Löttechnik Automatisierungstechnik Niemeier bestückt auf 3-D-Schaltungsträgern

Redakteur: Franz Graser

Der Berliner Lötspezialist Automatisierungstechnik Niemeier hat im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) eine Montagezelle entwickelt, die es erlaubt, auf 3-D-Schaltungsträgern zu dosieren, zu bestücken und zu löten.

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Das Jet-Ventil AeroJet übernimmt die Dosierung der Lotpaste. Es weist eine bestechende Dosierpräzision und minimale Prozesszeiten auf.
Das Jet-Ventil AeroJet übernimmt die Dosierung der Lotpaste. Es weist eine bestechende Dosierpräzision und minimale Prozesszeiten auf.
(Bild: Automatisierungstechnik Niemeier)

Spritzgegossene Schaltungsträger (Molded Interconnect Devices, kurz MID) ermöglichen der Elektronikindustrie enorme Rationalisierungsmöglichkeiten. Die strukturierten Metallisierungen werden mit einer integrierten Leiterbildstruktur erzeugt und sind umweltverträglicher als herkömmliche Leiterplatten. Zudem können MID-Schaltungsträger dreidimensionale Strukturen aufweisen. Das bedeutet, dass auch eine dreidimensionale Bestückung der MIDs möglich ist.

Im Zentrum der von Automatisierungstechnik Niemeier entwickelten Montagezelle steht ein sechsachsiger Roboterarm. Dazu kommen ein Transfersystem, ein Bestückkopf mit mechanischer Zentrierung, ein Diodenlaser mit Einzel- oder Doppeloptik, eine WinControl-Bedienung sowie ein Dosiersystem, zum Beispiel ein Spindeldosierer oder ein Jet-Ventil (siehe Bild).

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Das Dosieren der Lotpaste erfolgt mit dem Spindeldosierer oder dem Jet-Ventil. Der Spindeldosierer arbeitet mit einer Dosiernadel und kann auch in Vertiefungen oder unmittelbar an der Gehäusekante dosieren.

Das Jet-Ventil besticht vor allem durch hohe Präzision und minimale Prozesszeiten. Die Paste wird mit gleichmäßigem Druck in die Dosierkammer gedrückt. Dort beschleunigt ein beweglicher Kolben die Paste und schleudert sie durch die Düse auf das Substrat, ähnlich wie bei einem Tintenstrahldrucker.

Das Bestücken der Bauteile erfolgt mit einem Vakuum-Greifer, ihre Ausrichtung über mechanische Zentriergreifer. Der Diodenlaser übernimmt das Löten. Dabei ist die Fokussierung entscheidend für den Lötprozess: Ist der Fokus zu groß und ragt er über das Pad hinaus, so wird das Substrat verbrannt. Ist der Fokus zu klein, läuft die Lotpaste breit und die Randbereiche schmelzen nicht auf.

Das Problem wurde dadurch gelöst, dass der Fokus über die Dauer des Lötprozesses verändert wird. Mit einem defokussierten Strahl (Arbeitsabstand ca. 60 mm) und mit geringer Laserleistung wird die Lotpaste vorgewärmt und ausgetrocknet. Danach wird der Arbeitsabstand reduziert, so dass der Fokus auf das Pad konzentriert ist und die Leistung gesteigert wird, bis die Lotpaste aufschmilzt.

Für die Bedienung wird WinControl verwendet. Die Bewegungen werden in der Programmierumgebung des Roboters eingegeben. Dafür wurde eigens eine grafische Programmierschnittstelle entwickelt. Darüber können die Bearbeitungspositionen über Kamerabilder und Mausklicks definiert werden.

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