Switches und Serverplatinen setzen zunehmend auf kundenspezifische Prozessoren, um den Anforderungen von Diensten mit hohem Rechenleistungsbedarf und KI-Beschleunigung gerecht zu werden. Die größten adaptiven FPGA-Recheneinheiten von heute sind in BGA-Gehäusen mit Abmessungen von bis zu 55 mm x 55 mm untergebracht, und Multichip-ASIC-Prozessoren können deutlich größer sein, insbesondere mit Fan-Out-Verbindungen.
Auch die Automobilelektronik wächst, da eingebettete Systeme höhere Netzteile für leistungsstärkere Prozessoren und erweiterte I/O-Schnittstellen zur Ansteuerung von Kamera-, Radar-, Lidar-, ToF- und Inertialsensorkanälen benötigen. Steuerungssysteme benötigen größere Steckverbinder für zusätzliche Daten- und Stromkanäle, und große, unten terminierte Gehäuse wie BGAs, die aufgrund von Inspektionsschwierigkeiten bisher vermieden wurden, werden nun notgedrungen eingesetzt.
Die Herausforderung für die Fertigung:
Gerätehersteller, die diese Märkte bedienen, müssen große, schwere Komponenten präzise, schnell und mit hohem Durchsatz platzieren können. Dies erfordert ein zuverlässiges und sicheres Aufnehmen von Trays oder Paletten, eine schnelle Positionierung und eine präzise Ausrichtung vor der Komponentenplatzierung. Durchsteckbauteile, wie beispielsweise bestimmte Steckverbinder und Transformatoren, benötigen eine zuverlässige Push-Fit-Lösung. Bauteile können groß, hoch und sperrig sein, und die Montage von Steckbauteilen erfordert eine präzise Pin-Ausrichtung vor dem Einsetzen. Bisher überstiegen solche Herausforderungen mit derart großen Bauteilen die typischen Fähigkeiten gängiger SMD-Bestückungsautomaten.
Eine Inline-Lösung ist daher vorzuziehen, um die Effizienz und Produktivität der Bestücker zu erhalten. Noch besser: Die Verwendung von Standard-SMD-Maschinen zur Platzierung großer BGAs und Steckverbinder spart die Investition in Spezialausrüstung oder die Durchführung von Arbeitsgängen wie der Offline-Steckverbindermontage.
Flexible Platzierung
: Die Entwicklung einer Lösung zur schnellen Platzierung großer, schwerer Bauteile erfordert einige entscheidende Änderungen an der Standard-SMD-Bestückung. Anpassungen am Bestückungskopf gehören zu den wichtigsten.
Greifdüsen, die Saugkraft mit Greifern kombinieren, sind äußerst effektiv, um ungewöhnliche Bauteile sicher zu halten. Bisher mussten Bestücker für die Beschaffung solcher Düsen ihre Maschinenlieferanten kontaktieren, um einen kundenspezifischen Greifer entwickeln zu lassen. Da
größere und schwerere IC-Gehäuse und Steckverbinder sowie Induktivitäten, Transformatoren und Leistungsbauteile immer häufiger verwendet werden, können Greifdüsen nicht länger als Spezialprodukt betrachtet werden. Ein effizienterer Ansatz ist erforderlich. Die Standardisierung von Greifer- und Halterdesigns reduziert den Zeit- und Kostenaufwand bei kundenspezifischen Entwicklungsprojekten. Yamaha Robotics hat eine Reihe von Greifern und Haltern standardisiert (Abbildung 1), die 60 verschiedene Konfigurationen für die Handhabung unterschiedlicher Bauteiltypen und -größen ermöglichen. Durch die Wahl der richtigen Kombination können Hersteller ihre Möglichkeiten zur Bauteilplatzierung schnell und einfach erweitern. 
Abbildung 1: Konfigurierbare Greifdüse mit standardisierten Greifern und Stützplatten.
Gummigepolsterte Düsen bieten eine kostengünstige und effektive Möglichkeit, große integrierte Schaltkreise durch direkten Sog auf der Oberseite des Gehäuses aufzunehmen. Yamaha entwickelt Gummidüsen in verschiedenen Größen bis zu 25 mm Durchmesser, um auch schwerere Bauteile aufzunehmen. Bauteilspezifische Düsen zur Aufnahme von Komponenten wie DIMM-Speichermodul-Erweiterungssockeln für Serverkarten befinden sich ebenfalls in der Entwicklung. 
Abbildung 2: Düse für DIMM-Steckverbinder.
R- und Z-Achse:
Vor der Platzierung muss das Bauteil durch Drehen der Düse korrekt ausgerichtet werden. Bei der Platzierung kleiner, leichter Bauteile kann der R-Achsen-Motor die Düse direkt mit hoher Drehzahl antreiben. Umgekehrt erfordert die höhere Trägheit großer, schwerer Bauteile eine präzisere Bewegungssteuerung, um ein Ablösen des Bauteils von der Düse zu verhindern. Eine naheliegende Lösung ist der Einsatz eines motorgetriebenen Untersetzungsgetriebes, jedoch kann das Spiel in herkömmlichen Getriebesystemen die Genauigkeit beeinträchtigen. Yamahas Scherengetriebe ist speziell darauf ausgelegt, Spiel zu eliminieren und ermöglicht die Ausrichtung von Bauteilen wie BGA-ICs mit einer Genauigkeit von 0,005 Grad.
