Manuelles Leiter- platten-Trennsystem

Gerd Wilhelm, IPTE, Fürth

Diese Mehrfachnutzen erfordern nach dem Bestückungsvorgang Trennverfahren, die einerseits hochpräzise sind, aber andererseits wiederum für Bauelemente und Leiterplatten möglichst ohne „Stress“, das heißt, ohne Beschädigung ablaufen müssen. Nicht immer sind aber die Serien so groß, dass eine Inline-Produktion und damit eine Trennung mit automatischer Zu- und Abfuhr möglich ist. Vielfach ist auch der Produktmix zu groß für eine automatische Lösung.

Für diese Anwendungen bietet IPTE (Integrated Production and Test Engineering), Hersteller von Leiterplatten-Trennsystemen, mit dem Offline Router jetzt eine preisgünstige Alternative zu Inline-Geräten. Die Be- und Entladung des Nutzentrenners erfolgt dabei manuell über einen Drehtisch, der die Nutzen spezifischen Werkstückträger enthält.

Je nach Anforderung steht als Trennverfahren Sägen und Fräsen, oder eine Kombination aus beiden zur Verfügung. Besonders hervorzuheben ist dabei die Möglichkeit, den Offline Router mit zwei Fräsköpfen gleichzeitig zu betreiben. Auch die Kombination von Fräser und Säge wird angeboten.

Die X- und Y-Antriebe zur Positionierung der oberhalb der Leiterplatten angeordneten Trennwerkzeuge, sind mit modernen, verschleißfreien Linearmotoren ausgerüstet. Schnelle und präzise Bewegungen zeichnen diese Antriebe aus. Die maximale Größe der zu bearbeitenden Leiterplatten beträgt je nach Kombination der Trennwerkzeuge zwischen 365 x 325 mm und 450 x 380 mm.

Leiterplatten-Trennverfahren sind nicht neu. Stanzen, brechen, fräsen und trennen mit rotierenden Messern sind die seit langem bekannten Verfahren, die um das Trennen mit hochtourigen Sägen erweitert wurden. Steigende Anforderungen an die Präzision des Trennvorgangs sowie an die Qualität und die Langzeitstabilität der immer dichter bestückten Baugruppen haben dazu geführt, dass die Stressbelastungen durch Stanzen, Brechen und Separieren mit rotierenden Messern zunehmend kritischer betrachtet wurden. Eine unabhängige Untersuchung der Trennverfahren hat beispielsweise ergeben, dass die Belastung beim Fräsen um mehr als den Faktor zehn geringer ist, als beim Stanzen. Die IPTE hat mit dem SpeedRouter ein Leiterplatten-Trennsystem im Produktprogramm, von dem bereits mehr als 120 Geräte im Einsatz sind. Diese langjährigen Erfahrungen sind bei der Entwicklung des Offline Routers eingeflossen.

Basis für die präzise Funktion des Trennsystems ist das stabile Schweißgestell, das sowohl den elektromotorisch angetriebenen Drehtisch, als auch die verwindungsfreie Plattform für die Linearachsen trägt. Die praktisch verschleißfreien und damit wartungsarmen Linearmotoren erlauben eine schnelle und präzise Positionierung, was für den Nutzer kurze Zykluszeiten und gute cmk-Werte bedeutet.

Während des Trennvorgangs werden die Nutzen in einem produktspezifischen Werkstückträger fixiert. Dies geschieht durch präzise Zentrierstifte oder ausgefräste Nester, die unter Berücksichtigung der Toleranzen des Ausgangsmaterials (Nutzen) und der geforderten Toleranz des Endproduktes (Board) gestaltet werden. An den Werkzeugen angebrachte Bürsten unterstützen sowohl die Staubabsaugung, als auch die Fixierung der Boards im Werkstückträger. Bei kleinen Einzelboards sorgen aktive Klemmvorrichtungen oder Vakuumsauger für eine stabile Lage. Um Todzeiten zu vermeiden, ist der TopRouter mit 2 Werkstückträgern bestückbar, d.h. während ein Nutzen getrennt wird, kann der zweite Werkstückträger entladen und wieder beladen werden. Die Produktwechselzeit ist mit 2 s kurz. Alle Werkstückträger sind kodiert, so dass immer gewährleistet ist, dass montierter Werkstückträger und Fräsprogramm übereinstimmen. Bedientastatur und Kontrollmonitor befinden sich benutzerfreundlich seitlich am Grundgerät, auf einem schwenkbaren Arm angeordnet.

