Flexibilität, Produktivität und Genauigkeit für jedes Budget

Uwe Podßus, Thomas Strümpf, Andreas Gerspach, GPS Technologies, Langen

Als exklusiver Partner für MPM Schablonendrucker, Camalot Dispenser, Electrovert Reflow-, Wellenlöt- und Reinigungsanlagen sowie Bestückungsautomaten von Assembléon, verfügt GPS Technologies über flexible, produktive und marktgerechte Lösungen für nahezu jedes Budget. Neben dem Neumaschinengeschäft hat man, nicht zuletzt aufgrund der veränderten wirtschaftlichen Lage, parallel dazu aktiv das Gebrauchtmaschinensegment und ein umfangreiches Sortiment von Verbrauchsmaterialien aufgebaut. Grundlage eines erfolgreichen Service und Supports ist vor allem die hohe Qualifikation der Mitarbeiter, um schnell und sicher auf die unterschiedlichsten Kundenanforderungen reagieren zu können. Mit einem modern ausgestatteten, ca. 1200 qm großen Demonstrations- und Trainingscenter, ist man in der Lage, nahezu jedem Kundenwunsch nachzukommen.

Diesen neuen Herausforderung stellt sich MPM, als weltweit führender Hersteller für Schablonendrucker, mit der Accuflex. Höchste mechanische Integrität ist die Grundlage für einen hochwertigen Schablonendrucker. Aber nicht nur der robuste Aufbau der Maschine ist hier hervorzuheben, besondere Aufmerksamkeit verdient die Realisierung, alle Einrichtvorgänge des Druckers automatisch ablaufen zu lassen. Dabei gilt es die Reproduzierbarkeit einer einmal gefundenen optimierten Maschineneinstellung sicherzustellen, aber auch die Umrüstzeit der Anlage auf ein Minimum zu reduzieren. Des weiteren zeigte eine spezielle Untersuchung im Kundenstamm von Cookson Electronics Equipment (CEE) auf, dass sowohl die Einrichtung des Arbeitsnestes als auch die korrekte Unterstützung der Leiterplatte als eine der Hauptursachen für Qualitätsschwankungen im Druckprozess anzusehen sind. Zwar stellen sich die meisten Anlagen automatisch auf die jeweiligen Leiterplattenmaße ein, jedoch sind Einstellungen zur Leiterplattenfixierung und -unterstützung häufig manuell durchzuführen. Im Falle von unterseitig bestückten Leiterplatten, mit hoher Bauteildichte, kann dies ein kompliziertes Unterfangen sein, das bei jedem Produktwechsel erneut durchzuführen ist. Diese Problematik hat man auf der Accuflex durch ein vollautomatisches Arbeitsnest gelöst, sodass man ohne manuellen Bedieneingriff auskommt und der Umrüstvorgang vollständig softwaregesteuert abläuft. Das Auto-Pin-Placement-System setzt Unterstützungsstifte an Positionen im Arbeitsnest ab, die während der Programmerstellung festgelegt werden. Die Eingabe der einzelnen Positionen kann entweder durch die numerische Angabe der Koordinaten des jeweiligen Pins erfolgen oder kann sich, zwecks schnellerer Angabe im Falle einer bauteilfreien Leiterplattenunterseite, an einem frei wählbaren Raster orientieren. Wesentlich ist jedoch, dass die Pins nicht rasterbezogen gesetzt werden müssen, sondern dass die Position der Unterstützungsstifte exakt den Vorgaben der Leiterplatte folgen kann. Ist die Position der Stifte einmal festgelegt, so kann das Arbeitsnest jederzeit wieder auf diese bestimmte Einrichtung umkonfiguriert werden. Stifte, die bereits im Arbeitsnest positioniert worden sind, werden zunächst vollautomatisch von ihren Positionen abgeholt und in das Magazin zurückgeführt, bevor die neue Platzierung der Stifte erfolgt. Das Auto-Pin-Placement-System stellt mit Sicherheit einen Meilenstein bei der Unterstützung von Baugruppen beim Schablonendruck dar.

