Arten von SMT-Bestückungsmaschinen und wie man die richtige auswählt

Einführung

In der modernen Elektronikfertigung leisten SMT-Bestückungsautomaten die Hauptarbeit – im wahrsten Sinne des Wortes. Sie sind das Herzstück jeder SMT-Fertigungslinie (Surface Mount Technology) und platzieren winzige oberflächenmontierbare Bauteile schnell und präzise auf Leiterplatten.

Aber nicht alle Bestückungsautomaten sind gleich. Je nach Ihren Produktionsanforderungen – ob Sie Prototypen fertigen, Kleinserien bearbeiten oder Serienfertigung betreiben – gibt es verschiedene Maschinentypen, die für die jeweilige Aufgabe optimal geeignet sind.

In diesem Leitfaden erläutern wir die wichtigsten Arten von SMT-Bestückungsautomaten, die jeweiligen Besonderheiten und wie Sie den für Ihre Produktionsziele am besten geeigneten Automaten auswählen.

Klassifizierung von Bestückungsautomaten

Die Wahl der richtigen SMT-Bestückungsmaschine beginnt mit der Kenntnis der wichtigsten Typen. Diese werden üblicherweise nach Automatisierungsgrad, Bestückungsmethode, mechanischer Konstruktion und Leistungsbereich kategorisiert.

1. Nach Automatisierungsgrad

Manuelle Bestückungsautomaten

Manuelle Maschinen erfordern menschliche Bediener, die Bauteile mithilfe von mechanischen Armen oder Pinzetten und visueller Unterstützung auf die Leiterplatte platzieren. Sie sind die kostengünstigste Option und werden hauptsächlich in folgenden Bereichen eingesetzt:

• Prototyping und Forschung & Entwicklung
• Kleinserienfertigung
• Bildungseinrichtungen

Halbautomatische Bestückungsautomaten

Diese Maschinen kombinieren manuelle Zuführung bzw. Leiterplattenbeladung mit automatisierten Bestückungsmechanismen. Sie umfassen häufig:

• Komponentenzuführungen
• Sichtausrichtungssysteme
• Halbautomatische Aufnahmearme

Vollautomatische Bestückungsautomaten

Vollautomatische Maschinen übernehmen alle Aufgaben – von der Bauteilauswahl über die Ausrichtung und Bestückung bis hin zum Platinenhandling. Sie sind Standard in modernen SMT-Fertigungslinien.

Ideal geeignet für: Produktionsumgebungen mit hohem Durchsatz, wie z. B. Leiterplatten für Unterhaltungselektronik, Automobilindustrie und Telekommunikation.

2. Durch das Platzierungsverfahren

Sequenzielle Platzierung

Sequenzielle Maschinen verwenden einen oder mehrere Köpfe, die sich entlang der X- und Y-Achse bewegen, um Bauteile nacheinander zu platzieren. Sie bieten zwar eine hohe Präzision und eignen sich hervorragend für komplexe oder abwechslungsreiche Bauteilanordnungen, ihre geringere Geschwindigkeit macht sie jedoch für die Serienfertigung weniger effizient.

Gleichzeitige Platzierung

Simultanmaschinen sind mit mehreren parallel arbeitenden Köpfen ausgestattet, die mehrere Bauteile in einem Arbeitsgang platzieren. Diese Bauweise steigert die Geschwindigkeit bei sich wiederholenden Aufgaben erheblich, bietet aber nicht die nötige Flexibilität für vielfältige oder komplexe Designs.

Inline-Platzierung (Durchflusstyp)

Diese auch als Förderbandsysteme bekannten Inline-Maschinen arbeiten in einer kontinuierlichen Produktionslinie, in der Leiterplatten automatisch zwischen den Bestückungsstationen transportiert werden. Sie eignen sich ideal für die Serienfertigung ohne Unterbrechung, erfordern jedoch höhere Anfangsinvestitionen und eine gut strukturierte Planung.

