Plattform mit Zukunft Siiemens AG, L&A, München

Mit der Siplace X präsentiert Siemens eine Maschinen-Plattform mit einer Vielzahl neuentwickelter Komponenten. Damit setzt die Plattform neue Benchmarks bei Bestückungsleistung, Flexibilität und Präzision. Am deutlichsten zeigt dies der neue 20-Segment-Collect&Place-Kopf. Montiert an den stabil konstruierten Portalen aus Kohlefaser-Verbundstoffen kann ein einziger dieser Hochleistungsköpfe 20.000 Bauelemente pro Stunde (BE/h) aufnehmen und platzieren. Ausgestattet mit maximal vier Portalen und Köpfen, vermag eine einzelne Siplace X bis zu 80.000 BE/h zu bewältigen. Eine Leistungssteigerung, deren Realisierung nicht nur ein neues Kopfkonzept, sondern auch Veränderungen bei Portalen, Visionsystem und Förderern erforderte.

Die wesentlichen Veränderungen am neuen Collect&Place-Kopf sind sofort sichtbar: anders als die bisher bekannten C&P-Köpfe rotiert er nicht in vertikaler Richtung, sondern in einem 45° Winkel. Diese Technik machte es im Vergleich zum bisherigen Siplace-Kopfkonzept möglich, den Bestückkopf mit 20 Pipetten zu versehen, ohne die Kopfabmessungen vergrößern zu müssen.

Mit seinen Pipetten kann der C&P-Hochleistungskopf Bauelemente unterschiedlicher Größe und Form aufnehmen. Dies reicht von größeren Bauelementen mit Abmessungen von 6 x 6 mm², und geht hinunter bis zur neuesten Generation von kleinsten Bauteilen: den 01005-Bauelementen, die insbesondere in der Mobiltelefon-Produktion schnell an Bedeutung gewinnen werden. Diese Bandbreite sichert den Fertigern eine hohe Effizienz in der Linie, denn der neue Hochleistungskopf deckt damit mehr als 90 Prozent des Bauteilespektrums in der High-Speed-Fertigung ab.

Kleinstelemente wie 0201/01005-Bauteile erfordern eine sehr präzise Platzierung: Der 20-Segment-C&P-Kopf der Siplace X kann alle diese Bauelemente ohne Geschwindigkeitseinbußen und mit einer Genauigkeit von 55 µm bei 4 Sigma bestücken. Ermöglicht wird dies durch eine hoch entwickelte Antriebstechnik, bei der die Rotation des Kopfes und die exakte Drehung der Segmente und Pinolen unabhängig voneinander durch Präzisions-Direktantriebe erfolgt.

Eine weitere Veränderung am Kopf ist der neue Bauelemente-Sensor. Dieser Sensor überprüft bei Abholung und Bestückung, ob ein Bauelement erfolgreich von der Pipette aufgenommen bzw. abgelegt wurde. Anders als die Vakuumprüfung, bisher Stand der Technik, arbeitet der neue Sensor dank seines Lichtschranken-Prinzips auch bei Kleinst-Bauteilen zuverlässig.

Alternativ zum neuen 20-Segment-C&P-Hochleistungskopf können auf dem Bestückautomaten auch die bekannten 12- und 6-Segment-Köpfe sowie der hochpräzise Twin-Pick/Place-Kopf montiert werden. Da die Maschine mit zwei, drei oder vier Portalen und jeweils unterschiedlichen Köpfen ausgerüstet werden kann, wird eine große Skalierbarkeit bei Geschwindigkeit, Flexibilität und Bauteilespektrum erreicht. Die Elektronikfertiger können durch entsprechende Portal/Kopf-Kombinationen unterschiedlichste Leistungsmuster realisieren und fast jede Anforderung erfüllen. Die Kombination von 20-Segment-C&P-Kopf und Twin-Head beispielsweise deckt das komplette Bauteile-Spektrum von 01005 bis 85 x 85 mm² bzw. 125 x 10 mm² ab. Auch sogenannte Odd-Shaped-Components wie Steckverbindungen bereiten in dieser Kombination keine Probleme mehr.

Neben den Köpfen lassen sich trotz aller Neuerungen bei der Siplace X die bekannten Optionen der Siplace-Familie nutzen: von den Zuführmodulen über die Wechseltische bis hin zu High-Speed-Trayzuführung, Doppeltransport und Productivity Lift. Hier hat Siemens den Investitionsschutz für seine Kunden groß geschrieben.

Mit X-Vision verfügt die Siplace X über ein digitales, hochauflösendes Kamerasystem, das jede Pipette und jedes Bauteil einzeln und unabhängig von einander vermessen kann. Weil so für jedes Bauteil die optimale Lichteinstellung gewählt wird, werden auch geringfügige Abweichungen in Größe, Form und Farbe der Bauteile zuverlässig erkannt – ein wesentlicher Vorteil gegenüber der Mehr-Elemente-Messung. Dank neuer Algorithmen werden die Aufnahmen und Messungen schnell und zuverlässig den entsprechenden Elementen in der Bauteilebibliothek zugewiesen. Für die korrekte Bestückung wird der Winkel des Bauelements dann entsprechend der Soll-Angaben über die Drehung der Pinolen korrigiert.

