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25 Jahre FED - Ein Rückblick

Neue Mitglieder

03.09.2015

Bericht und Vortragsfolien | Contag AG

Schon zur Tradition geworden ist die jährliche Gastgeberschaft der Firma CONTAG AG für das Regionalgruppentreffen in Berlin. So fanden sich auch am 03.09.2015 wieder 36 Teilnehmer ein um den angekündigten Fachvorträgen interessiert zu folgen.

Für den FED begrüßte der Regionalgruppenleiter Marco Schiller, Firma TAUBE ELECTRONIC GmbH, die Teilnehmer. Der Verband mit seinen Aufgaben und Leistungen wird in kurzen Worten an Hand einer Präsentation vorgestellt. Er bedankt sich beim Gastgeber Herrn Andreas Contag, Vorstandsvorsitzender und für die Organisation bei Herrn Guido Strehl, Assistent des Vorstandes für die immer wieder offene Tür für unsere Veranstaltungen.
Für das gastgebende Unternehmen CONTAG AG begrüßt Frau Katharina Raddatz, Leitung Vertrieb, die Anwesenden und stellt das Unternehmen mit seinen Produkt-Scope vor. Mit 90 Mitarbeitern im Betrieb werden 9 Millionen € generiert. Spezialisiert auf Prototypen und Kleinserien können innerhalb kürzester Zeit, Express ab 4 Stunden, Kundenwünsche erfüllt werden. Als weitere Dienstleistung werden Layout, Bestückung und Lotpastenschablonen angeboten. Die Produktpalette reicht von der Fertigung einfachen Ein-und Zweilagen-Leiterplatten bis zu mehrlagigen Multilayer-Leiterplatten, sowie Starr-Flex-Leiterplatten. Alle heute notwendigen Technologien, wie HDI/SBU, impedanzkontrollierte Aufbauten bis zur Embedded-Technologie stehen zur Verfügung. Von HAL (bleifrei und auch noch bleihaltig) über chem. Ni/Au, chem.Zinn, der organischen Passivierung  bis zur Auftragung von Steckergold können alle Kundenwünsche erfüllt werden. Gleiches gilt für die notwendigen Basismaterialien, wie FR4, Hoch-Tg-Materialien, HF-Materialien, Polyimid-Materialien für Starr-Flex-Leiterplatten und IMS-Materialien. Für die Gewährleistung der Qualität garantiert eine rundum Kundenberatung und eine mit modernsten Maschinen eingerichtet Fertigung.
Klaus Dingler, Vorstandsmitglied des FED, berichtet über das Aktuelle aus dem Verband, weist auf die neuen Übersetzungen der IPC-Richtlinien A-610-F und J-STD-001F hin. Die beiden neuesten Bände der Bibliothek des Wissens, Band 13 Wärmemanagement in und auf Leiterplatten und Band 15 Ein Überblick über die Umweltgesetzgebungen, werden vorgestellt. Nicht gefehlt hat auch der Hinweis auf unsere FED-Konferenz Ende September in Kassel.

                        
Dr. Markus Detert                                            Katharina Raddatz
                         Referent                                                          Leitung Vertrieb                     
    Otto von Guericke                                               CONTAG AG
Universität Magdeburg                                                                        

    
Matthias Klahre                                           Marco Schiller
            Referent                                                      Regionalgruppenleiter
    CAM-Abteilung                                          FED E.V.
CONTAG AG                                        TAUBE ELECTRONIC

Der demographische Wandel führt in der Zukunft  zu einer immer älter werdenden Menschheit. Damit verbunden ist die innovative Zukunft der Medizintechnik für das gesamten Gesundheitswesens. Dr. Markus Detert, Otto von Guericke Universität Magdeburg Institut für Mikro- und Sensorsysteme, berichtet  in seinem Vortrag Anforderungen an die Mikrosystemtechnik und die AVT der Elektronik durch die Medizintechnik über die Forschungen und Ergebnisse in seinem Bereich.
Weltweit wird der Bedarf an Medizinprodukten steigen, schon heute nimmt die Medizintechnik den 4.Platz in der Rangfolge der Umsatzentwicklung in der Elektroindustrie noch vor der Automobilindustrie ein. Zur Einhaltung der gesetzten Ziele ist eine Miniaturisierung der Medizinprodukte zusammen mit einer passenden AVT (3D-MID) unausweichlich. Bildverarbeitung und Bildanalyse bedürfen ein hohes Innovationspotential mit entsprechendem hohem Entwicklungsaufwand. Viele Funktionsbausteine sind für medizinische Mikrosysteme notwendig, wie die nachfolgende Folie zeigt.