Hybrid (Sequenziell + Simultan)

Hybridmaschinen vereinen die Präzision sequenzieller Systeme mit dem Geschwindigkeitsvorteil simultaner Bestückung. Sie bieten ein optimales Verhältnis von Leistung und Flexibilität und eignen sich daher hervorragend für die Produktion mittlerer bis hoher Stückzahlen mit vielfältigen Produktmischungen.

3. Durch mechanische Struktur

Portaltyp (X-Y-Arm)

Die Portalstruktur umfasst lineare X- und Y-Bewegungsachsen, die den Bestückungskopf über eine stationäre Leiterplatte bewegen.

Benefits:

• Einfache Architektur
• Unterstützt problemlos modulare oder skalierbare Designs
• Kostengünstig für Anwendungen mit mittlerer Geschwindigkeit

Einschränkungen:

• Die Geschwindigkeit ist im Vergleich zu Rotationssystemen geringer.

Drehbarer Typ (Revolver)

Bei Rotationsmaschinen wird ein rotierender Revolverkopf mit mehreren Düsen verwendet, die Bauteile in einer kreisförmigen Bewegung aufnehmen und platzieren, oft mit einer stationären Leiterplatte oder nur mit kleinen Bewegungen.

Benefits:

• Platzierung mit sehr hoher Geschwindigkeit
• Ideal für kleine, leichte Bauteile (z. B. 0201, 0402)

Einschränkungen:

• Weniger geeignet für große oder unregelmäßig geformte Teile
• Komplexere mechanische Systeme

Modularer Typ

Modulare Systeme bestehen aus unabhängigen Platzierungseinheiten, die je nach Produktionsanforderungen konfiguriert oder erweitert werden können.

Benefits:

• Hochflexibel und skalierbar
• Unterstützt die Produktion von Produkten mit hoher Produktvielfalt und geringen Stückzahlen (HMLV).
• Einfache Wartung und Aufrüstung

Einschränkungen:

• Höhere Anfangskosten
• Erfordert eine fortgeschrittenere Linienintegration

4. Nach Leistungsstufe

Mittelschnelle Maschinen

Diese Maschinen erreichen typischerweise eine Leistung von unter 20.000 Einheiten pro Stunde und bieten eine kostengünstige Lösung für die allgemeine Fertigung. Sie eignen sich gut für kleinere Hersteller, stoßen aber bei hohem Produktionsvolumen an ihre Grenzen.

Hochgeschwindigkeitsmaschinen

Mit einer Leistung von 30.000 Einheiten pro Stunde (CPH) oder mehr sind Hochgeschwindigkeitsmodelle mit schnellen Zuführungen und fortschrittlicher Bildverarbeitung für die Massenproduktion optimiert. Sie bieten einen exzellenten Durchsatz, sind jedoch weniger flexibel und teurer.

Multifunktionsmaschinen

Diese Maschinen sind für eine breite Palette von Bauteilen – darunter BGAs, QFPs und Bauteile mit ungewöhnlichen Formen – konzipiert und eignen sich ideal für gemischte Produktlinien. Sie bieten hohe Flexibilität, sind aber in der Regel langsamer und teurer als auf Geschwindigkeit optimierte Systeme.

Wichtige Auswahlkriterien für die Wahl einer SMT-Bestückungsmaschine

1. Platzierungsgeschwindigkeit (CPH)

CPH (Komponenten pro Stunde) misst, wie viele Komponenten eine Maschine unter idealen Bedingungen in einer Stunde verarbeiten kann.

• Hochgeschwindigkeitsmaschinen (>30.000 Stück/Stunde) eignen sich ideal für die Massenproduktion.
• Mittelklassemaschinen eignen sich besser für flexible Klein- bis Mittelserienfertigung.

2. Platzierungsgenauigkeit

Präzision ist besonders wichtig bei der Arbeit mit Bauteilen mit feiner Rasterteilung (z. B. 0201, 01005, BGA, QFN).

