Neues Druckkonzept für übergroße Leiterplatten

Energiepreise sind ein zentraler Faktor für die Wettbewerbsfähigkeit vieler Unternehmen. Nun, nach Jahren des Hoffens haben die Hersteller von LEDs den endgültigen Durchbruch dieser stromsparenden, effizienten Produkte in Sichtweite. Verbunden damit sehen sich die Anbieter neuen Herausforderungen gegenüber: Um dem Preiskampf des Massengeschäfts zu begegnen, benötigen sie eine Innovationsoffensive.

Unter dem Motto „Transforming Ideas into Solutions“ widmet sich Asys seit Jahren mit Hochdruck den Technologien der Zukunft, unter anderem der effizienten Herstellung von LEDs. Dafür beschäftigen sich viele Kompetenzen innerhalb der Unternehmensgruppe mit diesem Thema. So wurde beispielsweise der Prozess „Optodrilling“ für Nutzentrennsysteme entwickelt. Hier wird die tatsächliche Lage bestückter LEDs als Referenz zum Trennen benutzt, so dass unter anderem Linsensysteme passgenau zu den LEDs gesetzt werden können. Auch zur Montage und der Inspektion von LED-Boards bietet das Unternehmen verschiedene kundenspezifische Lösungen an.

Da die Nachfrage an übergroßen Drucksystemen für LED-Großformate stark zugenommen hat, entwickelte Ekra, ein Unternehmen der Asys Gruppe, eine komplett neue Methode zur hochpräzisen Produktion von Boards mit 1,50 m Länge. Bei der Herstellung von Boards mit einem Meter Länge und mehr ergibt sich oftmals ein Verzug im Layout. Dies macht sich besonders bei Drucksystemen bemerkbar, die am Anfang sowie am Ende der Leiterplatte Fiducials aufnehmen: Ein vorhandener Stretch kann weder ausgeglichen noch minimiert werden und wirkt sich direkt auf das Druckergebnis aus. Um das Problem zu umgehen, wurde bisher häufig ein Dispenssystem zum Aufbringen der Lotpaste eingesetzt, welches in der Lage ist, einen vorhandenen Verzug zu kompensieren. So können Lotpastendepots sehr präzise auf die jeweiligen Pads platziert werden.

Allerdings ist diese Methode aufgrund des Preis-Leistungsverhältnis nicht unbedingt für eine kostengünstige Massenproduktion geeignet. Das von Ekra neu entwickelte Drucksystem realisiert nun den präzisen und wirtschaftlichen Druck von übergroßen Leiterplatten.

Mit einer LED-Leuchte lässt sich im Vergleich zur herkömmlichen Lichttechnologie enorm viel Energie sparen, sie haben keine Einschaltverzögerung, enthalten keine giftigen Stoffe, die die Raumluft belasten könnten und weisen eine wesentlich längere Lebensdauer auf, um nur einige Vorteile der LED-Technologie zu nennen. Der Markt wächst rasant, weitet sich zu einem Massengeschäft aus und eine nicht nur kostengünstige sondern auch schnelle Produktion ist im Fokus. Eine Leiterplatte bis zu einer Länge von 600 mm kann problemlos mit guter Wiederholbarkeit in einer SMD-Linie prozessiert werden. Bei einer Länge von 1,20 m oder 1,50 m finden sich zwar beim Bestücken lokale Marken / Fiducials an denen sich der Bestückautomat orientieren kann, doch beim Schablonendruck ist dies nicht ganz so einfach.

So können nach der Bedruckung sehr großer Leiterplatten teilweise Ungenauigkeiten festgestellt werden, welche über die gesamte Substratlänge zu finden sind. Da kam die Idee von der Hycon Gruppe, dem zweiten Bereich im Hause Ekra und Experte in Sachen Spezialdrucksysteme für Siebdruck, das Layout der Leiterplatte virtuell zu partitionieren. Die Aufteilung in zwei (bei einer Länge von 1,20 m) bzw. drei Segmente (1,50 m) ermöglicht eine sehr genaue Ausrichtung zur Schablone. Ein spezielles Drucksystem in Verbindung mit einer auf diesen Prozess abgestimmten Schablone komplettiert die innovative Lösung. Als Ergebnis wird eine hohe Genauigkeit bei der Bedruckung erzielt. Basis für dieses Konzept ist der Druck in mehreren Segmenten.