Grundsätzlich kann der Offline Router sowohl mit Fräs- als auch mit Säge-Werkzeug ausgerüstet werden. Selbstverständlich ist auch die Kombination von Fräs- und Sägewerkzeug möglich. Auch bei den weiteren Optionen zeigt sich die Flexibilität des neuen Gerätekonzepts. So kann der Router mit einem automatischen Werkzeugwechsler für bis zu zehn Fräser ausgestattet werden. In Maschinen mit zwei Frässpindeln wird das Fräsermagazin um weitere 10 Magazinplätze erweitert. Zudem ist ein Vision-System zur Kontrolle der Werkstückpositionierung und damit zur Korrektur des Fräs- oder Sägeverlaufes erhältlich. Als Kriterien für die Korrektur können Fiducialmarken oder Bohrungen herangezogen werden. Gleichzeitig kann das Vision-System auch zur Kontrolle von Fräserdurchmesser oder Taumelschlag des Fräsers herangezogen werden. Dazu werden im Transportrand oder in einer dafür vorgesehenen Leiterplattenposition Probefräsungen angebracht und anschließend vermessen. Individuell zur Anwendung kann der Kunde auch aus einem umfangreichen Staubsaugerprogramm auswählen.

Wie bereits erwähnt lassen sich die IPTE Nutzentrenner mit Fräs- oder Säge-Werkzeugen sowie der Kombination von beiden ausrüsten. Welches Werkzeug für den optimalen Trennvorgang sorgt, hängt von der zuvor erfolgten Verarbeitung des Mehrfachnutzens ab.

Hartmetall-Schaftfräser werden zum Trennen von vorgefrästen oder vorgestanzten Leiterplatten, oder zum Fräsen beliebiger Konturen eingesetzt. Präzision und Zuverlässigkeit sind auch hier oberstes Gebot. Mit Erreichen der vorgewählten Standzeit des Fräsers oder bei Fräserbruch erfolgt der Werkzeugwechsel automatisch. Die automatische Sektionierung erlaubt es, die Schneidlänge des Fräsers in mehreren Ebenen (in Abhängigkeit der Schneidlänge und der Leiterplattendicke) zu nutzen, und somit die Standzeit der Werkzeuge wesentlich zu verlängern. Diamantbeschichtete und diamantbestückte Scheibenwerkzeuge (Discs) bieten bei geraden Trennlinien im Vergleich mit einem Fräser den Vorteil einer mehr als doppelt so hohen Trenngeschwindigkeit. Auch die wesentlich längere Standzeit kennzeichnet diese Werkzeuge.

Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung von Scheibenwerkzeugen ist der Wegfall der Vorritzung auf der Leiterplatte. Dies senkt zudem die Kosten für das Leiterplatten-Basismaterial.

Die für die Steuerung des Nutzentrenners notwendigen Befehle und Programme sind in der Soft-PLC und der kompakten CNC abgelegt. Die klassische Programmierung der Fräs- und Sägeprogramme erfolgt nach DIN 66025, wie es auch für Werkzeugmaschinen üblich ist. Außerdem stehen Konvertierungsprogramme zur Verfügung, die die Trennprogramme aus CAD-Files generieren. Das Betriebssystem ist Windows 2000 professional, das die benutzerfreundliche, an die Belange eines Nutzentrenners angepasste Bedienoberfläche unterstützt.

Sägen und Fräsen sind spanerzeugende Vorgänge und verursachen Staub. Im Offline Router kommen strömungstechnisch optimierte Absauggehäuse in Verbindung mit leistungsstarken Staubsaugern zum Einsatz. Der prozessbedingte Reststaub auf den Leiterplatten wird so auf ein Minimum reduziert. Die zeitgesteuerte Abreinigung der Staubfilter in Verbindung mit der Unterdruck-Überwachung sind die Voraussetzung für stets optimale Reinigung und Staubabsaugung.

Stressfreies Trennen von Leiterplatten-Nutzen mit einem Nutzentrenner mit Fräser oder Säge ist eine Investition in die Produktqualität. Es verhindert Vorschädigungen an Bauelementen oder Leiterbahnen, und reduziert somit das Risiko von Langzeitausfällen im Feld erheblich.

EPP 431