1-2023
Fachzeitschrift für Elektronik-Produktion - Fertigungstechnik, Materialien und Qualitätsmanagement
Fachzeitschrift für Elektronik-Produktion - Fertigungstechnik, Materialien und Qualitätsmanagement
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Januar/Februar/März 1/<strong>2023</strong> Jahrgang 17<br />
Fachzeitschrift für Elektronik-Produktion<br />
Visuelle Qualitätskontrolle<br />
über große Entfernungen<br />
Senswork, Seite 6
Ihr Spezialist für spannungsfreies<br />
Fr4 bis ALU<br />
Nutzentrennen<br />
Für Nutzen von 150 - 480 mm Länge<br />
Viele Automobilzulieferer verwenden nach umfangreichen Tests des<br />
Trennverfahrens ausschließlich die Nutzentrennmaschinen der<br />
NTM-Serie zur Trennung geritzter Leiterplattennutzen.<br />
Weitere Informationen finden Sie unter www.bjz.de sowie in unserem neuen Katalog<br />
BJZ<br />
GmbH & Co. KG<br />
Berwanger Str. 29 • D-75031 Eppingen/Richen<br />
Telefon: +49 -7262-1064-0<br />
Fax: +49 -7262-1063<br />
E-Mail: info@bjz.de<br />
Web: www.bjz.de
Editorial<br />
Halbleiter – die begehrten Rohstoffe<br />
des technischen Fortschritts<br />
Frank Sichla<br />
Chefredakteur electronic fab<br />
Die sich vor unseren Augen entwickelnde digitale Welt mit selbstfahrenden Autos,<br />
Künstlicher Intelligenz, neuen medizintechnischen Geräten und natürlich 5G und dem<br />
Internet der Dinge ist ohne Halbleiter nicht vorstellbar. Das klingt banal. Denn Halbleiter<br />
sind schon längst und überall essenzieller Bestandteil technologischer Innovationen. Sie<br />
erledigen Milliarden von Berechnungen pro Sekunde oder verarbeiten Gigahertz-Signale<br />
oder speichern unvorstellbare Datenmengen – und das alles auf einer Fläche, viel kleiner<br />
als Ihr Fingernagel.<br />
Halbleiter zählen daher zu den begehrtesten Gütern der neuen digitalen Welt.<br />
Untersuchungen von Huawei/Oxford Economics sehen ihren Anteil an der Weltwirtschaft<br />
(gemessen am Bruttoinlandsprodukt) von 15% im Jahr 2005 auf 25% im Jahr 2025<br />
steigen.<br />
Doch nur wenige Unternehmen stellen diese Mikrochips her. Sie sind gut positioniert<br />
und dennoch, wie sich in den letzten Jahren gezeigt hat, nicht immer in der Lage, den<br />
weltweiten Bedarf zu decken. Aber auch allgemein kann man der Halbleiterindustrie eine<br />
gewisse Dynamik nicht absprechen.<br />
Warum dies? Nun, nicht jedes Halbleiterunternehmen kann bzw. möchte sich<br />
eine eigene Fertigungsstätte für mehrere Milliarden Dollar leisten. Oftmals sind die<br />
Produktionsanlagen von Halbleiterherstellern, bei denen sich die Entwicklung und<br />
Fertigung in Eigenbesitz befindet, technologisch überholt. Vor allem, weil die Halbleiter<br />
aufgrund des technologischen Fortschrittes immer komplexer werden. Klassische<br />
Halbleiterhersteller müssen zudem noch in ihre Designs investieren, um überhaupt<br />
konkurrenzfähig zu bleiben.<br />
Die größte Halbleiter-Produktionsstätte in Europa ist Infineon in Dresden. Produziert<br />
wird aber nicht nur dort, sondern insgesamt in fünf Fertigungsstätten, verteilt auf<br />
drei Kontinenten. Es stimmt nun optimistisch, dass der Konzern in Dresden eine<br />
Rekordinvestition von 5 Milliarden Euro für den Ausbau der Fertigungskapazitäten<br />
angekündigt hat. Im neuen Werk sollen 1000 noch einzustellende Mitarbeiter Analog-,<br />
Mixed-Signal- und Leistungs-Halbleiter auf 300 mm großen Wafers produzieren. Im<br />
Herbst dieses Jahres will man mit dem Bau beginnen.<br />
Begünstigt wird diese Investition in bislang nicht gekannter Größenordnung durch den<br />
sich ankündigenden EU Chips Act, dessen Ambition es ist, den Anteil der europäischen<br />
