Ein israelischer EMS-Anbieter mit einem umfassenden Spektrum an Engineering- und ElektronikfertigungsDienstleistungen für Produkte und Systeme investierte in einen Schablonendrucker mit integrierter 3D-Inspektion. Zum Einsatz kommt nun der neue Schablonendrucker von Ersa.

Anwenderbericht | Erschienen in: productronic 07/2019
Autor: Wolfram Hübsch

Zur Productronica im November 2019 jährt sich die Markteinführung des Schablonendruckers made by Ersa zum zwölften Mal. Wie die Zeit vergeht …! Highlight der Erstausgabe 2007 war die integrierte 2D-Druckkontrolle, die eine 100%ige Aussage über die erzielte Qualität ermöglichte. Mittels Scanner wurde dabei nach dem Druck die Leiterplatte komplett erfasst und hinsichtlich Pastenauftrag und möglichen Kurzschlüssen untersucht. Was damals als 2D-Inspektion Stand der Technik war, stieß durch Miniaturisierung und ein deutlich engeres Raster der Bauteile nach und nach an Grenzen. Ersa löste dies über ein dreidimensionales Erfassen der gedruckten Lotpaste – bekannt unter SPI, kurz für „Solder Paste Inspection“. Die im VERSAPRINT 2 integrierte Technologie überzeugte jüngst auch das israelische Unternehmen Umeantech.

Als Systemlieferant ist die Ersa GmbH bekannt für Innovation und Technologieführerschaft in vielen Bereichen der Elektronikfertigung. Da war es naheliegend, den aktuellen Marktanforderungen in puncto Schablonendruck Rechnung zu tragen. Und getreu dieser Philosophie sind die Ersa Ingenieure das Thema 3D-SPI angegangen. Natürlich war von Anfang an klar, dass es wieder eine im Drucker integrierte Lösung sein müsse. In Angriff nahm man die Entwicklung bereits vor rund vier Jahren, die erfolgreiche Integration durch eine speziell entwickelte Kamera erfolgte vor zweieinhalb Jahren. Zur Erfassung der Höheninformationen des gedruckten Lotdepots kommt das laserbasierte Triangulationsverfahren zum Einsatz. Die Kamera gestattet sowohl die Positionierung der Leiterplatte für den Druckvorgang als auch die anschließende Inspektion des gesamten Layouts.

Redesign der Druckerplattform nach zehn Jahren

Die Integration erfolgte noch auf der Plattform der Baureihe VERSAPRINT 1 und konnte sich schnell am Markt etablieren. So wurden in den zurückliegenden zwei Jahren zahlreiche Systeme mit 2D-Inspektion auf 3D umgerüstet – auch dies Bestätigung von Kundenseite an die Ersa Entwicklung, den richtigen Weg hin zu einer integrierten 3D-Inspektion eingeschlagen zu haben. Nach zehn Jahren VERSAPRINT 1 entschied man bei Ersa, ein Redesign der vorhandenen Druckerplattform vorzunehmen. Denn etliche zwischenzeitlich neu entwickelte Optionen ließen sich nicht mehr einfach in die vorhandene Struktur integrieren. Gestiegene Montagezeiten und größere Mehraufwendungen bei Nachrüstungen beim Kunden waren ein Zeichen, aktiv zu werden in Richtung zweite Druckerplattform-Generation. Denn das Steuerungskonzept war an seine Grenzen gestoßen und die Software-Oberfläche nicht mehr „state of the art“. Ersa hat auf diese Situation reagiert und vor zwei Jahren zur letzten Productronica den VERSAPRINT 2 Schablonendrucker präsentiert. Im neuen, modernen Gewand ließ der Erfolg nicht lange auf sich warten. Speziell für die Märkte Asien und Amerika hat man mit der neuen Plattform ein Produkt entwickelt, das die dortigen Anforderungen und Ansprüchen auf ganzer Linie erfüllt.

Umfangreiche Installationsbasis in Israel aufgebaut

Als Global Player verfügt Ersa in Ländern ohne eigene Niederlassung über lokale Partner. Meist sind diese keine Spezialisten für Drucktechnik, sondern im Lötprozess zuhause. Eben diese Partner galt es zu schulen und Vorteile sowie Verkaufsargumente zu vermitteln, um Zugang zum jeweiligen Markt zu erhalten. So geschehen etwa beim langjährigen Ersa Partner für Israel, MemTech, der als führender Lieferant für die Bereiche Electronic Manufacturing Services (EMS) und High-Tech in Israel aktiv ist. Zahlreiche internationale Unternehmen, weltweit anerkannt für ihre erstklassigen Produkte, stehen als Referenz auf der MemTech-Kundenliste. Gemeinsam haben MemTech und Ersa seit 2006 eine starke und umfangreiche Installationsbasis aufgebaut, so dass Ersa Rework-Stationen und Selektivlötmaschinen zum Standard in Israels EMS-Branche werden konnten.

