Äußerste Präzision

IPTE, Genk (Belgien)

Der steigende Elektronikanteil in Kraftfahrzeugen stellt auch erhöhte Anforderungen an die Komponenten. So müssen die Baugröße und natürlich die Zuverlässigkeit, beispielsweise auch bei Schaltern, entsprechend beschaffen sein. Im vorgestellten Beispiel handelt es sich um eine Anwendung bei der Firma Marquardt, ein auf Schaltsysteme spezialisiertes Unternehmen aus Rietheim-Weilheim. Das Endprodukt ist ein Taster mit LED für den Einsatz in modernen Kraftfahrzeugen. Die Abmessungen der Leiterplatte im Taster betragen 9,35 x 9,35 mm, mit einer Toleranz von ± 0,1 mm.

Um den Produktionsablauf möglichst wirtschaftlich zu gestalten, bedient sich der Hersteller eines Mehrfachnutzens für die Leiterplatten. So werden auf einer quadratischen Fläche von 190 x 190 mm 324 (18 x 18) Produkte gemeinsam bestückt, gelötet und getestet. Danach müssen die 324 Teile vereinzelt werden. Als Vorgabe für die Zykluszeit stehen weniger als 194 s pro Panel zur Verfügung. Daraus ergibt sich eine Trennzeit von weniger als 0,6 s pro Leiterplatte. Eine Herausforderung für die Applikationsentwickler der IPTE, den SpeedRouter entsprechend dafür zu rüsten, zumal auch auf den einzelnen kleinen Leiterplatten keine Fixierungsmöglichkeit, beispielsweise mit Löchern, besteht. Entsprechend wichtig ist die exakte Zuführung des Mehrfachnutzens zum Sägevorgang. Dies wird von einem Visionsystem unterstützt, das die Position der Leiterplatten und der bestückten LEDs kontrolliert. Zudem wird über eine Typen- und Gruppenidentifikation der richtige Arbeitsablauf für den Trennvorgang gewährleistet.

Umgesetzt wurde die Lösung mit einer Aufteilung der Arbeitsschritte in mehrere Trennvorgänge. Dazu ist die Säge im SpeedRouter fest im unteren Teil montiert. Das Hartmetall-Sägeblatt ist mit Diamant versetzt und hat einen Durchmesser von 75 mm. Die Sägeschnittbreite beträgt 0,45 mm. Im ersten Schritt wird der Mehrfachnutzen mit 19 parallelen Schnitten in 18 Streifen geteilt. Die Streifen gelangen je zur Hälfte in ein „Nest“ als Zwischenablage bis zur weiteren Bearbeitung.

Im folgenden Arbeitsschritt werden neun Streifen aufgenommen, und nach einer Drehung um 90° in die einzelnen Leiterplatten getrennt. Von oben hält ein speziell entwickelter Greifer mit 324 „Fingern“ die Leiterplatte und bewegt sie entsprechend für den Sägevorgang. Die fertigen Teile mit 9,35 x 9,35 mm Größe gelangen dann nach einer erneuten Drehung um 90° in ein drittes „Nest“. Aus diesem Nest schiebt sie ein pneumatischer Zylinder zur Reinigung durch eine rotierende Bürste lagerichtig passend für die weitere Verarbeitung in der Linie auf ein Transportband. Ein Hochleistungs-Staubsauger unterstützt hierbei den Reinigungsprozess. Dieser Arbeitsschritt wird anschließend für die anderen neun Streifen wiederholt.

Die vorgestellten und anderen Kundenapplikationen für Trennsysteme realisiert IPTE auf Basis des SpeedRouter-Nutzentrenners. Aus dieser Gerätegeneration für stressfreies Trennen von Leiterplatten aus Mehrfachnutzen sind seit der Markteinführung bereits mehr als 150 Maschinen im Markt. Das Konzept der Nutzentrenner hat sich bei den Kunden bewährt und auch schon Nachahmer im Markt gefunden.