Eine weitere Innovation aus dem Hause MPM steht kurz vor der Markteinführung und ist so einfach und gleichzeitig so flexibel. Es handelt sich dabei um das zum Patent angemeldete Gel-Flex-Tooling. Bei beidseitig bestückten Baugruppen kommt es darauf an, zum einen die Leiterplatte sehr gut mechanisch zu unterstützen und zum anderen, die auf der Unterseite der Leiterplatte befindlichen Bauelemente und Lötstellen nicht zu beschädigen. Jeder der Gel-Flex-Unterstützungsblöcke ist mit komprimierbaren Polyurethan-Gel überzogen. Bauelemente können sanft in die Gel-Schicht „eintauchen“. Die einzige Maßnahme des Einrichters besteht darin, die gesamte Baugruppe gleichmäßig zu unterstützen. Damit spricht man zukünftig bei der Einrichte- bzw. Umrüstzeit des Schablonendruckers auf ein neues Produkt nicht mehr von Minuten, sondern von Sekunden. Und ein wesentlicher Punkt, der für den hochwertigen Schablonendruck wichtig ist, nämlich das Abdichten der Schablone durch die Leiterplatte ist gewährleistet.

Doch nicht nur die Leiterplattenunterstützung sondern auch das Leiterplattentransportsystem wurde den vielseitigen Anforderungen moderner Elektronikfertigungen angepasst. Ein dreigeteiltes Transportsystem mit Eingangs- und Ausgangspuffer, 3 mm Seitenfreiheit, ermöglicht durch cleveres Design selbst den Transport von ultradünnen Substraten. Die Substrate werden entweder berührungslos durch einen optischen Sensor oder alternativ durch einen mechanischen Stopper im Arbeitsnest positioniert. Um auch den Transport harter Substrate wie Keramik langfristig sicherzustellen, wurde das Transportsystem vollständig in Edelstahl konzipiert.

Die Ausrichtung der Leiterplatte erfolgte bei der Accuflex mit bewährter Technologie. Wie auf allen Anlagen kommt auch hier das patentierte Visionssystem mit Cognex Visionsprozessor zum Einsatz und garantiert eine Wiederholgenauigkeit von ± 12,7 mm bei 6 Sigma. Der vom Hersteller garantierte CP Wert von CP O 2 wird durch den hausinternen Glasplattentest nachgewiesen und dem Kunden gegenüber zertifiziert. Die Programmierung des Vision- und 2D-Inspektionssystems wurde noch einmal vereinfacht. Zur Programmierung der Passermarken wie auch der 2D-Inspektionsplätze genügt nun ein einfaches Anklicken des Objekts mit dem Mauszeiger und die Software führt automatisch eine Helligkeits- und Kontrastoptimierung durch und speichert das gelernte Objekt ab. Eine Fehlbedienung kann somit ausgeschlossen werden.

Besondere Erwähnung sollten auch die hohe Inspektionsgeschwindigkeit mit bis zu 170 Pads/Sekunde und die Programmiermöglichkeiten, durch die sich das 2D-Inspektionssystem auszeichnen, finden. So kann die Anlage solange die Inspektion der Leiterplatte durchführen, bis die Leiterplatte von der nachfolgenden Anlage angefordert wird. Bei Erkennung von Druckfehlern kann automatisch ein Reinigungszyklus der Schablone mit dem Ultra-Wiper eingeleitet werden. Lotpastenrückstände in den Schablonenöffnungen können sicher durch eine leistungsstarke Vakuumreinigung entfernt werden, die bei Bedarf durch Befeuchten des Reinigungspapiers mit einer Reinigungslösung unterstützt werden kann.