Chip-Produzenten am Weltmarkt von gegenwärtig etwa 9% auf 20% zu erhöhen. Ein<br />
Ziel, das nicht von allen Marktbeobachtern als realistisch eingeschätzt wird.<br />
Infineon baut übrigens auch seinen größten Standort in Malaysia aus, erhöht die<br />
Produktion in Villach in Österreich und hat jüngst ein Werk in Ungarn eröffnet.<br />
Der Hightech-Branchenverband Silicon Saxony e.V. in Dresden schrieb, die<br />
Entscheidung von Infineon zeige, dass Deutschland und Europa international<br />
wettbewerbsfähig sind und bleiben. Inwieweit dieses Statement aufrechterhalten werden<br />
kann, hängt jedoch auch davon ab, in welchem Maße, wie (un)bürokratisch und wie<br />
schnell sich Landes- und Bundesregierung und EU-Parlament für diese mutige und<br />
zukunftsorientierte Initiative des Chip-Konzerns einsetzen.<br />
Frank Sichla<br />
1/<strong>2023</strong><br />
3
Inhalt<br />
Januar/Februar/März 1/<strong>2023</strong> Jahrgang 17<br />
3 Editorial<br />
4 Inhalt<br />
6 Titelstory<br />
8 Qualitätssicherung<br />
Fachzeitschrift für Elektronik-Produktion<br />
Visuelle Qualitätskontrolle<br />
über große Entfernungen<br />
Senswork, Seite 6<br />
28 Produktionsausstattung<br />
30 Produktion<br />
35 Verpacken/Kennzeichnen/Identifizieren<br />
36 IoT/Industrie 4.0<br />
44 Design<br />
48 Löt- und Verbindungstechnik<br />
52 Rund um die Leiterplatte<br />
57 Halbleiterfertigung<br />
zum Titelbild<br />
Visuelle Qualitätskontrolle<br />
über große Entfernungen<br />
Die Firma senswork präsentierte eine Prüfstation<br />
mit remote-bedienbarem Digitalmikroskop.<br />
Leiterplatten lassen sich jetzt direkt in der<br />
Fertigung aus einer Entfernung von bis zu<br />
100 m inspizieren. 6<br />
58 Dienstleistung<br />
61 Dosiertechnik<br />
62 Speicherprogrammierung<br />
Fachzeitschrift für Elektronik-Produktion<br />
• Herausgeber und Verlag:<br />
beam-Verlag<br />
Krummbogen 14<br />
35039 Marburg<br />
Tel.: 06421/9614-0<br />
Fax: 06421/9614-23<br />
www.beam-verlag.de<br />
• Redaktion:<br />
Ing. Frank Sichla<br />
electronic-fab@beam-verlag.de<br />
• Anzeigenverwaltung:<br />
beam-Verlag<br />
Myrjam Weide<br />
m.weide@beam-verlag.de<br />
Tel.: 06421/9614-16, Fax: -23<br />
• Erscheinungsweise:<br />
4 Hefte jährlich<br />
• Satz und Reproduktionen:<br />
beam-Verlag<br />
• Druck + Auslieferung:<br />
Bonifatius GmbH, Paderborn<br />
www.bonifatius.de<br />
Hinweis:<br />
Der beam-Verlag übernimmt, trotz sorgsamer<br />
Prüfung der Texte durch die Redaktion, keine<br />
Haftung für deren inhaltliche Richtigkeit. Alle<br />
Angaben im Einkaufsführerteil beruhen auf<br />
Kundenangaben!<br />
Handels- und Gebrauchs namen, sowie<br />
Warenbezeichnungen und dergleichen werden in<br />
der Zeitschrift ohne Kennzeichnungen verwendet.<br />
Dies berechtigt nicht zu der Annahme, dass<br />
diese Namen im Sinne der Warenzeichen- und<br />
Markenschutzgesetzgebung als frei zu betrachten<br />
sind und von jedermann ohne Kennzeichnung<br />
verwendet werden dürfen.<br />
IoT-Lösungen durch<br />
cloud-basierte Dienste<br />
schneller entwickeln<br />
Um sein Halbleiterangebot zu ergänzen<br />
und Kunden zu helfen, das Beste<br />
aus den angebotenen Funktionen<br />
herauszuholen, bietet Semtech cloudbasierte<br />
Dienste an. 42<br />
Layout von Mixed-Signal-Leiterplatten<br />
Hier geht es um die verschiedenen Aspekte, die beim Design<br />
des Layouts von Mixed-Signal-Leiterplatten zu beachten sind.<br />
Neben der Platzierung der Bauelemente werden die Planung<br />
des Lagenaufbaus und Überlegungen zu den Masseflächen<br />
angesprochen. 44<br />
4 1/<strong>2023</strong>
Leistungsanalysator<br />
der nächsten Generation<br />
