Fertigung eines USB-Sound-Sticks von Anfang bis Ende

Die am Rande der Metropolregion Frankfurt-Rhein-Main gelegene Technische Hochschule Aschaffenburg zeichnet sich vor allem durch wirtschaftsnahe, überwiegend interdisziplinäre und innovative Studiengänge aus. Enge Kooperationen mit Unternehmen sowie anwendungsorientierte Forschungen gewährleisten den derzeit über 3.300 Studierenden einen optimalen Praxisbezug. Im zur Fakultät Ingenieurwissenschaften gehörenden Labor Mikrocomputertechnik steht den Studierenden mit dem Ersa HR 500 nun ein professionelles und flexibel nutzbares Rework-System zur Verfügung.

Prof. Dr.-Ing. Francesco P. Volpe ist Professor im Studiengang Elektro- und Informationstechnik und leitet das praxisorientierte Wahlfach „Leiterplattenentflechtung mit EAGLE“, das im Labor für Mikrocomputertechnik stattfindet. Ziel für die teilnehmenden Studierenden dieser Veranstaltung ist es, einen USB-Sound-Stick zu fertigen, bei dem SMD-Bauteile sowie Digital-/Analog-Wandler IC im TQFP-Gehäuse zu verarbeiten sind.

Die Studierenden lernen hierbei alle Prozessschritte kennen – angefangen beim Umgang mit dem Programm EAGLE der Firma Autodesk über das richtige Layouten von einfachen Schaltungen, der Anwendung bestehender Design-Regeln für Hochfrequenz-Schaltungen bis hin zum Bestücken und Löten der USB-Soundkarte.

Bei den dabei verarbeiteten Thin Quad Flat Package (TQFN) handelt es sich um sehr flache, meist quadratische oberflächenmontierte Kunststoffgehäuse. Sie besitzen in der Regel 32 bis 200 Pins, die in einem Rastermaß mit Abmessungen von 0,4 bis 1 mm angeordnet sind.

Um auch sehr kleine und komplexe Bausteine wie diese professionell löten zu können, suchte man seitens der Hochschule nach einem geeigneten System und entschied sich für das hybride Rework-System HR 500 von Ersa. Bauteile von 1 x 1 mm bis 50 x 50 mm Kantenlänge können damit mühelos platziert und gelötet oder auch ausgelötet werden. Bestückte Musterbaugruppen bis zu einer Größe von 70 x 70 mm können bei Bedarf – vergleichbar einem Reflow-Linienprozess – komplett umgeschmolzen werden.

Die Bauteilausrichtung erfolgt mittels Feintrieben und anhand hochauflösender Kamerabilder der Visionbox. Mit Hilfe eines Schrittmotors mit Feinabschaltung werden auch kleine Bauteile nahezu kraftlos abgesetzt. Die Kombination aus einer Hybrid-Obenheizung und Infrarot Heizelementen im Untenstrahler stellt außerdem eine schonende und homogene Erhitzung der Bauteile sicher.

Prof. Volpe schätzt ist die intuitive Software, da viele Studierende in seiner Veranstaltung oft das erste Mal mit einem solchen System arbeiten. Durch die übersichtliche Bedienung und klare Benutzerführung mittels Piktogrammen lernen auch unerfahrene Nutzer den Umgang mit dem System sehr schnell.

Das Labor Mikrocomputertechnik kann auch außerhalb der Vorlesungen von Studierenden, insbesondere aus den Bereichen der Studiengänge Elektro- und Informationstechnik, Wirtschaftsingenieurwesen und Mechatronik, genutzt werden, um im Rahmen von Projekt- oder Abschlussarbeiten selbstständig zu forschen. Projekte mit externen Partnern und Unternehmen werden ebenfalls durchgeführt und so der Wissens- und Technologietransfer zwischen Hochschule und Wirtschaft damit aktiv gefördert. Unter anderem werden in diesem Zusammenhang eigene Schaltungen und Elektronikbaugruppen entwickelt, die in vielfältigen Bereichen wie IoT, Datenbusse (CAN, I2C, SPI etc.) und eingebettete Systeme eingesetzt werden. (pg)