Optimale Anpassung an Aufgaben

Guni Schiller,Firma Sieghard Schiller, Sonnenbühl

Wegen der kürzeren Produktlebenszyklen gilt es, die Taktzeiten einer Linie zu senken, um die Fertigungskosten je Produkt zu reduzieren und die Amortisationszeit zu verkürzen (Break-Even). Aufgrund kurzer Entwicklungs- und Produktlebenszyklen zählt sozusagen auch die Time-to-Market für die Anlagen, denn sie müssen in relativ kurzen Zeiträumen ihre Investitionskosten verdienen. Eine höhere Genauigkeit ist nötig für die Produktqualität und aufgrund der Miniaturisierung der Bauteil. Zudem muß ein Maschinendesign auch ergonomischen Grundsätzen gehorchen, selbst bei Automaten, denn sichere Prozeßvisualisierung, Produktionsüberwachung sowie Umrüstung muß stets gewährleistet sein. Höhere Leistung hingegen ist ein wichtiges Kriterium für den Fertigungsdurchsatz, um generell die Produktionskosten zu senken.

Das Standardzellenkonzept für modulare Systemlösungen bei Montage- und Dis-pensaufgaben in der Elektronik und Mikroelektronik von Sieghard Schiller verspricht aufgrund von konstruktiv durchdachten Details eine enorme Steigerung der Wirtschaftlichkeit bei der Produktion von Komponenten. Mit ihm wird ein Beitrag zur besseren Rechnung der Cost-of-Ownership (Betriebkosten) erzielt.

Stetig steigende Anforderungen an die Wirtschaftlichkeit von Produktionsanlagen oder -linien fordern immer größere Flexibilität und Modularität, um für eventuelle Produktänderungen, hohe Typenvarianten oder für die Fertigung völlig verschiedener Produkte auf einer Anlage gerüstet zu sein. Auf der Basis einer Standard-Plattform werden diese Forderungen, ebenso jene nach einer höheren Fertigungsqualität und niedrigeren Fertigungskosten vom Schiller-Standardzellendesign erfüllt. Die Grundmodule dieses Baukastensystems bestehen aus unterschiedlichen Funktionseinheiten: Basiszelle, Bauteilezuführungen, typspezifische Werkzeuge, Baugruppentransportsystem inklusive Rücktransport und Steuerung. Ausgerüstet mit standardisierten Schnittstellen ist ein Austausch der Module (beispielsweise Bauteilzuführung oder typspezifisches Werkzeug) innerhalb einer sehr kurzen Umrüstzeit möglich.

Ein Raster von insgesamt drei Zellenbreiten, kombinierbar mit drei Zellentiefen, ermöglicht die optimale Nutzung des Footprints durch Anpassung in Breite und Tiefe der Produktionszellen an unterschiedliche Verfahrwege. Damit sich innerhalb der Stationen optimale Taktzeiten erreichen lassen und in Verbindung mit der kompletten Linie können eventuell unterschiedliche Arbeitsschritte in einer Zelle zusammengefaßt werden. Abhängig von der jeweiligen kundenspezifischen Applikation können die Zellen mit verschiedenen Antriebsarten oder Achssystemen bestückt werden. Eine höhere Plazier- bzw. Montagegenauigkeit sowie höhere Verfahrgeschwindigkeit wird durch Linearmotoren sowie exakte Steuerung und Messungen erzielt. Dies ist auch wegen der immer kleiner und kompakter werdenden Bauteile bzw. Baugruppen zunehmend erforderlich.

Die Bereitstellung von maximal vier Komponenten je Station erfolgt rückwärtig z.B. mit Rüttelzuführungen oder Paletten- und Behältertransport. Diese nach Bedarf austauschbaren Zuführungen werden an die Zelle angedockt und autark gesteuert. Die Elektrik und Pneumatik befindet sich im unteren Teil der Zelle, sie ist ausziehbar und somit im Wartungsfall leicht zugänglich. Daneben ist noch ausreichend Raum zur Unterbringung von Prozeßstationen wie Schraubzuführungen oder Materialbereitstellungen. Ein segmentiertes Transportbandsystem, bestehend aus Doppelgurtbändern für Werkstückträger und Boote, stellt die konsequente Fortführung des modularen Konzeptes dar. Ein Rücktransport der Werkstückträger kann platzsparend oberhalb der Roboterzellen realisiert werden.

