Produktivität steigern Steve Watkin, DEK Printing Machines GmbH, Bad Vilbel

Kundenspezifische Leiterplattenunterstützungen zeigen ihre Stärke bei hochvolumigen Anwendungen mit geringer Variabilität. Flexible automatische Tooling-Systeme sind ideal bei stark variabler Produktion. Inline-Inspektionssysteme erkennen und eliminieren Fehler, bevor sich diese in der Kette nach unten verbreiten; modernere Inspektionssysteme liefern sogar Feedback, um den Druckprozess weiter zu verfeinern. Verfahren mit dem geschlossenen Druckkopfsystem ProFlow vergrößern das Fenster für den Pastentransfer und erlauben dank höherer Druckgeschwindigkeiten einen höheren Produktionsdurchsatz. Alle vorgenannten Möglichkeiten zur Steigerung der Fertigungsproduktivität sind mehr oder weniger optional. Doch ein Prozess im Schablonendruck von Lotpasten kann niemals optional sein – das Reinigen der Schablonen.

Angemessene Schablonenreinigung ist für eine gute Qualität unverzichtbar. Optimierte Schablonen- und Lotpastentechnologien liefern bestmöglichen Pastentransfer. Doch selbst beim besten Verfahren ist das Reinigen der Schablonenapertur früher oder später unumgänglich. Für die integrierte Schablonenreinigung bieten sich mehrere Verfahren an. Eines jedoch hebt sich deutlich von anderen ab – das mehrfach preisgekrönte Schablonenreinigungssystem Cyclone von DEK. Mit höherer Reinigungsgeschwindigkeit, verbesserter Reinigungsleistung und beschleunigtem Wechsel des Verbrauchsmaterials – in diesem Fall des Reinigungspapiers – ermöglicht es eine erhebliche Produktivitätssteigerung.

Das alleinige Beschleunigen der Durchlaufzeit der Reinigung, d. h. ein schnelleres Säubern der Schablonenunterseite, ermöglicht keine Reduzierung der Zykluszeit. Es besteht die große Gefahr einer zu geringen Reinigungseffizienz, zu große Mengen an Lotpaste bleiben an der Schablonenunterseite und in den Aperturen zurück. Man darf nicht vergessen, dass mit zunehmend kleiner werdenden Schablonenaperturen und steigenden Aperturzahlen pro Schablone das wirksame Entfernen überschüssiger Lotpaste eine immer größere – und wichtigere – Herausforderung darstellt.

Ein herkömmliches Reinigungssystem einfach nur schneller zu betreiben führt also zu keinem zufriedenstellenden Ergebnis. Ein wesentlich effizienterer Ansatz besteht darin, die Reinigungsfläche des Schablonenreinigungssystems im Kontakt mit der Schablonenunterseite zu vergrößern. Dies wurde beim Cyclone durch Vergrößern des Reinigungskopfes erreicht. Genau genommen reinigt dieses Schablonenreinigungssystem die Schablone mit fünf Reinigungsköpfen gleichzeitig. Dies erlaubt ein schnelleres Durchlaufen des Reinigungsmechanismus unter der Schablone, ohne die Reinigungsleistung oder deren Zuverlässigkeit herabzusetzen. So werden kürzere Zykluszeiten ohne Kompromisse bei der Reinigungsleistung möglich. Mehr dazu weiter unten.

Eine weitere Möglichkeit, die Zykluszeit zu verkürzen, besteht darin, die Zahl der Vorgänge im Reinigungszyklus zu reduzieren. Die meisten papierbasierten Reinigungssysteme nutzen eine Kombination aus Nass-, Vakuum- und Trockenreinigung, wobei jeder dieser Vorgänge in einem separaten Durchlauf erfolgt. Natürlich gibt es für jeden Schablonentyp eine optimale Reinigungskonfiguration. Die meisten Schablonen lassen sich jedoch mit einem dreistufigen Reinigungsverfahren bestehend aus einem Nass-, einem Vakuum- und einem Trockendurchlauf in zufriedenstellender Qualität reinigen. Die Kernaussage liegt hier im Wort zufriedenstellend: Die zufriedenstellende Reinigung der Schablonenunterseite ist von grundlegender Bedeutung für gute Prozessqualität. Ein zu häufiges Reinigen verlangsamt den Prozessdurchsatz unnötig. Tools für die statistische Prozesskontrolle (SPC) können zwar helfen, die Reinigungsfrequenz zu optimieren, doch da die Aperturgrößen immer kleiner werden, ist zwangsläufig ein häufigeres Reinigen erforderlich. Zudem besitzen bleifreie Pasten schlechtere Auslöseverhalten, was ebenfalls zu höherem Reinigungsbedarf beiträgt.

Ganz klar, die schlechte Pastenauslösung aus der Schablonenapertur – ein Thema, über das sich lange diskutieren lässt – ist in der Produktion absolut unerwünscht. Lotpaste, die in der Schablonenapertur hängen bleibt, neigt dazu, die Apertur zum Teil zu blockieren. Bei nachfolgenden Druckzyklen füllt sich die Apertur weiter zu, so dass zunehmend weniger Lotpaste auf der Leiterplatte ausgelöst wird. Wird die auf der Schablone zurückbleibende Paste nicht hinreichend häufig entfernt, sinkt die Prozessqualität und mit ihr der Durchsatz in der Produktion auf einen inakzeptablen Wert ab. Die Pastentransfereffizienz sinkt bereits ab dem ersten Druckdurchgang nach Reinigung der Schablonenunterseite. In einem optimierten Produktionsprozess, der innerhalb der erwünschten Grenzen abläuft, wird kurz bevor der Prozess beginnt die Grenzwerte zu überschreiten, ein Reinigungszyklus ausgelöst. Dies ist eine optimale und damit als zufriedenstellend zu erachtende Reinigungsstrategie.