Die Bedienoberfläche der Software ist auf modernem Stand und einfach zu handhaben. Basierend auf dem Betriebssystem-Windows- 2000 stellt sich die Maschinensoftware dem Anwender mit einer attraktiven, ansprechenden Oberfläche dar. Die Abfolge der einzelnen Programmierschritte wird durch Anklicken einzelner Ikons realisiert und kann bei Bedarf jederzeit noch einmal punktuell aufgerufen werden, ohne dass die gesamte Lernroutine erneut durchlaufen werden muss. Umfangreiche SPC-Daten werden während des Produktionsbetriebes der Anlage erfasst und gespeichert. Online Grafikfunktionen informieren den Bediener ständig über den Prozessverlauf und warnen, insofern die vorgegebenen Prozessgrenzen überschritten werden. Durch die Einbindung der Anlage in ein hausinternes Netzwerk können diese Informationen zur weiteren Verarbeitung oder Archivierung jederzeit an einen zentralen Arbeitsplatz übertragen werden.

Die hier näher beschriebenen Optionen stellen aber nur eine Auswahl dar. Ein geschlossenes Rakelsystem (RheoPump Head) und ein Closed-Loop- Druckkopfsystem sind genauso für diese Maschine verfügbar, wie ein Pastendispenser und ein automatisches Schablonenpositioniersystem. Welche der vielen Optionen letzten Endes zum Tragen kommen, bestimmen die individuellen Ansprüche des Anwenders.

Mit der Entwicklung der Xyflex Pro ist den Ingenieuren von Camalot eine optisch ansprechende und zugleich anwendungsoffene hochflexible Dispensplattform gelungen.

Neben zwei Verarbeitungsgrößen „Large“ und „Small“ kann der Anwender zwischen einer „SMT“- und „Semiconductor“-Ausstattung wählen. Da sich jedoch der Einsatz im Laufe eines Dispenserlebens durchaus ändern kann, werden Nachrüstsätze angeboten, um im Feld Maschinen einfach und ohne großen Aufwand umrüsten zu können. Während die SMT-Maschinen für die Verarbeitung von SMD-Kleber, Lotpaste und Leitkleber vorgesehen sind, können mit den Semiconductormaschinen Underfillanwendungen bei Flip-Chip, Chip-on-Board-Encapsulation und z.B. Abdichtungen für Abschirmungen realisiert werden. In letzterer Ausführung verfügen die Maschinen über geschlossene Heizregelkreise für Material und Substrat.

Die Large-Version kann mit Vorheizstation, Dispensheizstation und Nachdispensstation sowie mit bis zu zwei unabhängigen Pumpensystemen ausgerüstet werden. Die Wärmeübertragung kann sowohl über Kontaktheizplatten als auch kontaktlos durch Konvektion erfolgen. Der große Dispensbereich von 559 x 559 mm2 bietet gerade Lohnfertigern maximale Flexibilität.

Grundsätzlich werden in den Systemen Positive-Displacement-Pumpen angeboten. Man kann entweder Schraubenpumpen mit oder ohne positivem Verschlussmechanismus oder für Hochpräzisionsanwendungen Mehrfach-Kolben-Pumpen mit Quick-Clean-Design wählen. Drehzahlregelung ist Standard bei allen Pumpen. Die Mehrfach-Kolben-Pumpe arbeitet nach dem Kolben-Zylinder-Prinzip. Bei dem drei um jeweils 120 °C versetzt angeordnete Kolben das Dispensmate-rial ansaugen und danach in die Dispenskanäle ausstoßen. Dieses Verfahren hat zwei entscheidende Vorteile: Erstens wird ein genau definiertes Volumen dispenst und zweitens erfolgt die Förderung absolut kontinuierlich. Dies macht sich besonders beim Dispensen von Linien bemerkbar.