Der neue Leistungsanalysator PW8001 von Hioki setzt mit seiner<br />
unübertroffenen Genauigkeit einen neuen Standard und erlaubt<br />
Messungen auch bei hohen Frequenzen und großen Strömen. Damit<br />
eignet er sich für die Analyse von modernsten SiC- und GaN-basierten<br />
Anwendungen bis hin zu komplexen Multimotor-Antriebsstrang-<br />
Leistungsanalysen. 14<br />
Was leisten AXI-Systeme<br />
im Jahr <strong>2023</strong>?<br />
In modernen SMT-Fertigungs linien werden AXI-Systeme<br />
hauptsächlich zur vollautomatischen Inspektion verdeckter, für<br />
ein AOI-System nicht sichtbarer, Lötstellen eingesetzt. 22<br />
Verbesserung der Effizienz<br />
von EV-Batterien/EV-Supply-Equipment<br />
Heutzutage erhöhen Länder auf der ganzen Welt ihre Investitionen, um zu untersuchen, wie<br />
die Mobilität hin zur Elektromobilität transformiert werden kann, also zur Entwicklung von<br />
Elektrofahrzeugen (Electric Vehicles, EV), Elektroflugzeugen, Elektroschiffen und Elektrozügen. 12<br />
Funktechnologien<br />
für die smarte Fabrik<br />
Gegenwärtig wird im Zusammenhang mit<br />
Industrie 4.0 viel von Daten gesprochen.<br />
Schlagwörter sind etwa Big Data,<br />
Datenanalyse und Datenschutz.<br />
Doch wie erfolgt in der modernen Fabrik<br />
die Übermittlung von Daten? 36<br />
Elektrochemische Migration –<br />
ein Schädigungsmechanismus<br />
Neben den am häufigsten genannten Schädigungsmechanismen<br />
„thermische Alterung“ und „Überspannungsimpulse“ gibt es<br />
etliche weitere Gründe, warum eine Isolation ausfallen kann.<br />
Eine eher unbekannte ist die elektrochemische Migration.<br />
Dieser Schädigungsmechanismus gehört zu der Gruppe der<br />
Oberflächenphänomene. 10<br />
1/<strong>2023</strong><br />
5
Titelstory<br />
Visuelle Qualitätskontrolle<br />
über große Entfernungen<br />
Die Firma senswork präsentierte eine Prüfstation mit remote-bedienbarem Digitalmikroskop.<br />
Leiterplatten lassen sich jetzt direkt in der Fertigung aus einer Entfernung von bis zu 100 m inspizieren.<br />
Die per Digitalmikroskop aufgenommenen Full-HD-Bilder werden<br />
verzögerungsfrei an einen bis zu 100 Meter entfernten Arbeitsplatz<br />
übermittelt (Quelle: iStock.com/Ladislav Kubeš)<br />
RemoteMOI XL ermöglicht eine schnelle und einfache<br />
Qualitätskontrolle von Elektronikbauteilen<br />
senswork GmbH<br />
www.senswork.com<br />
Möglich macht dies die Prüfstation<br />
RemoteMOI XL von senswork.<br />
Die manuelle optische Inspektion<br />
von Leiterplatten kann damit zeitund<br />
kosteneffizienter durchführt<br />
werden, bei geringerem Personalbedarf.<br />
Das System eignet sich insbesondere<br />
für automatisierte Fertigungsprozesse<br />
in der Elektronikindustrie<br />
und gerade auch für große<br />
Leiterplatten.<br />
Aus der Ferne prüfen<br />
Insbesondere die Prüfung großer<br />
Leiterplatten gestaltet sich oft<br />
aufwändig, da sie im Rahmen einer<br />
manuellen optischen Inspektion<br />
händisch mehrmals neu positioniert<br />
werden müssen, um sie komplett<br />
zu inspizieren. Hierzu befindet<br />
sich der Mitarbeiter typischerweise<br />
direkt neben dem Produkt bzw. dem<br />
Inspektionsmikroskop.<br />
Mit der neuen Prüfstation Remote-<br />
MOI XL verbleibt die Leiterplatte<br />
an ihrer Position, zum Beispiel auf<br />
einem Fertigungsband. Über ein mit<br />
einem Joystick verbundenes X/Y-<br />
Achssystem positioniert ein Mitarbeiter<br />
das Digitalmikroskop über<br />
einer beliebigen Stelle der Leiterplatte.<br />
Das hochaufgelöste Full-HD-<br />
Bild wird ohne Verzögerung live auf<br />
den bis zu 100 m entfernten Monitor<br />
übertragen, an dem der Mitarbeiter<br />
die Inspektion durchführt. Die hohe<br />