Für die gesamte Prüfung, von der Aufnahme und Vermessung über den Datenabgleich bis zur Winkelkorrektur, wird eine Zeitspanne von nur 100 ms benötigt. X-Vision gewährleistet damit eine zuverlässige Prüfung und Positionierung von Bauelementen, ohne die extrem kurzen Taktzeiten des 20-Segment-C&P-Kopfes zu beeinträchtigen.

Ein weiteres Ergebnis der Ingenieursarbeit: das neue Siplace X-Visionsystem wird in Zukunft auch in den bewährten Bestückköpfen Twin-Head sowie 12- und 6-Segment-C&P-Kopf verwendet. Die Bedeutung des Visionsystems zeigt sich deutlich in der Leistungsfähigkeit des Twin Pick&Place Heads: mit X-Vision jetzt auch Bauelementegrößen von 55 x 45 mm² (vorher 50 x 40 mm²) in Einfachmessung mit Genauigkeiten von 35 µm bei 4 Sigma erfassen.

Kunden aus den Bereichen Medizin- und Fahrzeugtechnik verlangen dies bereits, weitere Branchen werden in den kommenden Jahren hinzukommen: Rückverfolgbarkeit – teilweise bis auf Bauelemente-Ebene hinunter. Effizient ist diese Aufgabe für Elektronikfertiger nur zu bewerkstelligen, wenn sich die Bestückautomaten in IT-Systemen mit entsprechenden Modulen einbinden lassen.

Um diesen Anforderungen zu entsprechen, hat Siemens die neuen Fördermodule der Siplace X mit „Intelligenz“ und Möglichkeiten zur automatischen Datenkommunikation ausgestattet. Der erste äußerliche Hinweis darauf ist das Förderer-Display, über das in Klartext Statusinformationen über Spur, Rastermaß (Pitch) und Zuführgeschwindigkeit sowie Fehlermeldungen oder Informationen zur Software-Version angezeigt werden. Die Einzelspur-Förderer decken das Spektrum von 8 mm bis 88 mm Gurten ab.

Eine weitere Innovation ist die kabellose Verbindung von Förderer und Automat. Der Siplace X-Förderer wird auf dem Wechseltisch in eine Zwangsführung eingeschoben, und dann, gesichert durch eine mechanische Verriegelung, über eine spezielle, kontaktlose Daten- und Energieübertragung angeschlossen. Die fehlerfreie Ankopplung und Energieübertragung wird dem Bedienpersonal über eine grüne LED-Leuchte signalisiert. Sofort nach der Ankopplung beginnt das Fördermodul mit dem Herunterladen des Bestückprogramms mit seinen Steuerungsinformationen wie Pitch und Fördertempo.

Bereits bei der Rüstung werden die eingelegten Bauelemente mittels Barcode-Scanner identifiziert, und mit der individuellen ID-Nummer des jeweiligen Fördermoduls verknüpft. Diese Daten können von entsprechenden Tracing-Programmen übernommen werden. Erfolgt ein Splicen der Bauelemente-Rolle, wird dies über die optionalen Splice-Sensoren erkannt, und den weiterführenden Systemen gemeldet. Ob bei Nachrüstung per Ersatz-Förderer, Nachrüstung im stromlosen Zustand oder dem gängigen Splicen: stets wird von der Maschine erkannt, dass ein Gurtwechsel oder Fördererwechsel stattgefunden hat, und ein entsprechender Barcode-Scan des neuen Gurtes erforderlich ist. Durch diese Rüstverifikation werden Fehlbestückungen frühzeitig und zuverlässig erkannt, und Unterbrechungszeiten in der Linie minimiert. Gleichzeitig wurde mit der Entwicklung der intelligenten X-Förderer eine wichtige Voraussetzung für eine Rückverfolgbarkeit in der Produktion geschaffen.

Die Siplace X ermöglicht erstmals den Förderer-Wechsel im laufenden Betrieb. Förderer können – wenn beispielsweise die rote LED-Leuchte den Leerlauf anzeigt – während laufendem Betrieb entriegelt und entnommen werden. Der Bestückautomat erkennt automatisch das Fehlen des Förderers, fährt aber mit der Bestückung fort, solange Bauelemente gleicher Bauart platziert werden können. Anwender können diese Zeit nutzen, um einen zweiten gerüsteten Förderer einzuschieben. Dieses Ankoppeln erkennt die Maschine, überprüft die korrekte Rüstung und beginnt dann mit der weiteren Bestückung dieser Bauteile. Der schnelle Wechsel zeigt eindrucksvoll die Vorteile des robusten X-Förderergehäuses mit kabelloser Verbindung.

Mit der Siplace X-Serie stellt Siemens eine neue Maschinen-Plattform mit großem Potenzial vor. Das skalierbare, durchdachte Maschinenkonzept, der neue Hochleistungsbestückkopf, die intelligenten Förderer und viele andere Neuerungen erleichtern es Elektronikfertigern, den Marktanforderungen der kommenden Jahre zu entsprechen. Darauf deuten auch die Ergebnisse der umfangreichen Feldtests hin, die Siemens bei Elektronikfertigern durchgeführt hat. Hier konnten beispielsweise die Effizienz der Linie erhöht, Umrüstzeiten bei Produktwechseln verkürzt oder auch Funktionalitäten mehrerer Maschinen in einer Siplace X vereint werden.

EPP 413