Grundlagenartikel Hardware Praxis Professional Redaktion

Exklusive Insider-Einsichten in die Arbeit der Platinenbestücker (EMS Dienstleister) | Update

Nach unserem Artikel über die Herstellung von Grafikkarten und der unerwartet hohen Resonanz darauf, wollen wir heute die ganz Neugierigen mit noch mehr Details "füttern", denn solche Informationen und Einblicke hinter die Kulissen sind zwar ein vermeintliches Nischenthema, vor dem sich die meisten Redaktionen geflissentlich scheuen, aber auch diese Themen haben ihre Daseinsberechtigung...

Vorbereitung

Als erstes muss das entsprechende Bestückungsprogramm erstellt werden. Dazu werden die Pick&Place-Daten eingelesen. In dem Bestückungsprogramm steht dann auch, an welcher Stelle, welches Bauteil über die Feeder zugeführt werden muss. Als Nächstes werden die sogenannten Feeder bestückt. SMD-Bauteile werden (sofern möglich) als Rollen geliefert. Diese Rollen können relativ schnell in einen Feeder eingespannt werden. Auf folgendem Bild sieht man im Vordergrund eine ganze Reihe Feeder, die demnächst vorbereitet werden sollen.

Abbildung 9:Feeder für den SMD-Bestückungsautomaten

Am Ende vom Feeder wird dann das Band, in dem sich die Bauteile befinden, auseinandergetrennt, so dass die Bestückungsautomaten das Bauteil nehmen kann. Dies kann man beispielhaft an folgendem Bild sehen. Die Feeder werden später, an den im Bestückungsprogramm vorgesehenen Stellen, im Bestückungsautomaten eingehängt. Je nach Menge der unterschiedlichen Bauteile, kann das eine ganz schön beachtliche Zahl an Feedern sein.

Rakeln

Vor dem eigentlichen SMD-Bestücken muss zumindest die Lotpaste in der korrekten Menge aufgetragen werden. Diesen Prozess nennt man in häufig „Rakeln“. Die Lotpaste ist quasi ein Lotgranulat mit Flussmittel dazwischen. Grob kann man es sich, stark vergrößert,  wie auf folgendem Bild vorstellen: Die dunkleren Kugeln sind das Lot, die helleren sind Flussmittel. Das Flussmittel scheint auch das zu sein, was die Paste zusammen hält.

Abbildung 10:Aufbau der Lotpaste

Zuerst wird die Leiterplatte passgenau unter dem Rakelsieb in den Pastendrucker eingespannt, damit sich nichts verschieben kann. Die genaue Position wird über sogenannte Passermarken ermittelt, die entweder relativ weit außen an der Leiterplatte oder auf dem Nutzen sitzen. Die Lotpaste wird dann beim Rakeln üblicherweise mit einer Gummilippe über das Rakelsieb und die unter dem Sieb eingespannte Leiterplatte gezogen. Durch die Öffnungen im Rakelsieb wird dabei das Lot auf die Leiterplatte gebracht.

Abbildung 11: Schemata vom Rakeln

Die Menge des Lotes auf den jeweiligen Lötpads wird über die Größe des Durchbruches im Sieb und über die Dicke im Sieb definiert. Zu viel Lot und auch zu wenig Lot können sehr schnell zu erhöhten Ausfallraten führen. Auf dem nachfolgendem Bild kann man in dem rot markierten Bereich recht schön die Lötpads erkennen:

Abbildung 12: Lotpastendrucker in Aktion

Bei diesem Arbeitsschritt kann auch, sofern nötig, mit einem zusätzlichen Underfill gearbeitet werden. Dies verursacht aber zusätzliche Kosten und erschwert eine spätere Reparatur. Als weiteren Einfluss muss ich hier noch die Auswahl der Lotpaste nennen.  Einerseits wegen Temperatur- und Fließverhalten. Andererseits: Speziell bei Baugruppen, die lange in widrigen Umgebungen funktionieren sollen, muss darauf geachtet werden, dass die Whiskerbildung gering ist.

 

SMD-Bestückung

Je nach Fertigungslinie können hier mehrere Bestückungsautomaten hintereinander gereiht sein oder es einfach über einen großen bis riesigen Bestückungsautomat erledigt werden.

Abbildung 13: SMD-Bestückungsautomaten

Die Bestückungsautomaten selbst, nehmen die Bauteile von den Feedern mit einer Vakuumpipette auf und platzieren diese an der vorgegebenen Stelle mit der vorgegebenen Drehung. Am Ende vom Feeder wird vom Band, in dem sich die Bauteile befinden, die Abdeckfolie entfernt, so dass die Bestückungsautomaten das Bauteil nehmen kann.

Abbildung 14: Aufnahme von SMD-Bauteilen

Da dort bereits eine Lotpaste aufgetragen ist, bleiben die Bauteile da auch auf Position, solange keine gröberen Erschütterungen kommen. Das Bestücken selbst, ist immer ein Kompromiss zwischen mehreren Faktoren. Die Maschine soll schnell arbeiten, fährt sie aber zu schnell, verliert sie zu viele Bauteile in der Bewegung. Die Maschine soll die Bauteile mit leichtem Druck absetzen, damit diese in der Paste besser halten. Aber der Druck darf nicht zu groß sein, da sonst die Bauteile brechen. Interessanterweise haben die meisten mir bekannten Bestückungsautomaten ein Auffangblech für Bauteile darunter.

Abbildung 15: Platzieren von SMD-Bauteilen

Je nach Größe und Preis des Bestückungsautomates haben diese Geräte durchaus mehrere Pipetten zum Aufnehmen der Bauteile. Inzwischen gibt es fast alle Bauteile in irgendeiner Form als SMD-Variante. Der Vorteil ist hier ganz klar, dass diese relativ leicht maschinell bestückt werden können. Aber kein Vorteil ohne Nachteil: Speziell bei Steckern muss man normalerweise mit einer geringeren mechanische Belastbarkeit leben als bei Bauteilen, die durch die Leiterplatte gesteckt werden.

Abbildung 16: Feeder im Bestückungsautomaten