Bildauflösung von Full HD 1080P ermöglicht<br />
dabei eine qualitativ hochwertige<br />
Inspektion ohne Latenzen<br />
in der Bilddarstellung.<br />
Einfache Bedienung<br />
Das Digitalmikroskop kann über<br />
eine Joystick-Fernsteuerung durch<br />
das integrierte Achssystem in X- und<br />
Dank robuster Ausführung und C-Rahmen-Bauweise ist RemoteMOI XL<br />
gut zugänglich und direkt an der Fertigungslinie einsetzbar<br />
6 1/<strong>2023</strong>
Titelstory<br />
Keine Schulung nötig: Die Bedienung des digitalen Mikroskops per<br />
Joystick und Steuerung könnte einfacher nicht sein<br />
Durch die remote manuelle optische Inspektion können Fachkräfte<br />
flexibel zusätzliche Aufgaben an einem anderen Arbeitsplatz<br />
übernehmen<br />
Y-Richtung um 320 bzw. 160 mm<br />
verfahren werden. Zusätzlich überzeugt<br />
es durch ein besonders großes<br />
Blickfeld. Damit lassen sich auch<br />
große Leiterplatten mit bis zu 360<br />
x 200 mm einfach inspizieren.<br />
Indem der Mitarbeiter nicht die<br />
Leiterplatte, sondern das Digitalmikroskop<br />
per Joystick bewegt, lässt<br />
sich insbesondere bei großen Platten<br />
wertvolle Zeit einsparen. Zusätzlich<br />
erleichtert die Speicherung von<br />
bis zu drei Memory-Positionen in X-<br />
und Y-Richtung die Inspektion. Auch<br />
ergonomisch gewinnt der Arbeitsplatz<br />
durch den Einsatz der neuen<br />
Prüfstation, da das Produkt in der<br />
Förderstrecke verbleibt und nicht<br />
ausgehoben oder entnommen werden<br />
muss.<br />
Flexibler Prüfplatz<br />
In vielen produzierenden Unternehmen<br />
besteht das Problem, dass<br />
das MOI-Fachpersonal nicht immer<br />
zu 100% ausgelastet ist, weil der<br />
Arbeitsort räumlich festgelegt ist<br />
und die Taktzeiten der Produktion<br />
variieren oder sehr hoch sind. Mit<br />
der neuen Prüfstation von senswork<br />
lässt sich der Arbeitsplatz des Prüfers<br />
flexibler einrichten: remote und<br />
lokal, direkt an der Fertigungslinie.<br />
Beide Arbeitsplätze können auch<br />
zeitgleich betrieben werden. Damit<br />
ermöglicht RemoteMOI XL einen<br />
Prüfmonitor zum Beispiel an einer<br />
anderen Stelle der Linie einzurichten,<br />
an der die Fachkraft zusätzliche<br />
Tätigkeiten ausübt.<br />
Wege sparen<br />
Die Fachkraft führt zum Beispiel<br />
eine Aufgabe am Anfang einer Linie<br />
aus und übernimmt dank fernsteuerbarem<br />
Digitalmikroskop und Bildübertragung<br />
zusätzlich die Qualitätskontrolle,<br />
die am Ende des Fertigungsbandes<br />
erfolgt. Das spart die<br />
sonst nötigen Wege und Zeiten und<br />
ermöglicht es zudem, parallel weitere<br />
Tätigkeiten auszuführen. Als<br />
nicht in Ordnung geprüfte Leiterplatten<br />
lassen sich auf dem weiterführenden<br />
Fließband automatisiert<br />
ausschleusen. Der Prozess<br />
kann damit effizienter und automatisierter<br />
gestaltet werden.<br />
Besser auslasten<br />
Auch eine Verlegung des Arbeitsplatzes<br />
an einen Ort außerhalb der<br />
Produktion ist möglich. Dadurch lassen<br />
sich die Arbeitsbedingungen verbessern,<br />
da Belastungen wie Lärm<br />
und Reinraumkriterien entfallen. Ein<br />
Mitarbeiter kann zudem durch eine<br />
zentrale Prüfung mehrere Linien<br />
inspizieren. Besteht ein zeitlicher<br />
Puffer, zum Beispiel durch unterschiedliche<br />
Produktions- oder große<br />
Taktzeiten, lassen sich an einem<br />
Monitor mehrere Prüfplätze im Live-<br />
Betrieb anzeigen und umschalten.<br />
„Rückmeldungen aus der Industrie<br />
zeigen uns, dass gerade in<br />
Weitere Infos unter: https://senswork.com/de/produkte/remotemoi-xl.html<br />
Produktvideo RemoteMOI XL: https://www.youtube.com/watch?v=RVo9WBgMTJs<br />
