CmForce: Kraftmessgeräte für die Bestimmung von Bestückkräften an SMT-Anlagen

• Spezialisiert auf die Anforderungen der SMT
• Messungen direkt in der Fertigung
• Auswertung auf Finden von Fehlerursachen optimiert
• Schnelle und detailierte Dokumentation der Ergebnisse
• Kompetente und mit den Messsaufgaben bestens vertraute Beratung durch umfangreiche Erfahrungen aus unserem Messservice
• Einfache Antwort auf die bekannte Frage: "Wie stellen Sie sicher dass ...?"

Auf der einen Seite geht der Trend zu immer kleineren und damit empfindlicheren SMD Bauteilen. Um eine Beschädigung beim Bestücken zu vermeiden, müssen die übertragenen Impulse (Masse multipliziert mit der Geschwindigkeit) minimiert werden. Bei einer gegebenen Masse des Bauteils und der bewegten Teile des Bestückwerkzeuges muss also die Geschwindigkeit, mit der das Bauteil auf die Bestückfläche trifft, gering sein.

Gleichzeitig besteht die Forderung nach immer kürzeren Verarbeitungszeiten. Damit sind zwangsläufig hohe Bewegungsgeschwindigkeiten der Bestückwerkzeuge verbunden. Für die zuverlässig beschädigungsfreie Bestückung von insbesondere Chipbauteilen muss sichergestellt sein, dass diese nicht in Form eines Impulses in das Bauteil übertragen werden.

Allerdings ist eine Beurteilung mit den heute üblichen Methoden der Qualitätssicherung nur schwer möglich. In aller Regel werden Bauteile beim Bestücken nicht komplett zerstört, sondern nur vorgeschädigt.

Das obige Bild stammt aus dem Forschungsprojekt TEFLON zwischen dem IAVT der TU Dresden und der CeTaQ GmbH. Es zeigt einen überlasteten 0402 Chipwiderstand. Deutlich erkennbar sind der gebrochene Bauteilkörper und die deformierten Lotdepots. Die Widerstandsschicht ist noch in Takt. Das bedeutet, dass Bauteil wird mit hoher Wahrscheinlichkeit alle nachgeordneten Qualitätskontrollen wie z. B. optische Inspektion oder Funktionstest bestehen. Durch den gebrochenen Körper birgt es aber die Gefahr, einen Frühausfall im Feld zu provozieren.

Die Kenntnis der bei der Bestückung auftretenden Kräfte erlaubt es ggf. vorhanden Schwachstellen frühzeitig zu erkennen und entsprechende Maßnahmen zu ergreifen. Idealerweise geschieht dies, bevor Produktanforderungen verletzt werden und die Zuverlässigkeit sinkt.

Aus den Ergebnissen lassen sich z. B. Aussagen zu den auf ein Bauteil wirkenden Energien treffen.

Das obige Beispiel enthält den Kraft-Zeit-Verlauf von zwei Bestückungen. Die Erste zeigt ein deutliches Überschwingen. Ursache ist eine hohe Auftreffgeschwindigkeit von Bauteil und Bestückwerkzeug auf die Leiterplatte und damit eine hohe übertragene Energie. Ein derartiger Kurvenverlauf kann ein Bauteil potenziell schädigen.

Neben dem Kraft-Zeit-Verlauf einzelner Bestückabläufe lassen sich die Funktion und der Wartungszustand eines Bestückkopfes beurteilen. So führen z. B. verschmutze Führungen zu einer erhöhten Streuung der einzelnen Nozzlen. Bei Kenntnis können die Wartungsintervalle entsprechend angepasst werden.

Auch lassen sich mechanische Defekte einzelner Nozzlen gezielt erkennen und beheben.

Sensorboard

Zentraler Bestandteil des Messsystems ist ein Sensorboard mit einer dreieckigen Messfläche von rund 5000 mm². Dieses erlaubt einen Ablauf analog zur Bestückung realer Leiterplatten. Die notwendige Messelektronik ist in das Board integriert. Auf die Sensorfläche wirkende Kräfte werden durch die CmForce Software aufgezeichnet und analysiert.

Das Sensorboard wird wie eine normale Flachbaugruppe dem Bestückautomaten zugeführt und wie diese bearbeitet. Die Messfläche bietet genügend Platz für die Bestückung mit realen Bauteilen in statistisch relevanten Umfängen. Somit gehen alle während der regulären Produktion auftretenden Einflüsse mit in das Ergebnis ein.

Das Sensorbaord erlaubt die Vermessung aller gängigen Bestückmaschinen und funktioniert vollkommen herstellerunabhängig.

Software CmForce

Die zugehörige Software CmForce analysiert und speichert die Messergebnisse. Die wichtigsten Features sind:

• Live Anzeige des Kraft-Zeit-Verlaufes während der Bestückung
• Analyse des Kraft-Zeit-Verlaufes bis ins Detail
  • Verschiedene Algorithmen der Peak Suche
  • Maximale Kraft (peak) der Bestückungen
  • Impulskraft (dF/dt) – Energieeintrag in das Bauteil
  • Dauer einer Bestückung
• Berücksichtigung der Anzahl der Kopf/Nozzlen eines Kopfes
• Statistische Auswertungen
• One click HTML-Protokoll mit allen Ergebnissen
• Berechnung von Fähigkeitskennwerten
• Datenexport für CmCStat6.0 Expert

Ablauf einer Messung

Vor der ersten Messung muss ein entsprechende Bestückprogramm vorhanden sein, bzw. neu erstellt werden. Wir empfehlen mindestens 25 Bauteile pro Bestückwerkzeug. Ist das Programm auf dem Bestücker verfügbar, wird das Sensorboard wie ein reale Leiterplatte bearbeitet. Im allgemeinen werden dazu Bauteile aus der Produktion verwendet. Wir empfehlen die jeweils relevanten bzw. interessanten Bauteiltypen dafür auszuwählen.

Die erforderliche Messzeit ist im Wesentlichen gleich der Bestückzeit, also verhältnismäßig kurz. Im Anschluss an die Messung werden die Daten analysiert. Die Software erlaubt die Messwerte bis auf die einzelne Nozzle herunter zu brechen. Zeigen die Ergebnisse Probleme, können diese gezielt behoben werden. Zur Dokumentation lässt sich ein Prüfbericht mit einem Klick erstellen.

Kunden die einen CmController mit CmCStat6.0 Expert besitzen, haben auch die Möglichkeiten die Daten zu exportieren und die diese in CmCStat6.0 zu analysieren, dokumentieren und archivieren.

• Abmaße: 232 x 175 x 15 mm
• Klemmdicke: 1,5 mm
• Gewicht: ca. 1 kg
• Messbereich: 0,1 – 20.0 N
• Messunsicherheit (U): \(\pm0,03\) N
• Bestückfläche: ca. 5000 mm²
• Messfrequenz: 10 – 50.000 Hz
• Datenübertragung: USB-Kabel

• Abmaße: 257 x 210 x 25,3 mm
• Klemmdicke: 1,5 mm
• Gewicht: ca. 2 kg
• Messbereich:
  • Standard: 0,1 – 20 N
  • High-Force: 0,1 – 100 N
• Messunsicherheit (U):
  • Standard: \(\pm 0,03\) N
  • High-Force: \(\pm 0,02\) N + \(\pm 0,01\) N x Nominal [N]
• Bestückfläche: ca. 5000 mm²
• Messfrequenz: 10 – 50.000 Hz
• Datenübertragung: WIFI