Innovation steckt im Detail Siemens AG, München

Eine Menge dieser Details aus der Ideenschmiede des Siplace-Teams finden sich im neuen Premium-Bestückautomaten, der Siplace X4i. Der Bestücker verfügt über einen IPC-Realwert von deutlich über 100 000 BE/h, was dem branchenüblichen theoretischen Benchmark-Wert von 135 500 BE/h entspricht. Worin besteht dieser Erfolg?

Der enorme Leistungssprung der Siplace X4i wird erreicht durch Innovationen in unterschiedlichsten Bereichen, bei der Hardware, der Software, aber auch im Gesamtprozess. Die wichtigste Innovation aber ist ein ganz neuer Bestückprozess – eigentlich schon ein neues Fertigungskonzept: das so genannte i-Placement.

Die Siplace X4i, die mit einem Doppeltransport ausgerüstet ist, kann Leiterplatten sowohl im synchronen als auch im asynchronen Modus bestücken. Im bewährten Siplace-Bestückkonzept arbeiten dabei beide Köpfe alternierend auf den Leiterplatten in beiden Transportspuren. Während der erste Kopf Bauelemente auf beiden Leiterplatten bestückt, nimmt der andere Kopf neue Bauelemente auf.

Zusätzlich zum synchronen und asynchronen Modus wurde jetzt ein weiteres, völlig neues Bestückkonzept entwickelt: das i-Placement. Hier arbeiten beide Köpfe gleichzeitig und bestücken unabhängig voneinander jeweils eine Leiterplatte. Warum lässt sich mit dem i-Placement schneller bestücken? Die Bestückköpfe, Pipetten und Bauteileförderer der Siplace-X-Serie haben die Bauteilaufnahme derart beschleunigt, dass nicht mehr diese, sondern der Transportweg zur Leiterplatte zum geschwindigkeitsbegrenzenden Faktor wurde. Mit dem i-Placement verkürzen die Siemens-Ingenieure diese Wege und erzielen so eine deutlich höhere Bestückleistung.

Produktivität ist niemals Nebensache, deswegen ist die Siplace X4i nicht nur schnell, sondern unterstützt zudem intelligente Linienkonzepte für mehr Produktivität, wie der Option Productivity Lane. Hier lässt sich der Doppeltransport so einstellen, dass der verbleibende Platz zwischen den beiden zu bestückenden Leiterplatten als dritte Transportspur genutzt werden kann. Dadurch wird parallele Bestückung in der Linie ermöglicht und die Produktivität der Fertigungslinie erhöht.

Mit „Combined PCB“ steht für die X4i eine weitere Technologie zur Verfügung, um die Produktivität der SMT-Fertigungslinie zu steigern. Dabei werden im Bestückbereich zwei Leiterplatten mittels Combined-PCB-Funktion zu einer zusammengefasst und in einer Transportspur gleichzeitig bestückt, dies erhöht den Bestückinhalt der „neuen großen Leiterplatte“ deutlich und sorgt für optimale Maschinenauslastung. Bei kleinen Leiterplatten wird durch kürzere Transport- und Nebenzeiten die Gesamtleistung des Systems erheblich gesteigert.

Mit der innovativen Option Combined PCB lassen sich Leiterplatten nun wesentlich einfacher kombinieren. Zwei Leiterplatten, oft Leiterplatten-Oberseite und -Unterseite, werden einfach zusammen- geschoben – erst in der Programmierumgebung mit der Maus, und dann genauso einfach an der Linie. Um die Konfiguration kümmert sich die Si- place-Software automatisch, für die genaue Positionierung sorgt der Bestückautomat.

Genauso wie alle anderen Siplace-Automaten auch ist die Siplace X4i bereit für die technologischen Herausforderungen, die die Miniaturisierung der Leiterplatten und die hohe Funktionsdichte moderner Bauelemente mit sich bringen. 01005-Bauelemente sind zwar schon geraume Zeit in aller Munde, doch oftmals werfen die Prozesse in der Praxis noch gravierende Probleme auf. Denn diese Bauelemente in der Größe von nur 0,4 x 0,2 x 0,2 mm sind nur dann zuverlässig und mit hoher Geschwindigkeit zu verarbeiten, wenn der gesamte Fertigungsprozess für diese Aufgabe konzipiert ist. Unter anderem sorgen hochpräzise arbeitende digitale Visionsysteme am Bestückkopf für höchste Qualität bei der Bestückung.

