Wie Sensoren auch unter rauen Bedingungen die Fertigung optimieren können, zeigen die Rotte GmbH und das Fraunhofer ENAS. Gemeinsam entwickelten sie ein kontaktloses Temperaturmesssystem zur permanenten Überwachung der Laminiertemperatur eines automatischen Pressprozesses. Durch die selbstlernende und ‑optimierende Prozessführung können beispielsweise die Prozesszeiten reduziert werden. Es wird erwartet, dass Effizienzsteigerungen von bis zu 25% erzielt werden.

In der Leiterplattenfertigung werden mehrlagige Leiterplatten hergestellt, indem Prepreg-Lagen sequenziell auf einen vorverarbeiteten Leiterplattenkern laminiert werden. Bis zu 20 solcher Kern/Prepreg-Lagen werden kosteneffizient in einem Stapel (Buch) manuell auf Werkstückträgern gestapelt und dann über ein Fördersystem zu Mehretagen-Heizpressen transportiert. Dort werden sie zusammen mit anderen Werkzeugträgern laminiert. Dieser Vorgang findet in einer Vakuumkammer statt, in der das Buch zwischen zwei Heizplatten über 80-90 Minuten verpresst wird. Da das Buch dick ist, erwärmen sich die äußeren Lagen schneller als die Inneren. Um sicherzustellen, dass alle Lagen ausreichend lange verpresst und auf die richtige Temperatur erhitzt werden, erfolgt dies derzeit durch die Kontrolle der Heizplattentemperatur und die Einstellung der Presszeit anhand von Erfahrungswerten.

Für eine optimale Prozesskontrolle und -dokumentation ist es grundsätzlich erforderlich, die Kerntemperatur des Leiterplattenbuches kontinuierlich zu messen. Eine solche Messung hat jedoch derzeit erhebliche Auswirkungen auf den Fertigungsprozess.

Es werden Temperatursensoren in die verschiedenen Lagen während des manuellen Stapelns des Buches eingelegt. Diese Sensoren müssen dann manuell in der Vakuumkammer mit entsprechenden Kontakten verbunden werden, was eine Unterbrechung des automatischen Fertigungsprozesses erfordert. Diese Unterbrechung führt zu einem hohen Produktionsausfall, weshalb solche Messungen nur sporadisch und nicht regelmäßig durchgeführt werden können.

Im Rahmen des Projekts wurde ein kontaktloses Verfahren entwickelt, das das Auslesen der Sensoren ermöglicht und somit einen manuellen Eingriff in den laufenden Produktionsprozess vermeidet. Die Verfügbarkeit eines solchen Systems stellt einen erheblichen Fortschritt dar, da eine permanente Prozesskontrolle im automatisierten Fertigungsablauf ermöglicht wird.

Readerantenne | Bild: Fraunhofer ENAS

Die Vorbereitung der Laminate kann zukünftig direkt an den Legeplätzen im Logistikprozess erfolgen. Die präparierten Werkstückträger können dann in der Laminierpresse ihre erfassten Messdaten ohne weiteren manuellen Eingriff an den Prozessregler senden, um die Laminatqualität zu gewährleisten.
Ebenso kann das praxisbewährte Verfahren für die Herstellung anderer technischer Laminate eingesetzt werden.

Grafische Oberfläche zum Auslesen des Sensors mittels NFC Smartphone | Bild: Fraunhofer ENAS

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Ansprechpartner

Dr. Alexander Weiß
Leiter Business Unit »Intelligent Sensor and Actuator Systems«

E-Mail: alexander.weiss@enas.fraunhofer.de

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Fraunhofer ENAS

Die besondere Stärke des Fraunhofer-Instituts für Elektronische Nanosysteme ENAS liegt in der Entwicklung von Smart Systems – sogenannten intelligenten Systemen für verschiedenartige Anwendungen. Die Systeme verbinden Elektronikkomponenten, Mikro- und Nanosensoren und -aktoren mit Schnittstellen zur Kommunikation. Fraunhofer ENAS entwickelt Einzelkomponenten, die Technologien für deren Fertigung aber auch Systemkonzepte und Systemintegrationstechnologien und überführt sie in die praktische Nutzung. Fraunhofer ENAS begleitet Kundenprojekte von der Idee über den Entwurf, die Technologieentwicklung oder Umsetzung anhand bestehender Technologien bis hin zum getesteten Prototyp.

Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS
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