Spezielle Bestückungslösung gefragt

Norbert Heilmann, Siplace Technology Scout, ASM Assembly Systems, München

Die LED-Technologie setzt ihren Siegeszug fort und erobert immer neue Anwendungsfelder. Die Volumenfertigung von Displays für Consumer Electronic ist zwar eher in Asien angesiedelt, dafür profitieren die Elektronikfertiger in Europa aber von Anwendungen wie Dashboards im Automotivebereich oder von LED-Anwendungen in der Medizintechnik. Noch größere Erwartungen weckt der Einsatz von LED-Produkten als Ersatz für klassische Beleuchtungen in Häusern, Geschäften und im öffentlichen Raum. Doch auf dem Weg zu einer fehlerarmen und effizienten LED-Bestückung gibt es einige spezifische Hürden zu überwinden.

Insbesondere bei hochwertigen LED-Produkten – beispielsweise Armaturenbeleuchtungen in Pkws – legen die Hersteller viel Wert auf eine einheitliche und gleichmäßige Lichtfarbe. Doch bereits kleinste Oberflächenverletzungen bei Linsen, Kappen oder Einhausungen können zu Veränderungen der LED-Lichtfarbe oder gar zu Ausfällen führen. In der Praxis betrifft dies auch die Lagerung der fertig bestückten Leiterplatten: Beim Stapeln ohne ausreichende Abstände können die Unterseiten der Leiterplatten auf den LEDs reiben und hier noch nach dem Bestückprozess zu Beschädigungen führen.

Gerade die Bestückung von LEDs mit vergleichsweisen großen Silicon- oder Glas-Linsen erfordert daher den Einsatz von Spezialpipetten oder -greifern. Nur mit angepassten Geometrien und entsprechenden Aussparungen kann sichergestellt werden, dass die empfindlichen LED-Oberflächen nicht beschädigt werden. Bei der Vielfalt der LED-Komponenten und -Geometrien ist das ein großes Feld. Siplace beispielsweise bietet über seine Pipettenservices die Möglichkeit über die Eingabe der LED-Bauteilbeschreibungen passende Pipetten in Online-Pipettenkatalogen zu suchen oder bei Bedarf auch individuell angepasste Sonderpipetten anfertigen zu lassen.

Aus produktionstechnischen Gründen variiert die Lichtintensität der LED – selbst wenn diese gleichen Typs sind oder sogar aus demselben Wafer stammen. Beim Packaging der LED durch die Hersteller werden diese daher geprüft und nach Leuchtklassen sortiert. Neben der Typennummer wird auf LED-Gebinden ein sogenannter BIN-Code ausgewiesen, der Informationen zur Leuchtklasse enthält.

Um bei der Bestückung eine möglichst einheitliche Leuchtintensität gewährleisten zu können, müssen entweder vom Fertiger nur LED gleicher Leuchtklasse eingesetzt werden – oder die LED verschiedener Leuchtklassen werden über den Einsatz von verschiedenen Vorwiderständen in ihrer Leuchtintensität angepasst. Weil der Einkauf von LED mit immer derselben Leuchtklasse sehr teuer kommt, hat sich die letzte Option zum Standard in der SMT-Fertigung entwickelt. Ein Standard allerdings, der die Elektronikfertiger bei der Erstellung von Bestückprogrammen vor große Herausforderungen stellt. So müsste für jede der verfügbaren LED-Leuchtklassen bisher eine separate Bestückprogrammvariante erstellt und ausgewählt werden, da je nach LED unterschiedliche Vorwiderstände und diese manchmal sogar an unterschiedlichen Positionen bestückt werden müssen. Ein falscher Mix von LED und Vorwiderstand generiert Ausschuss und hohe Kosten.

Eine intelligentere und flexiblere Lösung ist jetzt von den Siplace Ingenieuren entwickelt worden: Siplace LED Pairing. Hier werden die verfügbaren LED-Leuchtklassen, die jeweils benötigen Vorwiderstände und deren Bestückpositionen in einer Matrix (LED/Resistor Pair) erfasst. Diese Matrix wird dann mit dem Bestückprogramm des Produktes verbunden. Das Ergebnis: Statt einer Vielzahl von Bestückprogrammvarianten und der damit einhergehenden Komplexität und Fehlerrisiken lassen sich alle LED/Vorwiderstands-Kombinationen in einem gemeinsamen Bestückprogramm abbilden. Die intuitive, benutzergeführte Oberfläche unterstützt außerdem den nahtlosen Wechsel der Leuchtklassen. So können die entsprechenden Widerstände einfach im Programm zugewiesen werden. Sind diese bereits gerüstet, geschieht der Wechsel ohne jede Unterbrechung der Fertigung. Die Optionen hierfür lassen sich auf Wunsch schon in der Rüstung berücksichtigen, der BIN Code wird bei der Rüstung über Barcode-Scans der Bauteilrollen verifiziert.