Zeiten des Fachkräftemangels ein<br />
Schlüssel darin liegt, Leerlaufzeiten<br />
zu vermeiden und Fachkräfte optimal<br />
auszulasten“ erzählt Rainer<br />
Obergrußberger, Geschäftsführer<br />
von senswork.<br />
Einsatz an der Linie<br />
Die Implementierung ist schnell<br />
gemacht: Das kompakte Prüfsystem<br />
nimmt mit 0,85 m Breite wenig Raum<br />
ein und kann per feststellbaren<br />
Rollen einfach an Ort und Stelle<br />
gefahren werden. Dank robuster<br />
Ausführung und C-Rahmen-Bauweise<br />
ist RemoteMOI XL direkt an<br />
der Fertigungslinie einsetzbar und<br />
gut zugänglich. Die Prüfeinheit mit<br />
eingebautem Digitalmikroskop lässt<br />
sich einfach über einem Fertigungsband<br />
bzw. Inspektionsplatz ausrichten.<br />
Das höhenverstellbare Design<br />
erlaubt eine einfache und direkte<br />
Positionierung.<br />
Nutzerfreundliche Optionen<br />
RemoteMOI XL ermöglicht eine<br />
einfache Dokumentation der Bilddaten<br />
und damit die Rückverfolgbarkeit<br />
von Produktserien. Das Digitalmikroskop<br />
bietet nutzerfreundliche<br />
Optionen wie Zoom mit Vergrößerungsstufen<br />
von 1,3 bis 330<br />
und unterschiedliche Beleuchtungseinstellungen.<br />
Weitere Kameraparameter<br />
lassen sich ebenfalls komfortabel<br />
mit einer Steuerung über die<br />
Ferne anpassen.<br />
Fazit<br />
In Zeiten knapper Ressourcen<br />
bietet die neue remote Prüfstation<br />
des süddeutschen Unternehmens<br />
senswork eine neue Möglichkeit,<br />
MOI-Fachpersonal effizienter auszulasten,<br />
indem sie weitere Aufgaben<br />
übernehmen können und<br />
Arbeitswege sparen. Dabei überzeugt<br />
RemoteMOI XL mit einem<br />
Full-HD-Bild über große Distanz.<br />
Gerade bei großen Leiterplatten<br />
entfällt zudem die händische Neupositionierung<br />
während der Qualitätsprüfung<br />
in der manuellen<br />
optischen Inspektion. Insgesamt<br />
ergibt sich großes Potenzial, Zeit<br />
und Kosten einzusparen bei einem<br />
Plus an Effizienz, Einfachheit und<br />
Ergonomie. ◄<br />
senswork<br />
ist Experte für schlüsselfertige<br />
Lösungen im Bereich der<br />
industriellen Bildverarbeitung,<br />
der optischen Inspektion, Deep<br />
Learning und im Prüfgerätebau.<br />
Ihre Systeme zur Automatisierung<br />
und Qualitätssicherung<br />
werden täglich in zahlreichen<br />
Branchen wie der Automobilindustrie,<br />
dem Maschinenbau<br />
oder der Medizintechnik eingesetzt.<br />
Von den Standorten<br />
Burghausen und München aus<br />
betreut man namhafte Kunden<br />
aus Industrie und Forschung.<br />
Vom ersten Konzept<br />
bis zur Integration der fertigen<br />
Lösung bieten die Fachleute<br />
alles aus einer Hand. Sie analysieren<br />
von Kunden gestellte<br />
Aufgaben im Detail und gehen<br />
auf individuelle Vorgaben ein,<br />
um ein passgenaues Kamerasystem,<br />
den perfekten Prüfplatz<br />
oder das ideale Prüfgerät<br />
zu entwickeln.<br />
1/<strong>2023</strong><br />
7
Qualitätssicherung<br />
Messmittel online und auditsicher verwalten<br />
Mit trendic hub gibt es jetzt ein Kalibrierportal mit neuem flexiblen Lizenzmodell.<br />
Messmittelverwaltung –<br />
digital, effektiv und auditsicher<br />
trendic hub ist eine moderne<br />
Online-Verwaltung, mit der die Kunden<br />
der Perschmann Calibration<br />
GmbH weltweit schnellen Zugriff<br />
auf ihre Kalibrierscheine haben.<br />
Das Online-Portal hilft dabei, Kalibrierdaten<br />
auditsicher zu managen<br />
und Messmittel sicher und effektiv<br />
zu verwalten. Die Ergebnisse stehen<br />
den Nutzern direkt nach der Kalibrierung<br />
zur Verfügung – am Arbeitsplatz<br />
oder auf Mobilgeräten. Dank<br />
