Umfangreiches Dienstleistungsportfolio für Inspektion und Fertigung

Die Entwicklung des Messdaten-Erfassungssystem Adwin war der Auftakt für eine erfolgreiche Firmengründung. Den Zeiten in denen Andreas Kraus eher als „Bastelwerkstatt“ bezeichnet wurde, sind längst vorbei. Als Ein-Mann Ingenieurbüro entwickelte er das Messdaten-Erfassungssystem Adwin. Heute sind eigenständigen Echtzeit-Rechner inklusive Software und PC-Datenanbindung vor allem in der Industrieautomatisierung für schnelle MSR-Prozesse beliebt. Der Name Adwin steht für die Verbindung von analoger und digitaler Datenverarbeitung unter Microsofts Windows. Die Software dazu entwickelte der Kooperationspartner Jäger Computergesteuerte Messtechnik. Damit war der Wandel vom Entwickler und Baugruppenfertiger zum Hardwareproduzenten vollzogen.

Andreas Kraus sind drei Dinge besonders wichtig: Qualität, Schnelligkeit und Flexibilität. Als Elektronikfertigungs-Dienstleister unterstützt Kraus Hardware seine Kunden mit einem umfangreichen Dienstleistungsportfolio. Dabei kann der Mittelständler auf eine langjährige Erfahrung in der Elektronikentwicklung und -fertigung verweisen. Elektronische Schaltungen zu entwickeln und zu fertigen ist eine der Kernkompetenzen des Elektronikfertigungs-Dienstleisters. Die strikte Beachtung des Design for Manufacturing (DFM) und das Design for Testing (DFT) haben dabei einen großen Anteil. Die Abteilungen Entwicklung und Fertigung arbeiten Hand in Hand, kurze Wege in Entscheidung und Umsetzung resultieren in einem eng getakteten Time-to-Market. Der Vorteil, den die Entwickler von Kraus Hardware haben, ist der, eine absolute Betriebssicherheit der Baugruppen sowie eine überragende und homogene Fertigungsqualität sicherstellen zu können. Denn alles, was dazu benötigt wird, ist im Unternehmen bereits vorhanden.

Flotte Verbindung

Ein Beispiel für die hohe Entwicklungs- und Fertigungskompetenz, ist die Neuentwicklung einer 1-GigE-Schnittstellenkarte, die das Entwicklerteam projektiert hat. Der zuvor bei Kraus Hardware mit dem CAE-System erstellte Schaltplan ermöglichte es den Entwicklern, auf alle Eventualitäten in der Testphase vorbereitet zu sein und Änderungen entsprechend kurzfristig und mühelos durchzuführen. Die so entstehende Iteration mit allen Testdurchläufen minimiert Reibungsverluste, da alle Arbeitsschritte „aus einem Guss“ entstehen und die Regelschleifen bis zur Serienreife sich über einen überschaubaren und gut zu kalkulierenden Zeitraum erstrecken.

Die Schnittstellenkarte beherbergt auf ARM-basierende Single-Core-SoC-Prozessoren der Armada-310-Plattform (88F6282) mit einer Taktfrequenz von 1,0 GHz respektive der nächstgrößeren Armada-Variante 300 (88F628283) mit bis zu 2 GHz Taktfrequenz des amerikanischen Chip-Herstellers Marvell. Die Entwickler beschrieben mittels VHDL die Kommunikationsschnittstelle zwischen dem PCI-Express-Bus des Netzwerkprozessors und dem Echtzeitsystem mit DSP, was mit einem FPGA auf der Baugruppe realisiert wurde. Diese Vorgehensweise spart Zeit und Geld und lässt Raum zur Anpassung und Modifikation der Schnittstelle.

Versehen mit einem Linux-Betriebssystem, kann die Schnittstellenkarte die Netzwerkpakete umsetzen und Daten zum Adwin-Prozessor übertragen – und umgekehrt. Das Betriebssystem wird über Flash gebootet, welches danach eine Ethernet-Verbindung über einen 1-GBit-PHY-Baustein zur Kodierung und Dekodierung der Daten zwischen dem rein digitalen und einem modulierten analogen System hergestellt. Auf der anderen Seite überträgt der Prozessor die Netzwerkinformationen über eine PCI-Express-Schnittstelle an einen FPGA der Spartan-Familie von Xilinx. Die Besonderheit des Logik-ICs ist, dass er PCI-Express-Spezifikation unterstützt, was eine preisgünstige und mit geringem Entwicklungsrisiko verbundene Implementierung serieller Kommunikationsschnittstellen für die Consumerelektronik, Automobilelektronik, drahtlose Kommunikation und weitere preissensitive Massenmärkte ermöglicht. Der FPGA leitet die Daten an das Messdaten-Erfassungssystem Adwin. Gespeichert wird zum einen über ein serielles E²PROM für Parameter und zum anderen temporär über ein DDR3-SDRAM mit bis zu 800 MHz (1-GHz-Prozessor) / 1066 MHz (2-GHz-Prozessor). Darüber hinaus lassen sich über eine USB 2.0- und zwei Sata-2.0-Schnittstellen externe Speichermedien anschließen. Der RS232-Port unterstützt zusätzlich ein Monitorprogramm. Damit lassen sich sowohl einzelne Komponenten testen als auch Boot- und Betriebsvorgänge dokumentieren. Letztlich signalisieren vier LEDs den Betriebszustand an der Frontblende.

