Unsere Mycronic Bestückautomaten platzieren viele verschiedene Bauteileformen mit hoher Präzision und Geschwindigkeit auf der Leiterplatte. Allerdings braucht es einige Vorbereitung, bis der Automat starten kann. Das zuvor erstellte Bestückprogramm muss geladen werden und die vorbereiteten Bauteilemagazine müssen in die Maschine.
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Skript – SMD-Bestückung
Frühere Prozessschritte:
– Auf der Mycronic Mycenter-Workstation wird das Bestückprogramm erstellt, das auf dem Leiterplattenlayout, der BOM (Stückliste) und der CPL (Bestückungskoordinaten) basiert.
– Die Magazine mit den SMD-Rollen (Tape&Reel), Stangen (Tubes) oder Trays sind in den Automaten geladen.
– Die Leiterplatten werden mit Lotpaste bedruckt und der Pastenauftrag kontrolliert.
Bevor unser Pick&Place-Automat eine Baugruppe bestücken kann, braucht es einige Vorbereitungen. Zuerst laden wir das Bestückprogramm in die Mycronic Mycenter-Workstation des Pick&Place-Automaten. Das Bestückprogramm basiert auf dem Leiterplattenlayout, der BOM (Stückliste) und CPL (Component Placement List, auch bekannt als Pick&Place-Datei). Auch die vorbereiteten Bauteilemagazine werden in den Bestückautomaten geladen. Die Leiterplatten werden mit Lotpaste bedruckt, und das Druckergebnis von unserem automatischen Lotpasteninspektionssystem (SPI) kontrolliert.
Aktionen:
1. Bestücken der Bauteile mit dem Automaten – erklären:
a. Wie werden die Bauteile in den Bestückautomaten geladen?
Die SMD-Bauteile kommen in der Regel als SMD-Rolle (Tape&Reel), Stangen (Tube) oder Magazin (Trays) an. Für SMD-Rollen verwenden wir Feeder in verschiedenen Größen für unterschiedlich breite Trägerbänder. Das Feeder-Magazin hat einen kleinen Stift, der das Band zur nächsten Position indexiert, um das nächste Bauteil zur Abholung bereitzustellen.
Stangenverpackungen gehen in einen “Rüttler”, der Bauteile in der Stange vorwärts in die richtige Aufnahmeposition schüttelt.
Tray-Verpackungen haben feste Außenabmessungen, doch das innere Layout kann je nach Bauteil variieren. Unsere Maschinen können maximal 8 Trays gleichzeitig aufnehmen.
b. Wie viele verschiedene Bauteile könnten auf eine Baugruppe?
Eine MY300-Maschine hat insgesamt 10 Magazinplätze. Wenn wir alle Magazine mit 8-mm-Bandrollen verwenden, können wir 160 verschiedene Bauteile auf einer Maschine verarbeiten. Das ist das theoretische Maximum, abhängig von den ausgewählten Bauteileformen. Für eine typische Leiterplatte brauchen wir etwa 90 bis 100 verschiedene Bauteile auf einem Automaten.
Unsere Bestückautomaten sind skalierbar. Wenn wir mehr unterschiedliche Bauteile verarbeiten müssen, können wir eine SMD-Line mit zwei gekoppelten Bestückautomaten verwenden und verdoppeln die Bauteileanzahl.
c. Woher weiß der Bestückautomat, welche Bauteile aus der Stückliste, sich an welcher Stelle befinden?
Alle Feeder, Stangen und Trays sind mit einem Identifikations-Chip und einem Strichcode versehen. Die Bauteile erhalten einen eindeutigen Identifikations-Strichcode, der viele Informationen über das Bauteil enthält, einschließlich der (Hersteller-Teilenummer) MPN, Menge und Größe sowie andere geometrische und elektrische Informationen. Die Strichcodes von Komponenten und Feedern werden beim Kitting miteinander verbunden. Wir können diese Teile überall auf den Maschinen platzieren. Der Chip im Feeder sagt der Maschine, welches Bauteil sich wo befindet.
2. Bestückvorgang – erklären:
a. Wie wird die Leiterplatte in der Maschine positioniert?
Die Genauigkeit der Leiterplattenposition ist ein entscheidender Faktor. Der Bestückautomat verwendet 3 Referenzpunkte, um die Position und Ausrichtung der Leiterplatte zu bestimmen. Wenn sich mehrere Leiterplatten auf einem Nutzen befinden, hat jede einzelne Leiterplatte ihre eigenen lokalen Referenzpunkte.
Die Referenzpunkte sind optische Ziele, die in die Kupferschicht jeder Leiterplatte geätzt werden.
b. Verschiedene Bestückköpfe für verschiedene Bauteilformen
Der Bestückautomat hat verschiedene Bestückköpfe, die ein Bauteil oder mehrere Bauteile aufzunehmen und zu platzieren. Der Einzelbestückkopf nimmt ein Bauteil aus der Zuführeinheit und platziert es an der vorbestimmten Stelle. Er ist langsamer, kann aber unterschiedliche Formen und auch schwere Bauteile greifen.
Der Mehrfachbestückkopf kann 8 Bauteile auf einmal aus der Zuführung aufnehmen und arbeitet daher schneller.