Die große Herausforderung bei der Verkürzung der Zykluszeit herkömmlicher Schablonenreinigungsverfahren liegt darin, dass alle drei der beschriebenen Reinigungsvorgänge erforderlich sind, um ein bestmögliches Entfernen überschüssiger Lotpaste und des aufgebrachten Reinigers zu erreichen, bevor der nächste Druckdurchlauf beginnt. Das schlichte Weglassen eines oder mehrerer dieser Reinigungsvorgänge, etwa des Vakuum- oder des Trockendurchgangs, bietet daher keine Lösung. Eine Änderung des Reinigungsvorgangs und der Reinigungstechnologie dahingehend, dass mehrere Reinigungsvorgänge parallel ablaufen, kann die Gesamtdauer des Reinigungszyklus hingegen deutlich verkürzen. Auch hier sticht das Cyclone durch effizientes Vereinen von Vakuum- und Trockenreinigung hervor: Das Vakuum wird durch das Reinigungspapier hindurch auf die Schablonenunterseite übertragen, welches überschüssige Lotpaste von der Schablone und aus den Aperturen in das Reinigungspapier zieht. Gleichzeitig reinigt dieses Schablonenreinigungssystem mit einem neuen Reinigungsmechanismus die Schablonenunterseite mit dem Papier und erzielt damit eine wesentlich gründlichere Reinigung. Damit sind nun in einem typischen Druckprozess nur noch zwei Reinigungsdurchgänge erforderlich, um die Schablonenunterseite mit einer kompletten Nass-, Vakuum- und Trockenreinigungsroutine zu säubern – eine Zeitersparnis und Produktionssteigerung um bis zu dreißig Prozent!

Diese höhere Geschwindigkeit und Reduzierung der Zahl der Reinigungsdurchgänge liefern die Antwort auf die Frage, wie sich der zeitliche Mehraufwand der aufgrund kleinerer Aperturen und bleifreier Pasten erforderlichen häufigeren Reinigungszyklen kompensieren lässt.

Ein weiterer gewichtiger Faktor in der Gesamteffizienz und Produktivität von Druckprozessen ist der Einsatz von Reinigungspapier. Je größer die Zahl der Reinigungsvorgänge, desto höher der Papierverbrauch, desto häufiger müssen die Anlagen gestoppt werden, um Papier nachzufüllen. Ähnlich verhält es sich bei Reinigungsverfahren, bei denen das Papier nach den einzelnen Reinigungsdurchgängen weiter vorwärts bewegt wird, als unbedingt erforderlich. Einige Reinigungssysteme zum Beispiel bewegen das Papier immer um den gleichen Abstand weiter, ungeachtet dessen, ob gerade ein Nass-, ein Trocken- oder ein Vakuumreinigungsdurchgang ablief. Bei modernen Reinigungssystemen lässt sich präzise steuern, um welchen Abstand das Reinigungspapier nach den verschiedenen Reinigungsdurchgängen weiter bewegt werden soll. Dadurch werden zusätzliche Einsparungen im Papierverbrauch möglich, die sich wiederum in einer deutlichen Reduzierung nicht nur der Papierkosten, sondern auch der für den Papierwechsel erforderlichen Zeit auswirken.

Entscheidend ist auch die Schnelligkeit und der Aufwand, mit dem sich das Papier wechseln lässt. Das Herzstück des preisgekrönten Designs von Cyclone bildet eine Papierkassette, die sich als Kompletteinheit herausnehmen und in wenigen Sekunden austauschen lässt. Eine enorme Erleichterung gegenüber den bisherigen Reinigungssystemen, bei denen das frische Reinigungspapier direkt an der Maschine bespannt werden muss.

Die Schablonenreinigung ist als feste Komponente im Druckprozess unumgänglich. Wie die Erkenntnisse aus der Praxis zeigen, machen die immer kleiner werdenden Aperturen ein immer häufigeres Reinigen nötig. Hoch wirkungsstarke Reinigungstechnologien, wie etwa das Cyclone sie bietet, eröffnen Herstellern hier eine echte Option.

Bei einem stabilen Fertigungsprozess, zufriedenstellenden Gutmengen und unter Nutzung konventioneller Reinigungstechniken optimal geregelten Reinigungszyklen bietet dieses Schablonenreinigungssystem die Möglichkeit, eine höhere Reinigungsleistung pro Reinigungszyklus zu erreichen. Damit sind weniger Reinigungszyklen ausreichend, die zudem schneller ausgeführt werden können. Das Ergebnis: eine deutlich gesteigerte Produktionsleistung.

Dort, wo die Gutmengen in der Produktion durch häufigeres Reinigen verbessert werden könnten, der Produktionsdurchsatz ein solch häufiges Reinigen im Prinzip aber nicht zulässt, eröffnet das Cyclone dank der kürzeren Zykluszeit die Möglichkeit, die Reinigungsfrequenz zu erhöhen, ohne den Produktionsdurchsatz zu schmälern. Beide Szenarien eröffnen klare Produktivitätsvorteile und helfen, den Fertigungsprozess trotz kleiner werdender Schablonenaperturen und bleifreier Pasten, die ein häufigeres Reinigen erfordern, zukunftsfähig zu gestalten. Hersteller können von der Flexibilität und den Produktivitätsvorteilen, die die neuen Schablonenreinigungsverfahren bieten, in jeder Hinsicht profitieren.

EPP 416