Der Dispenser ist für 0201- und Wafer-Package-Level-Anwendungen konzipiert, und bietet die entsprechende Punktplatziergenauigkeit von ± 0,038 mm und eine Wiederholgenauigkeit von ± 0,0153 mm bei 3 Sigma. Ein wichtiger Parameter beim Dosieren ist der Abstand zwischen Substrat und Nadel. Ein optionaler Hochpräzisionslaser mit einer Genauigkeit von ± 0,012 mm bei 3 Sigma regelt die Z-Höhe und kompensiert Höhenschwankungen des Substrates. Um den Regelkreis zu schließen, gibt es die Option-Weight-Scale. Damit ist es möglich, Dis-pensmuster in eine Waage zu dosieren, deren Gewicht zu ermitteln und entsprechende Regelbefehle an die Dispenseinheit auszugeben, um entweder die Dosierleistung zu erhöhen oder zu mindern. Diese Aktionen laufen entsprechend den programmierten Zyklen vollautomatisch ab.

Die neue Omniflo Excel stellt die nächste Generation der Electrovert-Reflowöfen dar. Sie ist konzipiert als Kombinationsofen für SMT-Reflow, Kleber- und Dichtmassen-Curing, Flip-Chip Finepitch-Prozesse und Leitkleberanwendungen. Dieses System ersetzt alle herkömmlichen „E“ und „LC“-Varianten der Omniflo-Serie und vereint deren Vorteile in einer Maschine. Im Hinblick auf die Verarbeitung bleifreier Lotpasten, wurde das Prozessfenster mit maximalen Gastemperaturen auf bis zu 400 °C erweitert. Mit einer Prozessbreite von 610 mm können großformatige Baugruppen verarbeitet werden. Leistungsaufnahme als auch Stickstoffverbrauch konnten um bis zu 60% reduziert werden. Ein neuartiges Selbstdiagnose- und Wartungsmanagementsystem vereinfacht die Bedienung und Wartung des Ofens. Die Profileigenschaften der Omniflo-Serie sind erhalten geblieben. Diese resultieren nicht zuletzt aus den hervorragenden Konvektionseigenschaften der Anlagen. Der Anwender hat auch bei dieser Serie die Möglichkeit die Konvektionsströme individuell an seine Produkte anzupassen. Getrennt einstellbare Ober- und Unterseiten-Konvektionsmodule ermöglichen die Optimierung selbst schwierigster Lötvorhaben, und garantieren eine optimale Wärmeübertragung auf die Baugruppe.

Absolut neu ist das Vari-Clean-Feature des Integrierten Flux-Management-Systems (IFM). Das IFM kommt ohne die sonst übliche zusätzliche Kühl- und Heizenergie aus. Dies wirkt sich direkt positiv auf den Gesamtenergieverbrauch und damit auf die „Cost of Ownership“ aus. Es handelt sich dabei um ein zum Patent angemeldetes Mehrfachfiltersystem mit automatischem Zentrifugal-Partikelabscheider. Verschiedene Filtertypen filtern kontinuierlich unterschiedlich große Partikel aus dem Prozessgas heraus. Bei der OmniExcel mit 10 Zonen gibt es vier solcher sogenannten Flux-Extraktions-Zonen, die in Summe effizienter als herkömmliche „energiefressende“ Kondensatfallen sind.

Die Einsatzmöglichkeiten werden unter anderem durch die offene Architektur des Transportsys-tems unterstützt. So kann der Anwender zwischen folgenden Transportsystemen wählen: Gitterbandtransport, Stiftkettentransport oder Kombination aus Gitterband- und Kettentransport. Entscheidet sich der Kunde für einen Stiftkettentransport, hat er zusätzlich die Möglichkeit, eine Mittenunterstützung einzusetzen. Diese besteht aus einer verstellbaren Mechanik, auf der eine Kette mit Messern läuft, die die Leiterplatte auf einer sehr kleinen Fläche unterstützt. Bei der Materialauswahl der Prozesskammern wird weiterhin konsequent auf hochwertigen Edelstahl gesetzt. Im Gegensatz zu pulverbeschichteten Oberflächen ist die Reinigung wesentlich einfacher, das Material widerstandsfähiger und da-mit langlebiger. Der anfänglich höhere Invest zahlt sich schnell aus. Außerdem lässt Edelstahl die Reflowöfen selbst nach mehreren Jahren härtestem Einsatz im strahlendem Glanz erscheinen.