Expertengespräch: Effizienter und schonender Bauteiltransport bei der Plasma-Oberflächenbehandlung
Innovative Alternativen zu herkömmlichen Oberflächenbehandlungs- und Transportmöglichkeiten in der Elektronikfertigung: Ein Gedankenaustausch zwischen Plasmaoberflächentechnik-Experten.
Viele Trends in der Elektronikindustrie wie die Digitalisierung, die Miniaturisierung und die immer höheren Packungsdichten bei Baugruppen beeinflussen heutige Produktionsprozesse. Dazu kommt der Wunsch nach taktzeitoptimierten, wirtschaftlich und ökologisch nachhaltigen Fertigungsmethoden. Doch können wir mit den heutigen Fertigungsverfahren den Herausforderungen der Zukunft Herr werden? Zeit, sich darüber Gedanken zu machen.
Neue Ideen oder Gedankenansätze brauchen manchmal ihre Zeit. Gerade in der industriellen Produktion wird oft an etablierten Fertigungsabläufen festgehalten, ganz nach dem Motto „Never change a running system“. So haben es Innovationen oftmals schwer, an etablierten Produktionsabläufen und den Gewohnheiten der Nutzer vorbeizukommen. Dabei lohnt ein Blick über den Tellerrand hinaus. Werden beispielsweise elektronische Bauteile mit Openair-Plasma gereinigt, ist dies in der Elektronikfertigung heute immer noch kein alltäglicher Prozess. Als umweltfreundliche Alternative zu Primern, Haftvermittlern oder anderen Chemikalien gewinnt es aber zunehmend an Bedeutung, denn Openair-Plasma wird nur mit Hochspannung und Druckluft erzeugt. Erfolgt der Transport der Baugruppen dann auch noch schwebend, nach einem scheinbar chaotischen Prinzip, wird es hoch innovativ.
Anne-Laureen Lauven, Leitung Marketing bei der Plasmatreat GmbH, und ihr Kollege Nico Coenen, Marktsegment Manager im Bereich Elektronik, sowie Felix Schulte Produktmanager bei der Beckhoff Automation GmbH & Co. KG, sind sich im Gespräch einig, dass mit diesen Ideen und Fertigungsansätzen hochinnovative Konzepte verwirklicht werden können, die die altbekannten Prozessabläufe langfristig performancetechnisch verdrängen werden. Sie sprechen über die Herausforderungen, mit denen insbesondere Elektronikfertiger derzeit konfrontiert sind, angefangen bei den hohen Anforderungen, die sich aus Packungsdichten, der Miniaturisierung und Lieferengpässen ergeben, bis hin zu systemtechnischen Problemen und wie zukünftige Fertigungskonzepte aussehen können. Des Weiteren erörtern sie, wie die Branche mit den von Plasmatreat und Beckhoff Automation angebotenen Lösungen den aufgeführten Herausforderungen positiv begegnen kann. (om-06/22)
Expertengespräch Bauteiltransport bei der Plasma-Oberflächenbehandlung
Nico Coenen: Plasmatreat ist international führend in der Entwicklung und Herstellung von atmosphärischen Plasmatechnologien und Plasmasystemen zur Vorbehandlung von Materialoberflächen. Diese wird weltweit in automatisierten und kontinuierlichen Fertigungsprozessen mit Openair-Plasma-Düsentechnologie in nahezu allen Industriebereichen eingesetzt. In der Elektronikfertigung kann Openair-Plasma als Vorprozess des Conformal Coating zur Oberflächenbehandlung ganzer oder selektiver Baugruppenbereiche, aber auch in der LED-, Halbleiter- und HMI-Herstellung eingesetzt werden. Openair-Plasma lässt sich zudem in bestehende Die-Bonding-Prozesse integrieren und verbessert die Qualität der Fertigung bei der Produktion von Chip Packages. Zudem haften sowohl Die-Bondmaterial als auch Weichlot auf den mit Openair-Plasma aktivierten Oberflächen besser, wodurch sich eine optimierte Wärmeableitung erreichen lässt.
