In sicurezza verso l’incisione

Per poter separare i circuiti stampati, questi vengono prima di tutto incisi, e le protuberanze e i contorni vengono fresati. Per eseguire queste operazioni, l’azienda LHMT GmbH sviluppa e realizza macchine utensili speciali che permettono di eseguire in modo completamente automatizzato incisioni, fresature, caricamento e scaricamento delle schede sensibili. Per la movimentazione sicura e delicata delle schede, l'azienda LHMT si è rivolta a J. Schmalz GmbH, che, anche grazie alle sue nuove ventose NBR-ESD, è in grado di realizzare soluzioni di presa affidabili.

Macchina automatica di incisione con robot integrato per il caricamento e lo scaricamento Foto: LHMT
Il robot mette a disposizione per l’incisione sei circuiti stampati al minuto. Preleva le singole schede dalle cassette...
...e le posiziona su un nastro a rulli.
Al posto di un robot, i circuiti stampati possono essere posizionati sul nastro a rulli anche da un sistema ad assi. Le ventose NBR-ESD gialle proteggono in modo affidabile dal danneggiamento e dalle scariche elettrostatiche.
Ventosa, aste a molla e nipplo - anche la connessione - sono state integrate da Schmalz in modo da creare una soluzione personalizzata per LHMT.
La ventosa NBR-ESD gialla protegge in modo affidabile dal danneggiamento e dalle scariche elettrostatiche.
L’incisione rappresenta una fase importante del processo di produzione dei circuiti stampati. Permette il distacco delle singole schede dal pezzo grezzo. Il sistema di movimentazione viene fissato a destra.
Il Responsabile costruzione Knut Handte di LHMT (a destra) insieme a Patrik Stejskal, Consulente di sistema automazione con il vuoto di Schmalz

Le macchine realizzate nello stabilimento tedesco di Neuhausen vicino Pforzheim, vengono successivamente integrate in un processo produttivo all’avanguardia. L’azienda LHMT GmbH sviluppa macchine speciali a controllo numerico CNC completamente automatizzate, robot automatici e sistemi di elaborazione immagini per l’industria dei semiconduttori. Leiterplatten-Handling und Manufacturing Technologies (tecnologie per l’handling e la produzione di circuiti stampati) - questo è il significato delle lettere che compongono il nome dell'azienda - è stata fondata nel 2002 e fa parte di Schmoll-Maschinen-Gruppe, che è specializzato nella produzione di massa dell’industria elettronica e nella micro-lavorazione.

Prima che un circuito stampato sia pronto, questo passa attraverso un processo estremamente articolato. Il pezzo grezzo viene sottoposto a diversi procedimenti, ad esempio quello idrochimico con la cementazione al rame dei fori e l’esposizione, prima di arrivare alle macchine dell'azienda LHMT. I dispositivi di movimentazione di LHMT servono per il caricamento e lo scaricamento dei pezzi durante i rispettivi processi di lavorazione. Nelle macchine di incisione, i singoli semilavorati - quindi l’itero circuito stampato - alla fine del suo completo processo di lavorazione viene corredato dei punti di rottura preimpostati in modo da permettere la separazione dei singoli circuiti stampati. Si tratta di uno step molto importante perché poi la fase di lavorazione successiva fornisce al circuito stampato il layout necessario per la sua applicazione specifica. “Siccome i pezzi diventano sempre più piccoli e delicati, allora puntiamo su un processo completamente automatizzato”, spiega Knut Handte, Responsabile Costruzione dell'azienda LHMT GmbH. Ciò significa che i circuiti stampati grezzi presenti nelle così dette cassette inclinate o nei carrelli vengono prelevati singolarmente e in modo automatico da un dispositivo di movimentazione e caricati su un robot a 6 assi. I circuiti vengono quindi misurati per mezzo di una telecamera CCD (Charge Coupled Device) e poi trasferiti alla macchina di incisione.

Oggetti sensibili

“All’apparenza sembra tutto semplice, ma non è così. Perché ogni circuito stampato non è uguale all’altro”, sottolinea Handte. Mentre le schede per gli smartphone sono particolarmente sottili e leggere, quelle per i server sono più spesse e robuste, e presentano un utilizzo diffuso del rame. Per tutte le versioni però il denominatore comune è la sensibilità della superficie, sulla quale non devono rimanere impronte. “Per questo motivo, le schede vengono prelevate soprattutto dal bordo e naturalmente con il vuoto”, spiega il responsabile della costruzione. La pinza di presa deve adattarsi perfettamente non solo ai diversi formati ma anche ai fori di riferimento presenti. La macchina di incisione si regola in base a queste condizioni e garantisce così un risultato accurato. Alla pinza di presa rimane sempre meno spazio di manovra: aumenta la complessità delle schede, perché il settore chiede sempre più funzioni da superfici sempre più piccole. “Inoltre, bisogna ricordare che le nostre macchine devono lavorare diversi tipi di circuiti stampati - pertanto i processi e il sistema di movimentazione devono essere flessibili e universali. Solo in questo modo possiamo ridurre i tempi di equipaggiamento”, aggiunge Handte.

