Effiziente Umsetzung neuer Produktdesigns

Essemtec, Aesch & MID-Tronic Wiesauplast, Wiesau

Die MID-Tronic Wiesauplast GmbH wurde 2010 auf Initiative von Karl Görmiller unter dem Dach der Wiesauplast und mit Fokus auf die MID-Technologie gegründet. Am Ende jeder Entwicklung steht dabei das Bestreben, funktionsfähige Elektronikanwendung auf Basis dreidimensionaler Kunststoffkörper prozesssicher entlang der gesamten Wertschöpfungskette in Serie zu produzieren. So nutzt man nicht nur als Mitglied im 3-D MID e.V. das bestehende Wissens- und Kontaktnetz, sondern baut dies kooperierend mit aus.

Als starker, vertrauenswürdiger Technologiepartner für die LDS-Technologie steht LPKF bei der Umsetzung von Projekten zur Seite, während man mit Essemtec in enger freundschaftlicher Zusammenarbeit weiter an der Leistungssteigerung der nächsten Generation 3D-SMD Bestückautomaten arbeitet. In Kooperation mit Kunststoff Helmbrechts sowie Foliotec werden Verbundsysteme im Bereich Dekorbauteil sowie Elektronik erforscht und entwickelt, um die Technologie möglichst rasch voranzutreiben.

MIDs sind Kunststoffbauteile, die mit Leiterstrukturen versehen sind und so zusätzlich zu den mechanischen Aufgaben ebenso elektrische oder elektronische Funktionen übernehmen. Mit Hilfe der Laser Direkt-Strukturierung, kurz LDS, können 3D-Bauteile zuverlässig realisiert werden.

Zu Beginn des Verfahrens steht das mit einem Additiv versehene Kunststoffbauteil. Alternativ werden Metallkörper mit einem LDS-Pulverlack beschichtet, um ein optimales Wärmemanagement zu garantieren. Das lasergestützte Verfahren erzeugt Schaltungslayouts auf komplexen, dreidimensionalen Trägerstrukturen, indem der Laserstrahl das Bauteil strukturiert und das Layout direkt auf das spritzgegossene Kunststoffelement schreibt, ohne dazu Werkzeuge oder Masken zu benötigen. Er aktiviert dabei das Additiv und erzeugt eine mikroraue Oberfläche für die gute Haftung der anschließenden Metallisierung. Die Leiterbahnen entstehen in stromlosen Metallisierungsbädern, wo zunächst eine Verkupferung stattfindet, um dann Nickel und Gold zu applizieren. Die Integration von Leiterstrukturen und Elektronikkomponenten direkt auf Kunststoff-Bauteilen bieten vollkommen neue Layoutoptionen. So entstehen beispielsweise Antennen auf der Rückseite bereits vorhandener Gehäuseteile oder es verschwinden die Schaltkreise direkt in Bauteilträgern, sodass Entwickler von der vollständigen 3D-Fähigkeit auf Freiformflächen und zusätzlichen Freiheiten bei Änderungen des Schaltungsdesigns profitieren. Neben der Erzeugung feinster Strukturen werden mittels des LDS-Verfahrens Werkzeugkosten signifikant gesenkt, da die laserstrukturierbaren MIDs im 1-Komponenten-Spritzguss ihre Herstellung finden.

Als weiteres Plus sollte auch die hohe Umweltverträglichkeit genannt werden, da weder Beiz- noch Ätzchemikalien notwendig sind. Im letzten Schritt kommt dann ein spezieller Automat zur dreidimensionalen Bestückung zum Aufbringen der erforderlichen Klebstoffe, Lotpasten, Elektronikkomponenten und LEDs, zum Einsatz.

Geht es um den speziellen Automat zur dreidimensionalen Bestückung kommt die Hydra vom Schweizer Hersteller von hochflexiblen Produktionssystemen für die Elektronik Essemtec, ins Spiel. Denn durch die Kombination des Standard 2D-Bestückungsautomaten Paraquda mit einem 6-achsigen Roboter konnte die Bestückung dieser auf räumlicher Form basierenden Kunststoffbauteile ohne eine Spezialmaschine realisiert werden.

