3-2013

Produktion Baugruppen

Produktion Baugruppen für die Medizintechnik effektiv schützen Gerade im Bereich der Medizintechnik gewinnt der Einsatz von Schutzlackierungen und Vergussanwendungen ständig an Bedeutung. Bild 1: SC-400 Beschichtungsventil mit Pulsweitenmodulation lich für die Applikation der unterschiedlichen Stoffe auch unterschiedliche Verfahren einzusetzen. Durch spezielle Beschichtungsventile und Applikationsverfahren, besteht jetzt jedoch die Möglichkeit, diese Medien je nach bestehender Anforderung selektiv und in unterschiedlichen Schichtstärken zu applizieren. Durch den selektiven Auftrag kann auf das ansonsten erforderliche kostenintensive Maskieren und nacharbeiten der Bereiche, die nicht mit dem Medium in Kontakt kommen dürfen, verzichtet werden. Durch die Möglichkeit mit einem Verfahren unterschiedliche Schichtstärken applizieren zu können, wird praktisch ein fließender Übergang von der klassischen Schutzbeschichtung mit geringer Schichtstärke bis hin zum Dickschichtverguss mit entsprechend hoher Schichtstärke ermöglicht und den Anforderungen einer modernen Elektronikfertigung entsprochen. Diese Entwicklung erfolgt nicht zuletzt auch aus Gründen der Produkthaftung. Höhere Zuverlässigkeit, gesteigerte Qualitätsanforderungen sowie eine längere Lebensdauer von elektronischen Schaltungen innerhalb der Medizintechnik spielen dabei ebenfalls eine große Rolle. Durch die immer weiter fortschreitende Miniaturisierung und neue Einsatzbereiche wächst jedoch die Anfälligkeit der Elektronik und die gestellten Anforderungen lassen sich dann nur durch zusätzliche Maßnahmen erfüllen. Neben den klassischen niedrigviskosen Schutzlacken, die zur Isolierung und zum Feuchteschutz in geringen Schichtstärken aufgetragen werden müssen, sind für andere Anwendungen teilweise auch deutlich höhere Schichtstärken erforderlich, um den benötigten Schutz zu bieten. Unterschiedliche Stoffe - unterschiedliche Verfahren In den meisten Fällen mussten dafür unterschiedliche Stoffe eingesetzt werden. Dies stellte die Fertigung vor zusätzliche Herausforderungen, denn es war erforder- Pulsweiten-Modulation Vollkommen neue Möglichkeiten für die Applikation dieser Medien ergeben sich durch den Einsatz von pulsweitenmodulierten Dosierventilen. Konventionelle (Nadel-) Ventile werden zu Beginn des Beschichtungsvorgangs einmal eingeschaltet, mit konstanter Geschwindigkeit verfahren, und am Ende der Beschichtung wieder ausgeschaltet. Bei pulsweitenmodulierten Ventilen (Bild 1) wird jeder einzelne Dosier-/Beschichtungsvorgang automatisch in kleine Segmente „zerlegt“. Das Dosierventil wird während der Einschaltdauer mit einer bestimmten (einstellbaren) Frequenz angesteuert, wodurch es alle X-Millisekunden geöffnet 10 meditronic-journal 3/2013