Stressfreies Trennen

Alle Leiterplatten, nicht nur komplizierte und hoch empfindliche, müssen aus Mehrfachnutzen stressfrei getrennt werden. Beschädigungen oder im Extremfall Zerstörung einzelner Teile oder der gesamten Leiterplatte sind aus Qualitäts- und Kostengründen nicht tolerierbar. Die IPTE realisiert diese Anforderungen mit Trennsystemen auf Basis ihrer Nutzentrenner seit 1998. Mit diesen Trennsystemen werden Leiterplatten-Mehrfachnutzen stressfrei getrennt. Je nach Anforderung steht als Trennverfahren sägen und fräsen, oder eine Kombination aus beiden zur Verfügung.

Die Nutzentrenner sind auch für besondere Anforderungen mit sehr engen Toleranzgrenzen geeignet. Neben der vorgestellten Anwendung können beispielsweise auch Ball Grid Arrays (BGAs) als nur Briefmarken große Endprodukte mit weniger als ± 50 µm Toleranz vereinzelt werden. Darüber hinaus ist in diesem Fall auch die Lage der Außenkanten zu den „Solder Balls“ innerhalb dieser Toleranzen festgeschrieben. Die Trennsysteme des Unternehmens erreichen das gewünschte Endergebnis jeweils durch speziell entwickelte Kundenapplikationen für die Nutzentrennung. Dabei wird beispielsweise auch der Verschleiß des Sägeblattes im fortlaufenden Produktionsprozess kompensiert.

Auch beim Handling der zu trennenden Leiterplatten sind oft individuelle Sonderlösungen gefragt. Neben Ansaugen setzen die Spezialisten des Unternehmens zur exakten Fixierung bei Bedarf eine besondere Greiftechnik ein. So werden einerseits die Bauelemente nicht belastet, andererseits aber zur Einhaltung der geforderten Toleranzen während des Trennvorgangs ein zuverlässiger Halt gewährleistet. Für das weitere Handling der vereinzelten Bausteine – von der Reinigung (Beseitigung des Reststaubes) über Tests bis zur Verpackung – werden schlüsselfertige Komplettsysteme angeboten. Die SpeedRouter-Nutzentrenner lassen sich in Inline-Produktionen mit automatischer Zu- und Abfuhr der Leiterplatten integrieren oder als Stand-alone-Version auch für manuelle Beschickung verwenden.

Darüber hinaus umfasst das Produktprogramm im Bereich Nutzentrenner die Modelle TopRouter und FlexRouter. Nicht immer sind die Produktserien so groß, dass eine Inline-Produktion und damit eine Trennung mit automatischer Zu- und Abfuhr möglich sind. Vielfach ist auch der Produktmix zu groß für eine automatische Lösung, wofür mit dem Offline-Modell Top-Router eine preisgünstige Alternative zu Inline-Geräten geboten wird. Die Be- und Entladung des Nutzentrenners erfolgt manuell über einen Drehtisch, der die nutzenspezifischen Werkstückträger enthält. Der FlexRouter ist für Einsätze mit mittlerer bis hoher Produktions-Quantität und hoher Produkt-Diversifikation entwickelt worden. Der FlexRouter ist komplett Inline-fähig. Die Leiterplatten werden mit einem oder zwei präzisen Fräsern von der Unterseite her getrennt. Die Nutzen sind im Transportband geklemmt, während die Einzelboards von Greifsystemen gehalten und abtransportiert werden. Bei Bedarf können vorab für den Trennvorgang Löcher oder Schlitze als Fixierungsmöglichkeiten gefräst werden. Besonders hervorzuheben ist der flexible Greifer des FlexRouters. Er ist als Servogreifer ausgelegt, und arbeitet in einem Bereich von 70 bis 140 mm oder 140 bis 210 mm. Maximale und minimale Breiten können vom Anwender definiert werden. In vielen Fällen sind durch die Flexibilität des Servogreifers keine spezifischen Adaptionen für die zu trennenden Leiterplatten erforderlich.

Productronica, Stand A5.424

EPP 413