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Inhouse Herstellung von Unterstützungsvorrichtungen von morgen

Schlüsselfertiges System für optimalen Leiterplattensupport
Inhouse Herstellung von Unterstützungsvorrichtungen von morgen durch Inspire Solutions

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Additive Produktionstechnologien wie 3D-Drucker werden in Fabrikanwendungen häufiger als je zuvor eingesetzt. Der enge Verwandte dieser Technologie ist die subtraktive Produktionstechnik mit einem ähnlich großen Wertversprechen. Während die additive Produktion durch Hinzufügen von Material arbeitet, bis das endgültige Objekt hergestellt ist, entfernt die subtraktive Produktion Material aus einem anfänglichen Materialvorrat. Die subtraktive Produktion dringt jetzt in die intelligente Fabrik vor, beginnend mit Werkzeugmaschinen. Diese Technologien gewinnen an Dynamik, da sie niedrigere Arbeitskosten, Losgröße 1, einfache und kostengünstige Herstellung, planbare Produktionszeiten, Produktion nach Bedarf und mehr bieten.

Bevor wir uns dem Thema nähern, müssen wir die Begrifflichkeiten definieren. Toolings sind Geräte, die ein Produkt während der Fertigung in einer Maschine halten. Sind die Toolings flexibel, können sie permanent in der Maschine bleiben. Spezielle Toolings sind in der Regel für jede Produktionscharge einer bestimmten Teilenummer spezifisch und werden dann eingesetzt, wenn die nächste Charge ausgeführt wird. Toolings sind keine Produktträger oder Vorrichtungen, die ein Produkt auf seinem Weg entlang der Produktionslinie sowie durch jede Maschine unterstützen.

Toolings in Elektronikfertigungen

Ein Großteil der SMT-Fehler entstehen durch den Schablonendruckprozess, wobei viele der Fehler mit einer schlechten Leiterplattenunterstützung im Drucker zusammenhängen. Je instabiler und dünner Leiterplatten sind, desto mehr benötigen sie zur Stabilität eine Unterstützung. Die meisten Ingenieure sind sich einig, dass die Verwendung dedizierter Toolings einen optimalen Platinensupport bieten. Ein großer Vorteil ist die Verwendung der Vakuumfunktion des Schablonendruckers. Heutzutage sind viele Leiterplatten nicht vollständig flach, und bei doppelseitiger Montage werden die Leiterplatten nach dem ersten Reflowprozess weiter verzogen. Die Vakuumfunktion hilft, die Leiterplatte zu begradigen, indem sie auf das Tooling gezogen wird. Diese Methode ist jedoch sowohl zeitlich (mehrtägiges Warten auf das Eintreffen des produktspezifischen Toolings) als auch in Bezug auf die Kosten pro Tooling recht teuer. Sind diese aus Metall, sind sie schwer und führen zum umständlichen Einsetzen und Entfernen aus der Maschine.

Unterstützungspins werden häufiger verwendet, da sie für allgemeine Anwendungen gut geeignet sind und einen sofortigen, flexiblen Prozess ermöglichen. Zu den Nachteilen zählen jedoch die Unfähigkeit, Vakuum zu verwenden, eine schlechte Unterstützung zwischen den Stiften insbesondere bei dünneren Platten, Druckfehler, die mit einer schlechten Wartung (Anhaften der Stifte) verbunden sind sowie relativ hohe Kosten. Sollte außerhalb der Leiterplatte selbst keine Unterstützung vorhanden sein, können sich Schablonen nach oben zur Mitte hin verbiegen. Die Folgen könnten unzureichende Druckpaste in der Mitte bzw. zuviel in Richtung der Kanten sein. Zudem müssen die Unterstützungspin in der Regel von Hand in der Maschine platziert werden, was mit hohen Ungenauigkeiten verbunden ist. Somit sind Fehler vorprogrammiert.

Sofort verfügbare Unterstützungswerkzeuge

Die neueste Technologie von Inspire Solutions verfügt über eine Mini-CNC-Maschine, die ein Spiegelbild der Unterseite der Leiterplatte in einem für den Druckprozess optimierten Material erzeugt. Der Rohling verfügt über hohe Anpassungsfähigkeit, mit deren Hilfe die vielen mechanischen Teile ausgerichtet werden können, welche während dem Rakelprozess perfekt zusammenkommen müssen einschließlich Werkzeugplatte, Werkzeug, Leiterplatte, Schablone sowie Rakel. Jedes Teil hat eine bestimmte Toleranz, so dass Fehler auf ein Mindesmaß reduziert werden. Die Beweglichkeit des Toolingmaterials hilft beim Ausrichten der verschiedenen Teile für eine verbesserte Bedruckbarkeit. Der X-/Y-Portalkopf scannt die Topographie der Leiterplattenunterseite durch Lasersensor mit festem Abstand. Beim Auftreffen auf eine Komponente bewegt sich der Kopf in die positive Z-Richtung, um den gleichen Abstand einzuhalten. An der Unterseite des Scankopfs ist ein Router angebracht, der das Spiegelbild der Leiterplattenunterseite aus dem biegsamen Material herausschneidet. Mit anderen Worten, es ist keine Programmierung erforderlich. Der Auftrag wird wie bei einem 3D-Drucker einfach gestartet und das Werkzeug ist anschließend bereits nach 2 bis 3 Stunden fertig.

Der Rohling besteht aus einem gewellten Materialkern mit einem an jeder Seite angebrachten ESD-schaumartigen Material. Der doppelseitige Rohling eignet sich dabei für zwei leiterplattenspezifische Toolings. Der Wellkern ermöglicht die Verwendung der Vakuumfunktion des Schablonendruckers, um die Leiterplatte auf das Tooling zu ziehen.

Die Toolings können praktisch für alle SMT-Maschinen verwendet werden, mit Ausnahme von Hochtemperaturanwendungen wie Reflow- und Wellenlötanlagen. Die Verwendung dieser Technologie für Schablonendrucker bringt alle Vorteile zusammen: Firmeninterne, bedarfsgesteuerte Werkzeuge für optimalen Support, Vakuumfähigkeit in Verbindung mit niedrigen Materialkosten.

www.inspire-ondemand.com

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