einheitlicher Kalibrierscheine ist die<br />
Auditsicherheit jederzeit sichergestellt<br />
und die Kalibrierscheine werden<br />
auditsicher gespeichert.<br />
Effiziente Prozesse<br />
dank praktischer Features<br />
Perschmann Calibration GmbH<br />
www.perschmann-calibration.de<br />
Mehr als 2000 Kunden nutzen<br />
bereits das Kalibrier-Portal trendic<br />
hub der Perschmann Calibration<br />
GmbH. Mit der Online-Plattform<br />
können Nutzer ihr Messmittel-<br />
Management digitalisieren, Arbeitsabläufe<br />
rund um das Kalibieren vereinfachen<br />
und von umfangreichen<br />
Service-Angeboten profitieren. Dank<br />
des neuen Lizenzmodells ist trendic<br />
hub nun noch flexibler an die Anforderungen<br />
der Kunden angepasst.<br />
Drei Varianten<br />
mit zusätzlichen Funktionen<br />
Neben der kostenlosen Free-Version<br />
stehen Nutzern des Online-<br />
Kalibrierportals trendic hub nun<br />
drei Varianten mit zusätzlichen<br />
Funktionen zur Auswahl: die Basis-<br />
Variante Audit Light, die erweiterte<br />
Variante Audit Pro und die umfangreichste<br />
Variante Audit Enterprise.<br />
Audit Light bietet Nutzern alle<br />
Funktionen, mit denen sie ihre Prüfmittel<br />
an einem Standort unabhängig<br />
von Excel-Listen auditsicher und<br />
effizient überwachen wollen. Diese<br />
Basisvariante ist die richtige Wahl,<br />
wenn bis ca. 500 Messmittel verwaltet<br />
werden sollen. Die Variante<br />
Audit Pro bietet zusätzliche Funktionen<br />
wie etwa die scannerbasierte<br />
Erfassung von Messmitteln und eine<br />
Überblicksfunktion über den Lagerort,<br />
die Kostenstelle oder den Status<br />
von Messmitteln. Audit Pro ist<br />
die beliebteste Variante bei den<br />
Kunden. Die Top-Variante Audit<br />
Enterprise enthält unter anderem<br />
ein umfassendes Dokumenten-<br />
Management, ein Tool für die Digitalisierung<br />
einer Messmittelausgabe<br />
und liefert die Unterstützung<br />
für das Buchen von Messmitteln<br />
u.a. auf Mitarbeiter, Aufträge und<br />
Lagerorte. Audit Enterprise erlaubt<br />
zehn Usern Zugriff auf das Portal.<br />
Maßgeschneiderte Funktionen<br />
„Unser digitales Kalibierportal wird<br />
von den Kunden sehr gut angenommen<br />
und die Zeichen stehen weiter<br />
auf Wachstum“, freut sich Lars<br />
Ahrendt, Geschäftsleiter Vertrieb<br />
bei der Perschmann Calibration<br />
GmbH. „Für das Jahr 2021 hatten<br />
wir uns ursprünglich das Ziel<br />
von 2000 Nutzern gesteckt, diese<br />
Marke haben wir bereits im dritten<br />
Quartal überschritten. Es ist großartig,<br />
dass wir mit unserer Applikation<br />
so viele Kunden erreichen<br />
und die Kunden trendic hub nutzen.<br />
Mit dem neuen Lizenzmodell<br />
können wir jetzt noch flexibler auf<br />
die Anforderungen unserer Kunden<br />
eingehen. Alle Varianten bieten ein<br />
sehr gutes Preis/Leistungs-Verhältnis<br />
und praktische Funktionen ganz<br />
nach Bedarf“, so Ahrendt weiter.<br />
Die Plattform trendic hub wurde<br />
entwickelt, um die Prozesse rund<br />
um das Kalibrieren so einfach wie<br />
möglich zu gestalten und sie wird<br />
beständig um neue Funktionen<br />
erweitert. Zu den neuesten Features<br />
gehört die automatische Fälligkeits-Info,<br />
mit der verpasste Termine<br />
der Vergangenheit angehören.<br />
Per Mausklick können Nutzer ganz<br />
einfach eine automatische Erinnerungsfunktion<br />
einstellen, die sie<br />
daran erinnert, wann ihre Mess- und<br />
Prüfmittel kalibriert werden müssen.<br />
Die Erinnerungs-Mails sind individuell<br />
konfigurierbar. So können<br />
etwa eine oder mehre für das Qualitätsmanagement<br />
zuständige Personen<br />
automatisch informiert werden,<br />