Quelle: Vortragsfolien Dr. Markus Detert, Universität Magdeburg.

Die kostengünstige Herstellung solcher miniaturisierten und zuverlässigen Mikrosysteme ist nur gewährleistet, wenn die dafür notwendigen Herstellungsverfahren zur Verfügung stehen. Die Faktoren
Biokompatibilität, Form- bzw. Verformungsfaktor, die Zuverlässigkeit und Sicherheit und die Kosten sind dabei zu betrachten.
Die  Biokompatibilität wird als Verträglichkeit zwischen dem medizinischen Produkt und dem biologischen System definiert, da es beim Einsatz zu einem direkten Kontakt zwischen beiden vorgenannten Systemen kommen kann. Zur Sicherstellung müssen zahlreiche Tests vollzogen und dabei auftretende Fragen geklärt werden. Grundsätzlich muss der Schutz vor nicht richtig verwendeten Instrumenten gewährleistet, die Geräte für den Einsatz vorbereitet und eine entsprechende AVT im System verwendet sein. Als Beispiel einer biokompatiblen AVT stellt der Referent die Integration von Aktoren, Sensoren, Signalverarbeitung, Signaltransport und einen Energiespeicher, sowie Marker für äußerliche Messquellen in einen Katheder vor,  Viele Faktoren und Technologien sind bei der Herstellung der einzelnen Systeme zu beachten.
Die Notwendigkeit des Formfaktors wird an mehreren Beispielen von minimalinvasiven Werkzeugen mit optischen und elektrischen Modulen erläutert. In der starren Spitze des Endoskops sind LED’s zur Beleuchtung und eine LED-Kamera zur Aufnahme der Umgebung angeordnet. Über Steuereinheiten am Endoskop und einer weiteren Schnittstelle werden die Aufnahmen auf einem außenliegenden Auswertesystem sichtbar gemacht. Ganz andere Gegebenheiten müssen bei einem Katheder berücksichtigt werden. Der 2-3mm dicke Kathederschlauch beinhaltet einen Arbeitskanal, am Kopf LED zur Beleuchtung und optische Fasern sowie zu einer weiteren Auswertung Druck- und Temperatursensoren auf der Außenseite des Kopfes. Zusätzlich ist auf der Außenseite eine Antenne für einen Datenübergabe mit zugehöriger eingebetteter Elektronik aufgebracht. Für urologische Untersuchungen (Untersuchungen in einem Hohlorgan) sind Ultraschallsensoren auf der Außenseite zu den Beleuchtungs- und Bilderfassungsgegebenheiten zur Betrachtung des Urothels notwendig. Um Plaque-Ablagerungen in Blutgefäßen zu erfassen ohne die Weichteile zu beschädigen sind die Katheder mit Radarchips auszurüsten, die im mm-Wellen-Bereich arbeiten. Die Elektronik für die Antennen muss in einer 500µm dicken Außenschicht des Katheders untergebracht werden. Je kleiner das elektronische Packaging gestaltet werden kann, umso größer wird damit die nutzbare Fläche im Inneren des Katheders. Hier bieten sich mehrere Möglichkeiten zur Erstellung der Kavität an, Laser, Ätzen oder Heißprägen. Beim Heißprägen wird ein Stempel in die Außenhaut gedrückt und dadurch Material verdrängt. Während des Abkühlvorganges wird die Prägekraft aufrechterhalten und im kalten Zustand dann der Stempel wieder entfernt. Die erstellten Kavitäten müssen genau vermessen werden, da der Polymerschlauch nicht immer gleichmäßig ausgeführt ist und daher die Wandstärkenabnahme unterschiedlich sein kann. Nach der Einbringung der Elektronik wird die Kavität vergossen. In einem BMBF-Verbundprojekt von 5 Firmen wird als Ziel an einer automatisierten Fertigung von Kathedern mit optimaler Funktionalität gearbeitet.
Zur Verbesserung der Ergebnisse beim MRT (Kernspintomographie) kann eine Erhöhung des Magnetfeldes durch einen Katheder mit einem LC-Schwingkreis beitragen. Mehrere Herstellungsarten der Spule, von der einfachen Wickeltechnik bis zur flexiblen Leiterplatte sind dabei möglich und die sich durch verschiedenartige mechanische Beanspruchungen unterscheiden.
Problem in den Neurowissenschaften ist die Ableitung und Messung neuronaler Signale. Der derzeitige Stand der Technik, kommerzielle Elektrodenarrays, haben neben den schlechten elektrischen Eigenschaften eine schlechte Anpassung an die Gehirnoberfläche. Das Ziel ist hier eine höhere laterale Auflösung mit einer Vielzahl von Elektroden und eine bessere Anpassung an die Gehirnoberfläche und die Möglichkeit der Integration von Lichtquellen für die Optogenetik (Stimulation von neuralen Zellen durch Licht). Herausforderungen für diese Technologie liegen in der Realisierung von dreidimensionalen Strukturen mit Polyimidmaterialien und die Integration von LED für die Optogenetik.