Der richtige Bestückkopf wird von unseren Ingenieuren anhand der Form und des Gewichts der Teile ausgewählt. Der Automat folgt diesen Anweisungen beim Bestückvorgang.
c. Welche Messungen und Prüfungen kann die Maschine durchführen?
Der MY300 hat eine optische Zentrierkamera, die nach der Aufnahme eines Bauteils ein Bild des Teils aufnimmt, während es an die Bestückposition bewegt wird. Der Bestückautomat erkennt automatisch die Bauteilanschlüsse, die Abmessungen, die Drehung und platziert das Bauteil an der richtigen Position, die durch die X- und Y-Koordinaten des CAD-Programms definiert ist.
Der Bestückautomat misst auch Widerstand, Kapazität und Induktivität des Bauteils “on-the-fly”.
Diese Messungen machen den Prozess etwas langsamer, erhöhen jedoch die Genauigkeit und vermeiden Fehler; ein wichtiger Aspekt bei der Herstellung von Prototypen.
d. Lässt sich dieser Prozess zurückverfolgen?
Während der Bestückung führt der Automat verschiedene Protokolle, die wir später analysieren können. Diese Protokolle enthalten eine Vielzahl von Informationen, einschließlich die Bestückzeit, Geschwindigkeit, Auswahlfehler, Bestückfehler und verwendeter Bestückkopf. Wir können sogar Informationen zur Bestückung und auch Maschinenfehler überprüfen. Der Bestückautomat registriert auch das für jeden Auftrag verwendete Programm.
e. Welche Art von Fehlern treten beim Bestücken auf, und wie beheben wir sie?
Der häufigste Fehler ist ein Identifikationsfehler, wenn die Maschine das Bauteil nicht von unten mit ihrer Kamera identifizieren kann. Wir können die Erfolgsrate durch Lichteinstellungen oder durch erneutes Lernen des Bauteils am Automaten verbessern.
Manchmal bleiben die Bauteile in den Feedern und Stangen stecken, so dass die Maschine sie nicht aufnehmen kann. In diesem Fall müssen wir die Teile manuell entfernen und die Bauteilzuführung so einstellen, dass der Automat sie wieder aufnehmen kann. Wir erhalten auch Fehler, wenn nicht der richtige Bestückkopf ausgewählt wird oder wenn Referenzpunkte nicht erkannt werden. Es ist die Aufgabe der Maschinenbediener, diese Art von Fehlern zu beheben.
3. Einschränkungen – erklären
Welche Bauteile können wir nicht mit dem Automaten bestücken?
Es gibt Bauteile, die wir nicht mit dem Automaten bestücken können oder die besondere Sorgfalt erfordern.
a. Minimales Rastermaß zwischen den Bauteleanschlüssen (Pitch)
Es können Bauteile mit einem Pitch von 0,4 mm platziert werden. Für kleinere Rasterabstände evaluieren wir Bauteil für Bauteil die Möglichkeiten der Bestückung.
b. Spezielle Bauteile erfordern Spezialwerkzeuge
Spezielle Bauteile benötigen spezielle Werkzeuge, wie z.B. LEDs mit Linsen, spezielle Steckerbinder, Kantensteckverbinder oder MELF-Bauteile. In der Prototypenfertigung kann es effizienter sein, diese Bauteile manuell zu bestücken.
c. Minimale Bandlänge – zusätzliche Bauteile sind erforderlich
Das SMD-Trägerband sollte mindestens 8 mm breit sein. Außerdem brauchen wir mindestens 50 mm Länge, um das Band in den Feeder zu schieben. Bei Bauteilen in Stangen- und Tray-Verpackung gibt es diese Einschränkungen nicht. Für kleinere Komponenten bis zur Baugröße 1212 benötigen wir mindestens 10 zusätzliche Teile im Band, für andere Komponenten brauchen wir ein zusätzliches Bauteil.
d. Warum verarbeitet der Automat einzelne Bauteile nicht?
Manchmal lehnt der Bestückautomat Bauteile ab. Das kann verschiedene Gründe haben, z.B. falsche Aufnahme, schlechtes Vakuum, übermäßige Beschleunigung des Bestückkopfes oder fehlgeschlagene Identifizierung. Der Bestückautomat lässt diese Bauteile, die vermutlich schlecht oder nicht identifiziert sind, in einen dafür vorgesehen Behälter fallen.
Manchmal fallen Bauteile während der Bewegung herunter und gehen in der Maschine verloren. Aus Erfahrung optimieren unsere Ingenieure die Bestückprogramme, um solche Fehler zu vermeiden.
Der nächste Schritt sind die Erstmusterprüfung und das Reflow-Löten.
Nachdem die erste Leiterplatte bestückt ist, prüfen wir sie vollständig auf mögliche Fehler. Wenn alle Prüfungen bestanden sind, schließen wir den Bestückvorgang ab. Die Leiterplatte wird nun durch den Reflow-Ofen transportiert, wo die Lotpaste aufschmilzt. Beim Abkühlen erstarrt das Lot und stellt eine mechanische elektrische Verbindung der Bauteile mit der Leiterplatte her.
