Výhody komplexního řešení od firmy Essemtec: Osazování a dispendování pasty i lepidla v jednom zařízení pro elektrotechnický průmysl

V dnešním dynamickém ekonomickém prostředí je „čas uvedení na trh“ považován za faktor úspěchu. Strategie dynamické a vysoce flexibilní vertikální integrace tak nabývá nového významu. Nejde jen o montáž, ale o celý procesní řetězec. Rychlost vývoje a dodávek, ale také spolehlivost dodávek – zejména v krizových situacích – spolu s bezproblémovou optimalizací procesů povedou v budoucnu k rozhodující konkurenční výhodě. Tyto konkurenční výhody zajistí mnoha podnikům přežití.

Následující článek naznačuje přístup k řešení s uživatelskými výhodami, kdy lze na stejné platformě úspěšně provádět procesy osazování, dispendování pasty a lepidla i dalších materiálů.

Úvod – výzvy a oblasti použití

V elektronickém průmyslu je nanášení pájecí pasty na desky plošných spojů pomocí sítotisku nejrozšířenější a nejznámější technologií, a to i díky velmi efektivnímu procesu. Existují však určité aplikace, kde tato technologie naráží na své limity a proces se může rychle stát velmi nákladným a nestabilním. Jedná se například o zpracování SMD součástek velikosti ≤ 01005 (0,4 × 0,2 mm), nerovnosti nebo jiné zvláštnosti na desce s plošnými spoji, u nichž je třeba pro správné osazení a zapájení součástek zapotřebí speciální objem pájecí pasty. Pro splnění těchto požadavků jsou potřeba jiné technologie nanášení pájecí pasty. Tyto částečně nové technologie zároveň otevírají zcela nové oblasti použití. Následná montáž SMD součástek na desku s plošnými spoji je standardním procesem, který nabízejí různí výrobci, od režimu „malé množství, malá rychlost“ až po „velké množství, velká rychlost“.

Vzhledem ke stále rostoucím nárokům na mechanické vlastnosti přilnavosti nebo polohy součástek na deskách s plošnými spoji a substrátech, nabývá v posledních letech na významu kromě pájení jejich spolehlivé spojení nebo upevnění i pomocí lepidel. Stále důležitější jsou však také novější aplikace se zapouzdřením a „odstíněním“ součástek a rozšiřují se tak oblasti použití. Kromě toho přísnější normy a použití součástek na různých rychle rostoucích a měnících se trzích, jako je automobilový průmysl, světelná technika, zdravotnictví, mikromechanika atd., vyžadují nové nápady a řešení.

V důsledku toho čelí dodavatel novým výzvám, pokud jde o výrobní kapacitu a flexibilitu. S pouhým sítotiskem může velmi efektivně zpracovávat velké množství desek s plošnými spoji, ale náklady na šablony pro jednotlivé kusy DPS enormně rostou, a pokud je třeba provést další úpravy nebo optimalizace výrobku, vznikají další dodatečné náklady. Pokud jde o osazování, systémy „velké množství, velká rychlost“ jsou určeny ke zpracování velkého množství v krátkém čase. Pokud však takové výrobní linky musí stále častěji zpracovávat menší série až na jednotlivé kusy, dramaticky se zvyšují prostoje strojů, protože se zvyšuje počet různých částí, které je třeba zpracovat. Vysoké investiční náklady na taková zařízení jsou pak diskutabilní.

Proto je zřejmé, že je třeba všechny výše uvedené technologie a řešení kombinovat tak, aby jejich výhody převýšily nevýhody, což znamená flexibilní a efektivní aplikování pájecích past a lepidel, jakož i rychlou výměnu produktu s šarží velikosti „1“. V ideálním případě jsou všechny požadované SMD součástky osazeny na osazovacím automatu s jedním podavačem. Nebo je nutné doplnit jednotlivé podavače, aby bylo možné úlohu dokončit. Všechny potřebné procesy lze nyní provádět v kombinaci s různými moduly zařízení nebo lze použít jediné zařízení, ve kterém jsou všechny procesy integrovány dohromady, bez použití sítotisku a šablon. V mnoha případech je však vyžadován vysoký výkon a flexibilita. Zde dává smysl kombinovat sítotisky s navazujícími Jet procesy, zejména s dispenzerem pájecí pasty. Ten zvládá např. dutiny, nerovnosti nebo různé varianty desek plošných spojů, přidává trochu více pasty v citlivých oblastech atd. Možnosti jsou zde velmi rozmanité.

