Automatisierung in der Elektronikfertigung Integrierte Lösungen für komplexe Baugruppen: Sehen, Greifen, Prüfen, Verknüpfen

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Miniaturisierung, dichte Bestückung und steigende Qualitätsanforderungen treiben die Elektronikfertigung an ihre Grenzen. Der Ausweg: integrierte Systemlösungen, die Vision, Präzisionshandling, Test und IT-Vernetzung als durchgängigen Prozess denken.

Elektronik wird kleiner, dichter und empfindlicher. Gleichzeitig wiederum soll die Fertigung schneller, stabiler und lückenlos nachverfolgbar sein. Das sind etliche Anforderungen, die klassische Inselanlagen in der Fertigung ohne integrierte Automatisierung kaum bewältigen können. Viele Werke setzen entsprechend auf integrierte Automatisierungslösungen: Kamerasysteme, die Lage und Qualität in Echtzeit prüfen; Greifer und Achsen, die auf den Mikrometer sicher treffen; Testzellen, die mehrere Verfahren in einer Taktkette bündeln.

Eine zentrale Rolle spielt dabei die Kombination von Mechanik, Software und Datenmanagement: Nur wenn Handling, Test und IT-Schicht miteinander verknüpft sind, entstehen Prozesse, die reproduzierbar, effizient und zukunftssicher sind.

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Dazu führt eine IT-Schicht die Daten aus Linie, MES und ERP zusammen. Der Effekt ist messbar: Prozesse sind reproduzierbar, es ist spürbar weniger Nacharbeit erforderlich und obendrein entstehen valide Daten für Qualität, Service und Management.

Vision-Systeme & Präzisionshandling

Die größte Herausforderung bei Leiterplatten mit hoher Packungsdichte (HDI) und Embedded-Technologien sowie empfindlichen Substraten ist, die Bauteile schonend, schnell und wiederholgenau zu positionieren. Praxislösungen kombinieren deswegen kamerabasierte Lageerkennung mit Vakuum- oder Spezialgreifern und dynamischen Achssystemen. In hochautomatisierten Umgebungen kommen zusätzlich Scara-Roboter und lineare Positionierachsen zum Einsatz, die präzises Teilehandling bei gleichzeitig hoher Taktleistung ermöglichen.

Ein von Pematech realisiertes Beispiel aus der Praxis ist das automatisierte Teilehandling und die Logistik für DBC-Substrate (Direct Bonded Copper). Die empfindlichen Keramikleiterplatten werden dabei über Vakuum-Greifer präzise und materialschonend bewegt. Kamerasysteme erfassen die Lage und Position der Substrate und korrigieren sie bei Bedarf in Echtzeit, bevor die Übergabe an die nächste Station erfolgt. Sämtliche Prozessschritte sind gleichzeitig über das MES-System miteinander verknüpft, wodurch Transparenz, Rückverfolgbarkeit und eine gleichbleibend hohe Prozessqualität sichergestellt werden.

Steuerung und Datenfluss werden dabei zentral über den sogenannten LineManager koordiniert, der Prüfzellen, Handlingsmodule und Kamerasysteme verbindet und so ein durchgängiges Monitoring sowie die Kommunikation mit dem MES ermöglicht. Auf diese Weise entsteht aus Erkennen und Greifen ein vollständig integrierter, digital gesteuerter Fertigungsschritt – vom Tray bis zum nächsten Bearbeitungsmodul.

Automatisierte Testlösungen für komplexe Baugruppen

Eine dichte Bestückung und mehrere Schnittstellen erfordern eine hohe Prüfabdeckung. Während in der Vergangenheit manuelle Prüfadapter und einzelne Stationen genügten, sind heute flexible, integrierte Prüfzellen gefragt, die sich modular an unterschiedliche Baugruppen anpassen lassen und eine vollständige Prüfabdeckung gewährleisten. Gleichzeitig kombinieren sie In-Circuit- (ICT) und Funktionstests (FKT) und fügen sich nahtlos in die Linie ein. Moderne Systeme decken dabei ein breites Spektrum ab – von der kompakten Einzelzelle bis zur hochintegrierten Roboterlösung. Pematech, Spezialist für Automationslösungen, entwickelt maßgeschneiderte Lösungen für Kunden, die auf die Anforderungen der Produkte eingehen. Die Entwickler greifen dabei auf Standardmodule zurück, die im nächsten Schritt zielgenau angepasst werden können. So wurden von Pematech in den vergangenen Jahren zahlreiche Projekte umgesetzt, darunter die folgenden drei Anwendungsbeispiele.

Kompakte Prüfzelle für Serienfertigung

In klassischen Serienanwendungen kommt eine kompakte Prüfzelle des Typs TCIL zum Einsatz. Eine robuste Kniehebelmechanik mit Spindelantrieb (AC-Servomotor) kontaktiert bis zu 3.060 Testpunkte mit 3-N-Stiften in rund sechs Sekunden Handlingzeit. Mehrere Kontaktierebenen ermöglichen die Kombination aus ICT und FKT; bei Bedarf auch mit Zusatzfunktionen wie „Pusher“ oder Step-Betrieb für Test und Programmierung. Die Stärke dieser Lösung liegt in ihrem Durchsatz. Kurze Taktzeiten werden kombiniert mit einem kompakten Footprint und reproduzierbaren Prüfergebnisse für mittlere bis hohe Stückzahlen mit homogener Baugruppenstruktur.

