Branchen wie Telekommunikation, Internet und Automobilbau forcieren den Trend hin zu größeren, schwereren und komplexeren Bauteilen, was
Elektronikhersteller vor neue Herausforderungen stellt.
In Telekommunikationsinfrastrukturen und Rechenzentren werden Switch- und
Serverboards mit kundenspezifischen Prozessoren ausgerüstet, um den
Anforderungen rechenintensiver Dienste und KI-Beschleunigungen gerecht zu
werden. Die derzeit größten adaptiven FPGA-Rechenboliden sind in BGA-Gehäusen
mit Abmessungen von bis zu 55 mm x 55 mm untergebracht. Multi-Chip-ASICProzessoren können noch deutlich größer sein, insbesondere mit Fan-OutAnschlüssen.
Auch die Automobilelektronik skaliert. Eingebettete Systeme erfordern stärkere
Stromversorgungen für leistungsfähigere Prozessoren und erweiterte E/ASchnittstellen für Kameras, Radar, Lidar, ToF- und Trägheitssensoren.
EscapeControl-Systeme benötigen größere Steckverbinder, um zusätzliche
Datenkanäle und mehr Strom zu verarbeiten. Große Gehäuse wie BGAs mit
Unterseiten-Anschlüssen – die in der Vergangenheit aufgrund von
Inspektionsproblemen vermieden wurden – werden nun aufgrund aktueller
Marktanforderungen eingesetzt.
Herausforderung für die Fertigung
Ausrüstungshersteller, die diese Märkte bedienen, müssen in der Lage sein, große
und schwere Komponenten präzise, mit hoher Geschwindigkeit und hoher
Ausbeute zu platzieren. Dafür sind eine zuverlässige und sichere Entnahme aus
Trays oder Paletten, eine schnelle Positionierung und eine genaue Ausrichtung vor
dem Einsetzen des Bauteils zwingend erforderlich. Durchsteck-Bauteile wie
bestimmte Arten von z. B. Steckverbindern oder Übertragern erfordern eine
zuverlässige Lösung für die Einpresstechnik. Entsprechende Teile können groß,
hoch und sperrig sein. Die Montage derartiger Bauteile in Einpresstechnik
erfordert eine genaue Positions-Ausrichtung der Anschlussstifte vor dem
Einsetzen. In der Vergangenheit haben Herausforderungen dieser Art, bei denen es um die Verarbeitung so große Bauteile geht, die typischen Fähigkeiten
herkömmlicher SMT-Bestückungssysteme deutlich überstiegen.
Eine Inline-Lösung ist vorzuziehen, damit Montagebetriebe ihre Effizienz und
Produktivität aufrechterhalten können. Besser noch: durch Platzieren großer BGAs
und Einpress-Steckverbinder mittels Standard-SMT-Bestückern entfallen
Investitionen in Spezialausrüstung oder Offline-Arbeiten wie die SteckverbinderMontage.
Flexible Bestückung
Die Entwicklung einer Lösung für die schnelle Platzierung großer und schwerer
Bauteile erfordert einige gravierende Änderungen an Standard-Bestückern.
Modifikationen am Bestückkopf zählen zu den wichtigsten Maßnahmen.
Greifernozzeln, die Ansaugkraft mit mechanischen Greifern kombinieren, sind
äußerst effektiv, um ungewöhnlich große Bauteile sicher zu halten. Bisher mussten
Montageunternehmen für die Beschaffung solcher Nozzeln mit ihren EquipmentLieferanten zusammenarbeiten, um eine maßgeschneiderte Greifernozzle
entwickeln zu lassen.
Da größere und schwerere IC-Gehäuse und Steckverbinder sowie Induktivitäten
und Leistungskomponenten immer häufiger zum Einsatz kommen, können
Greifernozzeln nicht mehr länger als ‚Sonderwerkzeuge‘ betrachtet werden. Ein
effizienterer Ansatz ist erforderlich. Die Standardisierung der Greiferzangen- und
Saugplattenkonstruktionen verringert den Zeit- und Kostendruck, der sonst mit
einem kundenspezifischen Konstruktionsprojekt verbundenen wäre. Yamaha
Robotics hat eine Reihe von Greifern und Saugplatten standardisiert ( Bild 1), die 60
verschiedene Konfigurationen ermöglichen, um verschiedene Arten und Größen
von Bauteilen zu handhaben. Durch die Auswahl einer geeigneten Kombination
können Hersteller ihre Fähigkeiten zur Platzierung von Bauteilen schnell und
einfach erweitern.
