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25 Jahre FED - Ein Rückblick

Neue Mitglieder

07.07.2015

Bericht und Vortragsfolien | Bayrischen Verwaltungsschule (BVS) Neustadt /Aisch

Die FED-Regionalgruppe Nürnberg tagt in der
Bayrischen Verwaltungsschule  (BVS) Neustadt /Aisch

An dem Ort wo seit 1999 die meisten FED-Designerkurse durchgeführt werden, in der Bayrischen Verwaltungsschule  (BVS) Neustadt /Aisch tagte die FED-Regionalgruppe Nürnberg am 7.72015.
Die stellvertretenden Regionalgruppenleiter Peter Koller und Gerhard Gröner begrüßten die Mitglieder und Gäste die trotz der Saharatemperaturen von 38° gekommen waren. Regionalgruppenleiter Markus Biener war verhindert, denn er referierte zur gleichen Zeit eine Türe weiter bei einem LBD I-Kurs. Die Teilnehmer konnten zu Beginn einen kurzen Blick in den Lehrsaal werfen wo gerade das Thema Löten auf der Agenda stand.

FED-Vorstandsmitglied Klaus Dingler informierte anschließend über die Neuigkeiten im Verband, über neue übersetzte IPC-Richtlinien, über Umweltschutzverordnungen und Veranstaltungen,  über Erneuerungen in Kursen und lud die Teilnehmer zur nächsten Konferenz, die vom 24. bis 26. September 2015 stattfindet, ein.

In einem nächsten Vortrag informierte Prüfungsleiter Gerhard Gröner über die FED- Kurse für Leiterplatten und Baugruppen Design. In einer kurzen Replik ging er auf die seit 1999 hauptsächlich in der BVS stattfinden Kurse ein. Er stellte dar, wie sich seitdem die Kurse entwickelt haben, wie sich darin die Brücke zwischen Entwicklung und Fertigung bei der Arbeit der Designer abzeichnet. Er zeigte auf wie das FED-Schulungsprogramm seit Beginn dieses Jahres mit diesen Kursen neben der Möglichkeiten die Prüfungen zu den IPC-Zertifikaten zu Certified Interconnect Designer, CID und CID+, abzulegen, nun auch zum Zertifizierten Elektronikdesigner ZED I bis IV führen.

             
Gerhard Gröner                             Lutz Bruderreck                           Sven Nehrdich
Stelvertr. Regionalgruppenleiter    Referent, TechnoLab                   Referent, Jenaer Leiterplatten

1. Fachvortrag: Bewertung technischer Beweismittel

Ein Schadensfall auf einer Baugruppe bzw. Leiterplatte, der zu Streitigkeiten führt, ist eine unangenehme Angelegenheit. Ein hierfür spezialisiertes Labor muss zu einer Bewertung herangezogen werden. Die Vorgehensweise einer Bewertung von Schadensfällen erklärt Lutz Bruderreck, Firma TechnoLab. In seinem Geschäftsbereich werden Schadensfälle auf Ursache und Wirkung untersucht. Zum Verständnis des Themas bedürfen einige Begriffe der Erklärung.

  • Die Analyse ist eine systematische Untersuchung mit verschiedenen Methoden der Schadensstelle.
  • Die Methodik kennzeichnet den Weg zu einem Ergebnis.
  • Der Schaden ist die herbeigeführte Auswirkung auf der Baugruppe bzw. Leiterplatte
  • Das Schadensereignis ist die Herbeiführung des Schadens.
  • Der Schadensbegriff spezifiziert die Veränderungen an der Schadensstelle durch sichtbare Merkmale. Veränderungen von Betriebszuständen können nicht eindeutig erkannt werden und liegen damit in einem undefinierten Bereich.

Zur Vorgehensweise der Untersuchung ist das Zusammentragen von Informationen, das Betrachten der Schadensstelle und die Aufgabenstellung zu beachten. Dabei muss die notwendige Transparenz gewährleistet sein sowie das Einhalten eines vorgegebene Kostenrahmens. Wichtige Methoden und Regelwerke unterstützen die Vorgehensweise bei der Analyse des Schadens. So z.B. die IEC 62740 RCA (Root Cause Analysis) zur Feststellung des ursächlichen Grundes des Schaden  und die IEC 61025 FTA (Fault Tree Analysis). In dieser werden normative Empfehlungen, Begriffe und Definitionen sowie Kombinationen von unterschiedlichen Analysemöglichkeiten genannt. In den vielen Blättern der VDI 3822 werden Grundlagen, Begriffe und Definitionen angeführt. Die enthaltenen Angaben auf dem Blatt 1 der Richtlinie, in der der grundsätzliche Ablauf einer Schadensanalyse aufgeführt ist,  sind für viele Bereiche anwendbar, jedoch für die Elektronik nicht direkt anwendbar. Hierfür ist eine Anpassung an die Gegebenheiten der Elektronik notwendig. Die Durchführung einer Analyse kann aus zwingenden Gründen, meist juristische Notwendigkeit aus personellen Gründen, oder auch aus erwünschten Gründen, juristische Notwendigkeit bei Vermögensschäden, notwendig sein.
Das Umfeld einer Untersuchung beschreibt die nachfolgende Graphik:

  
Quelle: Vortragsfolie Lutz Bruderreck 

Zur Erstellung von Beweismitteln für eine Schadensuntersuchung gehören Untersuchungsverfahren und -methoden, Normen, zugängliche Referenzen und interne Erfahrungen. Das Ziel einer Untersuchung ist die Zusammenstellung von belastbarem Material. Dabei gilt es  bestimmte Einflüsse auszuschließen, Unterscheidung zwischen Einzel- und Serienfälle zu treffen und Begleitumstände zu klären. Für Elektronikbaugruppen sind die Untersuchungsobjekte überschaubar und gut händelbar. Ein Schadenshergang lässt sich nur schlecht darstellen, da der Ort und die Ursache des Schadens unterschiedlich sind.
Bei den Untersuchungsmethoden wird zwischen zerstörungsfreien und zerstörenden unterschieden. Zu den zerstörungsfreien zählen  die optische Inspektion, die Röntgeninspektion und elektrische Messungen an dem Objekt. Zerstörende Untersuchungen sind metallographische Präparationen sowie andere mechanische Untersuchungsmethoden (z.B. Schertest). Eine optische Inspektion kann vor oder nach der Veränderung des Untersuchungsobjektes wiederholt werden, da der Zustand erhalten bleibt.. Aus der Röntgeninspektion können vielfältige Informationen, wie Benetzungsverhalten, Lotperlen oder Voids gewonnen werden. Auch hier besteht die Möglichkeit die Untersuchung jederzeit zu wiederholen.. Grenzen der Anwendung sind durch die Absorption des Untersuchungsobjektes vorgegeben. So kann z.B. eine Whiskerbildung nur schwer erkannt werden.
Eine detaillierte Schadensbeurteilung kann nur durch eine metallographische Analyse gewonnen werden. Dazu sind die Aspekte der Probenauswahl, der Bearbeitung, der nachfolgenden Auswertung und der Interpretation zu betrachten. Da es sich hierbei um eine zerstörende Untersuchung handelt sind die zerstörungsfreien Analysen im Vorfeld durchzuführen. Die Auswertungen am Präparat bringen Aussagen über Gefügemerkmale, wobei zu beachten ist, dass bei der Präparation mechanische und elektrochemische Belastungen auftreten die die Gefügemerkmale verändern können. Typische Bewertungsmerkmale sind die Ausbildung der Intemetallischen Phase, Größe der Gefügekörner und Gefügemerkmale der metallischen Schichten.
In einem abschließenden Bericht werden alle Ergebnisse des untersuchten Objektes zusammengefasst. Er ist im Aufbau mit anderen technischen Berichten vergleichbar. Zur Ausfertigung ist die Klärung der Zielgruppe, Management, Techniker oder Juristen, für den Bericht erforderlich. In dem Bericht muss eine Trennung zwischen den erbrachten beweisbaren Ergebnissen und den daraus abgeleiteten Schlussfolgerungen gegeben sein. Eigene Vermutungen können angefügt werden. Gemäß VDI 3822 müssen die Schadensart und die Schadensursache genau definiert und zur Abhilfe und Schadensbegrenzung entsprechende Maßnahmen angegeben sein. Im Umgang mit Vorabinformationen ist Vorsicht geboten, da Fehlinterpretationen nicht auszuschließen sind. Da die Ergebnisse von Untersuchungen an Elektronikprodukten in vielen Fällen nicht selbsterklärend sind entscheidet der Bericht über Erfolg oder Misserfolg der Untersuchung und über die Akzeptanz. Für Leiterplatten, Baugruppen und Bauelemente sind wenig verbindliche Regelwerke vorhanden und zudem nicht auf neuestem Stand der Technik.

  
Blick in die schwitzende Teilnehmerrunde

2. Fachvortrag: Regeln für die Nutzengestaltung

Sven Nehrdich, Jenaer Leiterplatten GmbH, stellt Regeln für die Nutzengestaltung in der Leiterplattenfertigung vor. Einleitend geht er der Frage nach warum wird ein Kundennutzen überhaupt notwendig?

  1. Ein Nutzen führt in der Leiterplattenherstellung und in der nachfolgenden Bestückung zu einem einfacheren Händling, besonders vorteilhaft bei kleineren Leiterplatten.
  2. Für das automatischen Bestücken und den Nachfolgeprozessen ist eine gute Registrierung für die Bezugssysteme Voraussetzung.
  3. Optimale Ausnutzung des Fertigungspanels in der Leiterplattenfertigung.

