BALLUFF UND ESSEMTEC: LÖSUNGEN FÜR DIE MIKROELEKTRONIK


In der modernen Sensortechnik gilt es immer mehr Intelligenz in immer kleiner werdende Räume zu packen. Ein Marktführer für hochwertige Sensor-, Identifikations- und Netzwerklösungen...


In der modernen Sensortechnik gilt es immer mehr Intelligenz in immer kleiner werdende Räume zu packen. Ein Marktführer für hochwertige Sensor-, Identifikations- und Netzwerklösungen sowie Software für ganzheitliche Systemlösungen für alle Bereiche der Automation ist die Firma Balluff. Das Balluff Werk Schweiz evaluierte Bestückungslösungen, die den hohen Anforderungen an die SMT Fertigungstechnologien bei der Montage von heutigen und zukünftigen Sensoren gewachsen sind. Das Fluxen/ Dippen war ein sehr wichtiges Kriterium. Essemtec hat Balluff in diesem Prozess unterstützt.

Die Bestückungsanlagen der Balluff AG konnten mit den immer höheren Anforderungen nicht Schritt halten. Der Dippingprozess auf der bestehenden Anlage wurde bisher mit einem grossflächigen Rackelsystem gelöst, was zunehmend Qualitätsprobleme bei den immer kleiner werdenden Bauteilen und Ballgrössen verursachte. Daraufhin wurde eine Marktevaluation gestartet.

Im Fokus stand das Fluxsystem resp. die Dippstation für Micro Controller in unterschiedlichen Gehäuseformen. Bei diesem „Micro Ball Attachement“ Prozess und den geforderten Prozessgenauigkeiten kommt ein Schablonendruck oder auch ein Spray Fluxer nicht mehr in Frage. Um den hohen Anforderungen gerecht zu werden, wurde schnell erkannt, dass nur ein Flex-Rackelsystem in Frage kommt.

 Es wurden folgende Anforderungen gestellt:


 technisch


 Prozess


Bestücken von Bauteilen im Dip Verfahren der Bauform uBGA, FlipChip, CSP, QFN
Balldurchmesser 0,2 mm +/-
Min. Pitch > 0,3 mm


Lieferant muss komplettes System inklusive produktionssicheren Prozess liefern können.


Mehrere unterschiedliche Komponenten müssen in Bezug auf den Dipping auf der gleichen Schaltung prozessiert werden.


Unterschiedliche Dipptiefen müssen parallel gefahren werden können.


Balluff spezifisches Medium


Balluff zertifiziert


Fluxhöhe der Balls:
1/4 - 2/3 des Balldurchmessers


 Fluxhöhe muss +/- 5 μm genau sein


Die Fluxnester müssen austauschbar sein. Über eine Codierung muss die Maschine automatisch erkennen, ob die richtige Platte im Einsatz ist.


Prozessverriegelung


Der Fluxer soll wie ein Feeder einsetzbar sein. Die Maschine und der Maschinenaufbau muss so gestaltet sein, dass absolut keine Vibration auf den Fluxfeeder übertragen wird.


Einfachste Integration des Prozesses Dippen auf einen Standard Bestückungsautomaten.


Die Dippingnester müssen sauber und ohne Verschmierung des Mediums gefüllt werden.


Im Prozess des Rackelns muss vor allem die Walkfestigkeit des Mediums im Zusammenhang mit dem Fluxprozess untersucht und optimiert werden.

Essemtec entwickelte zusammen mit einer Partnerfirma das entsprechende System, welches in einen Standard FOX Bestückungsautomaten integriert werden konnte. Die Hardware und die Softwareintegration wurden in Zusammenarbeit mit Balluff AG realisiert. Der Prozess wurde analysiert und zusammen mit Balluff AG entwickelt und eingefahren.

Beim Rakelsystem werden extrem genaue Platten mit Nestern für die präzise Flux Aufbringung benötigt. Die Nester haben wählbare Tiefen von 50 bis 100 μm. Die Platten haben zudem eine Tiefentoleranz von +/- 5 μm um das Auftragen des Fluxmaterials und die Höhe der Benetzung der Micro Balls wiederholgenau und stabil zu gewährleisten.