Innerhalb einer Spanne von 250 mm Verfahrweg in der Höhe (Z) ist die Achsaufhängung im Rastermaß eingebaut, folglich können differierende Aktionshöhen bei einer normierten Fertigungshöhe, wie sie SMEMA oder kundenspezifische Auflagen vorgeben, gehandhabt werden. Insgesamt sind bis zu sechs Achsen in der Zelle möglich, zusätzlich können die Z-Achsen mit Mehrfach-Werkzeugen für unterschiedliche Arbeitsschritte ausgerüstet sein. Das industrieerprobte Bedienterminal mit menüorientierter Bedienerführung und Displaytechnik für Klartextanzeigen von Status, Fehlermeldungen etc. ist praktisch und platzsparend in einer Scharnierklappe untergebracht. Die zur Betreibung der Anlage notwendigen Bedien-elemente wie Schlüsselschalter, Start, Stopp, Reset, Notaus usw. sind auf einem kleinen Bedienpult angeordnet.

Für den automatischen Ablauf können die einzelnen Stationen nach Bedarf miteinander verkettet sowie auch andere Anlagen integriert werden. Ein Leitrechner übernimmt dann über ein Bussystem die Datenhaltung und Typverwaltung der Produkte während des Prozeßablaufs. Ebenso wird über diesen Rechner die Einleitung von Umrüstvorgängen ausgeführt. Als Optionen stehen Barcodescanner oder mobile Datenträger zur Erhöhung der Prozeßsicherheit zur Verfügung. Als Beispiele für die hohe Modularität des Systems hier mit Dispens- und Montagestation zwei Anwendungen aus der Mikroelektronikfertigung. EineDispensstation kann auf Basis der Plattform konfiguriert werden, wobei sich je nach Vergußmaterial der Dispenskopf mit Materialaufbereitung aus dem Baukastensystem integrieren läßt. Zum Kleben und Vergießen können z.B. Vergußmaterialien wie Silikon, Epoxydharz oder PU eingesetzt werden. Für Applikationen wie glob-top, Dam & Fill oder Underfilling bei Flip-Chip-Montage wird anhand des Materials der Dispenskopf bestimmt. Der Verguß kann entweder zwei- oder dreidimensional erfolgen. Zur Prozeßsicherung können verschiedene Module eingesetzt werden: automatische Lagekorrektur der Bauteile, Heizung von Material bzw. Bauteil, automatische Nadelkorrektur, Reinigungsstation für Vergießnadel und zyklische Kontrolle der Vergußmenge.

Auf Basis derselben Standard-Plattform kann beispielsweise auch die Montage von Keramiksubstraten realisiert werden. Die Baugruppe wird per Träger über Transportband bereitgestellt. Zum Herstellen der Klebeverbindung wird der Klebstoff entweder über ein Dispenssystem oder über das Pin-Transfer-Verfahren auf die Baugruppe appliziert. Die Keramiksubstrate werden über eine automatische Nutzen-Brechvorrichtung oder über Blister zugeführt und mittels Roboterarm auf die Baugruppe montiert. Auch hier stehen verschiedene Prozeßsicherungsmodule zur Verfügung wie Topfzeit-Überwachung des Klebers, Kraft-Weg-Überwachung des Montagevorganges und Bildverarbeitung zur Lage- oder Qualitätskontrolle.

Die dynamische Marktentwicklung läßt oft ein großes Engagement der Elektronikproduzenten für Konzept und Umsetzung von Fertigungslinien nicht mehr zu, statt dessen sind schlüsselfertige Systeme gefordert. Die Auswahl des „richtigen„ Automatisierungspartners ist also entscheidend. Mit seinen schlüsselfertige Lösungen für die Mikroelektronikmontage offeriert Schiller nicht nur bewährte und solide Maschinenbauperformance, sondern auch jene Dienstleistung, die nötig sind, um gemeinsam mit Kunden die optimale Fertigungsanlage zu konzipieren und Prozeßabläufe sicherzustellen. Wir verfügen über ein durch jahrelange Erfahrung erworbenes Wissen in der Prozeßtechnik.

In der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung sind neben der Basisinvestition auch noch andere Kostenbereiche wichtig. Kriterien wie Wartungsintervalle, Stillstandszeiten, Ersatzteilbedarf über den gesamten Nutzungszyklus sowie die Energieaufnahme wirken nicht unmaßgeblich auf die Berechnung der gesamten Cost-of-Ownership ein. Die hier vorgestellten Standardfertigungszellen ermöglichen schnelles Umrüsten auf andere Produkte. Somit ist speziell in Fertigungen mit gelegentlich wechselnden Produkten oder jenen mit kürzeren Lebenszyklen bzw. höherer Produktvielfalt eine raschere Amortisation möglich. Um Automatisierungsaufgaben effektiv umsetzen zu können, ist eine frühe Kooperation mit dem Maschinenhersteller wichtig, weil dessen Erfahrungen schon in der Produktentwicklung hilfreich sein können. Das verhilft nicht nur zu hoher Wirtschaftlichkeit bei der Automatisierung der Fertigungslinie und der kunden- bzw. produktspezifischen Abstimmung, sondern ist geeignet auch das Produkt automatisierungsfreundlicher zu gestalten.

EPP 259