Leiterplattentrennsystem mit unterschiedlichen Werkzeugen Highspeed ohne Stress - EPP

Leiterplattentrennsystem mit unterschiedlichen Werkzeugen

Highspeed ohne Stress

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Moderne elektronische Geräte stellen auch bei der Produktion hohe Anforderungen. Damit in Einklang erfordern auch die Baugruppen als Bestandteile der Geräte wiederum höchste Präzision bei der Bestückung und Weiterverarbeitung. Die Kompaktheit und Miniaturisierung der Geräte, der Zwang zur wirtschaftlichen Fertigung sowie Hochleistungs-Bestückmaschinen, deren Leistungsfähigkeit am bes-ten genutzt werden kann, wenn großflächige Leiterplatten zu bestücken sind, bringen es mit sich, dass Baugruppen immer öfter auf Leiterplatten-Mehrfachnutzen zusammengefasst werden. Diese Mehrfachnutzen erfordern nach dem Bestückungsvorgang Trennverfahren, die einerseits hochpräzise sind, aber andererseits wiederum für Bauelemente und Leiterplatten möglichst ohne „Stress“, das heißt ohne Beschädigung, ablaufen müssen. Darüber hinaus muss der Trennprozess die Anforderungen an Zykluszeiten und Flexibilität der vorhandenen Fertigungsumgebung erfüllen.