• Achten Sie auf hochauflösende Bildverarbeitungssysteme und Regelungstechnik mit geschlossenem Regelkreis.
• Für hochdichte Leiterplatten werden Toleranzbereiche von ±0,05 mm oder besser bevorzugt.

3. Komponentenkompatibilität

Stellen Sie sicher, dass die Maschine alle von Ihnen geplanten Komponenten verarbeiten kann:

• Passive Bauelemente: Widerstände, Kondensatoren (0201 und kleiner).
• Aktive ICs: QFP, BGA, CSP usw.
• Bauteile mit ungewöhnlichen Formen: Steckverbinder, Spulen, große oder hohe Bauteile.
  Wählen Sie Multifunktionsmaschinen oder modulare Plattformen für mehr Flexibilität bei der Verarbeitung verschiedener Bauteiltypen.

4. Leiterplattengröße und Handhabungsmöglichkeiten

Beachten Sie die von der Maschine unterstützten Leiterplattenabmessungen, die Dicke und die Verzugstoleranz.

• Einige Modelle sind auf kleine oder Standardplatinen beschränkt; andere unterstützen großformatige Leiterplatten, die in Automobil- oder LED-Anwendungen verwendet werden.
• Für eine stabile Platzierung sind auch die Einstellbarkeit der Förderbandbreite und die Möglichkeiten zur Plattenklemmung wichtig.

Anwendungsszenarien und empfohlene Maschinentypen

Branchentrends

Der Markt für SMT-Bestückungsautomaten entwickelt sich stetig weiter, da die Elektronikfertigung schneller, intelligenter und diversifizierter wird. Mehrere wichtige Trends prägen die nächste Generation der Bestückungstechnologie:

Miniaturisierungs- und Präzisionsanforderungen

Der zunehmende Einsatz von ultrakleinen Bauteilen wie den Gehäusen 0201 und 01005 erfordert eine höhere Platzierungsgenauigkeit, eine fortschrittliche Bildverarbeitung und bessere Bewegungssteuerungssysteme.

Integration von intelligenter Fertigung und Industrie 4.0

Moderne SMT-Fertigungslinien integrieren zunehmend intelligente Software, maschinelles Lernen und Echtzeitüberwachung, um die Ausbeute zu verbessern, den Wartungsbedarf vorherzusagen und Ausfallzeiten zu reduzieren.

Hybrid- und modulare Maschinenkonstruktionen

Die Hersteller setzen auf modulare Architekturen und hybride Bestückungsköpfe, um hohe Geschwindigkeit mit Flexibilität für unterschiedliche Bauteilgrößen und -formen zu kombinieren.

Automatisierung und Arbeitseffizienz

Steigende Lohnkosten und das Streben nach gleichbleibender Qualität führen zu einer verstärkten Nutzung vollautomatisierter Systeme, einschließlich automatischer Zuführungs-, Inspektions- und Selbstkalibrierungsfunktionen.

Nachhaltigkeit und Energieeffizienz

Energiesparende Antriebe, Abfallreduzierung und optimierte Materialhandhabung werden zu Standard-Designprioritäten und stehen im Einklang mit globalen Nachhaltigkeitszielen.

Abschluss

Die Wahl des richtigen SMT-Bestückungsautomaten ist entscheidend für eine effiziente und qualitativ hochwertige Leiterplattenbestückung. Manuelle und halbautomatische Maschinen eignen sich für Kleinserien oder Prototypenfertigung, während vollautomatische Hochgeschwindigkeitsmodelle für die Großserienfertigung geeignet sind. Modulare und multifunktionale Systeme bieten Flexibilität für komplexe Produktionslinien mit hoher Produktvielfalt.

Mit dem Fortschritt der SMT-Technologie werden intelligente Automatisierung und die Integration von Industrie 4.0 die nächste Generation von Bestückungsautomaten prägen. Das Verständnis der einzelnen Maschinentypen hilft Herstellern, die Anlagenkapazitäten an den Produktionszielen auszurichten und so langfristige Effizienz und Wettbewerbsfähigkeit zu sichern.