Elektronische Bauelemente und Baugruppen in Fahrzeugen sind extremen Temperaturen ausgesetzt. Um die Funktion der Bauteile sicherzustellen, müssen diese Umweltbedingungen in verschiedenen Testverfahren simuliert werden. Der Automatisierungsspezialist Baumann hat sich sehr frühzeitig auf die Entwicklung und den Bau von Prüfanlagen für solche Aufgabenstellungen konzentriert. Das Unternehmen produziert schlüsselfertige Produktionsanlagen für Kunden der internationalen Automobilzuliefer-, Elektronik- und Haushaltsgeräteindustrie. Dabei setzt Baumann bevorzugt auf die im eigenen Haus entwickelten, modularen Standardzellen. Auch die Anfrage eines weltweit tätigen Tier1 nach einer vollautomatischen, verketteten Linie für die Leiterplattenprüfung bei Raum- und Hochtemperatur beantworteten die Ingenieure mit einer individualisierten Standardlösung.
Lösung aus dem Baukasten
Zum Einsatz kommt die sogenannte Te|box, eine standardisierte und flexible Plattform für Prüftechnikapplikationen von Leiterplatten, die je nach Anforderung bei Raum-, Tief- (-40°C) oder Hochtemperatur (+140°C) getestet werden können. Auf Grund der hohen Flexibilität in Ausstattung und Ausführung lassen sich mit einer Anlage Leiterplatten verschiedener Typen prüfen. Im konkreten Fall sind 100-Prozentprüfungen bei Raum- und Hochtemperatur unter harten Taktzeitkriterien auszuführen. Josef Summer, Vertriebsleiter Test Solutions bei Baumann: „In der aktuellen Te|box steckt jede Menge Know-how aus unseren ersten robotergestützten Standardanlagen für LP-Prüfungen. Durch technologische Fortschritte seitens der Robotik sowie gewisser Verbesserungen konnten wir die Taktzeiten mit der neuen Anlagengeneration um rund ein Drittel reduzieren und deren Flexibilität weiter steigern.“ Wie flexibel die Anlagen in der Praxis sind, belegt die kundenspezifische Prüflinie. Die komplette Anlage besteht aus zwei über einen Ofen verketteten, vollautomatischen Prüfzellen, die beide mit jeweils einem TX90L-Sechsachsroboter von Stäubli in ESD-Ausführung ausgestattet sind. In der ersten Zelle stehen die LP-Prüfungen bei Raumtemperatur, in der zweiten die Hochtemperaturtests bei 140°C auf dem Programm.
Prüfablauf im Überblick
Die Leiterplatten erreichen die erste Zelle, in die drei voneinander unabhängige Teststationen integriert sind, über ein zweispuriges Transfersystem. Aufgabe des Sechsachsers ist es, die Leiterplatten abzugreifen und die Teststationen mit den empfindlichen Bauteilen zu bestücken. Dazu ist der Roboter mit einem komplexen Doppelgreifer in ESD-Ausführung ausgestattet, der es ihm erlaubt, eine geprüfte Leiterplatte zu entnehmen und die Zelle in einem Arbeitsschritt ohne Zwischenablage mit einer ungeprüften zu bestücken. Anschließend werden die geprüften LP je nach Testergebnis auf dem zweispurigen Transfersystem abgelegt oder über ein N.I.O.-Band ausgeschleust. Die Gutteile durchlaufen dann eine Aufheizstrecke innerhalb eines Ofens, um die vorgeschriebene Temperatur für den Hot Function Test, kurz HFT, zu erreichen. Da die HFT zeitintensiver ausfallen, ist diese Prüfstation mit vier identischen Teststationen ausgestattet. Nur so lassen sich die vorgegebenen Taktzeiten einhalten. In dieser Zelle arbeitet ein identischer Roboter ebenfalls in ESD-Ausführung und mit dem gleichen Doppelgreifer wie in Roboterzelle 1. Auch das Aufgabenspektrum ist prinzipiell das Gleiche. Der Sechsachser ist Herr der Station und übernimmt die Beschickung der vier HFT-Teststationen. Im ersten Schritt greift der Roboter eine heiße Leiterplatte vom Zuführband, fährt zur Teststation, an der die Kontaktierung öffnet, entnimmt eine getestete LP und legt eine nicht getestete ein. Gutteile legt er abschließend auf einer Auslaufspur ab, N.I.O. Teile werden ausgeschleust.
Prozesssicherer Prüfablauf
Der Prüfablauf selbst ist klar strukturiert und damit prozesssicher. Die Baumann-Standardanlagen haben eine hohe und schnelle Verfügbarkeit. Die Finessen dieser Prüflinie hingegen offenbaren sich erst auf den zweiten Blick. Dazu Summer: „Die vielen Details sind es, die diese Anlage so leistungsfähig machen. Wir können taktzeitneutral umrüsten, Hochtemperaturtests sehr energieeffizient ausführen, die Anzahl der Teststationen variieren, elektrostatische Aufladungen sicher ausschließen, zwei unterschiedliche LP-Typen gleichzeitig auf der Anlage prüfen und bei Ausfall einer Teststation dennoch weiterarbeiten.“ Die LP-Prüfung im heißen Zustand ist die Besonderheit der HFT-Zelle. Hier ermöglicht der Einsatz spezieller temperaturbeständiger Adapter und eines Heizsystems die Bauteilprüfung bei Temperaturen von maximal 140°C. Dabei werden die Leiterplatten mit den speziell für das Produkt angefertigten Adaptern von oben und unten kontaktiert und getestet. Zum einen sind die Adapter beheizbar, was für ein konstantes Temperaturniveau während der Prüfläufe sorgt, zum anderen lassen sie sich von außen manuell selbst bei laufendem Anlagenbetrieb schnell und einfach wechseln. Die Zustellung der Adapter erfolgt über die eigens dafür entwickelte Kontaktiereinheit.