Um höhere Bauteile zu bearbeiten, erweitert eine einfache Erhöhung des Z-Achsen-Verfahrwegs um wenige Millimeter das Spektrum der bearbeitbaren Teile erheblich. Ein erweiterter Verfahrweg von 40 mm ist ausreichend, damit die Maschine auch die höchsten heutigen Automobilsteckverbinder bearbeiten kann.
Anpresskraft:
Andererseits erfordern einige Steckverbinder eine Presspassung, insbesondere Leiterplattenanschlüsse für Automobilanwendungen, die starken Vibrationen und Stößen ausgesetzt sind. In der Standard-SMD-Bestückung sind diese Bauteile mit einer Anpresskraftregelung von bis zu ca. 30 N ausgelegt. Für das korrekte Einstecken von Steckverbindern mit hoher Pin-Anzahl ist eine präzise Regelung von bis zu 100 N erforderlich. Dies erfordert Designänderungen sowie verbesserte Sensor- und Messfunktionen.
Das Steuerungssystem muss das Bauteil während des Einsteckvorgangs schützen. Die Ausrichtungserkennung (Abbildung 3) erkennt, ob ein oder mehrere Pins beim Aufsetzen des Steckverbinders auf die Leiterplatte falsch ausgerichtet sind, und verhindert so die Anwendung von Anpresskraft, die das Bauteil beschädigen könnte.
Abbildung 3. Die Ausrichtungsprüfung verifiziert die korrekte Ausrichtung vor dem Einpressen.
Auch die zur Ausrichtungsprüfung eingesetzten Bildverarbeitungs- und Beleuchtungssysteme müssen verbessert werden. Standardmäßige LED-Beleuchtungssysteme, die üblicherweise für die Bauteilprüfung und -ausrichtung verwendet werden, beleuchten in der Regel den Bauteilkörper und die gesamte Länge jedes Pins oder Anschlusses gleichmäßig. Unter diesen Bedingungen kann das Bildverarbeitungssystem Schwierigkeiten haben, die Pin-Spitze präzise zu erkennen und zu beurteilen, ob sie zum Einsetzen bereit ist. Ein Lasersystem ermöglicht eine kontrollierte, gerichtete Beleuchtung, die gezielt nur die Pin-Spitzen beleuchtet. Dadurch kann das Bildverarbeitungssystem überprüfen, ob alle Pins vor dem Einsetzen korrekt mit ihren jeweiligen Bohrungen ausgerichtet sind.
Um der erhöhten Bestückungskraft standzuhalten und die Positionsgenauigkeit zu gewährleisten, müssen außerdem die darunterliegende Leiterplattenhalterung und der Pin-Einpressmechanismus verstärkt werden.
-Bestückungskopf
für die Verarbeitung größerer integrierter Schaltungen, höherer Bauteile und anspruchsvollerer Einpressteile sowie für die Hochgeschwindigkeitsbestückung von SMD-Chips und anderen kleinen Bauteilen entwickelt. Spezielle Hardware- und Softwarefunktionen implementieren die in diesem Artikel beschriebene erweiterte R-Achsen-Steuerung, Z-Achsen-Steuerung, Bestückungskraftsteuerung und Ausrichtungsprüfung. Neue Düsen und ein speziell entwickelter Klemmbereich ermöglichen die Bestückung größerer Bauteile. Anwender können weiterhin ihre vorhandenen Düsen für die Bestückung von Bauteilen in Standard-SMD-, SOP- und QFP-Gehäusen verwenden. Eine neue Düsen-Überprüfungsfunktion automatisiert die routinemäßige Inspektion und Reinigung und gewährleistet so eine regelmäßige und ordnungsgemäße Wartung. Dies maximiert die Leistung am Ende der Produktionslinie und vermeidet ungeplante Ausfallzeiten.
Der LM-Kopf ist mit der gleichen Schnittstelle wie andere Köpfe an YRM-Maschinen kompatibel. Die neue Merkmalserkennungssoftware für die YRM-Mehrkammer erhöht die maximal erkennbare IC-Gehäusegröße von 55 mm auf 130 mm und die maximale Anzahl an BGA-Kugeln von 4.000 auf 20.000. Diese signifikante Verbesserung ermöglicht es dem System, große FPGA- und ASIC-Gehäuse zu erkennen und auszurichten. 
Abbildung 4: Bestückungskopf für große Bauteile bis zu 130 mm x 200 mm.
Fazit
: Um die aktuellen Anforderungen von Großkunden in den Bereichen Telekommunikation, Rechenzentren und Automobilindustrie zu erfüllen, müssen Gerätehersteller ihre Kapazitäten für die Verarbeitung großer und schwerer Bauteile erweitern. Die gesteigerte Flexibilität moderner SMD-Bestückungsautomaten ermöglicht es Herstellern, sich schnell anzupassen und alle Bauteile – von kleinen passiven SMD-Komponenten bis hin zu Multi-Chip-ASICs und hochpoligen Steckverbindern – schnell und effizient zu bestücken. Der Bestückungskopf ist dabei zentraler Punkt und erfordert Anpassungen an Düsen und Greifern, Kraftregelung, Bildverarbeitung, Beleuchtung und Bewegungssteuerung der Z- und R-Achse. Ein hochflexibler Bestückungskopf, der diese Änderungen integriert, bietet Herstellern eine kosteneffiziente Lösung, um zukünftige Chancen optimal zu nutzen.