Konfigurierbare Greifernozzle mit standardisierten Greifern und Saugplatten
Andererseits können Gummi-Pad-Nozzeln eine kostengünstige und effektive
Möglichkeit bieten, große ICs aufzunehmen, indem sie direkt die Oberseite des
Gehäuses ansaugen. Yamaha entwickelt Gummi-Nozzeln in verschiedenen Größen
mit einem Durchmesser von bis zu 25 mm zum Anheben schwerster Bauteile.
Derzeit werden auch bauteilspezifische Nozzeln entwickelt, die für die Aufnahme
von Komponenten wie DIMM-Speichermodul-Erweiterungssteckplätze für
Serverboards ausgelegt sind.
DIMM-Steckverbinder-Nozzle
R- und Z-Achsen
Vor dem Platzieren muss das Bauteil durch Drehen der Nozzle korrekt ausgerichtet
werden. Beim Platzieren kleiner und leichter Bauteile kann der R-Achsen-Motor die
Nozzle direkt mit hoher Drehgeschwindigkeit ausrichten. Im Gegensatz dazu
erfordert die hohe Trägheit großer und schwerer Bauteile eine behutsamere
Bewegungssteuerung, um zu verhindern, dass sich das Bauteil von der Nozzle löst.
Obwohl ein vom R-Achsen-Motor angetriebenes Untersetzungsgetriebe eine
naheliegende Lösung ist, kann dessen Spiel in herkömmlichen Getriebesystemen
die Genauigkeit beeinträchtigen. Deshalb hat Yamaha ein Scherengetriebe
entwickelt, um Spiel zu verhindern. Diese Getriebe ermöglichen die Ausrichtung
von Komponenten wie BGA-ICs mit einer Genauigkeit von 0,005 Grad.
Um höhere Bauteile verarbeiten zu können, sorgt eine Verlängerung des Z-AchsenHubs um nur wenige Millimeter dafür, dass sich der Bereich der verarbeitbaren
Teile erheblich erweitert. Eine Hubverlängerung auf insgesamt 40 mm genügt, um
mit der Maschine die derzeit höchsten Automobilsteckverbinder verarbeiten zu
können.
Bestückungskraft
Andererseits erfordern bestimmte Steckverbinder eine Einpressmontage,
insbesondere bei Leiterplattenanschlüssen für Automobilanwendungen, die
starken Vibrationen und Stößen ausgesetzt sind. Gängige SMT-Bestückautomaten
sind für eine Bestückungskraft von bis zu ca. 30 N ausgelegt. Eine präzise Regelung bis zu 100 N ist jedoch erforderlich, um das ordnungsgemäße Einpressen von
Steckverbindern mit hoher Pin-Anzahl zu gewährleisten. Dies erfordert
Designänderungen am Bestückautomaten, inkl. verbesserter Sensor- und
Messfunktionen. Das Steuerungssystem muss den Steckverbinder auch während des
Einpressvorgangs schützen. Die Aufsetzerkennung ( Bild 3) kann erkennen, ob ein
oder mehrere Stifte falsch ausgerichtet sind, wenn der Steckverbinder auf die
Leiterplatte aufgesetzt wird und verhindert so, dass eine Einpresskraft ausgeübt
wird, die das Bauteil beschädigen könnte.
Die Aufsetzerkennung überprüft die korrekte Ausrichtung der Pins, bevor die
Einpresskraft aktiviert wird
Die zur Überprüfung der Bauteilausrichtung verwendeten Bildverarbeitungs- und
Beleuchtungssysteme müssen ebenfalls modifiziert werden. Die üblicherweise für die Bauteilprüfung und -ausrichtung verwendeten LED-basierten
Beleuchtungssysteme beleuchten in der Regel den Bauteilkörper und die gesamte
Länge jedes Pins oder Anschlusses gleichmäßig. Unter diesen Bedingungen kann es
für das Bildverarbeitungssystem schwierig sein, die Pinspitzen genau zu erkennen,
um die Bereitschaft für den Einpressprozess zu beurteilen. Ein Lasersystem
ermöglicht eine kontrollierte, gerichtete Beleuchtung, um selektiv nur die Spitzen
der Steckeranschlüsse zu beleuchten und so dem Bildverarbeitungssystem zu
ermöglichen, zu überprüfen, ob alle Stifte korrekt auf ihre jeweiligen Ziel-Löcher
ausgerichtet sind, damit das Einpressen fortgesetzt werden kann.
Um der erhöhten Einpresskraft standzuhalten und die Positionsgenauigkeit
aufrechtzuerhalten, müssen außerdem die darunter liegende LeiterplattenStützstruktur und der Mechanismus der Unterstützungsstifte verstärkt werden.
