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Leiterplattenproduktion

Laser im Einsatz für gutes Hören

17. Dezember 2020, 14:53 Uhr   |  Javier González Moreno

Laser im Einsatz für gutes Hören
© Demant/LPKF

Hörgerät bestückt mit laserbearbeiteten Leiterplatten

Der Hörgerätehersteller Demant setzt seit über 10 Jahren auf Maschinen von LPKF

Als Hans Demant aus Odense im Jahre 1902 erfährt, dass die in Dänemark geborene Königin Alexandra von England bei ihrer Krönung eine Hörhilfe trug, ist das eine Initialzündung für ihn. Er kauft seiner schwerhörigen Ehefrau ein Hörgerät – und diese Handlung wird im Jahre 1904 zum Beginn der Firma Demant. Hans Demant wird Vertreter einer amerikanischen Herstellerfirma, anschließend Lizenzhersteller. Neben Hörgeräten erschließt Demant auch die akustische Ausstattung öffentlicher Vortragsorte – Kinos und Kirchen. Schließlich kommt die eigene Entwicklung von Hörgeräten dazu. Heute ist das Familienunternehmen mit rund vierzehntausend Mitarbeitern weltweit einer der Weltmarktführer im Bereich der medizinischen Hörhilfen. 

Um kleinste, unauffällige Hörgeräte wie die der Firma Demant zu entwickeln, die dennoch eine differenzierte Soundgestaltung ermöglichten, bedarf es besonders kleiner Bauteile und hoher Funktionsintegration. Der Verstärker gilt als Kernstück eines Hörgerätes. Als Schaltungsträger verwendet Demant flexible Leiterplatten. Diese werden bestückt, geschnitten und gerollt platzsparend in das Gerät eingefügt. Bei der Produktion setzt der Hersteller bereits seit mehr als 15 Jahren auf Leiterplatten-Nutzentrenner von LPKF. Vor kurzem wurde ein neues MicroLine-System in Betrieb genommen. »Damit kommen wir einer vollständigen Automatisierung schon recht nahe«, sagt Jim Holst Andersen, Production Engineer Global Operations im Bereich Surface Mount & Laser Technology bei Demant.

Lasertechnologie für das Nutzentrennen 

Die Lasermaschine wird zum Schneiden der Leiterplatten eingesetzt, also beim sogenannten Nutzentrennen. Die große Herausforderung dabei ist es, die hohe Qualität zu erhalten. Denn zum einen soll es natürlich in einem der letzten Produktionsschritte keine Materialausfälle geben, zum anderen ist es von größter Bedeutung, auch anschließend die langfristige Verlässlichkeit der Leiterplatte und damit des finalen Hörgerätes sicherzustellen. Bei der Bearbeitung darf es nicht zu einer mechanischen Bauteilbelastung oder zu Delamination des Substratmaterials kommen. Durch den Einsatz von Lasertechnik ist Demant sicher, dass solche Schwierigkeiten nicht auftreten. 

Die LPKF MicoLine-Systeme sind als Inline-Version für die automatisierte Fertigungslinie erhältlich. Dies nutzt die Firma Demant bei der Herstellung der Hörgeräte.
© Demant/LPKF

Die LPKF MicoLine-Systeme sind als Inline-Version für die automatisierte Fertigungslinie erhältlich. Dies nutzt die Firma Demant bei der Herstellung der Hörgeräte.

Grundsätzlich hat sich die Lasertechnik besonders in der Mikromaterialbearbeitung zur Standardtechnologie entwickelt. Der Laser agiert berührungslos und verschleißfrei und bringt außer an der gewünschten Stelle keine Wärme oder mechanischen Stress ein. Da in der Lasertechnologie die einwirkenden Kräfte somit auf ein Minimum reduziert sind, steigt die Gutteilrate auf nahezu 100%. Gerade bei hochwertigen Leiterplatten mit hohen Qualitätsanforderungen schreiben inzwischen viele OEMs die Lasertechnologie für das Nutzentrennen vor. Denn wo mechanische Systeme an ihre Grenzen kommen – also bei hohen Packungsdichten, feinsten Leiterbahnen auch in den Randbereichen der Leiterplatten sowie flexiblen Materialien – spielt der Laser seine technologieinhärenten Vorzüge voll aus und sorgt so für hohe Qualität, effizienten Materialeinsatz und minimale Handhabungszeit.

Im Hinblick auf die High-End-Hörgeräte, die modernste Techniken nutzen und etwa über Bluetooth angebunden sein können, ist eine optimal funktionierende und möglichst miniaturisierte Elektronik im Bauteil Voraussetzung. »Die Schnitte, die die LPKF MicroLine erzeugt, sind sehr präzise – exakt positioniert, mit glatten Schnittkanten und ohne Frässtaub oder ähnliches«, so Holst Andersen. Man dürfe natürlich nicht vergessen, dass auch eine voll- oder teilautomatisierte Produktion von Menschen bedient wird. »Technische Sauberkeit über die gesamte Prozesskette ist dadurch nicht immer zu garantieren.«

Lückenlose Nachverfolgbarkeit und hohe Flexibilität

Darüber hinaus überzeugt auch die Anbindung der Lasermaschine an das MES-System. Diese Anbindung ermöglicht eine lückenlose Nachverfolgbarkeit im Prozessschritt des Nutzentrennens. Ein eingebautes Kamerasystem mit Barcode-Scanner in der Anlage kann jedes einzelne Produkt über den Barcode oder die Seriennummer identifizieren. Damit kann das System Information darüber mit dem MES austauschen und das individuelle Produkt entsprechend automatisch bearbeiten. Das Schneiden von Schlechtteilen wird dann beispielsweise direkt ausgesetzt. 

Lasertechnologie ermöglicht den stressfreien und platzsparenden Schnitt verschiedenster Leiterplattenmaterialien.
© Demant/LPKF

Lasertechnologie ermöglicht den stressfreien und platzsparenden Schnitt verschiedenster Leiterplattenmaterialien.

Wichtig ist dem Hersteller von Hörhilfen darüber hinaus die Flexibilität des Systems, das weitestgehend Geometriefreiheit für das zu bearbeitende Material bietet. Die Form der Leiterplatte ist für den digital geführten Laser unerheblich. Auch komplexe Geometrien stellen keine Hürde für die Produktion dar. Anders wäre dies bei mechanischen Trennsystemen wie etwa den Fräsen, die in der Regel nur gerade Linien problemlos schnei-den – und dabei zusätzlich noch unerwünschten Frässtaub produzieren. Ändern sich die Strukturen eines Produkts oder wird ein anderes Produkt gefertigt, wird bei dem LPKF Lasersystem die neue Form einfach mit den Gerberfiles in die Steuerung eingespeist, und die Produktion kann starten. 

Inzwischen hat Demant mehrere Lasersysteme von LPKF im Einsatz, die pro Schicht jeweils von 2 – 3 Mitarbeitern bedient werden. Da Zuführung und Weiterleitung vollautomatisch erfolgen, ist der Aufwand für das Teilehandling minimal. Der Markt für Hörhilfen wächst. Das liegt zum einen an der demografischen Entwicklung, zum anderen an einer auch weltweit immer besseren medizinischen Versorgung. »In Europa und den USA, aber gerade auch in Asien bemerken wir eine zunehmende Nachfrage«, so Holst Andersen. Da sei es wichtig, in der Produktion eine hohe Qualität zu halten und dennoch Prozesse so schnell und automatisiert wie möglich zu machen. 

Der Autor

Javier González Moreno ist Sales Manager für SMT/PCB Production Equipment bei LPKF
 

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