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Leiterplatten mit IPC-gesteuerter Stanztechnologie produzieren

Steuerungstechnik
Leiterplatten automatisiert hochpräzise und schnell produzieren

Traditionell werden die Kontaktbahnen auf Leiterplatten – ob fest oder flexibel – geätzt. Einen anderen Ansatz hat hingegen DP Patterning entwickelt: Mit dem gleichnamigen patentierten Verfahren werden die Kontaktbahnen aus den flexiblen Leiterplatten mechanisch herausgearbeitet. Um dies exakt und wirtschaftlich realisieren zu können, muss die Automatisierungstechnik Präzision und Geschwindigkeit bieten. Zum Einsatz kommt PC-basierte Steuerungstechnik von Beckhoff mit Ethercat-Kommunikation.

Håkan Brandt, Geschäftsführer, Beckhoff Schweden

Mit der gleichnamigen Fertigungstechnologie ‚Dry Phase Patterning‘ (DPP) kann die DP Patterning AB im schwedischen Norrköping leitende Strukturen auf flexiblen Materialien herausarbeiten. Mittels einer Fräse wird dabei die leitende Oberschicht so entfernt, dass das leitfähige Muster auf dem Laminat zurückbleibt. Naheliegend ist, dass bei den sehr dünnen Materialien und zu fräsenden Materialstärken im einstelligen µm-Bereich performante Automatisierungstechnik gefragt ist – verbunden mit einer Integration möglichst aller Komponenten in ein durchgängiges System.

DP Patterning arbeitet deswegen seit seiner Gründung mit Beckhoff Automation zusammen. Wurde anfangs eine CPU in Subsystemen für die Kommunikation mit einem externen System verwendet, setzt das Unternehmen seit 2016 nun komplett auf Beckhoff-Technologie: Servoverstärker AX5000, HMIs, I/Os und inzwischen auch die mit Twincat Vision nahtlos in die PC-basierte Steuerungstechnik integrierte Bildverarbeitung. Komplett in die Bedienoberfläche integriert kann der Bediener den Materialabtrag nun direkt über Twincat HMI kontrollieren. Dies erhöht die Benutzerfreundlichkeit und erleichtert die Einstellungen der Fräsparameter.

Schnell und präzise durch integrierte Automatisierung

Die Metallschicht auf den Folien ist etwa zehnmal dünner als ein menschliches Haar und erfordert bei der Bearbeitung eine extreme Präzision sowie Anpassungen im Bereich von 100 nm. „Einer der größten Vorteile der Beckhoff-Produkte ist die beeindruckende Geschwindigkeit der Prozesszyklen, die wir damit realisieren können“, erläutert Jakob Sagatowski, Software-Ingenieur bei DP Patterning. „Im Vergleich zu anderen Steuerungsherstellern sind die Ergebnisse sehr gut – bei voller Geschwindigkeit können unsere Maschinen in 1 ms zirka 0,5 mm Muster fräsen, was 0,5 m/s Bandgeschwindigkeit entspricht und deutlich schneller ist als in der Praxis derzeit üblich.“

Die Erfassung und Archivierung der Fertigungsdaten ist eine weitere wichtige Anforderung. „Unsere Technologie wird ständig weiterentwickelt, was Tracking-Daten erfordert – je mehr, desto besser“, so Unternehmensgründer Staffan Nordlinder. Die Datenbank-Anbindung und Massenspeicher sind somit ein wichtiger Schlüssel, um die Konfigurationen der Produktionslinien optimieren zu können. Die PC-basierte Steuerungstechnik leistet dazu einen wichtigen Beitrag. Zum einen kann DP Patterning alle Programme nahtlos auf einem Industrie-PC (IPC) nutzen. Dies vereinfacht die Konfiguration der Anlagen. Zum anderen können die Kunden in kostengünstige Standardlösungen für die Hardware investieren.

Potenzial durch Integration von künstlicher Intelligenz (KI)

Überall, wo große Datenmengen auszuwerten sind, ist künstliche Intelligenz (KI) beziehungsweise maschinelles Lernen (ML) inzwischen nicht mehr weit. Zumal DP Patterning als innovatives Unternehmen ständig auf der Suche nach dem nächsten technischen Durchbruch ist, so Jakob Sagatowski weiter. „Das kann die Integration von künstlicher Intelligenz sein, um zum Beispiel mit Twincat Machine Learning die vorausschauende Wartung und die Produktionsoptimierung weiter zu verfeinern.“ Auch die erweiterte Nutzung der Bildverarbeitung sei angedacht: Mit Twincat Vision und speziellen Funktionen wollen die Schweden unterbrochene Leiterbahnen erkennen und markieren, um sie bei den nachfolgenden Arbeitsschritten automatisch aussparen zu können. (co)

www.beckhoff.com

Weitere Informationen zu Lösungen für die Halbleiterfertigung


Hintergrund

DP Patterning, 2006 im schwedischen Norrköping von Staffan Nordlinder gegründet, forscht und entwickelt seitdem kontinuierlich an der gleichnamigen Fertigungstechnologie ‚Dry Phase Patterning‘ (DPP) für flexible Leiterplatten. Wobei die Innovationsphase bereits im Jahr 2001 begann, als Staffan Nordlinder als Wissenschaftler am schwedischen Forschungsinstitut Rise (Research Institutes of Sweden) angestellt wurde. Daraus entstanden ist eine bis heute intensive Zusammenarbeit und kontinuierliche Forschung an der DPP-Technologie.

Mit DPP können leitende Strukturen auf flexiblen Materialien herausgearbeitet werden. Das Funktionsprinzip ist dabei im Grunde so einfach wie das Stanzen eines Lochs in ein Papier oder die klassische Prägetechnik: Eine drehende Matrize mit dem negativen Muster der späteren Struktur drückt das mit einer leitenden Oberschicht hauchdünn beschichtete Trägermaterial an ein rotierendes Fräsrad. Die Fräse entfernt mechanisch die obere Schicht, während das untere Trägermaterial unangetastet bleibt. So bleibt das leitfähige Muster auf dem Laminat zurück – die flexible Leiterplatte steht als Rollenware bereit.

Das Verfahren funktioniert mit verschiedenen Trägermaterialien wie PET (Polyethylenterephthalat), PC (Polycarbonat), PI (Polyimid) und PEN (Polyethylennaphtalat). Je nach erforderlicher Dicke eignet sich Al (Aluminium), Cu (Kupfer) oder CCA (Copper Cladded Aluminum) als Deckschicht. DPP kann ebenso für nicht-elektronische und nicht-leitende Anwendungen eingesetzt werden, etwa Kunststoff- oder Papierdekore oder funktionale 3D-Strukturen wie Mikrofluid-Kanäle oder Hohlräume zur Nivellierung elektronischer Komponenten.

Unmittelbare Vorteile bietet das patentierte Verfahren für Hersteller von Elektronikkomponenten. Dazu zählen erhöhte Kosteneffizienz, kürzere Vorlaufzeiten sowie eine umweltfreundliche, nachhaltige Produktion ohne Chemie und Gefahrenstoffe. Zudem lassen sich die Metallspäne recyceln. Ganz zu schweigen von den Sicherheitsaspekten – die Integration in die eigene Produktion bedeutet, dass das gesamte geistige Eigentum beim Hersteller bleibt. Ein besonderes Merkmal der Maschinen von DP Patterning ist die Möglichkeit, gleichzeitig sowohl Prototypen als auch große Stückzahlen auf einer Anlage zu produzieren. Bei herkömmlichen Verfahren würden dies lange Vorlaufzeiten und tagelange Tests erschweren.

www.dppatterning.com



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