Mit dem flexiblen LED Pairing lassen sich auch künftige Herausforderungen im Leuchtklassenmanagement bewältigen. So kommen bereits die ersten Designs in die Fertigung, bei denen beispielsweise die LED auf der Oberseite und die zugehörigen Vorwiderstände auf der Unterseite der Leiterplatte bestückt werden müssen oder sich LED und Vorwiderstand sogar auf unterschiedlichen Leiterplatten befinden. Die Kombination von LED Pairing und Leiterplattenerkennung via Barcode-Scan bietet hier bei den Bestückautomaten des Unternehmens künftig die Möglichkeiten, selbst diese komplexen Spielarten im Bereich LED Leuchtklassenmanagement abzudecken und auch über Traceability-Lösungen nachverfolgbar zu machen. Eine Leistung, die vielfach Voraussetzung für Aufträge im Bereich Automotive- oder Medizintechnik-Applikationen ist.

Schon bei der LED-Bestückung sogenannter Back-Light-Units (BLU) ist ein Trend zu immer größeren Leiterplattenabmessungen zu beobachten – keine Überraschung angesichts wachsender Bildschirmdiagonalen im Bereich der TV- und Werbedisplays. So lassen sich mit den Automaten der X-Serie mit Long-Board-Option mühelos die erforderlichen, schmalen BLU-Stripes mit Längen bis zu 1200 mm im Mehrfachnutzen bestücken, für die SX-Serie Längen bis zu 970 mm.

Doch gerade in Bereichen, in denen besonders leistungsstarke LED als Ersatz für klassische Beleuchtungstechniken eingesetzt werden, geht die Entwicklung auch in anderer Richtungen weiter. So werden hier vielfach thermisch optimierte Leiterplatten mit Metallkernen (MCPCB) eingesetzt, um die Abwärme in den Griff zu bekommen. Die Folge: Die Transporte der Bestückautomaten müssen mit besonders schweren und großen Leiterplatten umgehen können. Und auch bei den LED selbst wächst die Vielfalt. Es gibt nicht nur immer kleinere LED, die die Anforderungen an die Bestückgenauigkeit der Automaten steigen lassen, sondern gleichzeitig wächst die Zahl relativ großer und vergleichsweise „unförmiger“ LED, die effizient und zuverlässig bestückt werden müssen. Teilweise werden LED und Steuerelektronik bereits als integrierte Leiterplatten vorproduziert. Auch hier wird es entscheidend auf eine hohe Flexibilität der Bestücklösungen ankommen, wenn Elektronikfertiger auch künftig am Markt für LED-Bestückungen teilhaben wollen.

Der Kostendruck bei der Bestückung bringt es mit sich, dass in vielen Fertigungen über Bowl-Feeder als Zuführungen für Standard-LED nachgedacht wird. Auch wenn die Automaten eines Fertigers solche Zuführmodule erlauben, ist das noch keine komplette Lösung. Die LED-Bestückung muss die Polarität der Bauteile berücksichtigen, Kathode und Anode richtig ausrichten. Gerade beim Einsatz von Bowl-Feedern braucht es daher entsprechend leistungsfähige Visionsysteme, die die Polarität zweifelsfrei erkennen. Eine komplette Lösung zur Vermeidung von Abwürfen erfordert dann nach entsprechenden Bestückkopftechnologien, die die Ausrichtung der Bauteile auch nach der Aufnahme durch Pipettendrehungen korrigieren können.

Unschwer ist zu erkennen, dass LED Bauteile von besonderer Art sind und eigene Anforderungen an die Bestücklösungen stellen. Die extreme Dynamik der technischen Entwicklung im Bereich der LED und die Vielzahl aktueller und künftiger Einsatzfelder zwingt die Elektronikfertiger dazu, auf besonders flexible Bestücklösungen zu setzen. Von den Zuführungen, über Bestückköpfe und Visionssystem bis hin zur Rüstkontrolle oder Nachverfolgbarkeit – überall erzwingt die LED-Bestückung eigene, neue Leistungsmerkmale. Nur Flexibilität und ein in der LED Fertigung erfahrener Equipment-Lieferant sichert die Teilhabe an diesem Wachstumsmarkt und schützt die eigenen Investitionen. Das Beispiel LED Pairing zeigt dabei, dass sich die Forderung nach flexibleren Bestücklösungen nicht nur auf die Hardware-Optionen, sondern in steigendem Maße auch auf Software und Prozesse erstreckt.