Elektronische Bauelemente und Baugruppen in Fahrzeugen sind extremen Temperaturen ausgesetzt. Um die Funktion der Bauteile sicherzustellen, müssen diese Umweltbedingungen in verschiedenen Testverfahren simuliert werden. Der in Amberg beheimatete Automatisierungsspezialist Baumann GmbH hat sich sehr frühzeitig auf die Entwicklung und den Bau von Prüfanlagen für solche Aufgabenstellungen konzentriert. Das über 600 Beschäftigte zählende Unternehmen produziert schlüsselfertige Produktionsanlagen für Kunden der internationalen Automobilzuliefer-, Elektronik- und Haushaltsgeräteindustrie. Alles aus einer Hand − von einzelnen Montage- und Prüfzellen bis zu komplett automatisierten Produktionslinien. Dabei setzt das Unternehmen bevorzugt auf die im eigenen Haus entwickelten, hochmodularen Standardzellen.
Auch die Anfrage eines weltweit tätigen TIER1 nach einer vollautomatischen, verketteten Linie für die Leiterplattenprüfung bei Raum- und Hochtemperatur beantworteten die Baumann Ingenieure mit einer individualisierten Standardlösung.
Perfekte Lösung aus dem Baukasten
Zum Einsatz kommt die sogenannte te|box, eine standardisierte und flexible Plattform für Prüftechnikapplikationen von Leiterplatten, die je nach Anforderung bei Raum-, Tief- (-40 °C) oder Hochtemperatur (+140 °C) getestet werden können. Auf Grund der hohen Flexibilität in Ausstattung und Ausführung lassen sich mit nur einer Anlage Leiterplatten verschiedenster Typen prüfen. Im konkreten Fall sind 100 Prozentprüfungen bei Raum- und Hochtemperatur unter harten Taktzeitkriterien auszuführen.
Josef Summer, Vertriebsleiter Test Solutions des Automobilzulieferers: „In der aktuellen te|box steckt jede Menge Know-how aus unseren ersten robotergestützten Standardanlagen für LP-Prüfungen. Durch technologische Fortschritte seitens der Robotik sowie gewisser Optimierungen konnten wir die Taktzeiten mit der neuen Anlagengeneration um rund ein Drittel reduzieren und deren Flexibilität weiter steigern.“
Wie hochflexibel die Anlagen in der Praxis sind, belegt die kundenspezifische Prüflinie eindrucksvoll. Die komplette Anlage besteht aus zwei über einen Ofen verketteten, vollautomatischen Prüfzellen, die beide mit jeweils einem Stäubli TX90L Sechsachs-Roboter in ESD-Ausführung ausgestattet sind. In der ersten Zelle stehen die LP-Prüfungen bei Raumtemperatur, in der zweiten die Hochtemperaturtests bei 140 Grad C auf dem Programm.
Der Prüfablauf im Überblick
Die Leiterplatten erreichen die erste Zelle, in die drei voneinander unabhängige Teststationen integriert sind, über ein zweispuriges Transfersystem. Aufgabe des Stäubli Sechsachsers ist es, die Leiterplatten abzugreifen und die Teststationen mit den empfindlichen Bauteilen zu bestücken. Dazu ist der Roboter mit einem komplexen Doppelgreifer in ESD-Ausführung ausgestattet, der es ihm erlaubt, eine geprüfte Leiterplatte zu entnehmen und die Zelle in einem Arbeitsschritt ohne Zwischenablage mit einer ungeprüften zu bestücken.
Anschließend werden die geprüften LP je nach Testergebnis auf dem zweispurigen Transfersystem abgelegt oder über ein N.I.O.-Band ausgeschleust. Die Gutteile durchlaufen dann eine Aufheizstrecke innerhalb eines Ofens, um die vorgeschriebene Temperatur für den Hot Function Test, kurz HFT, zu erreichen. Da die HFT etwas zeitintensiver ausfallen, ist diese Prüfstation mit vier identischen Teststationen ausgestattet. Nur so lassen sich die vorgegebenen Taktzeiten einhalten.
In dieser Zelle arbeitet ein identischer Stäubli TX90L ebenfalls in ESD-Ausführung und mit dem gleichen Doppelgreifer wie in Roboterzelle 1. Auch das Aufgabenspektrum ist prinzipiell das Gleiche. Der Sechsachser ist Herr der Station und übernimmt die Beschickung der vier HFT-Teststationen. Im ersten Schritt greift der Roboter eine heiße Leiterplatte vom Zuführband, fährt zur Teststation, an der die Kontaktierung öffnet, entnimmt eine getestete LP und legt eine nicht getestete ein.