Um das Projekt Schablonendrucker in Israel zu starten, wurde in zahlreichen Meetings und Sales-Seminaren wertvolles Know-how aufgebaut. Dieser Prozess war für die VERSAPRINT 2 Baureihe notwendig und unumgänglich. Und so war es nur eine Frage der Zeit, bis mit der Firma Umeantech Engineering and Production Services eine israelische Firma auf das neue Produkt aufmerksam wurde und zu Versuchen nach Deutschland in das Ersa Applikationszentrum in Wertheim am Main kam. Umeantech ist dabei alles andere als ein Unbekannter für Ersa, haben die Israelis doch bereits erfolgreich eine Selektivlötanlage ECOSELECT 1 und mehrere Reparatursysteme im Einsatz.

Flexible Fertigungstechnologien, kundenspezifische Lösungen

Umeantech, gegründet 2004, betreut als führender EMS-Anbieter anspruchsvolle Kunden aus den Bereichen Industrie, Kommunikation, Sicherheit und Medizin und bietet diesen ein umfassendes Spektrum an Engineering- und Elektronikfertigungs-Dienstleistungen für Produkte und Systeme. Das Unternehmen verfügt über modernste Anlagen für die Elektronikfertigung und beschäftigt 40 qualifizierte Ingenieure, Techniker und professionelle Mitarbeiter. Mit Rückgriff auf zahlreiche flexible Fertigungstechnologien entstehen durchdachte Lösungen, die individuell auf die Bedürfnisse des einzelnen Kunden zugeschnitten sind. So sieht es das Unternehmen als seine Hauptaufgabe an, einen exakten, kundenspezifischen Prototyp und dazu passende Produktionsdienstleistungen zu liefern.

War zu Beginn bei der Inspektion noch nicht klar, in welche Richtung die Reise gehen sollte, so stellte sich bei den Versuchen schnell heraus, dass die integrierte 3D-Inspektion exakt den Anforderungen und Erwartungen seitens Umeantech entspricht. „Direkt nach dem Druck das Ergebnis zu sehen ist für uns sehr wichtig“, lautete die Aussage von Umeantech-Inhaber Alexander Sigler. Und fährt fort: „Bei einem nachgeschalteten SPI ist zumindest eine Leiterplatte bereits bedruckt, während im SPI inspiziert wird. Da wir sehr häufig kleinste Serien fahren, ist dies für uns enorm wichtig. Besonders gefällt mir die kompakte Maschine und einheitliche Software-Oberfläche für Druck und Inspektion, speziell der Platzbedarf ist in unserer Fertigung in Netanya entscheidend.“

Die Integration der Inspektion in den Drucker hat noch mehr zu bieten. Häufig kommt es beim Anfahren der Produktion oder eines neuen Produktes mangels optimaler Konditionierung der Paste zu unzureichendem Pasten-Übertrag auf das Pad. Wird dies sofort erkannt und befindet sich die Leiterplatte noch im Drucknest, ist häufig die beste Lösung, die Leiterplatte erneut zu bedrucken.

Inspiziert man die Leiterplatte danach erneut, ist die Prozesskette nicht unterbrochen und die Leiterplatte kann nach erfolgreichem Nachdruck in den Folgeprozess weitergeleitet werden. Anders beim Entnehmen aus der Linie – man kann die Leiterplatte zwar erneut zuführen und noch einmal bedrucken. Oder aber man reinigt und bedruckt erneut. In beiden Fällen ist eine 100%ige Nachverfolgbarkeit jedoch nicht mehr gegeben.

Eine andere Problematik beim Inspizieren ist die Referenz-Höhenmessung: Typischerweise wird im Bereich des zu messenden Pads ein Bereich definiert, den man als Referenzhöhe ins Verhältnis zum ungedruckten Pad setzt, um nach dem Druck die Differenz und somit die Höhe der Paste zu ermitteln. Bewertet man dann den gesamten Bereich des Pads, ergibt sich das Volumen. Das funktioniert gut, solange sich am Layout der Leiterplatte nichts ändert.

Häufig ändert sich jedoch die Dicke und Position des Lötstopplacks, speziell wenn Leiterplatten aus unterschiedlichen Quellen bezogen werden – dies kann auch beim Chargenwechsel bei ein und demselben Lieferanten passieren. Leiterbahnen-Positionen oder andere Änderungen im Bereich der Höhenreferenz-Messung gehen in die Kalkulation des Volumens direkt ein. Die Lösung hierfür ist die erneute Vermessung der unbedruckten Leiterplatten vor dem Druckvorgang. Im Drucker ist dies einfach möglich, im externen SPI nur manuell möglich und für regelmäßige Messungen nicht praktikabel.

Selbstverständlich kann auch ein möglicher vorhandener Druckoffset erkannt und korrigiert werden. Die Strategie hierbei ist typischerweise, einen Prozentwert des ermittelten Offsets zu korrigieren, zum Beispiel 20%, und sich so an den optimalen Druck anzunähern. Das Ganze erfolgt natürlich druckrichtungsabhängig. „Der Einsatz des VERSAPRINT 2 Ultra3 Schablonendruckers vergrößert unser Prozessfenster erheblich – für uns absolut die richtige Wahl“, äußert sich Umeantech-Chef Alexander Sigler zufrieden über die jüngste Anschaffung, mit der das israelische Unternehmen die Weichen für die Zukunft gestellt hat.

Ersa-Wolfram-Hübsch_Autor
WOLFRAM HÜBSCH
Produktmanager Schablonendrucker

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