Komplexe Systeme mit Investitionssicherheit umsetzen

Bei der Umsetzung komplexer Systeme mithilfe einer sukzessiven Integration von Level 1 (Gehäuse-Einzelteile wie Seitenwände, Flansche und Verbindungschienen) bis hin zu Level 5 (integriertes System für die Auslieferung zum Endkunden) sowie der Optimierung technologischer Lösungen kann ein erfahrener Outsourcing-Partner einiges bewirken.

Im vorliegenden Fall wurde vom Kunden ein 19-Zoll-Standard-Baugruppenträger angefragt, als Aufbausatz für ein CPCI-System, der von Heitec „off the shelf“ geliefert werden sollte. Die Integration der Elektronik für das Laser-Direct-Imaging (LDI)-System sollte durch den Hersteller erfolgen.

Systeme zur Laserdirektbelichtung kommen bei der Bestückung von Leiterplatten zum Einsatz. Äußerst hohe Präzision, Feinheit und sehr gute Bildergebnisse sind die besonderen Eigenschaften dieser Geräte. Ein Laserstrahl wird direkt auf eine mit Lack überzogene Platine fokussiert und belichtet diese. Der Laser wird bewegt und zeichnet die Leiterbahnen auf. Sinnvoll ist das Verfahren vor allem bei der Bestückung von kleinen Stückzahlen und Boards mit hoher Dichte.

An diese Systeme werden sehr hohe Anforderungen gestellt, wie beispielsweise Reinraumvorgaben, weiterhin müssen sie genauestens funktionieren und extrem ausfallsicher sein. Temperaturmanagement im Hinblick auf hohe Ströme, Belüftung und elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) sind daher wichtige Aspekte. Eine äußerst komplexe Elektronik mit verschiedenen Architekturen, Bussystemen, Schnittstellen und die Adaption auf eine hoch auflösende Optik mit einem komplizierten Linsensystem gilt es dabei so vorteilhaft im Gehäuse unterzubringen, dass bei möglichst geringem Fertigungsaufwand ein einwandfreier Betrieb möglich ist. Um ein optimales maßgeschneidertes Ergebnis zu erzielen, sollte deshalb bei jedem Teilaspekt der Systemkonzeption die Gesamtanforderung der Zielapplikation präsent sein.

Die Standardkomponenten lieferte Heitec sofort aus, bei näherer Analyse des Set-ups stellte sich jedoch heraus, dass die mechanische Konstruktion nicht 100-prozentig zur Elektronik passte. Da es Probleme an der Verbindung zur Backplane gab, war es erforderlich, das zugekaufte Standard-CPCI-CPU-Board an die Kundenanforderungen anzupassen, was zeitintensiv und technologisch aufwändig war. Nachteilig an kundenspezifischen Boards sind die höheren Kosten sowie oftmals auch die längeren Lieferzeiten. Zudem erfordern sie einen zusätzlichen internen Verwaltungsaufwand während des gesamten Lifecycles. Kommt es zu Änderungen bei den Standardboards, muss der Hersteller die modifizierten Boards nachrüsten, wodurch zusätzliche Kosten entstehen, die meist an den Kunden weitergegeben werden.  

Heitec schlug daher vor, eine neue Backplane-Lösung einzubauen und rüstete den Baugruppenträger damit aus. Anstelle einer individuell konzipierten und bestückten CPU konnte dadurch ein erheblich kostengünstigeres und einfacher zu beschaffendes Standard-CPU-Board eingesetzt werden.

Homogen in das System integrieren

Eine weitere Herausforderung stellten die vom Kunden entwickelten Busse dar, beziehungsweise die drei, für die verschiedenen Stromversorgungen zuständigen Netzteile, um diese mit ihren unterschiedlichen Spezifikationen homogen in das System zu integrieren. Gerade in dieser Phase erwies es sich als wichtig, alle Möglichkeiten des Hardware-Spektrums genau zu kennen und auf die Erfordernisse des „Innenlebens“ abzustimmen. Heitec, spezialisiert auf Gehäusetechnik und Elektronik, übernahm daher auch die Beschaffung der Netzteile, Lüfter und so weiter. Um die jeweils bestmögliche und kosteneffizienteste Ressource anbieten zu können, war gerade auch bei dieser Anwendung das weitreichende Ökosystem an Partnern und das umfangreiche Angebot an Gehäusetechnik von großem Vorteil. Außerdem spielte bei dieser Integration die jahrzehntelange Entwicklungserfahrung in der Elektronik quer durch alle Marktbereiche eine wichtige Rolle, um abschätzen zu können, was machbar und sinnvoll ist und wo das System-Layout verbessert werden kann.

