Leuchtdioden lassen sich in allen Richtungen montieren

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Prototypen kommen aus dem Drei-Dimensionen-Drucker

Ein neu entwickelter Speziallack mit dem Namen ProtoPaint-LDS der Herstellers LPKF erlaubt es seit kurzem, aus fast allen beliebigen Grundkörpern 3-D-MIDs herzustellen. In den Lack sind Additive eingearbeitet, die durch Laserlicht aktiviert werden können. Eine 30 bis 40 Mikrometer dicke Lackschicht wird bei der LDS-Technologie mit dem Laser aktiviert und anschließend metallisiert.

Dieser Lack eröffnet neue Möglichkeiten für 3D-MID-Prototypen. Eine besonders interessante Technik ist das 3-D-Drucken, auch unter dem Begriff Rapid Prototyping bekannt. 3-D-Drucker können komplexe Körper ganz ohne Gussformen oder Werkzeuge direkt aus den CAD-Daten erstellen. Zu den bekanntesten Verfahren zählen das das Fused Deposition Modeling (FDM), das Selektive Lasersintern (SLS) und die Stereolithographie (SLA).

Bisher ließen sich die für das Rapid Prototyping notwendigen Materialien nicht selektiv aktivieren oder metallisieren. Erst der Speziallack ProtoPaint-LDS verleiht dem Prototypen diese Eigenschaften. Die Beschichtung kann mit einer handelsüblichen Spritzpistole erfolgen, die Aktivierung und Metallisierung läuft anschließend wie beim normalen LDS-Prozess ab. 3-D-MID-Prototypen lassen sich somit auch ohne teure Spritzgussformen erstellen.

Auf den metallisierten 3D-Grundkörper werden SMD-Bauteile gelötet oder geklebt. Lotpasten und Kleber werden dazu auf die Kontaktstellen dosiert. Anschliessend wird das SMD-Bauteil oder SMD-LED bestückt.

Normale Dosier- und Bestückungsmaschinen für die Elektronik konnten bisher nur in einer Ebene arbeiten. 3-D-MID-taugliche Maschinen waren deshalb eine Sache für den Spezialmaschinenbauer, was wiederum die Herstellung von großer Serien voraussetzte. Um 3-D-MID auch in kleinen Serien wirtschaftlich herstellen zu können, braucht es eine hochflexible und universelle 3-D-Maschine.

Frühere Bestückungsansätze waren unhandlich

Bisher gab es verschiedene Ansätze dazu: Einige Hersteller versuchten, einen mehrachsigen Roboter mit einem SMD-Bestückungskopf auszurüsten. Das Werkstück war bei diesem Verfahren fixiert, und der Roboter bewegte sich in einer Halbkugel, wo er an jeder Position dosieren und bestücken konnte. Dies ist jedoch nicht ideal, denn die Gravitation beeinflusst sowohl den Dosierprozess als auch die Bestückung. Dazu kommt, dass die Bedienung und Programmierung eines Mehrachsen-Roboters in der Elektronikfertigung eher ungewöhnlich ist. Andere Hersteller kombinierten Standard-SMD-Bestücker mit speziellen Werkstückhaltern, was aber auch eine teure und wenig flexible Lösung ist.

Essemtec, der Schweizer Spezialist von Produktionssystemen für die Elektronik, geht nun einen anderen Weg. Mit der 3-D-Bestückungsmaschine Hydra kombiniert Essemtec einen herkömmlichen 2-D-Bestückungsautomat des Typs Paraquda mit einem frei positionierbaren Werkstückhalter. Die Vorteile liegen auf der Hand: Die Bedienung und der Betrieb des 3D-Automaten unterscheidet sich nur wenig von der Standard-Maschine.

Verwendung herkömmlicher Zuführungen und Werkzeuge

Es können die gleichen Bauteilezuführungen, die gleichen Ersatzteile, das gleiche Visionsystem und die gleichen Bestückungswerkzeuge verwendet werden. Außerdem wird die Standard-Maschinensoftware und die Steuerungselektronik eines Bestückungsautomaten für einen Mehrachsen-Werkstückhalter dergestalt erweitert, sodass das 3-D-MID-Werkstück immer in der optimalen Lage für das Dosieren und Bestücken steht.

Auch für den Bestückungsprozess an sich ist dieser Ansatz vorteilhaft. Bauteile werden immer horizontal bestückt, der Prozess unterscheidet sich damit nicht von der normalen Bestückung einer planen Leiterplatte. Erfahrungen und Parameter können deshalb direkt aus der SMD-Technologie in die 3-D-MID-Technik übernommen werden.

3-D-Designerlampe machte neue Technik notwendig

Das Unternehmen MID-Tronic aus dem operpfälzischen Wiesau hat sich auf die Verknüpfung der Kunststoffproduktion mit elektronischen Funktionen spezialisiert. Der Betrieb entwickelt eine neuartige Designerleuchte in 3-D-MID-Technik. Für dieses Lampendesign müssen LEDs in verschiedenen Ebenen und Richtungen aufgelötet werden. Die Präzision ist äußerst wichtig, denn die Leuchtdioden strahlen mit einem optisch berechneten Abstrahlwinkel in einen Reflektor ein.

Die bis dahin erhältlichen Montagemaschinen waren für MID-Tronic zu wenig flexibel, zu ungenau und zu kompliziert in der Bedienung. Deshalb hat sich die Firma zur Zusammenarbeit mit Essemtec entschlossen. In enger Zusammenarbeit mit MID-TRONIC baute der Schweizer Hersteller die erste Paraquda-Bestückungsmaschine für die 3-D-MID-Montage um.

Die daraus entwickelte 3D-Bestückungsmaschine Hydra kann Kleber in fast jeder Lage dosieren und SMD-Bauteile hochgenau bestücken. Der Vierfach-Bestückungskopf kann im 3-D-Modus bis zu 2.500 Bauteile pro Stunde platzieren, im 2-D-Modus sogar bis zu 7.000.

Essemtec wird die Maschine anschließend als Standard-3-D-Maschine anbieten können. Damit wird die 3-D-MID-Technologie mit der traditionellen SMD-Produktion vergleichbar und wirtschaftlich tragfähig. //FG

* * Florian Schildein... ist Marketing & Sales Manager bei der Essemtec AG in Aesch/Schweiz.

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