Prozesssicherheit und -optimierung

„Dass wir es täglich mit fehlerhaften Baugruppen zu tun haben, macht uns sensibel, geduldig und verständig für die Sache“, erklärt Andreas Kraus, Inhaber und Geschäftsführer von Kraus Hardware. Er und sein Team versuchen, eine rasche und sachliche Lösung zu finden und warten dabei mit einem weitgefächerten Angebot auf, das Entwicklung, Reparatur, Fehleranalyse, Fertigen, Prüfen und Testen und Rework von elektronischen Baugruppen einschließt.

Zum Einsatz kommen je nach Anforderung etwa Flying-Probe, In-Circuit-Test oder Boundary-Scan. Mit diesen Inspektionssystemen lassen sich nicht nur die Funktion integrierter Schaltkreise (ICs) prüfen, sondern auch die Fertigungsqualität von Bestückung und Leiterplatte. Mit der dreidimensionalen Röntgenanalyse erlaubt bisher ungeahnte räumliche Einsichten in ganze Baugruppen: Alle Teile können mit den vorhandenen Möglichkeiten bereits während der Entwicklung und Fertigung ausgiebig sowohl elektrisch als auch optisch inspiziert werden. Nicht zuletzt bietet die Vakuum-Dampfphasenlötanlage im Hause Kraus Hardware von Anfang an porenarme Lötstellenqualität und Prozesssicherheit. „Das Ergebnis solcher eingehender Tests und der gewissenhaften Fertigung schlägt sich in einer hundertprozentigen Qualität sowie einer zuverlässigen und vor allem dauerhaften Funktionsweise der Baugruppen nieder“, resümiert Kraus.

Yes, we scan

Mängel bei elektronischen Schaltungen zu beheben ist nicht immer einfach. Unzugängliche Lötverbindungen und verdeckte Leiterbahnen verhindern oftmals eine effektive Fehlersuche auf der Platine. Verbaute fehleranfällige Teile sind während des Fertigungsprozesses nicht zu erkennen und geben sich erst nach der Fertigung durch ihren Ausfall zu erkennen. Für ein Unternehmen kann dies sehr teuer werden, denn nicht selten steht es vor der Entscheidung, das Gerät komplett vom Markt zu nehmen. Eine effektive Fehleranalyse stellt die 3D-Röntgenanalyse dar, wofür der Mittelständler in das Mikrofokus-Röntgensystem Y.Cheetah von Yxlon investiert hat. Durch die Röntgentechnologie lassen sich brillante 3D-Scans von Baugruppen aller Art realisieren – mit einem tiefen Einblick in ihr Innenleben und somit auch auf ihre Schattenseiten. Damit sieht sich das Unternehmen in der Lage zerstörungsfrei selbst die kleinsten Fehler zu entdecken. Die Röntgenanalyse wird sowohl als Dienstleistung als auch zur Überprüfung der hauseigenen Prozesse eingesetzt und genutzt. Es handelt sich bei Cheetah um ein 2.5D-Gerät, das mit einer 3D-Analytik-Erweiterung. Die so gewonnenen Einsichten fließen in einen dokumentierten Erfahrungsschatz, der in manchen Fällen die Röntgenanalyse sogar entbehrlich macht. Durch Röntgenanalyse verdächtig gewordene Bauteile, wie etwa Wickelelemente, können so bereits im Vorfeld fokussiert und mit weniger Aufwand untersucht werden. Insofern hat sich die Investition in gelohnt.

Generell zieht sich eine durchgängige Qualitätskontrolle wie ein roter Faden durch das gesamte Unternehmen. Angefangen beim Wareneingang setzt sich das Verfahren über alle in der Fertigung installierten Prozesse fort. Final werden dann entweder komplette Baugruppen oder fertige Geräte auf Herz und Nieren getestet. Das bedeutet nicht, dass nur ein finaler Test letzten Endes ausreicht, um dem Produkt volle Funktionsfähigkeit zu bescheinigen. Da wird kreuz und quer getestet, um eine Testabdeckung von möglichst nahe einhundert Prozent zu erreichen. Entscheidend ist laut Kraus hierzu, dass die Prüfstrategie optisch/elektrisch und genau welches Verfahren rechtzeitig in den Prozess der Baugruppenfertigung eingebunden wird, um eine möglichst effiziente und günstige Lösung zu erzielen. Das wiederum bedeutet für Andreas Kraus ein permanentes Update seines Maschinenparks. „Nur mit modernen Maschinen und gut geschultem Personal werden wir den stets wachsenden Aufgaben Herr“, umreißt Kraus die Situation. Erst vor kurzem wurde zum Beispiel in eine neue Vakuumdampfphase und Selektivlötanlage investiert. Eine zweite Anlage für das Rework von Baugruppen ist seit kurzem in Betrieb. Auch über ein 3D-AOI wird derzeit intensiv nachgedacht

Productronica 2015: Halle A4, Stand 277

(mrc)