Wenn unser Kunde die Produktionsphase seines elektronischen Produkts erreicht, sei es ein Unternehmen oder ein Startup, beginnt die Phase der Leiterplattenbestückung. Wenn diese Tätigkeit in der Vergangenheit eine manuelle Montagelinie erforderte, was den asiatischen Herstellern aufgrund der geringeren Arbeitskosten natürlich zugute kam, ist dies heute nicht mehr der Fall: Diese Tätigkeit wird nämlich ganz oder teilweise (je nach Komplexität des Produkts) automatisiert durchgeführt.
In diesem kurzen Artikel sehen wir uns die 5 Schritte einer Leiterplattenbestückungslinie an, eine Schlüsseldienstleistung, die von jedem Electronic Manufacturing Services (EMS) Unternehmen wie Hemargroup angeboten wird.
1) Lötpasten-Schablonen
Die Schablone ist ein sehr dünnes Blech, das an den Anschlusspunkten der Bauteile auf der Leiterplatte perforiert ist. Nachdem die Leiterplatte automatisch in die Lötmaschine eingelegt wurde, wird die Lotpaste gleichmäßig auf der Schablone verteilt. Bei diesem Schritt dringt die aufgetragene Paste durch die Löcher in der Schablone und setzt sich auf den Bauteilanschlüssen ab. Auf diese Weise kommt die Paste genau dort an, wo sie zum Löten der Bauteile benötigt wird.
2) Montage von Komponenten durch Pick and Place
Wie bereits erwähnt, erfolgt die Montage der Bauteile auf der Leiterplatte nicht mehr von Hand, sondern durch spezielle Maschinen, die Pick and Place genannt werden. Diese Maschinen werden mit Zuführungen beladen, die die Bauteile enthalten, die auf der Leiterplatte montiert werden müssen. Sobald die Leiterplatte aus der Lötmaschine kommt, beginnt ein Roboterkopf (oder mehrere), die Bauteile aus den Feedern zu nehmen und auf der Leiterplatte zu platzieren. Die Positionierung erfolgt über eine optische Verfolgung, so dass der automatische Kopf genau weiß, wo er hinfahren muss, um das Bauteil zu platzieren. Diese Maschinen können sogar 100'000 bestückte Bauteile pro Stunde übertreffen!
Bestückungsautomaten werden vor allem bei der SMD-Bestückung eingesetzt, bei der es um kleine Surface Mount Bauteile geht. In einigen Ausnahmen gibt es auch sehr spezialisierte PnP-Automaten für die THT-Bestückung, also den Umgang mit Through-Hole-Komponenten, obwohl dieser Prozess immer noch meist von menschlicher Hand durchgeführt wird.
3) Schweißen
Das Löten ist ein äußerst heikler Prozess für die Qualität und korrekte Funktion des Produkts. In der Tat kann falsches Löten zu fehlenden Verbindungen, Kurzschlüssen oder Beschädigungen der Leiterplatte führen, was für den Endkunden gefährliche Fehlfunktionen zur Folge haben kann. Je nachdem, ob man es mit SMD- oder THT-Bauteilen zu tun hat, kann man den Lötprozess in zwei Bereiche unterteilen. Im ersten Fall wird das Reflow-Löten durchgeführt. Bei diesem Prozess durchläuft die Leiterplatte einen speziellen Ofen, der nach einem strategisch gewählten Temperaturprofil aufgeheizt wird, da einige Bauteile bestimmte Wärmetoleranzen haben und bei zu hoher Temperatur beschädigt werden können. Die Lötpaste schmilzt um die Pads des Bauteils und bildet beim Abkühlen eine starke metallische Verbindung zwischen Bauteil und Leiterplatte.
Im Falle von THT wird stattdessen das Wellenlöten durchgeführt. Hier läuft die Leiterplatte mit den bestückten Bauteilen über ein heißes Wellenlot-Zinn-Legierungsreservoir. Die kleinen "Beinchen" der THT-Bauteile fangen etwas flüssiges Zinn auf und beim Abkühlen entsteht die oben beschriebene metallische Verbindung mit dem metallischen Loch der Leiterplatte. Hemargroup setzt auch auf eine Selektivlötanlage, die bestimmte THT-Bauteile löten kann, ohne dass die gesamte Leiterplatte über die Flüssigkeit geführt werden muss. Wir setzen sie insbesondere bei gemischten THT/SMD-Doppelseitenplatinen ein.
4) Inspektion
Nach dem Löten wird die Leiterplatte auf Unversehrtheit, korrekte Bestückung der Komponenten und die richtige Menge an Lötpaste geprüft. Dieser Vorgang wird auf 3 Arten durchgeführt:
- Optische Inspektion: ineffizient und anfällig für menschliche Fehler, sie wurde in der Vergangenheit oder für sehr kleine Serien verwendet.
- Automatisierte optische Inspektion (AOI): wird von Maschinen vollautomatisch durchgeführt, Genauigkeit und Effizienz werden maximiert.
- Röntgeninspektion: wird bei Leiterplatten mit komplexen, mehrlagigen Designs eingesetzt.
Wenn die Leiterplatte die Prüfung nicht besteht, wird sie entsorgt oder wenn möglich angepasst.
5) Inspektion und Funktionstest nach der Montage
Sobald die Baugruppenprüfung abgeschlossen ist, können die Leiterplatten weiter auf ihre Funktionalität getestet werden. Natürlich kann die Testphase mehr oder weniger kompliziert sein, je nachdem, ob das fertige Produkt strengere Vorschriften bestehen muss, z. B. bei medizinischen oder militärischen Geräten.
Ein Testverfahren in dieser Phase kann mit einem einfachen "Power-up" beginnen, z. B. für LED-Leuchten, und immer komplexer werden, indem einzelne Komponentenmessungen, Kalibrierung, Programmierung, Funktionstest von Teilschaltungen, abschließender Funktionstest des simulierten Gesamtprodukts usw. hinzugefügt werden.
Hemargroup ist für die Produktion von medizinischen und militärischen Geräten zertifiziert, so dass unsere Prozesse bereits für diese Bereiche optimiert sind.
Wir hoffen, dass Ihnen dieser kurze Leitfaden zum Leiterplattenbestückungsprozess gefallen hat. Wenn Sie eine Montageanfrage haben oder weitere Informationen über Hemargroup wünschen, zögern Sie bitte nicht, uns zu kontaktieren:
