Lösungen, Prozesse und Anlagen rund um das Inhouse-PCB-Prototyping, Prototypenlöten und das Nacharbeiten elektronischer Baugruppen – der Technologietag deckte alle Facetten der Prototypenherstellung ab. Dabei ging es im Detail um die Leiterplattenstrukturierung mittels Laser und Fräsbohrplotter, die Durchkontaktierung, die Lotpastenapplikation und Bauteilbestückung sowie das manuelle Löten und Nacharbeiten von bestückten Leiterplatten. Clever auch die Struktur der Veranstaltung: fundierte Fachvorträge am Vormittag und ein großer Praxisteil direkt an den Maschinen und Systemen im Democenter von Ersa am Nachmittag. Ziel der Veranstalter war es, den 30 Teilnehmern das hautnahe „Ausprobieren“ durch Live-Demos zu ermöglichen.

Große Nachfrage: 30 Teilnehmer folgten der Einladung zum gemeinsamen Technologietag von Ersa und LPKF.

Große Nachfrage: 30 Teilnehmer folgten der Einladung zum gemeinsamen Technologietag von Ersa und LPKF. Ersa

Leiterplatten in einem Tag

„Bei der Entwicklung neuer Produkte sind Iterationsstufen in möglichst kurzer Zeit erforderlich. Daher adressierten wir vor allem Interessierte aus den Bereichen Forschung, Entwicklung, Prototypenbau und Testing, um ihnen neue Wege vorzustellen, wie sie schnell und kostengünstig von der Idee zum fertigen Elektronikprodukt gelangen können“, erklärt Jörg Nolte die Motivation zu diesem gemeinsamen Event. Der Produktmanager Lötwerkzeuge, Rework- und Inspektionssysteme von Ersa führte fundiert durch die Moderation der Vormittagssession. Den Auftakt bildete Bruno Blum, Sales Manager der Development Quipment von LPKF Laser & Electronics mit seinem Vortrag „In-house PCB Prototyping“. Er stellte die aktuellen Technologien und Systeme von LPKF zur Leiterplattenherstellung vor. Nach wie vor sei es attraktiv, „Leiterplatten schnell mal eben selbst herzustellen“, argumentiert er mit Blick auf die vielen Entwickler, die nicht den Weg über den Leiterplatten-Schnelldienst gehen wollen. Oftmals gelte es, Ideen auszuprobieren, Fehler zu finden oder schlicht um Prototyping allgemein. Dafür sind die Prototyping-Systeme von LPKF ausgelegt. Sie können flache Materialien wie FR3 und FR4 verarbeiten, sind in der Lage ein- und zweiseitige Platinen sowie bis zu achtlagige Multilayer zu erstellen und das Prototyping funktioniert mit analogen, digitalen, HF- und MW-Designs und -Substraten.

Jörg Nolte von Ersa führte durch die Moderation des PCB-Prototyping-Technologietages.

Jörg Nolte von Ersa führte durch die Moderation des PCB-Prototyping-Technologietages. Ersa

Die Besonderheit dabei: Leiterplatten lassen sich innerhalb eines Tages herstellen und testen – und zwar ohne den Einsatz problematischer chemischer Ätzbehalter, die ein Gesundheits- und Umweltrisiko darstellen können. „Sämtliche Probleme des Designentwurfs lassen sich so frühzeitig identifizieren, was die Fertigstellung der zweiten und dritten Revision noch am selben Tag ermöglicht“, erläutert er die Vorteile des schnellen Inhouse-Prototyping. Das sei besonders interessant, wenn es sich um sensible De-signdaten handelt, denn diese bleiben im eigenen Haus. Bei Firmen, die ein aufwändiges Bestellwesen betreiben, ließen sich auf diese Weise das Outsourcing-Beschaffungsverfahren und letztendlich auch Kosten einsparen. Zudem arbeiten die PCB-Prototyping-Systeme von LPKF direkt mit den CAD-Daten, was die notwendige Vielseitigkeit für die Arbeit mit den diversen Projekten sicherstellt, von Leiterplatten bis zu HF-Gehäusekörpern, Konturfräsen, Steuerungskästen, Frontplatten, Schildern, Inspektionsvorlagen, Testadaptern und sogar Lötpastenschablonen.

Bruno Blum von LPKF stellte in mit seinem Vortrag „In-house PCB Prototyping“ die aktuellen Technologien und Systeme zum Prototyping vor.

Bruno Blum von LPKF stellte in mit seinem Vortrag „In-house PCB Prototyping“ die aktuellen Technologien und Systeme zum Prototyping vor. Ersa

Abschließend stellte Bruno Blum die einzelnen Systeme vor: Neben dem kompakten, lediglich etwas größer als ein DIN A3 kleiner Fräsbohrplotter Protomat E34/E44 hat LPKF noch drei weitere Modelle aufgesetzt. Während es sich beim Protomat S64 um ein für fast alle Anwendungen geeignetes Basismodell handelt, ist der S104 eine vielseitige High-End-Version für HF- und Mikrowellenanwendungen. Der Protomat D104 hat eine Hochleistungsspindel und einen zusätzlichen UV-Laser. Im Flaggschiff wachsen beide Welten zusammen: Die mechanische Strukturierung wird durch ein zusätzliches Laserwerkzeug ergänzt, wenn einzelne Bereiche eine besonders hohe Präzision erfordern.

Prof. Dr.-Ing. Francesco P. Volpe der TH Aschaffenburg zeigte, wie sich hochkomplexe Baugruppen im Prototyping realisieren lassen.

Prof. Dr.-Ing. Francesco P. Volpe der TH Aschaffenburg zeigte, wie sich hochkomplexe Baugruppen im Prototyping realisieren lassen. Ersa

Um seriennahe Leiterplatten und elektronische Baugruppen im eigenen Haus herstellen zu können, sind indes noch weitere Systeme erforderlich, die ebenfalls LPKF offeriert: Die Multipress S verpresst bis zu achtlagige Multilayer aus starren, starrflexiblen oder flexiblen Basismaterialien. Eine gleichmassige Druckverteilung über die gesamte Pressflache von 229 mm x 305 mm sorgt für einen homogenen Materialverbund. Passend zur jeweiligen Anwendung bietet das Unternehmen unterschiedliche Durchkontaktierungssysteme an, die unter dem Namen Proconduct firmieren. Vor allem auf die galvanische Durchkontaktierungslösung Contac S4 fokussierte sich Bruno Blum: Es erlaubt verschiedene galvanische und chemische Prozesse in einem kompakten Sicherheitsgehäuse und ist für die professionelle Fertigung von Leiterplatten-Prototypen und Kleinserien geeignet. Mit dem Promask-Kit lässt sich der Lötstopplack auftragen und mit ProtoPrint S der Lotpastenauftrag vornehmen. Selbst für die halbautomatische Leiterplattenbestückung hält LPKF mit Protoplace S eine Lösung bereit. Mit Protoflow gibt es einen kompakten Reflow-Ofen, der für das bleihaltige und bleifreie Reflow-Löten, das Aushärten von Durchkontaktierungspasten und andere präzise zu steuernde thermische Prozesse ausgelegt ist.

Manfred Wolff von Ersa lenkte die Aufmerksamkeit auf die komplexe Welt der Löttechnik hinsichtlich Rework & Repair.

Manfred Wolff von Ersa lenkte die Aufmerksamkeit auf die komplexe Welt der Löttechnik hinsichtlich Rework & Repair. Ersa

Unterstützt wurde Blum durch Stephan Kiel, ebenfalls Sales Manager Development Quipment von LPKF, der auf die Zusammenarbeit zwischen Ersa und LPKF einging: „Um schnell und flexibel Prototypen herzustellen, sind abgestimmte Prozesse und Maschinen im PCB Prototyping, der Mikromaterialbearbeitung, dem Baugruppenlöten und dem Nacharbeiten notwendig. Darüber hinaus sind auch Prozesswissen und Erfahrung wichtig.“

 

Rapid Prototyping in der Praxis

Wie sich Rapid Prototyping mit dem Protomat S64 von LPKF realisieren lässt, da-rüber berichtete Prof. Dr.-Ing. Francesco P. Volpe von der TH Aschaffenburg, der mit dem Equipmenthersteller seit 1995 eine langjährige Zusammenarbeit pflegt. Vorgestellt wurden verschiedene Projekte, die sowohl mit dem Protomat S64 als auch mit S63 verwirklicht wurden – allesamt HF-Anwendungen: Neben der Fertigung einer Prototypen-Platine für einen High-End-Kopfhörerverstärker von Sennheiser, fertigten die Studenten von Prof. Volpe auch einen Prototyp für die Mikrocontroller-Ansteuerung für Phono-Vorverstärker sowie einen USB-Audio-Stick.

Prof. Volpe konnte sich der ungeteilten Aufmerksamkeit sicher sein. Nicht nur, dass die High-End-Systeme technisch interessant waren, er tauchte eloquent in  die Tiefen der menschlichen Hörphysiologie ein. Immerhin ist das menschliche Ohr das einzige von sechs Sinnesorganen, das gleich mehrere Aufgaben erfüllt: Es nimmt Sprache, Geräusche sowie Klänge auf und ist zudem für unser Gleichgewicht zuständig. Beachtlich sind auch die Leistungsmerkmale. Ein gesunder jugendlicher Mensch hört Töne von ca. 16 Hz bis hin zu 16.000 Hz. Dies entspricht ungefähr
10 Oktaven. Das Ohr ist fähig, auch sehr kleine Tonunterschiede zu differenzieren. Geübte Testpersonen können bei Frequenzen zwischen 500 Hz und 5000 Hz noch einen Tonunterschied wahrnehmen, wenn zwei aufeinanderfolgende Töne nur um 10 Cent (logarithmisches Maß für Ton-intervalle) verstimmt sind. Insofern ist eine hohe Präzision selbst beim Prototyping unerlässlich, um ein Übersprechen der Signale auf der Leiterplatte zu verhindern und eine hohe Signalintegrität sicherzustellen.

In den Pausen und den gesamten Nachmittag über hatten die Teilnehmer die Möglichkeit, sich mit Experten und Referenten auszutauschen und Live-Demos zu erleben.

In den Pausen und den gesamten Nachmittag über hatten die Teilnehmer die Möglichkeit, sich mit Experten und Referenten auszutauschen und Live-Demos zu erleben. Ersa

Welt des Lötens

Manfred Wolff, Applications & Sales von Ersa, lenkte die Aufmerksamkeit auf die komplexe Welt der Löttechnik hinsichtlich Rework & Repair. Dass das Handlöten zweifellos ein Mix aus Geschicklichkeit und Erfahrung ist, illustrierte er anhand des modularen AVLE-Schulungsprogramms. Das Akronym steht für Ausbildungsverbund Löttechnik Elektronik, wird vom FED unterstützt und zählt Ersa, Hannusch Industrieelektronik, Rafi und Zollner Elektronik zu den Gründungs- und Verbundpartnern. Das Ziel ist es, die Qualität, Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit von Lötstellen in Bereich Elektrotechnik und Elektronik zu verbessern – und zwar für die Handlötarbeitskraft über den Reparaturspezialisten bis hin zum Maschinenbediener.

Was hat es also auf sich, das Bestücken und Löten von Prototypen in Abhängigkeit von Applikation und Gerätetechnik? Bei der heutigen Komplexität der elektronischen Baugruppen stößt der Lötkolben genauso wie der Heißluftkolben schnell an seine Grenzen. Gerade wenn es um die Bearbeitung von Bauelementen mit verdeckten Anschlüssen geht, ist das Reworksystem die erste Wahl. Das Portfolio von Ersa ist umfangreich und reicht von einfachen Systemen bis hin zu Top-Modellen mit einem großen Leistungsspektrum. In seinem Vortrag ging Manfred Wolff die einzelnen Stationen der Nachbearbeitung durch und gab hierbei zahlreiche Tipps, worauf beim jeweiligen Prozessschritt zu achten ist. Wie sich etwa die Qualität von Lötverbindungen erkennen lässt, erklärt Wolff so: „Die Lötstellen sollten eine konkave Form haben sowie glatt, gleichmäßig und glänzend sein. Zudem sollten sowohl der Bauteilanschluss als auch die Lötfläche jeweils einen flachen Lotwinkel aufweisen.“

Prototyping elektronischer Baugruppen

In einer gemeinsamen Technologietagung informierten Ersa und LPKF über neueste Entwicklungen im Bereich Prototyping. Themenschwerpunkte waren auch das Prototypenlöten und das Nacharbeiten von elektronischen Baugruppen. 30 Teilnehmer folgten dem Ruf nach Wertheim. Anwendungsspezialisten beider Unternehmen gaben in Vorträgen und Live-Demos detaillierte Einblicke in Prozesse und Maschinen.