Produktion Bild 2: Frequenzmodulierte Dosierung und geschlossen wird. Mit jedem Öffnungs-, bzw. Schließvorgang wird jeweils eine kleine Menge des Beschichtungsstoffes als exakt definierter Punkt auf die Oberfläche des jeweiligen Substrates „gejettet“, vergleichbar mit der Arbeitsweise eines Tintenstrahldruckers. Diese Funktion ermöglicht einen ganz entscheidenden Unterschied zu der Nadeldosierung: die Applikation erfolgt in diesem Fall kontaktlos. Zwar wird zur Führung des Beschichtungsstoffes ebenfalls eine kurze Nadel verwendet, der Abstand zwischen Nadel und Substrat ist jedoch wesentlich größer und der Tropfen überwindet diesen Abstand (Bild 2). Das Punktvolumen eines einzelnen „Schusses“ lässt sich in Abhängigkeit der Eigenschaften des Beschichtungsstoffes in einem bestimmten Bereich einstellen. meditronic-journal 3/2013 Höhere Flexibilität für die Anwendung Durch die Pulsweitenmodulation und die unterschiedlichen Möglichkeiten der Ansteuerung wird die Flexibilität für die Anwendung wesentlich erhöht. Es besteht die Möglichkeit eine Position auf der Baugruppe anzufahren und im Stillstand gezielt einzelne, kleine Punkte auf die zuvor festgelegten Bereiche der Leiterplatte zu applizieren, um maximale Selektivität zu erreichen. Je nachdem mit wie vielen Impulsen das Ventil dabei angesteuert wird, können Punktgröße und auch Schichtstärke den Anforderungen angepasst werden. Alternativ können durch eine entsprechend hohe Ansteuerfrequenz aber auch komplexe Geometrien, Linien oder auch größere Flächen mit hoher Geschwindigkeit und Präzision beschichtet werden. Das Ventil wird in diesem Fall mit konstanter Geschwindigkeit verfahren und währenddessen mit der zuvor festgelegten Frequenz angesteuert. Dadurch werden gemäß dem vorprogrammierten Verfahrweg konstant und kontaktlos einzelne Punkte dosiert. Punktdurchmesser und -abstand lassen sich über die Software so einstellen, dass die einzelnen Punkte einander berühren und so eine homogene und gleichmäßige Schicht auf der Baugruppe erzeugen (Bild 2). Variable Schichtstärken Zu Beginn werden in Abhängigkeit der Beschichtungsanforderungen und des zu verarbeitenden Beschichtungsstoffes die Grundeinstellungen festgelegt. Dazu gehören unter anderem die mechanische Einstellung des Ventils, die Auswahl des richtigen Durchmessers der Düse, sowie Einstellung des Drucks, mit dem der Lack dem Ventil zugeführt wird. Da die Applikation kontaktlos erfolgt und immer ein gewisser Abstand zwischen Düse und Leiterplatte vorhanden ist, kann die Dosierung unabhängig von der Oberflächenspannung erfolgen. Durch Veränderung der Frequenz mit der das Ventil angesteuert wird (mehr oder weniger Schaltungen pro Sekunde) oder durch das Verändern der Verfahrgeschwindigkeit kann über die Software der Beschichtungsanlage direkter Einfluss auf die applizierte Schichtstärke genommen werden. Schichtdicke über Frequenz steuern Wird mit einer niedrigen Frequenz gearbeitet (wenige Schaltungen pro Sekunde) ist die Durchflussrate ebenfalls gering und es wird eine dementsprechend geringe Schichtstärke appliziert. Mit höherer Frequenz des Ventils wird auch die Durchflussrate ansteigen und die applizierte Schichtstärke wird zunehmen. Wichtig zu wissen: sowohl die Frequenz, als auch die Verfahrgeschwindigkeit lassen sich durch die Software an die tatsächlichen Bedürfnisse anpassen. In diesem Zusammenhang ist von besonderer Bedeutung, dass die kontaktlose Dosierung mit diesem Ventil einen relativ großen Abstand zwischen Düse/Nadel und der Oberfläche der Baugruppe zulässt. Deshalb können auch sehr hohe Schichtstärken aufgetragen werden ohne das die Gefahr besteht, dass die Düse/Nadel in das bereits dosierte Material eintaucht und es so zu Verschleppungen oder Kontaminationen auf der Baugruppe kommen kann. Zusammenfassung Gegenüber traditionellen Beschichtungsverfahren kann mit pulsweitenmodulierten Dosierventilen neben einer deutlichen Qualitätsverbesserung auch eine höhere Flexibilität für die Fertigung erreicht werden. Reduzierte Betriebskosten, verbesserte Materialausnutzung und natürlich auch die bei diesen Anlagen zur Verfügung stehenden Prozessregelungen sind die Voraussetzungen für eine rationelle und produktionssichere Anwendung. Da ein programmierbarer Roboter für die Beschichtung verwendet wird, können unterschiedliche Beschichtungsprogramme für die zu lackierenden Baugruppen erstellt und abgespeichert werden. Bei Bedarf werden die fertigen Programme einfach aufgerufen und können dann beliebig oft und reproduzierbar ausgeführt werden. Allein die durch Reparatur und Nacharbeit von fehlerhaft beschichteten Baugruppen verursachten Kosten können relativ hoch sein. Gerade im Bereich der Medizintechnik werden die Konsequenzen jedoch wesentlich gravierender sein, wenn es im Rahmen der bestimmungsgemäßen Nutzung zu einem Ausfall des Produktes kommen sollte. Aus diesem Grund ist es von großer Bedeutung die zur Verfügung stehenden Technologien eingehend zu prüfen. Das für die jeweilige Anwendung am besten geeignete Verfahren kann nicht nur für einen optimalen Schutz ihrer Produkte sorgen, sondern durchaus auch helfen die durch fehlerhafte Beschichtungen hervorgerufenen Kosten deutlich zu reduzieren und gleichzeitig den Yield zu verbessern. Nordson Asymtek www.nordson.com NEU_1-8_42x126_HF_2013_Layout 1 2 Temperaturmanagement Industriekomponenten Messtechnik HF-/Mikrowellentechnik Luftfahrtelektronik Entwicklung und Service Link zu: Telemeter Electronic GmbH HF-/Mikrowellentechnik Wir liefern Lösungen ... www.telemeter.info 11