Vakuum-Greifer für die Smartphone-Produktion Smarte Greifer für die smarte Produktion

Die Smartphone-Produktion ist eine diffizile Angelegenheit. Dünnste Gläser, empfindliche Batterien und ESD-sensible Bauteile müssen sicher und beschädigungsfrei gehandelt werden. Schmalz hat hierzu mehrere Greifer im Angebot, welche diese Herausforderungen mit Bravour meistern.

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Pro Jahr werden weltweit mehr als 1,4 Milliarden Smartphones abgesetzt. Auch wenn heutzutage die Innovationssprünge eher gering ausfallen, finden Hersteller immer wieder Stellschrauben, um mit einem neuen Smartphone-Release einen Hype auszulösen. Dafür werden neben der Kamera vor allem die Bereiche Display, Batterie und Prozessorleistung optimiert. Die Produktion ist arbeitsintensiv und erfordert viel Feingefühl. Wird beim Zusammenbau unpräzise gearbeitet, kann der hohe Qualitätsanspruch nicht gehalten werden.

Sensitive Schicht

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 mit Hilfe 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. Die Kontaktflächen des Dünnglasgreifers 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.

Volle Ladung

Wie beim Display spielen auch bei der Handhabung der Batterie Präzision und Geschwindigkeit eine grosse Rolle. Schmalz gelingt es mit speziellen Flächengreifern, die extrem dünnen, empfindlichen Elektroden verschiebungs- und beschädigungsfrei und dennoch dynamisch zu handhaben. Das Konzept der dezentralen Vakuum-Erzeugung mit hohem Volumenstrom direkt im Greifer unterstützt das schnelle und sichere Ansaugen. In den Batteriegreifer integriert ist zudem eine Abluftführung: Die Luft für die Vakuum-Erzeugung 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. Schmalz 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.

Spannungsfreie Zone

Das Know-how zum Umgang mit ESD-sensiblen Objekten ist auch beim Handhaben der Leiterplatten (PCB) sehr wichtig. Leiterplatten 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 potentielle elektrische Ladungen kontrolliert ab, welche die sensiblen Elektronikbauteile beschädigen könnten.

Harte Schale

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 Vakuum-Erzeuger staubunempfindlich sein. Gleichzeitig soll der Energieverbrauch gering gehalten werden. Den Anspruch der Langlebigkeit erfüllt Schmalz mit Sauggreifern aus Elastodur und Vulkollan. Die kurzen Saug- und Ablegezeiten bei minimalem Energieeinsatz erreicht der Vakuum-Experte 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.

So unterschiedlich die Anforderungen innerhalb der Smartphone-Produktion sind, Schmalz begleitet als Vakuum-Experte und Handhabungs-Spezialist die einzelnen Prozessschritte mit individuellen Lösungen. Dabei stellt jede Smartphone-Komponente ganz spezielle Anforderungen an die Greifer und Vakuum-Erzeuger: Empfindliche Materialien müssen mit hoher Geschwindigkeit präzise gegriffen, bewegt und positioniert werden. Schmalz stellt sich auch auf Besonderheiten wie ESD-Schutz, chemische Beständigkeit und auf die Anwendung in Reinräumen ein. Zudem spricht das Glattener Unternehmen die Sprache der smarten Fabrik: Dank IO-Link können alle Prozessschritte zentral erfasst, gesteuert und überwacht werden. Die Schnittstelle bringt die Digitalisierung in die Sensorebene und macht die Vakuum-Komponenten bis in die höheren Steuerungsebenen sichtbar. So können sie schnell installiert und parametriert werden und sichern dank Predictive-Maintenance- und Condition-Monitoring-Funktion ihren zuverlässigen Betrieb. Über NFC (Near Field Communication) können Daten zudem kontaktlos ausgetauscht und neue Parameter direkt aufgespielt werden. SMM

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