Die Druckerplattform Serio 4000, ein mitwachsendes System für einfache bis hin zu anspruchsvolle Anwendungen sowie eine in Zusammenarbeit mit der Firma Christian Koenen entwickelte Schablone in Stufentechnologie sind in der Lage, den sogenannten Multistep Prozess sicher umzusetzen. Bei einem symmetrischen Layout auf der Leiterplatte, d.h. es finden sich drei gleich große Segmente startet das Rakel bei Segment 1 mit Schablonenlayout 1, fährt fort beim Segment 2 mit Schablonenlayout 2 um anschließend Segment 3 mit Schablonenlayout 3 zu bedrucken. Die Rakelrichtung verfährt dabei in Süd-Nord-Richtung. Nachdem alle drei Segmente bedruckt wurden, läuft eine zweite nachfolgende Leiterplatte ein, welche soweit in das Drucksystem transportiert wird, bis Segment 3 in Druckposition ausgerichtet ist. Anschließend vollzieht sich der Druckprozessanalog des ersten. So kann die Lotpaste, die nach dem Bedrucken der ersten Leiterplatte hinter Layout 3 liegt, wieder aufgenommen werden. Vor jedem Druck eines Segments wird das Board anhand der Fiducials wieder in Übereinstimmung mit dem Schablonenlayout gebracht, um eine sichere Wiederholbarkeit zu garantieren. Durch diese ständige Neuausrichtung werden die nachteiligen Effekte des Stretching eliminiert. Befinden sich nun aber an bestimmten Stellen Finepitch-Komponenten, sind die Abstände nicht mehr gleichmäßig und die Segmente haben keine einheitliche Länge mehr. In diesem Fall, bei einem nicht symmetrischen Layout, wird in derselben Vorgehensweise prozessiert lediglich mit der Einschränkung, dass das mittlere Segment das längste sein muss. Die maximale Länge eines Segments von 610 mm darf dabei nicht überschritten werden. Wurden bisher kurze Segmente auf einer normalen Standard SMD-Linie gehandelt und anschließend mittels Steckverbinder verbunden, besteht nun die weitaus günstigere Variante, dies durch längere Leiterplatten zu realisieren mit dem Vorteil einer homogeneren Beleuchtung.

Der Anwender kann seine Linie dennoch weiter für konventionelle Produkte nutzen und ist in der Größe von klein bis ganz groß flexibel.

Vorteile von Multistep im Überblick:

Die Multistep-Lösung findet ihre Anwendung hauptsächlich in der LED-Herstellung für Fertigungsumgebungen der ganzen Welt. Sobald lange Leiterplatten gefordert sind, eignet sich das innovative Konzept in der Druckerplattform Serio 4000 für einen fehlerfreien wiederholbaren Schablonendruck. Und nicht nur die Serio 4000 glänzt durch innovative Features, auch für Automotive Anwendungen bietet das Unternehmen ausgeklügeltes Equipment.

Die Serio-Reihe der SMT-Drucksysteme für den Sieb- und Schablonendruck bietet für jede Anwendung das passende System und beschränkt sich nicht nur auf die bereits erwähnte Serio 4000. Als weiteres Highlight dieser Systemreihe entpuppt sich die Serio 5000, die mit ihrem Konzept zwischen der Serio 4000 sowie der X5 Professional liegt. Die großen Erfolge im Markt sprechen für sich und finden bereits hohe Akzeptanz der Kunden, speziell in der Automobilbranche. Das Drucksystem basiert auf einem Plattformkonzept und kann somit jederzeit mit einer Vielzahl an Optionen und Features bestückt und an individuelle Bedürfnisse flexibel angepasst werden. Entwickelt und gebaut wurde sie nach den Anforderungen von Kunden. Heute, ca. sechs Monate nach Einführung der Plattform, kann ein zunehmender Erfolg auch bei führenden Unternehmen der Automobilbranche verzeichnet werden. Die Gründe hierfür sind neben der hohen Wiederholbarkeit auch in der Rückverfolgbarkeit des Systems zu finden, was speziell im Automobilsektor für die sichere Funktion gefordert ist. Für anspruchsvolle Aufgaben konzipiert, garantiert die Serio 5000 eine hohe Druckgenauigkeit in Verbindung mit einer exzellenten Qualität des Endproduktes.