Gerd Wilhelm, IPTE, Fürth

Leiterplatten-Trennverfahren sind nicht neu. Stanzen, Brechen, Fräsen und Trennen mit rotierenden Messern sind die seit langem bekannten Verfahren, die um das Trennen mit hochtourigen Sägen erweitert wurden. Steigende Anforderungen an die Präzision des Trennvorgangs sowie an die Qualität und die Langzeitstabilität der immer dichter bestückten Baugruppen haben dazu geführt, dass die Stressbelastungen durch Stanzen, Brechen und Separieren mit rotierenden Messern zunehmend kritischer betrachtet werden. Eine unabhängige Untersuchung der Trennverfahren hat beispielsweise ergeben, dass die Belastung beim Fräsen um mehr als den Faktor zehn geringer ist als beim Stanzen.
Mit dem Speedrouter hat IPTE ein Leiterplatten-Trennsystem im Produktprogramm, das mit dem Hintergrund langjähriger Erfahrungen in der Produktionstechnologie entwickelt wurde und die Anforderungen durch ein modular gestaltetes Gerätekonzept erfüllt. Es erlaubt vielfältige Kombinationen von Werkzeugen, Greifern sowie Ein- und Auslaufbändern für In- und Offline-Anwendungen. Die Integration in bestehende Linien oder der Aufbau kompletter Test- und Montagelinien wird durch das umfangreiche Zusatzprogramm an Peripheriegeräten unterstützt. Dazu gehören zum Beispiel Leiterplatten-Transportsysteme, Loader, Unloader, Palettierer, Reinigungs- und Labeling-Zellen und vieles mehr.
Aufbau des Leiterplattentrennsystems
Basis für eine präzise Funktion der Trennsysteme ist der solide Granitunterbau der Maschinen. Weitere Stabilität bringt die Aluminiumguss-Aufbaukonstruktion. Greifer und Werkzeuge werden mit verschleißfreier Linearmotor-Technik bewegt. Dies gewährleistet eine ruhige und vibrationsarme Funktion selbst bei den im Fertigungsbetrieb mit schnellen Taktzeiten erforderlichen hohen Beschleunigungen. Die Bedientastatur und der Kontrollmonitor befinden sich benutzerfreundlich seitlich am Grundgerät auf einem schwenkbaren Arm angeordnet. Auf Wunsch lassen sich die Bedienelemente auch im Dachaufbau anbringen.
Grundsätzlich können die Speedrouter sowohl mit Fräs- als auch mit Säge-Werkzeugen ausgerüstet werden. Selbstverständlich ist auch die Kombination von beiden Werkzeugen möglich. Die Hochfrequenz-Spindeln für Säge und Fräser sind mit langlebigen Keramik-Lagern ausgestattet. Der für beide Trennmodule einheitliche Schnellwechselanschluss erlaubt auch die nachträgliche Umrüstung auf einen anderen Werkzeugtyp, ohne dass zusätzliche Justagen notwendig sind. Elektrische und pneumatische Verbindungen werden flexibel über einen Kombistecker hergestellt.
Leiterplattenvorgeschichte bestimmt das Werkzeug
Wie bereits erwähnt lassen sich die Speedrouter mit Fräs- oder Säge-Werkzeugen sowie der Kombination von beiden ausrüsten. Welches Werkzeug für den optimalen Trennvorgang sorgt, hängt von der zuvor erfolgten Verarbeitung des Mehrfachnutzens ab. Hartmetall-Schaftfräser wer-den zum Trennen von vorgefrästen oder vorgestanzten Leiterplatten oder zum Fräsen beliebiger Konturen eingesetzt. Präzision und Zuverlässigkeit sind auch hier oberstes Gebot. Mit Erreichen der vorgewählten Standzeit des Fräsers oder bei Fräserbruch erfolgt der Werkzeugwechsel automatisch. Diamantbeschichtete und diamantbestückte Scheibenwerkzeuge (Discs) bieten bei geraden Trennlinien im Vergleich mit einem Fräser den Vorteil einer mehr als doppelt so hohen Trenngeschwindigkeit. Auch die wesentlich längere Standzeit kennzeichnet diese Werkzeuge. Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung von Scheibenwerkzeugen ist der Wegfall der Vorritzung auf der Leiterplatte. Dies senkt zudem die Kosten für das Leiterplatten-Basismaterial.
Der Prozess
Die Speedrouter zeichnen sich durch kurze Prozesszeiten aus. In der Transportbreite manuell oder optional auch automatisch einstellbare Doppelgurtbänder transportieren die Mehrfachnutzen in eine definierte Position zur Übernahme durch das Greifersystem. Zur Vermeidung von Verlustzeiten, die durch Haltefunktionen und Einzelablage von Leiterplatten entstehen, wird der komplette Mehrfachnutzen von einem auf die zu trennende Leiterplatte spezifizierten Greifer vom Einlaufband aufgenommen. Die folgende Bewegung der Mehrfachnutzen erfolgt immer relativ zu den Werkzeugen. Bearbeitete Leiterplatten werden nach dem Trennprozess mit Transporträndern auf Doppelgurtbändern zu den Folgepro-zessen zugeführt. Leiterplatten beliebiger geometrischer Formen legen die Nutzentrenner zur manuellen Entnahme auf Flachgurtbändern ab. Für eine automatische Weiterverarbeitung – beispielsweise eine Palettierung oder Umsetzung in spezielle Werkstückträger für Montage oder Prüfung – werden die getrennten Leiterplatten auf einem Shuttle-System positioniert. Externe Roboter oder Handlingsysteme können anschließend darauf zugreifen.
Steuerung und Programmierung