Wichtig beim Handlöten ist etwa, die jeweils für die Applikation passende Lotlegierung und Flussmittel, aber auch die passende Lötspitze auszuwählen: „Die Größe der Lötspitze muss an die Lötstelle angepasst sein, damit diese ohne Beschädigung von Bauteil oder Leiterplatte möglichst viel Wärmeenergie übertragen kann“, erläutert er und gibt als Faustregel 0,5- bis 0,75-mal größer als das Lötauge an. Dabei stellte er das Handlötgerät i-Tool vor, das eine präzise Temperaturmessung und ein reaktionsschnelles Nachheizverhalten aufweist. Videoclips zeigten anschaulich, wie sich manuelles Löten von THTs, SMDs und SMDs mit Gull-Wing-Anschlüssen realisieren lässt. Dennoch bleiben BGAs, QFNs, LGAs und BTCs – allesamt Bauteile mit verdeckten Anschlüssen – eine Herausforderung im Rework und Musteraufbau. Wie sich also ein berührungsloses Löten mit Lotpaste bewerkstelligen lässt, erläuterte er ebenfalls und stellte dabei den Heißluftkolben i-Tool Air S vor.

Letztlich gelingt ein High-End-Rework nur mit leistungsfähigen Reworksystemen. Welche Zeiten-, Rampen- und Temperatur-Limits es gibt und worauf bei der Wärmeübertragung zu achten ist, waren weitere Themen, denen sich Wolff in seinem Vortrag annahm. Ziel sei es, möglichst gleichmäßig zu erhitzen, denn je gleichmäßiger die Erwärmung, desto vielseitiger und sicherer das Lötprofil. Deshalb hat Ersa in seinen Reworksystemen auch eine Closed-Loop-Heizleistungsregulierung integriert. Diese ermöglicht es, dass sich die abgegebene Heizleistung kontrolliert an den thermischen Bedarf der Lötauf-gabe anpasst.

Live-Demo in der Ausstellung

Nach dem umfangreichen Theorieteil hatten die Teilnehmer während der Pausen und am Nachmittag ausgiebig Gelegenheit, sich direkt an den Geräten und Systemen zu informieren, die im Democenter von Ersa ausgestellt waren. Anwendungsspezialisten beider Unternehmen gaben in Live-Demos detaillierte Einblicke in Prozesse und Maschinen. In individuellen Gesprächen konnten die Teilnehmer sämtliche Systeme ausprobieren und sich mit den Anwendungsspezialisten und Referenten austauschen.

Ersa und LPKF informierten über Prototypenfertigung für Leiterplatten

Im Tandem informierten Ersa und LPKF fundiert über alle Aspekte der Prototypenfertigung für Leiterplatten und elektronische Baugruppen. Ersa

Ersa hatte verschiedene Lötstationen wie das HR 100A, Lötkolben und Lötspitzen sowie Tauchbäder, Heizplatten, Lötrauchabsaugungen und Systeme zur Nacharbeit vor Ort. Regen Anklang fanden dabei die Reworksysteme HR 550 und HR600 XL. LPKF präsentierte den Fräsbohrplotter Protomat S104 sowie die Lasersysteme Protolaser U4 und ST und den manuellen Schablonen-Tischdrucker Protoprint S, mit denen sich mittels Fräse  respektive Laser Platinenoberflächen präzise bearbeiten lassen. Zudem stellte LPKF die Contac S4 vor, die Durchkontaktierungen durch galvanische und chemische Prozesse zuverlässig ermöglichen.

productronica 2019:

Ersa: Halle A4 Stand 162/Halle A4 Stand 171

LPKF: Halle B2, Stand 303

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