So ging das Drucksystem bei Benchmarks von Top 10 Herstellern aus dem Bereich Automotive als Gewinner hervor. Seit der Einführung wurden schon mehr Systeme installiert als erwartet, ein Erfolg, der für sich spricht.

Eigenschaften im Überblick:

Zusätzliche innovative Features zur Verbesserung des Produktionsalltags sind in der Entwicklung und gehen weiter in Richtung Industrie 4.0, um eine Anwendung dem Bediener zu erleichtern.

Nicht nur im Automotive-Bereich sind sichere Prozesse gefordert, sondern auch im Life Science-Bereich. Ob in der Medizintechnik mit beispielsweise Herzschrittmachern, mit Diagnostika wie Blutzuckermessstreifen oder im Bereich Pharma mit Feststoffen und Liquida wie Tabletten, Kapseln oder Impfstoffen, die Systeme des Unternehmens können all diese Produkte verarbeiten, konfektionieren und auch handeln. Die CE-Zertifizierung der Anlagen deckt u.a. eine Bedienersicherheit hinsichtlich der Verletzungsgefahr beim Bedienen der Maschinen ab, wozu ein Unternehmen entsprechende Nachweise zu erbringen hat. Zusätzlich finden sich bei Life Science weitere Richtlinien wie die Good Manufacturing Practice Richtlinie (GMP), welche bei Herstellung der Produkte die Qualitätssicherung der Fertigungsabläufe und Fertigungsumgebung sowie der Produkte reguliert.

So muss beispielsweise bei einem Blutzuckermessstreifen der Drucker gewährleisten, dass nur die genau definierte und vorgegebene Struktur gedruckt wird. Im Analysegerät zur Blutzucker- oder Blutfettwertbestimmung eingesetzt, müssen die Ergebnisse für die Patientensicherheit zu 100 % genau sein. Insofern ist die Validierung und Qualifizierung an strenge Kontrollen gebunden und die Maschinen sowie Prozesse müssen umfangreich dokumentiert werden. Die Produkte sind nachweislich so herzustellen, wie es in den Vorgaben vom Hersteller definiert ist. Doch was ist ein kontrollierter, sicherer Druck, wenn organische Pasten oder Leitpasten nicht den Anforderungen entsprechen?

Gerade bei der Haltbarkeit sind Lotpasten nicht flexibel und benötigen eine kontinuierliche Temperatur, damit sie nicht klumpig und damit unbrauchbar werden. Die Kühlkette darf also nicht unterbrochen werden, wozu Ekra mit dem S10 select ein gekühltes Lagersystem mit Fifo-Prinzip anbietet. Das Lagersystem für Lotpasten sowie anderen Verbrauchsmaterialien ist modular aufgebaut, was eine sehr flexible und individuelle Innenraumgestaltung ermöglicht. Durch das First-in-first-out Prinzip wird stets das älteste Produkt zuerst verwendet. Auch können die eingelagerten Materialien nur von autorisierten Personen entnommen bzw. eingelagert werden, da sie sich über ein Passwort legitimieren müssen. Die Materialien werden produktschonend und stressfrei über ein Liftsystem zur Ausgabe-position befördert. Das Bedienen des Systems erfolgt über die Bedienoberfläche Simplex.

Um die Vorgaben der Pastenhersteller einzuhalten, ist es von Bedeutung, Informationen zur Entnahmezeit zu haben. Diese und andere wichtige Informationen können direkt über einen Label Printer dokumentiert werden. Das Label selbst wird direkt auf dem Produkt angebracht. Des Weiteren zeichnet sich das Lagersystem durch die Anbindung an vorhandene MES-Systeme oder ähnliches aus. Alle Operatoraktionen inklusive Informationen zur Temperatur werden in eine Protokolldatei geschrieben. Durch die außerordentlich flexible Sortimentsgestaltung ist das S10 select sehr leicht an unterschiedlichste Bedürfnisse anpassbar, die Mitarbeiter haben kurze Wege und darüber hinaus alles im Blick. Einem sicheren und schnellen Druckprozess für einwandfrei funktionierende Produkte steht damit nichts mehr im Wege. (dj)