Vakuumgreifer für sensible Handhabung

Um Leiterplatten vereinzeln zu können, werden sie zuvor geritzt, Ausbrüche und Konturen werden gefräst. Die Firma LHMT entwickelt dafür hoch spezialisierte Werkzeugmaschinen, auf denen nicht nur der eigentliche Ritz- und Fräsprozess vollautomatisch erfolgt, sondern auch die Be- und Entladung der empfindlichen Platinen. Für die sichere und schonende Handhabung wandte sich das Unternehmen an den Hersteller J. Schmalz, der unter anderem mit seinen neuen NBR-ESD-Saugern eine zuverlässige Greiferlösung realisierte.

Die Maschinen, die im baden-württembergischen Neuhausen bei Pforzheim entstehen, sind später Teil eines modernen Fertigungsprozesses. Denn die Firma LHMT entwickelt Sondermaschinen im Bereich CNC- und Automatisierungstechnik sowie Roboterautomation und Bildverarbeitung für die Halbleiterindustrie. Leiterplatten-Handling und Manufacturing Technologies – so die Bedeutung der Firmeninitialen – wurde 2002 gegründet und gehört zur Schmoll-Maschinen-Gruppe, die Anlagen für die Elektronikmassenproduktion und Mikrobearbeitung herstellt.

Bis eine fertige Leiterplatte einbaubereit ist, durchläuft sie viele verschiedene Prozessschritte. Von nass-chemischen Verfahren wie dem Kupferätzen über Bohren und Belichten muss der Rohling einiges über sich ergehen lassen, bevor er in den Maschinen landet. Die Handlinggeräte des Unternehmens dienen dabei zur Be-/Entladung der einzelnen Fertigungsprozesse. Bei den Ritzmaschinen bekommt der einzelne Nutzen – also die Gesamtleiterplatte – am Ende seines kompletten Fertigungsprozesses seine Sollbruchstellen, um später das Herausbrechen einzelner Leiterplatten zu ermöglichen. Der spanende Bearbeitungsschritt gibt der Leiterplatte das für die spätere Anwendung notwendige Layout. „Weil die Werkstücke immer feiner und sensibler werden, setzen wir hier auf einen vollautomatischen Prozess“, erklärt Knut Handte, Leiter der Konstruktion bei LHMT. Das bedeutet: Die in sogenannten Schrägkassetten oder auch Warenträgern bereitgestellten Leiterplatten-Rohlinge werden automatisch von einem Handlinggerät einzeln über einen 6-Achs-Roboter entnommen, durch eine CCD-Kamera (Charge Coupled Device) werden die Stiftaufnahmen vermessen, anschließend werden die Rohlinge der Ritzmaschine übergeben.

„Was so einfach klingt, birgt so manche Herausforderung. Denn: Leiterplatte ist nicht gleich Leiterplatte“, betont Handte. Während in Smartphones besonders dünne und leichte Platinen zu finden sind, kommen in Servern eher dicke und massive Versionen mit viel Kupfer zum Einsatz. Allen Exemplaren gleich ist die äußerst empfindliche Oberfläche, auf der keine Abdrücke zurückbleiben dürfen. „Gegriffen wird deshalb meist außen, am sogenannten Blendrand – und natürlich mit Vakuum“, erläutert der Konstruktionsleiter. Der Greifer muss dabei nicht nur mit unterschiedlichen Formaten, sondern auch mit vorhandenen Referenzbohrungen zurechtkommen. Daran richtet sich die Ritzmaschine aus und liefert somit ein exaktes Ergebnis. Zudem bleibt dem Greifer immer weniger Platz: Die Komplexität der Platinen steigt mit dem Anspruch, immer mehr Funktionen auf immer kleineren Flächen unterzubringen. „Außerdem ist zu bedenken, dass auf unseren Maschinen unterschiedliche Leiterplatten bearbeitet werden – entsprechend universell und flexibel müssen die Prozessschritte und das Handhabungssystem sein“, fügt Handte hinzu.

Diese Flexibilität ist vor allem für das automatisierte Zuführsystem eine Herausforderung. LHMT hat in Kooperation mit den Vakuum-Experten von J. Schmalz zwei unterschiedliche Automationslösungen erarbeitet und erprobt. Eine nutzt einen flexiblen Roboterarm, der verschiedene Be- und Entladeschritte auf wenig Raum durchführen kann. Alternativ können die Platten über ein Achssystem abgeholt und dann auf der Riemenbahn abgelegt werden. „Solche Systeme sind im Vergleich zu Robotern günstiger, jedoch nicht ganz so flexibel. Die Zykluszeit ist dagegen bei 2-Achs-Systemen weitaus geringer: Aktuell erreichen wir bei unserer RobiFlex2x1-Anlage eine Taktzeit von weniger als sechs Sekunden“, erklärt der Konstruktionsleiter. Während LHMT mechanische Komponenten wie Roboteranbindung, Greiferkonstrukt oder Achssystem entwickelte, hat Schmalz die Komponenten für den Handhabungsprozess geliefert: die Sauger und deren Anbindung an den Greifer. Eine weitere Besonderheit ist die Gefahr, Schäden durch elektrostatische Entladungen unter anderem in der Leistungselektronik zu verursachen. Sichtbar sind diese nicht, machen sich aber am Ende beim Funktionstest bemerkbar. „Unser Fräs- und Ritzprozess steht relativ weit am Ende der Wertschöpfungskette. Das bedeutet, dass der Wert der Leiterplatte bereits sehr hoch ist und wir daher natürlich die Ausschussrate möglichst gering halten wollen“, verdeutlicht Handte.