Trennpräzision und Optimierung der Bearbeitungszeit hängen wesentlich von der Geschwindigkeit und dem Bedienkomfort der Steuerung ab. Die Steuerung der IPTE-Nutzentrenner übernimmt eine PC-CNC-Einsteckkarte mit eigenem 32-Bit-Prozessor. Sie enthält alle Funktionen einer CNC-Steuerung mit integrierter SPS (PLC). Die Bedienoberfläche ist den Prozessabläufen entsprechend gestaltet. Sie zeigt den jeweils aktuellen Betriebszustand des Systems an und dient der Programmierung der Wege und Konturen. Statis-tikfunktionen liefern, verwalten und archivieren zusätzlich wertvolle Informationen über den Fertigungsprozess. Die Schnittstellen zu den vor- und nachgeschalteten Geräten entsprechen selbst-verständlich den SMEMA-Empfehlungen, können aber auch kundenspezifisch angepasst werden.
Sauberkeit durch Staubabsaugung
Sägen und Fräsen sind spanerzeugende Vorgänge und verursachen Staub. In den Speedroutern kom-men strömungstechnisch optimierte Absaugge-häuse in Verbindung mit leistungsstarken Staub-saugern zum Einsatz. Der prozessbedingte Reststaub auf den Leiterplatten wird so auf ein Minimum reduziert. Die zeitgesteuerte Reinigung der Staubfilter in Verbindung mit der Unterdruck-Überwachung sind die Voraussetzung für stets optimale Reinigung und Staubabsaugung.
Verkürzte Zykluszeiten
Sollte trotz der Optimierung aller Prozesse eine weitere Verkürzung der Zykluszeiten notwendig werden, spielen die IPTE-Speedrouter ihre Flexibilität mit einer Parallelisierung und Kombination verschiedener Werkzeuge voll aus.
• Die Twinspindel kombiniert flexibel Fräser und Sägewerkzeug. Beide Werkzeuge können dabei wahlweise für unterschiedliche Leiterplatten-typen aber auch abwechselnd in einem Trennprozess eingesetzt werden.
• Die Dualspindel vereint zwei Frässpindeln, die parallel einen Nutzen bearbeiten und
• die Shiftspindel wird für ein Sägewerkzeug (Disc) zum Sägen von Leiterplatten mit mehr als 330 mm Länge eingesetzt.
Optionen für flexible Anpassung
Zur Anpassung an vorhandene Produktionsumgebungen und weiteren Aufrüstung stehen für die Trennsysteme vielseitige Optionen zur Auswahl.
Die Bilderkennung mit Visionsystemen dient zur Korrektur der Trennpositionen in Abhängigkeit derPassermarken. Auch für das Einlernen neuer Fräs- und Schneideparamerter sind die Visionsysteme geeignet.
Zur Identifikation von Mehrfachnutzen oder Einzelboards kommen Barcode-Leser oder 2D-Code-Leser zum Einsatz. Die Kennung der Leiterplatten macht es möglich, aus einem vorgeschalteten Testsystem oder von einem Server Gut/Schlecht-Informationen abzurufen und die Boards nach dem Trennen entsprechend zu sortieren.
Zum umfangreichen Zubehörprogramm gehören auch Module, die mittels rotierender Luftbürsten auch noch die letzten sichtbaren Staubreste entfernen. Als Einzelzelle oder in Kombination mit Drucker und Etikettierer bieten sie Sauberkeit, Qualität wahlweise kombiniert mit der Möglichkeit zur lückenlosen Rückverfolgung.
Leiterplatten werden nach dem Tren-nen aus dem Mehrfachnutzen oftmals in Paletten aufbewahrt, bevor sie den Folgeprozessen wie Verpackung, Montage oder Test zugeführt werden. IPTE bietet hierzu ein Programm unterschiedlicher Palettierer, die flexibel auch an die vielfach kundenspezifischen Paletten angepasst werden können.
Stressfreie Trennprozesse sind nicht nur eine Forderung der High Volume-Produktion. IPTE bietet auf Basis des Speedrouter-Grundaufbaus für kleinere und mittlere Volumina Offline-Varianten für manuelle und automatische Beladung.
• Manuelle Be- und Entladung: Liegt eine Vielzahl unterschiedlicher Typen vor oder müssen Nutzen mit sehr vielen Einzelleiterplatten getrennt werden, wird die höchste Flexibilität und Wirtschaftlichkeit mit manueller Be- und Entladung der Nutzentrenner erreicht. Dabei läuft der Trennprozess parallel zum Be- und Entladen ab. So entstehen keine Totzeiten, die wiederum wertvolle Produktionszeit verschlingen würden.
• Komfortabler durch Autoload: Sind die Leiterplatten aus den Vorprozessen bereits in Magazinen gestapelt, kann der Nutzentrenner aus einem Loader automatisch beschickt werden. Das Einlegen in das Werkstückträger-Wechselsystem übernimmt dabei ein weitgehend universelles Greifersystem an der Z-Achse. Wahlweise kommt bei der Ausrüstung der Maschine mit zwei Werkzeugen ein separates Handling zum Einsatz. Die Entnahme der separierten Boards zur weiteren Verarbeitung kann manuell oder durch ein Mehrachs-Handlingsystem mit Palettiereinrichtung erfolgen.
Fazit
Stressfreies Trennen von Leiterplatten-Nutzen mit einem Nutzentrenner mit Fräser oder Säge ist eine Investition in die Produktqualität. Es verhindert Vorschädigungen an Bauelementen oder Leiterbahnen und reduziert somit das Risiko von Langzeit-Ausfällen im Feld erheblich.
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