Multilevel-System für Variantenvielfalt

Wenn Produktvielfalt und Stückzahlen gleichermaßen steigen, spielt eine Multilevel-Prüfzelle (ML-TCIL) ihre Vorteile aus. Sie erlaubt bis zu acht pneumatische oder sechs servoelektrische Kontaktierungen zeitgleich und verteilt die Leiterplatten automatisch per Lift an die jeweiligen Ebenen. So lassen sich ICT, FKT und Flash-Programmierung parallel durchführen. Die Taktzeit bleibt auch bei längeren Testsequenzen kurz.

Ein wesentlicher Vorteil ist die modulare Skalierbarkeit, denn die Testsysteme lassen sich schnell wechseln, sodass neue Produktfamilien oder Varianten ohne großen Umbau integriert werden können. Ideal eignet sich eine solche Lösung für mittlere bis große Serien mit häufigen Produktwechseln.

Roboterzelle für vollautomatisierte Linien

Den höchsten Integrationsgrad bietet eine modulare, an die Kundenwünsche angepasste Roboterzelle. Eine von Pematech umgesetzte Lösung bildet etwa ICT, Flash, End-of-Line (EOL), Laserbeschriftung und die Verpackung in Kundengebinde in einem durchgängigen Prozess. Pematech ist ebenso in der Lage, gesamte Prüflinien umzusetzen, die aus einer Kombination an Standardmodulen bestehen, und Prozessschritte wie beispielsweise Magazinieren, Nutzentrennen, Roboterzelle, optisches Vermessen des Sägeschnitts, FKT/ICT, Laserbeschriften, Handarbeitsplatz und Warenträgerrücktransport umfassen.

Damit wird der Test zum integralen Bestandteil der Linie: Programmierung, Prüfung und Markierung laufen als geschlossener, hochproduktiver Prozess von der Zuführung bis zum kundenspezifischen Gebinde. Alle Prozessmodule – von der Robotersteuerung bis zur Lasereinheit – sind über den Pematech LineManager verbunden.

Integration in Smart-Factory-Umgebungen

Bei allen integrierten Automatisierungslösungen darf die Klammer nicht fehlen, die alles zusammenhält, nämlich der intelligente Umgang mit den Daten. Zwar werden in modernen Fertigungen bereits große Datenmengen erzeugt, doch zu selten gelangen sie dorthin, wo sie echten Mehrwert schaffen. Der Schlüssel liegt in der konsequenten Anbindung an MES- und ERP-Systeme über standardisierte Schnittstellen, etwa SECS/GEM. Nur wenn Produktions-, Prüf- und Logistikdaten miteinander verknüpft sind, lässt sich das volle Potenzial ausschöpfen. Der LineManager fungiert hier als zentrale Daten- und Kommunikationsschnittstelle innerhalb der Linie. Er verbindet Roboter, Kameras, Prüfzellen und Handlingsmodule und stellt Prozessdaten in Echtzeit für Qualitätsmanagement und Wartungsstrategien bereit.

In der Praxis bedeutet das eine automatische Verteilung von Rezepten und Testprogrammen, eine lückenlose Rückverfolgbarkeit bis auf Seriennummern- und Testschrittebene, sowie die Nutzung realer Messwerte für SPC-Analysen und Qualitätsregeln. Ergänzend liefern Anlagen und Achsen übergreifende Zustandsdaten, die sich für Predictive Maintenance auswerten lassen. So entsteht ein geschlossener Informationskreislauf mit Transparenz auf allen Ebenen – von der Linie bis ins Management. Damit werden Test- und Handlingsysteme zu aktiven Datenlieferanten innerhalb der Smart Factory.

Im Zusammenspiel entsteht der eigentliche Mehrwert

Die größte Wirkung entfalten integrierte Lösungen im Zusammenspiel ihrer Komponenten. Das Vision-System erfasst Lage und Qualität der Baugruppe, und das Handling setzt diese Daten in präzise Bewegungen im Mikrometerbereich um. Die Testzelle prüft elektrische Funktionen, programmiert Bauteile und übergibt die Ergebnisse an die IT-Schicht, die alle Prozessdaten zusammenführt. Der LineManager sorgt als übergeordnete Steuerinstanz für die Synchronisierung aller Abläufe und ermöglicht so die enge Verzahnung von Hardware, Software und Qualitätssicherung.

So entsteht ein durchgängiger, rückverfolgbarer und auditfester Fertigungsfluss, der sich bei Bedarf jederzeit optimieren lässt. Ob kompakte TCIL-Zelle, skalierbare ML-TCIL, modulare Prüflinie mit Magazinieren, Nutzentrennen, Vermessen und Laserbeschriftung oder vollautomatisierte Roboterzelle mit End-of-Line-Test – integrierte Automatisierung reduziert Ausschuss, verkürzt Testzeiten und liefert belastbare Prozessdaten. Das ist keine unerprobte Zukunftsmusik, denn viele dieser Lösungen sind bereits heute in Serienfertigungen im Einsatz. (sb)

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