Řešení „vše v jednom“

Zařízení, které umožňuje kombinaci dispendování pájecí pasty, lepidel a technologie osazování najednou, je PUMA (i menší verze FOX) vyvinutá společností Essemtec (obr. 1). V závislosti na aplikaci jsou k dispozici kromě Jet ventilu i další ventily, jako časové tlakové, šroubové nebo objemové šroubové. Zařízení je pak možné vybavit moduly s jednou, dvěma nebo čtyřmi osami pro osazování.

Hlava zařízení zvládá téměř všechny myslitelné kombinace procesů a lze ji přizpůsobit příslušným výrobním požadavkům. Dodatečná montáž je možná kdykoli, ať už za účelem zvýšení kapacity osazování, nebo zavedení nového či dodatečného dispendování. Zařízení má prostor až pro 280 inteligentních individuálních podavačů pro různé součástky a v závislosti na verzi může být provozováno buď samostatně, nebo v lince. Druhá varianta umožňuje změny a přidávání dalších platforem, takže je možné i přizpůsobovat kapacitu. Všechny procesy a zařízení se ovládají prostřednictvím softwaru Essemtec ePlace.

Pro Jet dispendování lepidel a silikonů se používá především piezoelektrický ventil. Ten je zcela integrován do softwaru a je programovatelný. Ve spojení s různými druhy trysek lze dispendovat téměř jakékoliv médium nejvyšší rychlostí s opakovatelnou přesností objemu a místa nanášení. Nezáleží na tom, zda se jedná o jednotlivé body nebo linie. Široký rozsah od nejmenších po největší možné body od Ø 0,3 do 2,0 mm otevírá téměř neomezené možnosti použití. Při práci s těmito procesy se lze ohlédnout za dlouholetými zkušenostmi společnosti Essemtec.

U Jet ventilu jsou také použity specifické tvary trysek, takže je možné ho použít pro široký rozsah objemů pájecí pasty, kterou lze dispendovat opakovaně a s přesným umístěním. Obsluha a programování se rovněž provádí prostřednictvím ovládacího softwaru Essemtec ePlace. Databáze již obsahuje různé údaje o pájecích pastách, takže se jen provede nastavení a během okamžiku lze pájecí pastu dispendovat.

Essemtec poskytuje aplikační matrici, na které jsou zobrazeny příslušné zpracovatelné pájecí pasty a kombinace nastavení tryska/píst. Následující objemy pasty lze jednoduše dispendovat pouze se třemi různými přípravky pro odpovídající součástky:

• Přípravek #1: Ø bodu 200–280 μm; objem 1,8–4 nl; rozteč 0,4 mm / 01005 [imp.]
• Přípravek #2: Ø bodu 280–350 μm; objem 5–15 nl; rozteč 0,5 mm / 0201 [imp.]
• Přípravek #3: Ø bodu 400–800 μm; objem 40–80 nl; ≥ 0402 [imp.]

Přípravky jsou jištěny bajonetovým zámkem. Prostým otočením a vytažením je lze snadno vyměnit, aniž by bylo nutné demontovat vlastní ventil z osy. Změnu přípravku tak lze snadno provést několika pohyby ruky a načtením softwarových parametrů. Taktéž čištění je velice rychlé a snadné.

Aby zákazník mohl rychle a efektivně nastavovat a zpracovávat nové produkty, je možný import souborů Gerber, který zákazníkovi umožňuje nastavení jen několika kliknutími na dotykové obrazovce.

Koncept simuluje sítotisk a sofistikovaný algoritmus vyplňuje plošné spoje pájecí pastou pomocí volně programovatelných parametrů. Výsledek je okamžitě viditelný na displeji a v případě potřeby ho lze upravit. Tím je zajištěno, že je aplikováno potřebné množství pájecí pasty pro ideální osazení a zapájení součástek. Velkou výhodou této metody v kombinaci s Jet ventilem VDST-1560 je, že změny objemu lze provádět celkově, v rámci určitých míst nebo pouze pro jednotlivé plošky. Odpadá tak časově náročná a nákladná úprava šablon sítotisku!