einmalig oder regelmäßig, per<br />
PDF oder Excel. Das System arbeitet<br />
dabei zuverlässig in Echtzeit,<br />
damit kein Mess- oder Prüfmittel<br />
in Vergessenheit gerät.<br />
Flexibel an den Kundenbedarf<br />
angepasst<br />
Für die Verwendung des digitalen<br />
Kalibrier-Portals muss keinerlei Software<br />
installiert und gewartet werden,<br />
da trendic hub komplett online läuft.<br />
Zur kostenlosen Free-Version haben<br />
alle Kunden der Perschmann Calibration<br />
GmbH automatisch Zugang.<br />
Je nach individuellen Bedürfnissen<br />
können einzelne Funktionen separat<br />
hinzugebucht werden. Bei allen<br />
Versionen sind künftige Updates<br />
inklusive. ◄<br />
8 1/<strong>2023</strong>
Qualitätssicherung<br />
Optische 3D-Oberflächenmesstechnik<br />
als integrale Instanz der industriellen Fertigung<br />
Mit TopMap hat Polytec optische 3D-Oberflächenmesstechnik etabliert, welche für eine rasche und verlässliche<br />
Qualitätskontrolle auch für technische Erzeugnisse steht.<br />
Effiziente und verlässliche Inline-Charakterisierung von Oberflächendetails,<br />
Rauheit und Textur in automatisierten Prozessen mit TopMap-<br />
Oberflächenmesstechnik von Polytec<br />
In der industriellen Fertigung<br />
sind gleichermaßen Güte der produzierten<br />
Erzeugnisse sowie Effizienz<br />
entlang der gesamten Fertigungsprozesse<br />
die entscheidenden<br />
Merkmale für Wirtschaftlichkeit<br />
und Wettbewerbsfähigkeit.<br />
Oftmals dient linienintegrierte Fertigungsmesstechnik<br />
zur 100%-Kontrolle<br />
und ermöglicht dabei zudem<br />
ein Live-Feedback für die Prozesssteuerung.<br />
Rasche und verlässliche<br />
Qualitätskontrolle<br />
Mit TopMap hat Polytec eine Serie<br />
der optischen 3D-Oberflächenmesstechnik<br />
etabliert, welche für<br />
eine rasche und verlässliche Qualitätskontrolle<br />
hinsichtlich Oberflächengüte<br />
und geometrischer Parameter<br />
insbesondere im Maschinenbau<br />
und für technische Erzeugnisse<br />
steht. TopMap sieht nicht nur jedes<br />
Werkstück, es misst und dokumentiert<br />
zuverlässig. Anders als rein<br />
kamerabasierte Inspektionssysteme<br />
ermittelt die 3D-Messtechnik auch<br />
Höhendaten, welche u.a. für die<br />
Defekterkennung essentiell sind.<br />
Basierend auf Weißlicht als<br />
Informationsträger, werden direkt<br />
3D-Topografien flächenhaft erfasst,<br />
im Gegensatz zur linienhaften<br />
2D-Darstellung konventioneller taktiler<br />
Mess- und Tastspitzen.<br />
TopMap-3D-Oberflächenmesstechnik<br />
scannt berührungslos und<br />
flächenhaft die gesamte Werkstückoberfläche<br />
ab, bestimmt Formparameter<br />
wie Ebenheit oder Stufenhöhe,<br />
charakterisiert Rauheit und<br />
Strukturdetails oder detektiert selbst<br />
feinste Abweichungen zu definierten<br />
Toleranzen. Durch die hohe Messgeschwindigkeit<br />
und umfangreiche<br />
Erfassung der Bauteile eignet sich<br />
diese Messmethode für Fertigungsprozesse,<br />
die auf hohen Durchsatz<br />
und kurze Taktzeiten ausgelegt sind.<br />
Sensoren und Messköpfe<br />
im Auto-Modus<br />
Polytec geht hier noch einen<br />
Schritt weiter mit den optischen<br />
Präzisionsmessmitteln: Sensoren<br />
und Messköpfe können in bestehende<br />
Linien integriert und automatisiert<br />
betrieben werden. Mittels<br />
Software-Lösungen werden Routinemessaufgaben<br />
im Vorfeld definiert,<br />
modifiziert oder gespeichert,<br />
und der Werker ruft das Programm<br />
je Bauteil auf für eine vereinfachte<br />
und beschleunigte Bedienung ohne<br />
Benutzerfehler.<br />
Ob automatische Bauteillageerkennung<br />
oder Durchmessen gleich<br />
mehrerer Prüflinge in einer einzigen<br />
