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28.04.2015

Bericht und Vortragsfolie | Wittenstein electronics GmbH

Zu der ersten Vortragsveranstaltung in 2015 war die FED-Regionalgruppe Stuttgart am 28.04.2015 bei WITTENSTEIN electronics GmbH in Igersheim-Harthausen zu Gast.

Die Kernkompetenzen der WITTENSTEIN electronics GmbH liegen in der Beratung und Entwicklung, der Herstellung innovativer, kundenspezifischer Elektronik- und Softwarelösungen für die Antriebstechnik. Basierend auf einem modularen Baukastensystem werden Antriebsaufgaben für die verschiedensten Branchen und Anwendungen effizient umgesetzt. Ob individuell zugeschnittene Systemlösung oder praxiserprobtes Serienprodukt – die miniaturisierten und intelligenten Software- und Elektronikkomponenten arbeiten auch unter extremen Umweltbedingungen, wie z.B. bei sehr hohen oder tiefen Temperaturen, am Meeresgrund oder im Weltraum und zeichnen sich insbesondere durch höchste Zuverlässigkeit in diesen Bereichen aus. Zu den Kunden der WITTENSTEIN electronics GmbH gehören zahlreiche Unternehmen in den Technologiebranchen Luft- und Raumfahrt, Automobil- sowie Industrie- und Medizintechnik.

        

Die WITTENSTEIN electronics GmbH ist einer von insgesamt acht Unternehmensbereichen der WITTENSTEIN AG. Produkte des Igersheimer Mechatronik-Unternehmens sind überall dort zu finden, wo äußerst präzise angetrieben, gesteuert und geregelt werden muss. Rund 1.900 Mitarbeiter entwickeln, produzieren und vertreiben weltweit unter anderem hochpräzise Planetengetriebe, komplette elektromechanische Antriebssysteme sowie AC-Servosysteme und -motoren.

Nach einer kurzen Firmenpräsentation standen die nachfolgend ausführlicher beschriebenen Fachvorträge auf der Tagesordnung. In den Pausen gab es ausreichend Zeit und Raum zum Netzwerken. Am Ende der Veranstaltung stand noch ein ausführlicher Rundgang durch Teile der Produktion und der Innovationsfabrik.

Michael Matthes (stellv. Leiter Regionalgruppe Stuttgart)

1.Fachvortrag:

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:

 

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 sindentscheidet 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.

2. Fachvortrag

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 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.

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