P&P dla technologii 3D MID

Lampy halogenowe są bardzo popularne między innymi ze względu na ciepłą barwę światła i jego emisję we wszystkich kierunkach. Proste zastąpienie halogenów lampami LED nie zawsze daje satysfakcjonujące rezultaty ze względu na fakt, iż świecą one zwykle w jednym kierunku. Aby światło LED w pełni zastąpiło halogen, LED’y muszą być zamontowane w różnych płaszczyznach i pod różnym kątem: służy temu technologia 3D MID (3-Dimensional Molded Interconnect Device). Emisja światła w każdym kierunku bez soczewek i luster Obecnie technologia 3D MID znajduje zastosowanie w szeregu aplikacji przemysłowych (np. czujniki, klawiatury), motoryzacyjnych (przełączniki), medycznych czy konsumenckich, gdzie takie elementy urządzeń jak anteny, transpondery RFID czy podświetlenie stanowią integralną część obudowy. Technologia 3D MID stanowi interesującą alternatywę wobec tradycyjnych substratów aluminiowych czy PCB również dla producentów oświetlenia LED, bowiem jak już wcześniej wspomnieliśmy umożliwia ona skonstruowanie lamp, w których kierunek rozchodzenia się światła jest kontrolowany bez użycia soczewek czy luster. Co więcej, montaż LED w zagłębieniach, pomaga skupić światło, podczas gdy ich ulokowanie na wypukłych powierzchniach, pomaga je rozproszyć. W niektórych aplikacjach, technologia 3D MID może okazać się ponadto tańszym rozwiązaniem, redukuje ona bowiem liczbę etapów produkcyjnych i zmniejsza zużycie materiałów. Jednak, 3D MID nie rozpowszechniła się do tej pory ze względu na dwie, główne przyczyny. Po pierwsze, trudno jest zorganizować elastyczny i efektywny kosztowo proces produkcji małych serii. Po drugie, inwestycja w specjalistyczny sprzęt produkcyjny jest kosztowna. Technologia Laser Direct Structuring dla małych serii Obecnie stosuje się trzy podstawowe procesy wytwarzania 3D MID: wytłaczanie na gorąco (hot embossing), odlewanie dwuetapowe (two-shot molding) oraz bezpośrednie kształtowanie laserem (Laser Direct Structuring, LDS). W procesie odlewania dwuetapowego, odlewane są dwa rodzaje plastiku, jeden pokryty warstwą metalu, drugi nie. Następnie, poprzez proces metalizacji, bezpośrednio na plastiku tworzone są ścieżki przewodzące. O ile można obecnie zestawić efektywny ekonomicznie proces dla dużych serii, lecz w przypadku małych, konieczne inwestycje czynią ten proces nieefektywnym. W procesie wytłaczania na gorąco, podgrzana stanca nakłada folię na wcześniej przygotowany, izolowany plastikowy substrat, a następnie ścieżki wycinane są w folii. Technologia ta ponownie wymaga bardzo drogiego oprzyrządowania i dodatkowo może być stosowana jedynie na stosunkowo równych powierzchniach, przez co często nazywana jest technologią 2.5D. Obecnie technologia LDS wydaje się być najbardziej elastyczna: ścieżki tworzone są w niej laserem, bezpośrednio na plastikowym odlewie. Plastik używany w tej technologii zawiera odpowiednie domieszki, aktywowane w pożądanych miejscach laserem, a następnie pokrywane metalem, co formuje gotową ścieżkę. Aby zmienić układ ścieżek, należy jedynie przeprogramować laser, co czyni tę technologię znacznie bardziej elastyczną od pozostałych. © Harting Mitronics © Harting Mitronics © LPKF © Essemtec Przykłady konstrukcji 3D MID. Od góry: dwa wyroby Harting Mitronics (pierwszy wykonany w technologii odlewania dwuetapowego, drugi w technologii LDS), produkt firmy LPKF oraz zdjęcie aplikacji dostarczone przez Essemtec (oba wykonane technologią LDS). Dozowanie i montaż w każdej płaszczyźnie Do niedawna, maszyny SMD używane w procesie 3D MID, stanowiły unikalne konstrukcje, dedykowane najczęściej do specyficznej, wielkoseryjnej aplikacji. Jednocześnie nie było na rynku sprzętu, który umożliwiałby efektywny i elastyczny proces produkcyjny dla małych serii. Wielu producentów próbowało już stworzyć funkcjonalny automat P&P dla małych serii 3D MID, stosując głowicę zamontowana na obrotowym ramieniu robotycznym. Sam substrat jest w tym rozwiązaniu trzymany sztywno, natomiast głowica (wyposażona w urządzenia dozujące i montażowe) wędruje wokół substratu w półsferze. Jednak, rozwiązanie to miało kilka wad. Istotne znaczenie dla procesów dozowania i montażu mają siły grawitacji, ze względu na które ciężko było zapewnić odpowiednią jakość montażu, jeśli sam substrat nie znajdował się w pozycji horyzontalnej. Co więcej, operatorom przyzwyczajonym do pisania programów w dwóch wymiarach, trudności nastręczało także programowanie głowicy, pracującej w 3D. Rozwiązanie: standardowa maszyna P&P z podparciem 3D Inną drogą poszedł Essemtec, szwajcarski producent sprzętu SMD, stosując tradycyjną głowicę 2D oraz specjalnie skonstruowane podparcie, umożliwiające manipulowanie samym substratem. Zdaniem producenta, rozwiązanie takie ma wiele zalet. Jedną z zalet nowej konstrukcji jest upodobnienie procesu programowania do standardowych procedur. Co więcej, w procesie znajdują zastosowanie te same feedery, części zapasowe, systemy wizyjne etc. Innowacjami w nowej konstrukcji są zmodyfikowany system kontroli i specjalna konstrukcja podparcia, pobierająca substrat z transportu i operująca nim w trzech wymiarach. Prostszy w porównaniu z poprzednimi próbami jest wówczas sam proces dozowania i montażu, który wciąż odbywa się w płaszczyźnie pionowej. Nowa maszyna owocem współpracy z producentem 3D MID Firma MID-TRONIC z Wiesau (Niemcy) opracowała nowy system projektowania oświetlenia w technologii 3D MID. LED montowane są w różnych płaszczyznach i pod różnymi kątami, tak więc aby rezultaty projektowania były zadowalające, istotne jest zachowanie bezwzględnej jakości procesu montażu: światło LED musi rozchodzić się dokładnie w przewidzianym kierunku. Dostępne maszyny montażowe 3-D nie spełniały wymagań MID-TRONIC – nie były ani elastyczne, ani dokładne, a ich obsługa była niezmiernie skomplikowana. Z tego względu, niemiecki producent zwrócił się do Essemtec, aby ten znalazł odpowiednie rozwiązanie. We współpracy z MID-TRONIC, Essemtec przebudował swój standardowy model Paraquda, dostosowując go do specyficznych potrzeb 3D MID. Automat montujący 3-D dozuje pastę i klej pod każdym kątem, montuje też LED z wymaganą precyzją. Sprzęt dostosowany jest do pracy w linii i zapewnia wydajność 3.000 komponentów na godzinę. Można go będzie obejrzeć wśród nowości na targach Productronica w Monachium, a następnie zostanie przekazany MID-TRONIC, gdzie będzie używany do realnej produkcji lamp w technologii 3D MID. Artykuł powstał dzięki uprzejmości firmy Essemtec.