und Fräsprozess. Zwei neue Standard-Flex- Zellen beinhalten einen Dispenser und einen IPTE-Nutzentrenner FlexRouter II, die mit Board-Handling-Modulen sowie Lade- und Entladeeinheiten aus der IPTE Easy Line verkettet sind. In die Zelle mit dem Nutzentrenner sind eine optische On-the-Fly-Kontrolle der Schnittqualität sowie eine Verpackung der PCBs in Tiefziehblister integriert, um ein schlankes und dennoch prozess- umfassendes Linienkonzept zu realisieren und darzustellen. Die vollautomatische Fertigungslinie zeigt zudem die reale Umsetzung von Industrie 4.0. Jeder Einzelprozess erzeugt ein Package an Produktionsdaten, die über eine zentrale Schnittstelle live abgefragt und wiedergegeben werden. Neben OEE- (Over- all Equipment Effectiveness) und Fehler-Statistiken werden hierbei auch aktuelle Verbrauchs-, Prozess- und Qualitätskennzahlen über vier Linien-Dashboards visualisiert. IPTE Germany GmbH info@ipte.com www.ipte.com 1/2020 33

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