Gutteile legt er abschließend auf einer Auslaufspur ab, N.I.O. Teile werden ausgeschleust.
Überzeugende Anlagentechnik mit vielen Finessen
Der Prüfablauf selbst ist klar strukturiert und damit prozesssicher. Die Standardanlagen des Automobilzulieferers sind hinlänglich bekannt für ihre überdurchschnittliche Verfügbarkeit. Die Finessen dieser Prüflinie hingegen offenbaren sich erst auf den zweiten Blick. Dazu Summer: „Die vielen überzeugenden Details sind es, die diese Anlage so leistungsfähig machen. Wir können taktzeitneutral umrüsten, Hochtemperaturtests sehr energieeffizient ausführen, die Anzahl der Teststationen variieren, elektrostatische Aufladungen sicher ausschließen, zwei unterschiedliche LP-Typen gleichzeitig auf der Anlage prüfen, bei Ausfall einer Teststation dennoch weiterarbeiten und vieles weitere mehr.“
Die Vorteile der te|box sind das Resultat der langjährigen Expertise der Unternehmens-Ingenieure auf dem Gebiet der Elektronikprüfung. Beispiel Hochtemperaturtests: Die LP-Prüfung im heißen Zustand ist die Besonderheit der Baumann HFT-Zelle. Hier ermöglicht der Einsatz spezieller temperaturbeständiger Adapter und eines effektiven Heizsystems die Bauteilprüfung bei Temperaturen von maximal 140 °C.
Dabei werden die Leiterplatten mit den speziell für das Produkt angefertigten Adaptern von oben und unten kontaktiert und getestet. Diese Lösung überzeugt dabei in zwei entscheidenden Punkten. Zum einen sind die Adapter beheizbar, was ein konstantes Temperaturniveau während der Prüfläufe garantiert, zum anderen lassen sie sich von außen manuell selbst bei laufendem Anlagenbetrieb schnell und einfach wechseln. Die Zustellung der Adapter erfolgt über die eigens dafür entwickelte Baumann Kontaktiereinheit.
ESD-Roboter als Flexibilitätsgaranten
Der Einsatz von Sechsachs-Roboter in der Lösung begründete vor knapp einem Jahrzehnt den Start in eine neue Ära der Elektronikprüfung. Starr verkettete Prozessschritte gehörten damit der Vergangenheit an. Fortan dominierte die Flexibilität. „Damals wie heute spielt der Schutz gegen elektrostatische Aufladung die entscheidende Rolle und ohne Stäubli ESD-Roboter hätte die Entwicklung unserer hochflexiblen Standard-Prüfanlage in dieser Form nicht stattfinden können“, betont Summer.
Eine unkontrollierte elektrostatische Entladung gilt es gerade bei sensiblen Elektronikkomponenten tunlichst zu vermeiden. Um dieses Problem auszuschließen, machte sich Stäubli frühzeitig an die Entwicklung ESD-konformer Ausführungen. Die ESD-Varianten wurden somit zu Wegbereitern neuer Automatisierungskonzepte in der Elektronikfertigung. Heute sind alle Roboterbaureihen in Electro Static Discharge-Ausführungen verfügbar. Bei diesen Maschinen sind alle Armsegmente vom Werkzeug bis zum Roboterfuß mit Masse verbunden. Zudem erhalten die Roboter eine ESD-kompatible Speziallackierung. Alle zugänglichen Elemente und Oberflächen sind elektrisch leitend ausgeführt.
Beide Roboter, die in den zwei Prüfzellen der Linie zum Einsatz kommen, belegen bei den komplexen Handhabungsprozessen, dass ihre Leistungsfähigkeit denen der Standardroboter in nichts nachsteht. Diese Spezialausführungen sind ebenso präzise, schnell und zuverlässig und überzeugen mit herausragender Performance ohne jedwede Einschränkungen.
„Der Einsatz dieser Roboter garantiert maximale Prozesssicherheit und verhindert zuverlässig Schäden an Elektronikbauteilen. Die Sechsachser übernehmen die komplette Handhabung der Leiterplatten in den Prüfzellen und tragen entscheidend zur Einhaltung der kurzen Taktzeiten sowie zur hohen Verfügbarkeit der gesamten Linie bei“, so Summer abschließend.
