Vakuum-Greifer macht die Smartphone-Produktion effizienter

Pro Jahr werden weltweit mehr als 1,4 Milliarden Smartphones abgesetzt. Auch in Deutschland wächst die Anzahl der Smartphone-Nutzer stetig und die Erwartungen an das High-Tech-Produkt sind groß. Neben der Kamera optimieren die Hersteller vor allem die Bereiche Display, Batterie und Prozessorleistung. Die Produktion ist jedoch arbeitsintensiv und erfordert viel Feingefühl. Denn wird beim Zusammenbau unpräzise gearbeitet, kann der hohe Qualitätsanspruch nicht gehalten werden.

Für den optischen Eindruck entscheidend ist das Display. Dabei handelt es sich meist um einen kapazitiven Touchscreen, der aus einem mit Metalloxid beschichteten Glassubstrat besteht. Die Ecken des Displays sind mit Elektroden versehen, die mithilfe von Wechselspannung ein elektrisches Feld erzeugen. Bei Hautkontakt wird dieses Feld gestört, woraufhin der Kontroller die Fingerbewegung in Steuerbefehle übersetzt. Für die Funktion des Smartphones ist diese Beschichtung essenziell, weswegen sie bei der Handhabung ebenso wenig beschädigt werden darf wie das Glas selbst. Schmalz hat für die Fertigung des gerade einmal wenige hundert Mikrometer dünnen Glases den Dünnglasgreifer STGG entwickelt. Um die Gläser und Displaymodule schnell greifen und anschließend mit hohen Beschleunigungen sicher und präzise handhaben zu können, verfügt der STGG über eine große Saugfläche mit eng aneinander positionierten Saugöffnungen. So kann der Greifer mit geringem Unterdruck eine hohe Saugkraft erzeugen und die Flächenpressung gering halten. Seine Kontaktflächen sind aus kontaminationsfreien PEEK, um jegliche Verschmutzung – vor der Beschichtung sowie auch nach der Beschichtung – zuverlässig zu vermeiden. Ebenfalls im Einsatz sind individuell geformte Sauger aus dem abdruckarmen Hochtemperaturmaterial HT1, die auch für Reinraumanwendungen geeignet sind.

Wie beim Display spielen auch bei der Handhabung der Batterie Präzision und Geschwindigkeit eine große Rolle. Dem Hersteller gelingt es mit speziellen Flächengreifern, die extrem dünnen, empfindlichen Elektroden verschiebungs- und beschädigungsfrei und dennoch dynamisch zu handhaben. Das Konzept der dezentralen Vakuumerzeugung mit hohem Volumenstrom direkt im Greifer unterstützt das schnelle und sichere Ansaugen. In den Batteriegreifer integriert ist zudem eine Abluftführung: Die Luft für die Vakuumerzeugung wird abgeleitet, sodass keine Schmutzpartikel in den Prozessraum gelangen können – eine wichtige Funktion für Anwendungen in Reinräumen. Um die sensiblen Elektroden kontaminationsfrei zu greifen, sind auch hier Saugflächen aus dem Spezialwerkstoff PEEK gefertigt. Die Greifer dürfen keine mechanischen, chemischen oder optischen Beschädigungen verursachen und müssen eine unkontrollierte elektrostatische Entladung (Electro Static Discharge ESD) der Batteriekomponenten ausschließen.

Der Glattener Spezialist hat dafür spezielle Federstößel, Greifer und Saugermaterialien entwickelt, um ESD-konforme Greifsysteme aufbauen zu können. Auch sich ändernde Bauformen der Batterie erfordern ein entsprechendes Handling: Durch den Verbau zusätzlicher Funktionsmodule wie Doppelkameras müssen die Batterien immer kleiner werden, gleichzeitig müssen sie aber durch immer neue Funktionen immer mehr leisten. Auch neue Batterie-Geometrien, beispielsweise in L-Form, gilt es zu handeln. Die Flächengreifer der FM-Baureihe verfügen über integrierte Ventile und handhaben auch bei Teilbelegung des Greifers zuverlässig. Die Kontaktfläche ist ein weicher, flexibler Schaum, mit dem die Lithium-Ionen-Zellen beschädigungsfrei gegriffen und gehalten werden.

Das Fachwissen zum Umgang mit ESD-sensiblen Objekten ist auch beim Handhaben der Leiterplatten (PCB) sehr wichtig. Diese werden immer kleiner, die Leiterbahnen immer sensibler und dadurch das Risiko von Beschädigungen durch schnelle Entladung höher. Ein entsprechendes Saugermaterial in Kombination mit leitfähigen Federstößeln für flexiblen Höhenausgleich ermöglicht Greiflösungen, die im ESD-Widerstandsbereich liegen.

Schon beim Bestücken der Leiterplatten sind die Anforderungen an die Vakuumtechnik hoch: Verschiedene Bauteile mit unterschiedlichen Geometrien und Eigenschaften müssen in kürzester Zeit genau positioniert werden. Ebenso herausfordernd ist die Handhabung der bestückten Leiterplatte: Es gilt, die Höhenunterschiede der einzelnen Bauteile auf der Leiterplatte auszugleichen und gleichzeitig eine Beschädigung durch mechanische Beanspruchung zu verhindern. Die Lösung für diesen Prozessschritt ist der Strömungsgreifer SCG. Dieser erzeugt einen hohen Volumenstrom für ein sicheres und feinfühliges Handling. Das Vakuum wird zügig aufgebaut und ermöglicht somit sehr schnelle Handhabungszyklen. Der SCG bewegt die Bauteile auch bei geringem Belegungsgrad der Saugfläche zuverlässig, etwa wenn Leiterplatten geometriebedingte Aussparungen aufweisen. Der Sauger des Strömungsgreifers besteht aus dem Nitrilkautschuk Perbunan: Dieses Material ist ESD-konform und leitet potenzielle elektrische Ladungen kontrolliert ab, welche die sensiblen Elektronikbauteile beschädigen könnten.

Geht es bei der Produktion des Innenlebens hauptsächlich um Präzision und Geschwindigkeit, rücken bei der Gehäusefertigung andere Anforderungen in den Fokus: Abgesehen von kurzen Taktzeiten müssen die Sauggreifer vor allem robust und die Vakuumerzeuger staubunempfindlich sein. Gleichzeitig soll der Energieverbrauch geringgehalten werden. Den Anspruch der Langlebigkeit erfüllt Schmalz mit Sauggreifern aus Elastodur und Vulkollan. Die kurzen Saug- und Ablegezeiten bei minimalem Energieeinsatz erreicht der Vakuumexperte mit dem Kompaktejektor SCPS mit integrierter Saug- und Abblasfunktion. Über die integrierte Luftsparautomatik ist der Ejektor nur dann aktiv, wenn Vakuum benötigt wird. Durch seine geringe Baugröße kann der Ejektor nah beim Sauggreifer montiert werden. Das sorgt für kurze Evakuierungszeiten.

Eines lässt sich jedenfalls sagen: So unterschiedlich die Anforderungen innerhalb der Smartphone-Produktion sind, der Vakuum-Experte und Handhabungs-Spezialist begleitet die einzelnen Prozessschritte mit individuellen Lösungen. aru