Questa flessibilità rappresenta una vera e propria sfida per il sistema di alimentazione automatizzato. In cooperazione con l’esperto del vuoto J. Schmalz GmbH, LHMT GmbH ha elaborato e testato due diverse soluzioni di automazione. Una utilizza un braccio robotizzato flessibile, che può eseguire le operazioni di caricamento e scaricamento riducendo al minimo l’ingombro. L’altra alternativa prevede l’impiego di un sistema ad assi che preleva e poi deposita le schede su un nastro a cinghie. “Rispetto ai robot, questi sistemi sono più economici, anche se non garantiscono la piena flessibilità. Nei sistemi a 2 assi il tempo ciclo è senza dubbio più breve: attualmente, con il nostro impianto RobiFlex2x1 raggiungiamo un tempo ciclo pari a meno di sei secondi. Utilizzando uno strato intermedio, l’impianto arriva a undici secondi. Tutti i pezzi vengono movimentati esclusivamente con un sistema di presa a vuoto”, spiega Handte. Mentre LHMT ha sviluppato i componenti meccanici come il collegamento al robot, la costruzione della pinza di presa o il sistema ad assi, Schmalz ha fornito tutto il necessario per il processo di movimentazione: le ventose e i rispettivi collegamenti alla pinza di presa. “Tutte le schede sono sensibili alla movimentazione ed è importante che non vengano lasciate impronte. Inoltre, i movimenti veloci del processo di lavorazione, richiedono una presa sicura delle schede - naturalmente senza che queste vengano deformate”, spiega Christian Stoisser, della Divisione Sezioni Internazionali e Key Account Management Elettronica di Schmalz. Un’ulteriore particolarità legata alla gestione dei circuiti stampati e gli altri componenti elettronici è rappresentata dalle scariche elettrostatiche causate dai vari dispositivi responsabili per la produzione. Si tratta di un fenomeno non visibile, ma riconoscibile alla fine del processo, durante la prova di funzionamento. “Il nostro processo di fresatura e incisione si trova praticamente alla fine della catena di creazione del valore. Significa quindi che in questa fase il valore dei circuiti stampati è già molto alto e quindi vogliamo mantenere basso il livello di scarto”, spiega Handte.

Combinazione dissipante

Per garantire la protezione specifica dalle indesiderate scariche elettrostatiche, Schmalz ha sviluppato la ventosa NBR-ESD con resistenza specifica. Insieme alle aste a molla FSTIm conduttrici, l’esperto del vuoto ha realizzato un'ottima connessione in qualsiasi posizione di presa, in modo da proteggere i circuiti stampati. Le ventose vengono fissate a ragni di presa in alluminio. “L’alluminio leggero rappresenta una prerogativa per tempi ciclo brevi. Una pinza di presa meccanica renderebbe la costruzione troppo pesante e quindi il robot non potrebbe più muoversi velocemente”, sottolinea Handte.

Quando la soluzione di movimentazione viene fissata alla macchina speciale, il circuito stampato arriva alla macchina di incisione dopo il caricamento e lo scaricamento corretto. LHMT offre inoltre unità di caricamento e scaricamento per le fasi complete di lavorazione, per esempio delle linee di pulizia o morsatura. “Sei schede al minuto rappresenta un numero di ciclo realistico”, sottolinea Handte. Le fasi intermedie di movimentazione per il posizionamento protetto dei rispettivi circuiti stampati devono essere ancora automatizzate in modo che questi possano essere depositati uno alla volta e che ci sia una reazione flessibile al cambio di cassetta. “Questo significa che il sistema di automazione deve essere ancora più veloce, in modo da garantire il caricamento costante dell’impianto e lo svolgimento just-in-time delle lavorazioni.” Parallelamente si svolge il processo di incisione automatizzato dei circuiti stampati in base a un programma personalizzato per il cliente. A seconda dell’esecuzione, la macchina può eseguire le incisioni in senso longitudinale o trasversale. Dopo il processo, il circuito stampato può essere prelevato in modo assolutamente automatico. Dopo la separazione e il controllo finale di qualità, i circuiti stampati sono pronti per la spedizione e l’equipaggiamento.

“Siamo pienamente soddisfatti delle soluzioni di Schmalz”, sottolinea Handte. “La qualità è eccellente e, grazie alle ventose NBR-EDS, possiamo offrire le nostre macchine nella versione ESD-Safe”, spiega Handte.

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