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Die Wireless- oder Hoch-Frequenz-Technik von IoT-Devices erfordert ausgeprägte Kompetenzen auf dem Gebiet der Funkelektronik. (Bild: RAFI)

Das Internet of Things (IoT) gewinnt in allen Gesellschaftsbereichen rasant an Bedeutung und ist daher in aller Munde. Wohl selten gab es einen technischen Trend, der zur selben Zeit für industrielle Produktionswelten, den Handel als auch Privathaushalte eine derartige Bedeutung erlangte. Den Kern des Trends bildet die Cloud-Technologie, die mit neuen Möglichkeiten der Datenverwaltung und -verarbeitung nicht nur das Potenzial hat, Fertigungsprozesse zur flexibilisieren und Geschäfts- oder Bestellabläufe zu verschlanken, sondern auch in der Wissenschaft oder im Privat- und Konsumsektor neue Anwendungsfelder zu schaffen. Damit ergeben sich auch für Elektronikfertiger neue Wachstumsmärkte. Um einen sicheren technologisch-gesellschaftlichen Wandel mitzugestalten und die Zuverlässigkeit von IoT-Applikationen und -Schnittstellen sicherzustellen, gehören neben dem erforderlichen Fachwissen und umfassender Erfahrung gesicherte Produktionsprozesse und eine elaborierte Prüftechnik zu den grundlegenden Voraussetzungen.

Sicherung der Signalintegrität im IoT

Als E2MS-Anbieter Deutschlands produziert Rafi ein vielfältiges Produktspektrum für IoT-Anwendungen, die zur Internet-Anbindung Mobilfunk-Module, WiFi-Chipsets, LoRaWAN ICs oder Ethernetschnittstellen integrieren. Das umschließt unter anderem alle für den Cloud-Access erforderlichen Netzwerkgeräte wie industrielle Mobilfunk-Gateways, WIFI-Router und Access-Points, Mobilfunk-Sensoreinheiten zur Online-Überwachung von technischem Gerät sowie ein weites Produktfeld für das Asset Tracking, wie Mobilfunk-GPS- und CAN-Controller zur Remote-Überwachung elektrischer Fahrzeugfunktionen. Auch Anbieter von Metering-Geräten zur Cloud-basierten Leistungsmessung und Verbrauchserfassung im Gebäudesektor sowie Smart-Home-Hersteller zählen zu den Kunden des E2MS-Anbieters.

Komplexe Anforderungen bei Hochfrequenz-Technik

Die Entwicklung von Hochfrequenz-Technik stellt komplexe Anforderungen an das Leiterplatten-Design. „Wird das Antennendesign auf dem Layout direkt in der Leiterplatte realisiert, ist eine gute Überwachung der Schaltungsträger-Geometrien und die konstante Ausführung von Produktionslos zu Produktionslos besonders wichtig“, erläutert Werner Biehl, Senior Project Manager von Rafi. „Laminat, Lagenaufbau, Schichtdicken, Leiterbahnstärken, Beschichtungen und Metallurgie dürfen keiner Variation unterliegen. Genauso muss die Auswahl der Komponenten im HF-Design mit großer Sorgfalt erfolgen, was bei Alternativen die Überprüfung auf identische Parameter einschließt. Gegebenenfalls gewährleisten wir die Signalintegrität auch durch Impedanz-kontrollierte Leiterplatten.“

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Für die passende Internet-Anbindung wird die IoT-Elektronik bedarfsorientiert mit Mobilfunk-Modulen, WiFi-Chipsets, LoRaWAN ICs oder Ethernetschnittstellen konfektionert. Rafi

Volle Kontrolle über jedes Produkt

Spezielle Anforderungen stellt die Elektronikfertigung für Funkanwendungen auch an das Traceability-System. Seine Aufgabe bleibt nicht darauf beschränkt, die Bauteile und Fertigungsprozesse für die jeweiligen Produkte zu registrieren, sondern umfasst auch die akkurate Verwaltung von Seriennummern, MAC-Adressen, FCC-IDs und Security-Schlüsseln. Um die einzelnen Produkte durchgängig über den gesamten Fertigungsprozess zu verfolgen, zu registrieren und alle entsprechenden Daten darauf zu buchen, wird in jede Platine zunächst eine Unikatsnummer als 2D-Barcode in ein eigens dafür vorgesehenes Feld im Lötstopplack gelasert. Die Unikatsnummer ermöglicht auch eine Prozessverriegelung, die dafür sorgt, dass für jedes Produkt die Reihenfolge verschiedener Bearbeitungsschritte konsequent eingehalten wird. Damit bietet das Traceability System eine wichtige Basis für die Herstellung variantenreicher Produkte, bei denen verschiedene Ausführungen strikt voneinander unterschieden werden müssen.