Oblag bisher die Bestückung von 3D-MID sehr kostenintensiven Speziallösungen, kann dies künftig durch den Einsatz eines Standardsystems für Dispensen und Bestücken in 3D gelöst werden.

Die Hydra unterscheidet sich nur wenig in der Bedienung eines normalen Bestückungssystems und kann daher problemlos in jede Elektronikfertigung integriert werden. Vier unabhängige Rotationsachsen und weitere sechs Achsen des Roboters machen das System extrem flexibel. Die Werkstücke können in alle Richtungen positioniert werden, während die Bestückungsebene stets horizontal bleibt. Für das Dispensen von Lotpaste stehen ein Zeit-Druck-, ein Schrauben- sowie ein Jetventil zur Verfügung. So besteht die Möglichkeit, nicht nur Kleber in fast jeder Lage zu dosieren, sondern auch SMD-Bauteile in einem Bereich von 01005 bis 40mm x 40mm Fläche zu bestücken. Die Bestückungsfläche hat eine Größe von 300mm x 300mm. In der Vertikalen sind die Bestückungsachsen in der Lage, bis zu 50mm hohe Hindernisse zu überwinden oder in tiefe Kavitäten bestücken. Die Maschine ist nicht nur inline fähig, sondern lässt sich auch schnell umrüsten. Insofern erweist sich das Bestückungssystem als Multitalent und ist sowohl für die Serienfertigung als auch für Kleinserien und Muster einsetzbar.

Als Spezialist in Sachen MID-Technik ist man sich bei Mid-Tronic über die weitreichenden innovativen Möglichkeiten sehr bewusst, und kann ein breites Spektrum rund um diese Technologie anbieten.

Da stehen die Beratung und Entwicklung hybrider Systeme, ein Vorrichtungs- und Werkzeugbau sowie der Ein- und Zweikomponenten Spritzguss neben dem Know-how der LDS Technik, wo man mit der aktuellsten Lasereinheit und dem neuesten Stand der Steuerungstechnik den Weg in die Großserienfertigung bereitet. Bereits im direkten Anschluss an die Bauteilstrukturierung erfolgen im eigenen Labor Probemetallisierungen. Ein individuell auf die Anforderungen abgestimmter Schichtaufbau stellt die Basis für ein Wachstum der MID-Technologie dar.

Durch vielfältige Anlagenkonzepte können produkt- und mengenbezogen optimale Rahmenbedingungen geschaffen werden. In punkto 3D SMD-Bestückung wurde der 3D-Bestückungsautomat in Zusammenarbeit mit Essemtec entwickelt. Hier ist im Maschinenbett eines Hochleistungsbestücker ein 6-Achs-Roboter integriert, der den Bauteile-Nutzenträger in die jeweilige Bestückebene schwenkt.

Seine Schnelligkeit erfährt das System durch die drei Bestückköpfe in Kombination mit zwei weiteren Dosierköpfen, womit eine große Bandbreite möglicher 3D-MID Anwendungen bei maximaler Geschwindigkeit realisierbar sind. Im nächsten Prozessschritt geht es für die bestückten Bauteile im Nutzen durch die Dampfphasenlötanlage, während dessen ein präzises Temperaturprofil, angepasst an die Temperaturverträglichkeit der Einzelkomponenten, für sicheres Verlöten der 3D-MID Produkte sorgt.

So hat sich Mid Tronic, getrieben durch die zahlreichen Aktivitäten von Karl Görmiller, im Laufe kurzer Zeit als Experte in dieser Technologie bewiesen, und setzt auf seine leistungsstarken Partner, um diese weiter voranzutreiben. Denn die Vorteile von 3D-MID liegen klar auf der Hand und werden zunehmend in der Automobil-, Industrie- sowie Medizintechnik gewinnbringend eingesetzt.

Auf der kommenden productronica in München präsentieren MID-Tronic, Essemtec und LPKF gemeinsam, wie sich ein dreidimensionaler Schaltungsträger mühelos mit der Hydra bestücken lässt. (dj)

www.essemtec.com; www.mid-tronic.de