Die mit einem Fluxdepot gefüllte Rakeleinheit fährt nun über das Dippingnest und füllt dieses mit dem Medium. Die SMD-Komponenten werden auf die vorgegebene Tiefe eingedippt. Ein Laser vermisst die Z Höhen um die Nullebene der Komponente genau anfahren zu können. Ein speziell entwickelter Pick, Dip und Place Algorithmus stellt sicher, dass die Einfahrgeschwindigkeit und Verweildauer im Flux anpassbar sind.

Weiter wurden verschiedene Sicherheitsmessungen eingebaut, um sicher zu gehen, dass der Bestückkopf (bei fehlender Komponente) nie in das Fluxmedium fahren kann. Auch eine Komponentenkontrolle nach dem Dippen wurde implementiert. So wird garantiert, dass richtig benetzt wurde und die Komponente keinerlei Beschädigung aufweist resp. der Fluxprozess sauber abgefahren wurde und alle «Balls» vorhanden sind.

Balluff entschied sich schlussendlich für eine FOX von Essemtec mit dem neu entwickelten Fluxsystem. Ausschlaggebend war, dass Essemtec im Vorprojekt die schlüssigste Lösung vorstellte und die FOX perfekt für solche Anwendungen eingesetzt werden kann. Ebenfalls wichtig für Balluff war ein Partner, mit welchem in gemeinschaftlicher Zusammenarbeit das System und die Prozesse entwickelt werden konnten. Dadurch wurden seit der Inbetriebnahme im Sommer 2018 bereits einige tausend Schaltungen erfolgreich und in sehr hoher Qualität produziert.

Im Verlauf der Evaluation wurde auch die Möglichkeit einer integrierten Lagerlogistik thematisiert. Für Balluff stellte ein automatisiertes, integriertes Lagersystem ein grosser Mehrwert dar. Bis zu 1’000 Lagerplätze für SMD Rollen auf 1.5 m2 ermöglichen ein schnelles Auf- und Abrüsten ohne lange Suche nach der richtigen Bauteilrolle. Es ist sichergestellt, dass das richtige Material zum richtigen Zeitpunkt am richtigen Ort ist. Die Stillstandzeiten in der Produktion durch fehlendes Material oder einen aufwändigen Rüstprozess können um über 60 % verringert werden. Diese Abklärungen führten dazu, dass Balluff ebenfalls in das integrierte und automatisierte SMD Komponenten Lagersystem Cubus von Essemtec investierte.

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Über die Balluff Gruppe:
Balluff ist ein mittelständisches Unternehmen – seit vier Generationen familiengeführt, gegründet in Neuhausen auf den Fildern bei Stuttgart (D) und gewachsen zu einem weltoffenen, führenden Global Player. Ein Unternehmen mit Tradition und langjährigen Kundenbeziehungen, das gleichzeitig für seine Kunden als wichtiger Innovationspartner und Schrittmacher wirkt. Mit 3’600 Mitarbeitern steht Balluff weltweit für innovative Technik, Qualität und maximale Kundenorientierung. Als führender Anbieter für die industrielle Automation bietet das Familienunternehmen ein umfassendes Portfolio an hochwertigen Sensoren, system- und kundenspezifischen Lösungen. Balluff beherrscht die ganze technologische Vielfalt mit allen Sensorprinzipien und gewährleistet effiziente Prozesse in der gesamten Automation. Neben dem zentralen Firmensitz in Neuhausen auf den Fildern verfügt Balluff rund um den Globus über Produktions- und Entwicklungsstandorte sowie 68 internationale Niederlassungen und Repräsentanzen.

Balluff Schweiz AG

Über Balluff Schweiz AG:
Die Balluff AG ist ein international tätiges Technologieunternehmen mit Sitz in Bellmund bei Biel (CH). Als Kompetenz-Center ist es verantwortlich für die Entwicklung, Industrialisierung, Produktion und Vertrieb von Sensoren und Systemen für die Industrieautomation. Balluff AG ist eine Tochterfirma der deutschen Balluff Gruppe. www.balluff.ch

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