Anne-Laureen Lauven: Insbesondere vor dem Hintergrund der aktuellen Marktentwicklungen brauchen wir innovative Ideen, die einen flexiblen Produktionsprozess zulassen. Es ist davon auszugehen, dass verstärkt Fertigungsvolumen aus Asien nach Europa zurückfließen: In Europa soll dann möglichst kostenreduziert gefertigt werden. Um das zu erreichen, wird ein hoher Automatisierungsgrad mit flexiblen Möglichkeiten in der Prozessabwicklung nötig sein. Mit unserer Openair-Plasma-Technologie haben wir in den letzten Jahren viel für unsere Kunden in Richtung innovativer, zuverlässiger und flexibler Oberflächenbehandlung getan. Die atmosphärische Plasmaoberflächenbehandlung hat den großen Vorteil, dass sie eine durchgängige, Inline-Vorbehandlung von Bauteilen erlaubt. Sie passt sich an die Prozessgegebenheiten der Kunden an und kann über eine Reihe unterschiedlicher Automationslösungen eingebunden werden. Gemäß Kundenwunsch können unsere Systeme also direkt in Fertigungslinien integriert oder in Fertigungszellen, sogenannte Plasma Treatment Units, kurz PTUs, installiert und genutzt werden. Um dabei die Kundenanforderungen an den Bauraum, die Taktzeit und den Baugruppentransport erfüllen zu können, haben wir unsere Kompetenz über die Jahre im Bereich der Kinematik und Automatisierung immer weiter ausgebaut. Dies beinhaltet sowohl die Integration von einfachen Bandsystemen bis hin zu komplexen Robotikanwendungen. Ob sich das Bauteil zur Plasmadüse oder die Düse zum Bauteil bewegt, ist für das Ergebnis quasi irrelevant.
Nico Coenen: Das ist richtig. Allerdings brauchen wir auch eine immer stärker automatisierte Elektronikfertigung und dazu benötigen wir innovative und neue Denkansätze. Aktuell werden noch über 70% der Baugruppen in China produziert. Die Corona-Krise hat jedoch gezeigt, wie wichtig lokale Produktionsstandorte sind. Ich gehe davon aus, dass die hohe Nachfrage nach Bauteilen bei gleichzeitigen Lieferengpässen die Fertigungen wieder nach Europa zurückbringt. Hierzulande lassen sich Fertigungen aber nur mit einem beträchtlichen Automatisierungsgrad kosteneffizient betreiben. Mit der Firma Beckhoff haben wir einen kompetenten Partner für verschiedene Automatisierungslösungen gefunden. Und mit dem Planarmotorsystem XPlanar erreichen wir eine neue Flexibilität sowohl in der Elektronikbranche als auch bei der Plasmaoberflächenbehandlung.
Anne-Laureen Lauven: Da wir schon sehr lange mit Beckhoff zusammenarbeiten, freuen wir uns, dass wir auf der productronica u. a. unsere PTU mit integriertem XPlanar vorführen konnten. In München war dieses mit einer Plasmadüse zur Reinigung und einer zur Beschichtung ausgestattete System im Einsatz und ein richtiger Hingucker. In diesem Fall waren die Düsen fest installiert und die Bauteile sind entsprechend der Programmierung unter ihnen hergefahren.
Felix Schulte: Dass Plasmatreat seine PTU mit unserem XPlanar ausgestattet und auf der productronica gezeigt hat, freut uns sehr. Bei der Entwicklung des XPlanar haben wir uns zum Ziel gesetzt, Produkte unabhängig voneinander und nicht nur in einer Dimension zu bewegen. Durch die einzigartige Magnetschwebetechnik gelingt genau das: Die XPlanar-Mover können sich in bis zu sechs Freiheitsgraden bewegen und benötigen dazu lediglich die darunter angeordneten Motorkacheln. Ein Mover kann um die eigene Achse rotieren, kippen sowie sich anheben, senken und neigen. XPlanar transportiert Produkte flexibel von Bearbeitungsstation zu Bearbeitungsstation, wobei sich einzelne Mover auch überholen lassen: Dann wird quasi im Chaosverfahren gefertigt. Dies bedeutet ebenfalls, dass beispielsweise unterschiedliche Baugruppen gleichzeitig transportiert und dadurch z. B. Losgröße-1-Produkte innerhalb einer Serienfertigung automatisch mit eingebunden werden können. Oder es werden zwei unterschiedliche Baugruppen gleichzeitig bearbeitet. Dabei fährt Baugruppe A von vier Prozessstationen nur zwei an, Baugruppe B hingegen alle vier.