Konstante Qualität mit durchgängig automatisierten Prozessen

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Als E2MS-Dienstleister entwickelt Rafi nicht nur das Leiterplatten-Design, sondern führt alle Fertigungsschritte bis zur Gehäuseintegration aus. Rafi

Wie die IT-Elektronik unterliegen auch IoT-Produkte dem Miniaturisierungstrend. Die Bestückung mit immer kleiner werdenden Bauteilen erfordert außer einem modernen Maschinenpark optimierte Mechanismen zur Qualitätskontrolle. Bei Rafi bestücken die SMD-Anlagen Bauteile in der Bauform 01005, Halbleiter im Finepitch-Gehäuse sowie auch Odd-Shape-Komponenten. Ebenso werden Sondertechnologien wie Package-on-Package und Pin-in-Paste prozesssicher umgesetzt. Neben durchgängig automatisierten Produktionsprozessen, die eine stabile Qualitätslage für die IoT-Produkte ermöglichen, realisiert das mittelständische Unternehmen die konstant hohe Fertigungsgüte durch Regelschleifen in allen Prozessen. Zum Überwachen des Lötpastenvolumens und um sicherzustellen, dass nur akkurat bedruckte Leiterplatten dem Bestückungsprozess zugeführt werden, durchlaufen die Platinen direkt nach der Lötpastenschablonen-Bedruckung eine 3D-Solder-Paste-Inspection (SPI). Nach dem vollautomatischen Reflow-Löten unter Stickstoff werden die Baugruppen mit einer automatischen optischen Inspektion (AOI) auf sichtbare Abweichungen überprüft. Sämtliche Prozessschritte, zu denen auch das automatisierte Selektivlöten von THT-Bauteilen sowie die Vereinzelung der Leiterplatten in Fräsmaschinen zählt, sind in das Traceability-System integriert.

Geprüft, kalibriert und konfiguriert

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Mobiler Seismograph für Vipa mit GPRS-Anbindung. Rafi

Am Ende des Fertigungsprozesses erfolgen die obligatorischen mechanischen und elektrischen Tests. Darüber hinaus muss die ordnungsgemäße Sende-/Empfangs-Funktionalität in HF-Abschirmboxen geprüft und die Frequenzen gegebenenfalls kalibriert werden, um die normgerechte WIFI-Charakteristik auf allen Frequenzbändern zu ermöglichen. Außerdem erfordern die Produkte für die Netzwerkintegration eine akkurate Programmierung der MAC-Adressen und FCC-IDs, damit sie sich im Internet eindeutig und ohne Duplikate registrieren und verwalten lassen. Für alle Kalibrierungs- und Konfigurationsprozesse verfügt der Technologie-Experte über entsprechendes Test-Equipment und Know-how, um seinen Kunden uneingeschränkt funktionsfähige, normgerechte Baugruppen zu übergeben.

Baugruppen für das Internet of Things, die unter rauen Industriebedingungen oder in Outdoor-Anwendungen eingesetzt werden, müssen oft Feuchtigkeit und Vibrationen standhalten. Für den Schutz der Elektronik bietet Rafi verschiedene Verfahren wie die automatisierte zweiseitige Schutzbeschichtung der Baugruppen mit SL1307 N, wasserdichten PU-Verguss mit Wevopur oder Hotmelt-Auftrag mit Thermelt. Ebenso führt das Unternehmen bei Bedarf die serienmäßige Integration der Produkte in kundenspezifische Montageboxen aus.

 

Werner Biehl

Senior Project Manager Business Development EMS, Rafi, Berg

(hw)

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