Bedrucken von Keramiksubstraten

Ekra, Bönnigheim

Neben der klassischen SMD-Technik gibt es die Dickschicht-Hybridtechnik. Hybride sind gedruckte Schaltungen mit aktiven und passiven Bauteilen auf Aluminiumoxidkeramik. Hybrid-Schaltungen kommen hauptsächlich dort zum Einsatz, wo eine hohe Zuverlässigkeit gefordert wird. Der Vorteil von Keramik im Vergleich zu FR4 besteht darin, dass es hohen Temperaturschwankungen und extremen Umweltbelastungen standhält. Einsatzgebiete sind die Steuerungs- und Sensortechnik im Automobilbau wie beispielsweise bei ABS- sowie ESP-Systemen oder die Sensorik in der Luft- und Raumfahrttechnik und Medizintechnik.

Gerd Krause, Produktmanager im Bereich Hybrid und Solar, erinnert sich an mehrere Kundenprojekte und deren Anforderungen. Die Ausgangssituation war immer ähnlich. Der Prozess des häufigen Produktwechsels sollte schneller und genauer erfolgen. Bislang war durch den Siebwechsel die Fertigung unterbrochen bis das Sieb eingerichtet war. Zudem beanspruchten Probedrucke und das Nachjustieren des Siebes sehr viel Zeit. Dieser zusätzliche Zeitaufwand musste künftig wegfallen. Insgesamt sollte der Prozess höher automatisiert und einfacher zu bedienen sein.

„Auf diese Kundenanforderungen haben wir reagiert. Hier war es uns wichtig, dass wir zusammen mit unserem Kunden eine perfekte Lösung erarbeiten. Mit Produktmanagern und Bediener gehen wir während des gesamten Entwicklungsprozesses in Feedbackgespräche. Nur so können wir dem Kunden eine optimale Lösung vorstellen – das ist unser Anspruch. Auch nach der Auslieferung und Aufstellung eines Siebdrucksystems ist der Austausch zwischen Ekra und dem Kunden noch lange nicht beendet“, so Gerd Krause.

Für diese Anforderungen entwickelte das Unternehmen neben anderen Hybriddrucksystemen das vollautomatische Siebdrucksystem XH1. Dieser Siebdrucker ist die Highend-Lösung für das Bedrucken von Keramiksubstraten. Die gesamte Ausführung und das Produktdesign sind einzigartig auf dem Markt und beruhen auf der jahrzehntelangen Erfahrung im Hybridbereich.

Das Siebdrucksystem zeichnet sich durch extreme Schnelligkeit, höchste Präzision, eine hohe Durchsatzrate und ein automatisches Einrichten aus. Die Positioniergenauigkeit beträgt ±12 µm@6 Sigma bei einer Taktzeit von weniger als 3,2 Sekunden inklusive Druck. Das Alleinstellungsmerkmal und Highlight des Druckers ist das vollautomatische Einrichten. Die Einrichtzeit erfordert weniger als 1 Minute, wobei konventionelle SMT Siebdrucksysteme bis zu 10 Minuten benötigen. Durch die immense Verkürzung der Einrichtzeit, kann die Uptime der gesamten Linie erhöht werden.

„Es ist auf dem Markt das einzige Siebdrucksystem speziell für Hybride, welches zusätzlich die intelligente Funktion des automatischen Einrichtens hat, ohne dass der Benutzer nachjustieren muss. Bereits nach einem Jahr im Markt konnte sich das XH1 Siebdrucksystem schon fest etablieren“, erklärt Gerd Krause.

Ein patentiertes Dreifachkamerasystem erfasst die absolute Position des Siebes. Mit der Belichtung bzw. der Herstellung des Siebes werden drei Positionierungspunkte mitbelichtet.

Die Gerberdaten werden vom Unternehmen selbst zur Verfügung gestellt. Über ein Schnellspannsystem – eine Art Schubladensystem – wird das Sieb in die Maschine eingebracht. Danach erfasst das Kamerasystem die drei Punkte und vermisst diese. Anschließend erfolgen die automatische Abspeicherung der Position sowie die automatische Einrichtung. Kinderleicht und in nur wenigen Schritten! Durch die kurze Einrichtzeit ist dieses System wesentlich schneller und es entstehen keine Fehldrucke Es muss damit keine zusätzliche Zeit mehr für Korrekturen aufgebracht werden, was am Ende eine Gesamtkostenreduzierung für den gesamten Prozess zur Folge hat.

Über die rein optische Positionierung der Keramiksubstrate entfällt das sogenannte Chipping, die Splitterbildung am Substrat. Da weder Anschläge noch Führungen in dem Drucknest zum Einsatz kommen, wird das Substrat ohne jegliche mechanische Belastung prozessiert. Somit können auch dünne und empfindliche Materialien verarbeitet werden. Was das Handling sensibler Substrate betrifft, kann Ekra vom Know-how aus dem Solarbereich der Asys Gruppe profitieren und einige Prozesse dadurch auf höchstem Niveau weiterentwickeln.

Ein weiterer Vorteil ist die kurze Einarbeitungszeit des Bedieners. Während bei anderen Maschinenherstellern für den Druckprozess meist ein Einrichter und ein Bediener nötig waren, erfordert der innovative Siebdrucker lediglich noch eine kurze Einweisung des Bedieners, da das ganze System vollautomatisch abläuft.

„Gerade mal 12 Monate ist der XH1 Siebdrucker auf dem Markt. Die Kunden und vor allem die Bediener sind begeistert. Am Anfang reagierten viele noch mit Skepsis auf die neue Lösung. Sie konnten sich nicht vorstellen, dass keine Zwischenschritte und kein Nachjustieren mehr nötig sind. Mit der ersten Anwendung waren diese Bedenken schnell verschwunden. Ein Kunde schilderte uns sogar den Fall, dass seit dem Erwerb des XH1 die meisten seiner Bediener am liebsten nur noch an diesem Siebdrucksystem arbeiten würden, aufgrund der einfachen Bedienung“, ergänzt Gerd Krause.

Seit Anfang dieses Jahres ist ein deutlicher Aufschwung im Hybridsektor zu erkennen. Als größter Hybriddruckeranbieter und Pionier am Markt ist das Ziel des Bönnigheimer Unternehmens auch 2011 diese Position weltweit weiter auszubauen. Mit dem Siebdrucker XH1 gelang es, ein System am Markt zu etablieren, welches vor allem durch kosteneffizientes Herstellen überzeugt. Der nächste Schritt ist die Entwicklung des Siebdruckers XH2. Dieser soll den Anwendungsbereich der Hybriddrucksysteme weiter vergrößern. Während bei dem XH1 Siebdrucker die Substrate mittels kameragesteuerter Kantenpositionierung ausrichtet werden können, wird beim Nachfolgemodell dies durch ein frei verfahrbares Kamerasystem möglich sein. Die absolute Position der Kamera wird über Glasmaßstäbe erfasst. Zusätzlich kann die Positionierung auch über Fiducials und synthetischen Marken erfolgen. Das erste Modell des neuen XH2 Hybriddrucksystem soll im dritten Quartal dieses Jahres ausgeliefert werden.