Die Zuverlässigkeit der medizinischen Produkte lässt sich aus deren Lebensdauer herleiten. Hierbei wird ersichtlich, dass Katheder und Endoskope vollkommen anderen Gegebenheiten unterliegen und man die Nutzungszyklen und nicht die Lebensdauerjahre zu betrachten hat. In Vielen der medizinischen Produkte sind flexible Substrate Hauptbestandteil der Funktionselemente. Für diese sind besondere Zuverlässigkeitsbetrachtungen notwendig gegenüber bisherigen Substrattechnologien. Bis 1000 Temperaturzyklen sind keine Änderungen in den Fügestellen zu ersehen, bei 3000 Zyklen sind jedoch Risse an den Grenzflächen zu erkennen, die aber noch keinen elektrischen Ausfall zur Folge haben. Auch die Kosten der medizinischen Produkte sind durch deren Lebensdauer erklärbar. Betrachtet man wieder die Katheder und Endoskope so wird ersichtlich, dass durch den geringen Preis eine enorme Herausforderung für die verwendete Technologie und deren Herstellung besteht.
Die Systemintegration, d.h. die Zusammenführung von unterschiedlichen Systemen, Informationsquellen, Anforderungen und Abläufen fordert einen genauen Ablauf von der Produktkonzeption über die Produktgestaltung bis zur Prozessgestaltung. Zu klären sind technologische Fragen wie Partitionierungsstrategien und Integrationsstrategien, Fragen des Datenschutzes und Einbindung des Ethikausschusses. Die technische, die medizinische und die hygienische Sicherheit sind zu beachten. Dazu ist eine strenge Risikobeurteilung und ein besonderes Qualitätsmanagement notwendig, das durch Analyseverfahren wie das Ishikawa-Diagramm, einer FMEA-Bewertung und einer Paretobetrachtung eine Analyse der beeinflussenden Faktoren erstellt, die im Aufbauprozess und in der Herstellungstechnologie ihren Widerhall finden.
Der Blick in die Zukunft zeigt, dass viele Technologien und Tools vorhanden sind, die Vernetzung untereinander noch problembehaftet ist. Auch hier kommt dem Datenschutz eine besondere Rolle zu. Die Mikrotechnik kann viel zu minimalinvasiver Behandlung beitragen, ermöglicht neue Produkte und kann bei neurowissenschaftlichen Aufgaben helfen.