Bestückkopf-Bestücker-Schnittstelle
Yamaha hat seinen neuesten LM-Bestückungskopf so ausgelegt, dass er größere
ICs, höhere Bauteile und anspruchsvollere Einpress-Teile verarbeiten sowie SMDChips und andere kleine Bauteile mit hoher Geschwindigkeit bestücken kann. Spezielle, neue Funktionen in Hard- und Software implementieren die in diesem
Artikel beschriebene erweiterte R-Achsen- und Z-Achsen-Regelung, EinpresskraftRegelung sowie die Erkennung der Pinausrichtung im Moment der Steckerlandung.
Neue Nozzeln und ein speziell entwickelter Greifbereich ermöglichen die
Verarbeitung größerer Bauteile, während Anwender weiterhin ihre vorhandenen
Nozzeln zum Bestücken von Bauteilen in herkömmlichen SMD-, SOP- und QFPGehäusen verwenden können. Eine neue Funktion zur NozzleZustandsüberprüfung ermöglicht es Benutzern, regelmäßige Inspektionen und
Reinigungen zu automatisieren und so eine regelmäßige und angemessene
Wartung sicherzustellen, um die End-of-Line-Ausbeute zu maximieren und
ungeplante Stillstandszeiten zu vermeiden.
Der LM-Kopf passt auf YRM-Bestücker und verwendet dieselbe Schnittstelle wie
die bisherigen Köpfe. Andererseits erhöht die neue Feature-Erkennungssoftware
für die YRM-Multikamera die maximal erkennbare IC-Gehäusegröße von 55 mm auf
130 mm und die maximale Anzahl von BGA-Kugeln von 4.000 auf 20.000. Diese
wichtige Verbesserung ermöglicht es dem System, große FPGA- und ASIC-Gehäuse
zu erkennen und auszurichten.
Bestückkopf für große Bauteile bis zu 130 mm x 200 mm
Fazit
Um den neuesten Anforderungen wichtiger Kunden in den Bereichen
Telekommunikation, Rechenzentren und Automobilindustrie gerecht zu werden,
müssen Baugruppenhersteller ihre Fähigkeiten so erweitern, dass sie große und
schwere Komponenten verarbeiten können. Durch die Steigerung der Flexibilität
aktueller Bestückungsautomaten können Fabriken schnell reagieren und alle
Bauteile, von kleinen SMD-Passivkomponenten bis hin zu Multi-Chip-ASICs und
hochpoligen Einpress-Steckverbindern, mit hoher Geschwindigkeit und Effizienz
bestücken. Der Bestückkopf ist das Zentrum für diese Veränderungen. Die
Weiterentwicklung erfordert Anpassungen an Nozzeln und Greifern, Kraftregelung, Bildverarbeitung, Beleuchtung und Bewegungssteuerung in den Z- und R-Achsen.
Ein hochflexibler Kopf, der all diese Veränderungen beinhaltet, stellt für Hersteller
eine kostengünstige Lösung dar, um von den sich bietenden Marktchancen zu
profitieren.
Über Yamaha Robotics SMT Section
Die Yamaha Surface Mount Technology (SMT) Section, eine Unterabteilung der
Yamaha Motor Robotics Business Unit der Yamaha Motor Corporation, produziert eine
umfassende Palette von Systemen für die Hochgeschwindigkeits-InlineElektronikmontage. Diese 1 STOP SMART SOLUTION umfasst Lotpastendrucker,
Bestückungsautomaten, 3D-Lotpasteninspektionsmaschinen, 3DBaugruppeninspektionsmaschinen, Dispenser, und Management-Software.
Diese Systeme, die den Yamaha-Ansatz in die Elektronikfertigung bringen, legen den
Schwerpunkt auf eine intuitive Bedienerführung, eine effiziente Koordination
zwischen allen Inline-Prozessen und eine Modularität, die es Anwendern ermöglicht,
die neusten Fertigungsanforderungen zu erfüllen. Die Kompetenzen der Gruppe bei
der Steuerung von Servomotoren und der Kamera-basierten Bildverarbeitungssysteme gewährleisten extreme Genauigkeit bei hoher Geschwindigkeit.
Die aktuelle Produktlinie umfasst die neueste YR-Maschinengeneration mit hochentwickelten Automatisierungsfunktionen für die Programmierung, Einrichtung und
Umrüstung sowie die neue YSUP-Managementsoftware mit hochmodernen Grafiken
und integrierter Datenanalyse.
Durch die Bündelung der Kompetenzen in den Bereichen Design und Technik,
Herstellung, Vertrieb und Service gewährleistet die Yamaha SMT Section betriebliche
Effizienz und einen einfachen Support-Zugang für Kunden und Partner. Mit regionalen
Niederlassungen in Japan, China, Südostasien, Europa und Nordamerika bietet das
Unternehmen eine wahrhaft globale Präsenz.
https://smt.yamaha-motor-robotics.de
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