Anne-Laureen Lauven: XPlanar ist wirklich ein spannendes Transportsystem. Die Besucher haben sich sehr für die drei XPlanar-Mover mit unterschiedlichen Bauteilen in Kombination mit unserer Plasmatechnologie interessiert. Die Reinigung der Bauteile erfolgte mit einer RD1004 Rotationsdüse und die Beschichtung als Vorbereitung zum Conformal Coating wurde mit einer PlasmaPlus-Düse durchgeführt. Mithilfe der PlasmaPlus-Technologie können Nanobeschichtungen auf Oberflächen aufgebracht werden. So werden gezielt funktionalisierte Oberflächen geschaffen, die z. B. sowohl superhydrophob als auch superhydrophil sein können. Dabei sind alle Plasma-Prozesse lösungsmittelfrei, ortsselektiv und inline-fähig. Da freut es uns umso mehr, dass sich Beckhoff und Plasmatreat auch bei Themen wie Umweltfreundlichkeit und Nachhaltigkeit ergänzen.
Felix Schulte: Genau, auch für uns sind Umweltverträglichkeit und Nachhaltigkeit ein wichtiges Anliegen. Die XPlanar-Kachel generiert als aktiver Teil ein magnetisches Feld, das auf den Permanentmagneten im Mover trifft. Die Wechselwirkung dieser beiden Magnetfelder erzeugt einen Abstoßungseffekt, der den Mover und seine Fracht schweben lässt. Wir benötigen dementsprechend keine Mechanik. Die Magnete und die verbauten Elektronikbauteile haben eine sehr hohe Halbwertzeit. Zudem sind weder Verschleißteile wie Rollen noch zu fettende und zu schmierende Teile vorhanden. Der Mover hinterlässt somit als wartungsfreies und äußerst nachhaltiges Transportsystem, das sich jederzeit für unterschiedliche Einsätze konfigurieren lässt, einen kleinstmöglichen ökologischen Fußabdruck. Das System kann sogar über den Lebenszyklus einzelner Anlagen hinaus verwendet werden.
Nico Coenen: Der ökologische Fußabdruck ist das eine. Die Elektronikfertigung braucht auf der anderen Seite neue effiziente Möglichkeiten, um konkurrenzfähig zu sein. Dennoch kann es noch dauern, bis es in der Elektronikbranche zu einem Umdenken kommt. Mit Openair-Plasma, das eine hohe Flexibilität in der Linie bietet, und der umfassenden Transportflexibilität des XPlanar von Beckhoff wollen wir Kunden und Interessenten an zwei unterschiedlichen Stellen Impulse geben. Wird eine Produktion entsprechend umgestellt, lässt sie sich um ein Vielfaches flexibler und mit weniger Aufwand gestalten. Parameter wie die Losgröße und die Fertigung, in der Baugruppen nacheinander abgearbeitet werden, sind dann nicht mehr relevant. Dennoch sprechen wir über ein Zukunftsszenario, weil Inline-Prozesse derzeit hauptsächlich über Förderbänder abgewickelt werden. Zudem ist der Erklärungsbedarf aktuell noch sehr hoch. Viele wissen nicht, wie sie den Einstieg schaffen sollen und kaufen daher wie eh und je Transportbänder.
Anne-Laureen Lauven: Ich bin überzeugt, dass ein Umdenken stattfinden wird und wir in den kommenden Jahren auch in der Elektronikindustrie viele Lösungen mit XPlanar und dem Openair-Plasma sehen werden. Es freut mich, dass wir dieses System in unserem Automatisierungsportfolio mit anbieten können. So ermöglichen wir unseren Kunden die Kombination aus umweltfreundlicher Oberflächenbehandlung nach höchsten Standards und gleichzeitig ein großes Maß an Flexibilität im Bauteiltransport.
Gesprächsteilnehmer
Anne-Laureen Lauven, Leitung Marketing, Plasmatreat GmbH
Nico Coenen, Marktsegment Manager Bereich Elektronik, Plasmatreat GmbH
Felix Schulte, Produktmanager, Beckhoff Automation GmbH & Co. KG
Kontakt
Plasmatreat GmbH
Queller Straße 76-80
33803 Steinhagen
www.plasmatreat.com
Plasmatreat
Plasmatreat ist international führend in der Entwicklung und Herstellung von atmosphärischen Plasmasystemen zur Vorbehandlung von Materialoberflächen. Ob Kunststoff, Metall, Glas oder Papier - durch den industriellen Einsatz von Plasmatechnologie werden die Eigenschaften der Oberfläche zu Gunsten der Prozessanforderungen modifiziert.