Für eine zuverlässige und qualitätssichere Fertigungslinie in der SMD-Industrie ist der einwandfreie Zustand der verwendeten Schablonen im Lotpastendruck eine wesentliche Voraussetzung. Mit jedem Druckzyklus verliert jedoch die Schablone infolge von Materialdehnung und Rakeldruck an Qualität, die Spannung der Oberfläche verringert sich. Dadurch löst sich die zu bedruckende Leiterplatte ungleichmäßig von der Schablone ab, und es bilden sich verformte Lotpastendepots sowie sogenannte Dog Ears.
Die Folge können Kurzschlüsse auf der Platte infolge von Brückenbildungen zwischen Depots sein. Bisherige manuelle Methoden zur Nachverfolgung der Druckzyklen erforderten jedoch einen hohen zeitlichen und finanziellen Aufwand.
Mit dem von der ASM Assembly Systems entwickelten Smart Stencil liegt nun eine kostensparende Lösung zur Standzeiterfassung vor. Durch die Kombination der SMD-Schablone mit einem Etikett auf RFID-Basis können die Druckzyklen von Anfang an automatisch erfasst werden. Zusätzlich wird der Anlagenfahrer rechtzeitig gewarnt, bevor eine Schablone ihre verschleißbedingte Nutzungsgrenze erreicht hat. Selbst nachträglich kann das Etikett auf Schablonen befestigt werden und ist dabei mit sämtlichen Modellen kompatibel.
SMD-Schablone mit RFID kombinieren
Im Zuge der Digitalisierung industrieller Prozesse und der Vernetzung einzelner Produktionsschritte stellt sich immer mehr die Frage, wie Fehler durch automatische Erkennungssysteme vermieden und sowohl Qualität als auch Effizienz positiv beeinflusst werden können. So auch in der Leiterplattenfertigung, wo wiederverwendbare SMD-Schablonen im Lotpastendruck eingesetzt werden, um die Platinen für eine Bestückung mit elektronischen Bauteilen vorzubereiten. Dabei ist ein zuverlässiger Druck maßgeblich für die hohe Qualität der Fertigung.
„Nach zahlreichen Arbeitszyklen verschlechtert sich der Zustand der Schablone jedoch kontinuierlich“, erklärt Carol Claus, Leiter Produktion bei Photocad. „Mit jedem Zyklus wird auf die Schablone ein bestimmter Druck ausgeübt, um die Paste durch die Öffnungen in der Schablone auf die Leiterplatte aufzutragen. Dies verringert mit der Zeit die Spannung der Schablone, was durch eine beständige Materialausdehnung noch verstärkt wird.“ Dadurch kann sich die Schablone nurmehr ungleichmäßig von der Leiterplatte lösen, was verformte Lotpastendepots und sogenannte Dog Ears zur Folge hat.
Die Gefahr eines Kurzschlusses auf der Platte erhöht sich damit signifikant, wenn beispielsweise eine Brücke zwischen zwei dieser Depots durch unsauberen Druck entstanden ist. Aufgrund der ungleichmäßigen Ablösung von Schablone und Platte bleiben außerdem vermehrt Partikel in den Öffnungen der Schablone haften, sodass zu wenig frische Paste durch die Öffnungen gelangt, da die angetrockneten Restpartikel den Durchlass verschmälern. Das Ergebnis sind zu kleine Depots und damit ein erhöhter Ausschuss an fehlerhaften Platinen.
Daher hat Photocad bereits vor einiger Zeit eine Lösung bestehend aus einem RFID-Etikett in Verbindung mit einer SMD-Schablone entwickelt. Bisher existierte diese SMD-Schablone allerdings nur als Prototyp, da Photocad für eine industrielle Anwendung über keine ausreichenden Kapazitäten verfügt.
Mit dem von ASM entwickelten Smart Stencil steht nun eine industriell einsetzbare Lösung bereit, die das Unternehmen allen Anwendern zur Verfügung stellen will. Photocad wird Smart Stencil in Zukunft auch anbieten. Mit dem Etikett lassen sich die bereits durchlaufenen Druckzyklen aufzeichnen, sodass die Schablone rechtzeitig ausgetauscht werden kann, bevor sich das Druckergebnis verschlechtert.
Smart Stencil ersetzt manuelle Prüfung
Bisherige Methoden einer manuellen Überwachung und Steuerung der Standzeiten von SMD-Schablonen waren mit einem hohen Aufwand an Zeit und Kosten verbunden, da sie durch einen Mitarbeiter individuell durchgeführt werden mussten. Bei dem neu entwickelten Smart Stencil handelt es sich nun um eine smarte Lösung, um die Erfassung von Druckzyklen automatisch und ohne Mehraufwand in die Schablone zu integrieren. Hierbei wird bereits während der Herstellung der Schablone ein Etikett mit integriertem RFID-Chip angebracht, das sich auch nachträglich flexibel auf Schablonen sämtlicher Hersteller befestigen lässt.
„Jeder der Chips ist mit einer einzigartigen ID und den jeweiligen Herstellerinformationen ausgestattet. Die Druckparameter und das Protokoll über die einzelnen Druckvorgänge werden vom Etikett gespeichert und können jederzeit ausgelesen werden“, erklärt Claus. Der Auslesevorgang kann dabei über zwei Wege stattfinden: entweder über ein mobiles Lesegerät oder über geeignete Drucker, die mit einer entsprechenden Leseeinheit ausgerüstet sind.
RFID-Chip mit Kontrollfunktion
Der Anlagenfahrer kann so nicht nur die nötigen Informationen auslesen, sondern wird auch gewarnt, wenn ein vorher festgelegter Grenzwert für eine Nutzbarkeit der Schablone ohne Qualitätseinbußen bald erreicht ist. „Somit bleibt noch genug Zeit, um rechtzeitig eine neue Schablone zu beschaffen“, sagt Claus.
Sollte der zuständige Mitarbeiter den Austausch der Schablone einmal versäumen, stoppt der Drucker automatisch die Produktion, sobald der festgelegte Grenzwert tatsächlich erreicht ist. Damit ist auf jeden Fall sichergestellt, dass die Zahl an fehlerhaften oder unsauber produzierten Baugruppen so niedrig wie möglich gehalten wird, während gleichzeitig Kosten- und Zeitaufwand gering bleiben.
„Durch den Smart Stencil bewegen wir uns in der SMD-Fertigung weiter in Richtung Industrie 4.0. Es können immer mehr und immer präzisere Daten erhoben werden, die automatisch zur Qualitätssicherung und Produktionssteuerung beitragen“, erläutert abschließend Claus. „Die wichtiger werdende Vernetzung der einzelnen Produktionsabschnitte, die vom Menschen unabhängige Erfassung der relevanten Daten zu jeder Zeit und die gleichzeitige Nutzbarmachung dieser Daten bilden den Grundstein für eine integrierte Industrie, in der Fehler nahezu ausgeschlossen sind und Optimierungsprozesse von selbst ablaufen.“