   
In der Kaffeepause

Im zweiten Vortrag nach der Kaffeepause beantwortet Matthias Klahre, CAM-Leiter der Firma CONTAG AG, mit vielen Beispielen aus der täglichen Praxis die Frage „Wie lassen sich Fehler bei der Leiterplattenherstellung vermeiden“.
Bereits bei der Übermittlung der Dokumentation ergeben sich durch widersprüchliche Angaben und eventuelle Verteilung auf mehrere Dokumente die ersten Schwierigkeiten. Mit einigen prägnanten Beispielen wird diese Tatsache verdeutlicht. Hier wird vorgeschlagen, alle Angaben abzustimmen und auf einem Dokument zu vereinen.
Bei den Datenformaten muss die Eindeutigkeit gewährleistet sein um Rückfragen der CAM-Abteilung zu vermeiden.
Um die Haltbarkeit des Bauteildruckes zu gewährleisten sollte die Strichstärke mindestens 100µm betragen und die Schrifthöhe 0,8mm nicht unterschreiten. Es ist darauf zu achten, dass Lötflächen nicht vom Bauteildruck überdruckt werden. Bei kleinen Strukturen muss auf den Bauteildruck verzichtet werden. Besonders zu beachten sind Bauteilrahmen zur Lage-Kennzeichnung der Bauelemente, um Überdruckungen der Lötflächen zu vermeiden.
Lötstopplack kann in verschiedenen Farben und mit unterschiedlichen Materialien aufgebracht werden wobei die Art der Belichtung dem Fertigungsprozess angepasst wird. Zu beachten bei der Aufbringung des Lackes ist die Kupferschichtdicke für die Bedeckung der Leiterbahnstrukturen und das Basismaterial für die Haftfähigkeit des Lackes. Um hier eine gute Qualität zu gewährleisten sollten die Freistellungen mit der Größe der Lötflächen übereinstimmen und dem Leiterplattenhersteller die Möglichkeit der Anpassung an seine Fertigung gegeben werden.
Die Sicht durch die Leiterplatte, von TOP nach BOTTOM, bzw. von BOTTOM nach TOP, ergibt unterschiedliche Kennzeichnungen der Einzelkupferlagen und führt zu Rückfragen vor der Fertigung. Zur Leiterplattenkontur sollte immer ein Abstand von 300µm vorhanden sein, um beim Vereinzeln die Leiterbahnstruktur nicht zu beschädigen. Autorouter-Ergebnisse sind nicht immer 100%ig und müssen zur Sicherheit überprüft werden. Unterschiedliche Designrules für Außen- und Innenlagen sind zu vermeiden. Impedanzkontrollierte Leiterbahnen müssen zur exakten Kennzeichnung und Auffindung auf der Leiterplatte mit einer separaten Leiterbahnstärke ausgeführt sein. Die Breite für Schrift und Leiterbahnbreite, definiert über den D-Code, ist unterschiedlich zu wählen.
Für die Angaben der Bohrdaten muss ein geeignetes Format gewählt werden, um Bohrdurchmesser exakt anzugeben, wobei alle Bohrungen, DK und NDK getrennt aufgeführt, in einer Datei zusammengefasst sein sollten. Zur Herstellung von Blind- und Buried-Via sind Start und Endlage zu kennzeichnen. Für die Einpresstechologie ist die Angabe des Enddurchmessers mit entsprechender Toleranz besonders zu beachten, um die Qualität in der Einpresszone zu gewährleisten. Bei der Berechnung der Restringe und der Abstände der Bohrungen untereinander sind die Bohrzugaben für die Fertigung zu beachten. In Abhängigkeit von der Leiterplattendicke mit der aufgebrachten Kupferschichtdicke ist für die Fertigung die Beachtung des Aspekt Ratio eine Notwendigkeit.
Zur Vereinzelung der Leiterplatten ist eine geschlossene Kontur notwendig, in der auch eventuell notwendige Ausbrüche mit aufzunehmen sind.
Mit vielen Beispielen hat der Referent Matthias Klahre seine Ausführungen verdeutlicht und damit zu einer regen Diskussion angeregt.