Im Hinblick auf den spezifizierten Einbau des LDI-Systems in die Zielapplikation und den Einsatz in der Reinraum-Technologie wurde das System beispielsweise mit einem speziellen Belüftungskonzept versehen, bei dem die Kühlluft umgeleitet wird, um bei der hohen Packungsdichte und dem Verlustleistungsaufkommen bessere Temperaturwerte zu erreichen und so Zuverlässigkeit und Lebensdauer zu erhöhen.

Bessere Temperaturwerte erreichen

In enger Absprache mit dem Kunden wurde das Integrations-Level sukzessive von Level 1 auf Level 4 erhöht und alle Elektronikbaugruppen in das Gehäuse integriert. Dies umfasste auch das Bundling mit der Software: Das System wurde mit dem Windows XP-Betriebssystem sowie die CPU mit der Image-Anwendungs-Software ausgestattet. Im Auftrag des Kunden wurden Prototypen erstellt, die nach einem Kompatibilitätstest in Serie gehen sollten. Heitec übernahm hierbei das komplette Handling, die Produktpflege sowie die Logistik.

Bei den Tests lag ein besonderes Augenmerk auf Temperaturmanagement, Spannung, Funktionalität und EMV. Zur Überprüfung baute das Eckentaler Unternehmen ein komplettes Prüfsystem auf und stellte eine Prüfroutine der Elektrik zur Verfügung. In Zusammenarbeit wurden Thermosimulationstests durchgeführt. Durch eine neue Kabelführung ließ sich eine bessere Kabelabschirmung erzielen und damit ein günstigeres EMV-Verhalten.

Zu diesem Zweck wurden Kabelbäume entwickelt, die von einem Partner anschließend kostengünstig in Serie gefertigt werden konnten. Auch hier erwiesen sich die vielfältigen Erfahrungen in Bereichen mit hohen EMV-Vorgaben von großem Vorteil, um Störungen zwischen Packaging und Elektronik von vorne herein auszuschließen.

Nach umfassender Systemprüfung erhielt der Kunde ein betriebsbereites und lauffähiges System zur Integration in die Endanwendung. Bei der Prototypisierung bis zur Serienreife – von der Komponente über die Montage bis hin zur vollständigen Integration – wurde eine Zeitersparnis von etwa einem halben Jahr erzielt.

Zeitersparnis von einem halben Jahr

Grundlage des Erfolgs war und ist die enge, vertrauensvolle und partnerschaftliche Kooperation mit dem Kunden sowie der kontinuierliche Dialog zwischen dem Kunden und dem dedizierten Heitec-Team. Durch beständiges Hinterfragen der Prozesse ließen sich schnell Verbesserungen erreichen – Feedback wurde sofort verarbeitet und zur Optimierung weiterer Schritte eingesetzt. Das Resultat war ein System, bestehend aus kundeneigenen Designs und neuen Standardlösungen, das in sehr kurzer Zeit kostengünstig umgesetzt wurde. Das Packaging wurde dabei als integraler Bestandteil der Systemlösung begriffen. Immer im Blick blieb zudem der Fertigungsaspekt. So wurden im Auftrag des Kunden Bauteile gesourct, lokale Prototypen gefertigt und dann in Serie über das vorhandene Netzwerk kosteneffizient assembliert.

Erforderliche Änderungen, flexible Anpassungen und Aktualisierungen können auch künftig schneller und effizienter umgesetzt werden, sowohl auf Hardware- als auch Software-Seite und in ihrer Kombination. Bei erhöhtem Marktbedarf kann schneller und zuverlässiger geliefert werden. Durch sein breites Portfolio ist das Unternehmen in der Lage, Anforderungen, angefangen bei kleinen Mengen bis hin zu großen Volumina skaliert zu adressieren. Kunden können sowohl Komplett- als auch Teillösungen beziehen und individualisierte Unterstützung in Anspruch nehmen. Das Dreisäulenmodell von Entwicklung, Gehäusetechnik und Fertigung schafft Synergien in jeder Produktphase.

(ah)