Vorgaben für die Erstellung von Nutzen können von unterschiedlichen Voraussetzungen abhängig sein. Ein Kunde gibt die benötigten Angaben vor oder er stellt dem Leiterplattenhersteller frei, das Fertigungspanel optimal auszunutzen. Als dritte Möglichkeit wird zur Erstellung eines besseren Vorschlages Rücksprache mit dem Kunden gehalten.
Zur Verdeutlichung optimaler Nutzung der Ressourcen durch Nutzengestaltung erläutert der Referent den Fertigungsablauf zur Herstellung des Basismateriales. Bei der Rollenfertigung des Rohglasgewebes und der anschließenden Harzbeschichtung wird durch die Besäumung der Rolle Abfall erzeugt, der sich beim Verpressen der Prepregs und beim Zuschneiden der Laminatpanels erhöht. Beim Vereinzeln der Leiterplatten wird letztendlich auch noch der Nutzenrand zum Abfall.
Beim Erstellen der Nutzen sind grundlegende Regeln zu beachten.

  • Zur Aufnahme und Lagefixierung sind entsprechende Bohrungen bzw. Schlitze vorzusehen. 2 Bohrungen sind ausreichend, die dritte Position zur Fixierung wird durch die Tischauflage gegeben. Ein Schlitz kann bei großen Leiterplatten zur Kompensation der Toleranzen während der Fertigung nützlich sein.
  • Ein Verdrehschutz wird durch unsymmetrische Anordnung der Bohrungen gewährleistet.
  • In der Weiterverarbeitung der Leiterplatte werden zur optischen Ausrichtung Fiducials in
  • unterschiedlicher Form angebracht.

Durch die Vereinzelung der Leiterplatte wird je nach Verfahren die Qualität bestimmt. Dass einfachste und preiswerteste Verfahren ist das Ritzen. Eine Trennung mit einfachen Mitteln ist möglich. Nachteilig ist ein ausgefaserter Rand durch hervorstehende Glasfasern. Ein ausreichender Abstand zwischen der Ritzkontur und dem Layout ist zu beachten um Beschädigungen von Leiterbahnstrukturen oder Bauteilen zu vermeiden. Der Toleranzbereich kann nur bis +0,5mm eingehalten werden.
Beim Fräsen  werden glatte und saubere Kanten erzeugt und damit auch ein engerer Toleranzbereich gewährleistet. Die Layoutstruktur kann bis dicht an die Fräskanten gelegt werden. Der Mindestabstand im Nutzen wird durch die


Quelle: Vortragsfolien Sven Nehrdich

Fräserbreite definiert. Für die Anordnung der Reststege, die die Festigkeit des Nutzens garantieren, sind mehrere Möglichkeiten gegeben. Die Kombination beider Verfahren bietet einen Kompromiss zwischen Herstellungspreis und Außenkontur, setzt aber zwei Fertigungsverfahren voraus. Für die Erstellung des Kundennutzens sind nachfolgende Angaben notwendig (diese werden durch Bilder im Folienvortrag verdeutlicht).

  • Wichtigster Faktor, Beachtung von Kundenvorgaben.
  • Über die Abmaße kann die Ausnutzung des Fertigungspanels bestimmt werden.
  • Die Materialstärke bestimmt die Festigkeit des Nutzens nach dem Ritzen oder Fräsen für die weitere Verarbeitung.
  • Die Toleranzen der Kontur bestimmen das Trennverfahren (Ritzen oder Fräsen).
  • Die Ausführung der Stege ist vom Trennverfahren und vom Layout abhängig.
  • Je nach Ausbildung der Außenkontur können die Sollbruchbohrungen entsprechend angeordnet werden.
  • Die Gestaltung des Nutzenrandes ist den Vorgaben gemäß auszuführen bzw. wenn frei wählbar den Fertigungsbedingungen anzupassen.

Für eine optimale Gestaltung des Nutzens stellt die Firma Jenaer Leiterplatten ein kostenloses Tool zur Verfügung, welches angefordert werden kann (Beispiel ist in den Vortragsfolien vorhanden).
Möglichkeiten zur optimalen Ausnutzung des Nutzenrandes ergeben sich bei der Erstellung von Panelnutzen durch die Versteifung mit  Kupferstrukturen und Aufbringung von Informationen in Form von Barcode oder Datamatrix. Eine Verschachtelung der Leiterplatten, Anordnung unterschiedlicher Leiterplatten, Konturerstellung mit Tiefenfräsung bei dicken Basismaterialien und die Prüfung aller Leiterplatten des Nutzens durch ein entsprechendes Layout auf dem Rand sind weitere Möglichkeiten bei der Nutzengestaltung.

Am Ende der Veranstaltung bedankte sich Gerhard Gröner für die Möglichkeit der Durchführung bei der Verwaltungsschule und bei den Teilnehmern für kommen und machte auf den nächsten Termine der Regionalgruppe Nürnberg aufmerksam, der am 22. Oktober 2015 bei der Firma SEHO Systems GmBH in Kreuzwertheim dem Thema Löten stattfinden wird, wozu auch Teilnehmer aus den Regionalgruppen Darmstadt und Stuttgart eingeladen werden.

Gerdhard Gröner
Stellvertr. Regionalgruppenleiter

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