In diesem Bereich ist das neue Siplace Hochleistungs-Vision-System unschlagbar. So ist es besonders schwierig, bei Bauteilaufnahme und Bestückung zwischen korrekt und hochkant aufgenommenen Bauteilen zu unterscheiden. Mittels digitaler Datenanalyse werden Bauelemente und Leiterplatten schneller und zuverlässiger erkannt als zuvor. Kameras, die mit der neuen digitalen Technik ausgestattet sind, identifizieren an den Bestückköpfen Bauelemente schnell und eindeutig.

Mit ihren variabel einstellbaren Beleuchtungen und unterschiedlichen Bildebenen, hochauflösenden Digitalkameras und hoher Rechenleistung für den schnellen Bildvergleich bieten die aktuellen Siplace Vision-Systeme die Gewähr für eine exzellente Kontrolle der Bauteilaufnahme sowie -abgabe. Mit den optional verfügbaren Bauteilsensoren lässt sich die 01005-Prozessqualität noch weiter steigern.

Zusätzlich sorgt die externe Vision Teaching Station, die nach dem selben Prinzip arbeitet wie das Siplace Vision-System, für die vereinfachte Einführung neuer Produkte. Der Vorteil: Bauelemente werden bei laufender Linie offline eingelesen und beschrieben und eine längere Unterbrechung der Produktion wird somit vermieden.

Auch die Bauteilzuführung ist ganz auf die Erfüllung der hohen 01005-Anforderungen ausgelegt. Die Förderer der Siplace X-Serie sind auf so hohe Genauigkeit ausgelegt, dass die präzise Platzierung auch bei voller Geschwindigkeit erfolgen kann. Darüber hinaus verfügen die Siplace X-Förderer über Elektronik, die laufend die Abholposition misst und die Abholgenauigkeit optimiert.

Die Praxistauglichkeit dieser Technologien wird von Siplace laufend in Evaluierungen, Feldtests und durch Auswertungen von Leistungsdaten von bei Kunden im Einsatz befindlichen SMT-Bestückautomaten kontrolliert und optimiert. Ein Beispiel für einen solchen Test liefert die Nachrüstung einer in laufender Produktion befindlichen Siplace X4 – dem bewährten Vorläufer der neuen X4i auf 01005-Prozesse – einfach durch Aufspielen der aktuellen Software-Version und Austausch einiger Feeder-Komponenten. Die Genauigkeit betrug danach im praktischen Betrieb zwischen 17 und 28 µm. Die Abholrate lag je nach Kopf zwischen 99,95 und 99,97%, bei einem Durchsatz von 70 820 Bauelementen pro Stunde.

Die Miniaturisierung macht jedoch nicht bei der Größe der Bauelemente Halt, immer mehr Funktionen müssen auf immer kleinerem Raum untergebracht werden. Dies führt zu neuen zukunftsträchtigen Technologien wie der Anordnungsform Package-on-Package (PoP), die vielfach auch als CSP-Stacking bezeichnet wird. Siplace-Automaten sind heute schon ausgestattet für diese zukunftsweisende Technologie. Beim CSP-Stacking werden zwei Bauelemente übereinander bestückt – zum Beispiel Prozessor und Speicher. Das Prinzip spart nicht nur viel Platz, sondern verkürzt die Übertragungswege für elektrische Signale, minimiert Hochfrequenz-Interferenzen und erlaubt es, Prozessor und Speicher flexibel zu kombinieren. Es stellt aber auch besondere Anforderungen an den Bestückprozess. So müssen die auf der Oberseite angebrachten Bauelemente vor dem Löten mit Flussmittel benetzt werden. Dafür bietet Siplace die neueste Version des so genannten DIP-Moduls an.

Das neue Modell arbeitet nicht mehr mit einem sich drehenden Teller und einem festen Rakel, sondern mit einem speziell dafür entwickelten, beweglichen Druckkopf, der das Flussmittel bevorratet und verteilt. Dieser fährt nach der Verteilung des Flussmittels zur Seite. Die Schichtdicke für kleine Kontaktflächen lässt sich mit einer Genauigkeit von ±3 µm einstellen. Selbst bei Stillstand der Anlage sorgt das Modul selbsttätig für optimale Qualität des Benetzungsmediums. Das neue DIP-Modul arbeitet mit sämtlichen Bestückköpfen zusammen, einschließlich des superschnellen 20-Segment-Bestückkopfes der Siplace X-Serie.

Productronica: A5.177

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