Aufnahme – die Optionen und Sonderkonfigurationen<br />
für TopMap-<br />
3D-Oberflächenmesstechnik halten<br />
den Bedienereinsatz einfach<br />
und die Prüfproduktivität hoch.<br />
Polytec als kompetenter<br />
Partner<br />
Neben Messsystem-Komplettlösungen,<br />
bestehend aus Hardware<br />
und Software inklusive<br />
Sonder lösungen, umfasst Polytecs<br />
Leistungs umfang auch eingehende<br />
Machbarkeitsstudien und den persönlichen<br />
Support für die Entwicklung,<br />
Implementierung und Automatisierung<br />
kundenspezifischer Messaufgaben.<br />
Ob Vorstudie, Fertigungsmesstechnik<br />
als Prüfzelle oder integrierte<br />
Sensorik in der Produktionslinie,<br />
Polytec versteht sich als ganzheitlicher<br />
Lösungsanbieter.<br />
Polytec GmbH<br />
www.polytec.com<br />
TopMap-3D-Oberflächenmesstechnik zur schnellen und verlässlichen<br />
Fertigungskontrolle und Inspektion ganzer Werkstücke: flächenhaft,<br />
in 3D und berührungslos<br />
Effiziente Inline- und End-of-Line-Qualitätskontrollen in automatisierten<br />
Produktionen mit automatischer Prüflingsmuster- und Lageerkennung<br />
und Durchmessen mehrerer Prüflinge in einer Aufnahme<br />
1/<strong>2023</strong><br />
9
Qualitätssicherung<br />
Elektrochemische Migration –<br />
ein Schädigungsmechanismus<br />
750...1050 V) bei gleichzeitig weiter<br />
voranschreitender Miniaturisierung<br />
erhöhen die Gefahr einer elektrochemischen<br />
Migration von Metallionen. Im<br />
einfachsten Fall wird durch die Fehlerströme<br />
eine Störung detektiert und die<br />
Baugruppe abgeschaltet. Im schlimmsten<br />
Fall erhöht sich die Leitfähigkeit<br />
so lange, bis der unerwünschte Strompfad<br />
zur Zündquelle wird.<br />
Neben den am häufigsten genannten<br />
Schädigungsmechanismen „thermische<br />
Alterung“ und „Überspannungsimpulse“<br />
gibt es etliche weitere Gründe,<br />
warum eine Isolation ausfallen kann.<br />
Eine eher unbekannte ist die elektrochemische<br />
Migration. Dieser Schädigungsmechanismus<br />
gehört zu der<br />
Gruppe der Oberflächenphänomene.<br />
Balance zwischen<br />
Anforderungs- und<br />
Eigenschaftsprofil<br />
Die ständig steigenden Anforderungen<br />
in Hinsicht Packungsdichte,<br />
Leistungsdichte und Preiswertigkeit<br />
erfordern Maßnahmen, die eine<br />
Balance zwischen Anforderungsprofil<br />
und Eigenschaftsprofil darstellen.<br />
Dies insbesondere bei Einrichtungen<br />
der Telekommunikation-, Automobil-<br />
und Luftfahrtindustrie, da diese<br />
Baugruppen häufig stark wechselnden<br />
klimatischen Bedingungen ausgesetzt<br />
sind. Sie müssen hochzuverlässig<br />
und hochverfügbar sein,<br />
sollen aber dennoch als „Massenprodukt“<br />
bezahlbar bleiben.<br />
Das führt zu einem Zielkonflikt,<br />
der bei Auswahl falscher, vermeintlich<br />
günstiger Materialien die Wahrscheinlichkeit<br />
eines Ausfalls durch<br />
elektrochemische Migration erhöhen<br />
kann. Deswegen ist es wichtig,<br />
sich über Ursache und Folgen dieser<br />
Fehlerursache bewusst zu sein.<br />
Kondensation von Wasser<br />
auf den Oberflächen<br />
Insbesondere bei Tag-Nacht-<br />
Unterschieden oder intermittie-<br />
Autor:<br />
Gerald Friederici<br />
CMC Klebetechnik GmbH<br />
www.cmc.de<br />
rendem Betrieb kann es durch<br />
die Temperaturschwankungen zur<br />
Kondensation von Wasser auf den<br />
Oberflächen kommen. Selbst wenn<br />
sich kein direkter Wasserfilm bildet,<br />
können Kunststoffe (Schaltungsträger,<br />
Vergussmassen, Schutzlacke)<br />
Feuchtigkeit auch unterhalb<br />
des Taupunktes aufnehmen. Dieser<br />
Fall tritt je nach Material bereits<br />
bei etwa 70% relativer Feuchte auf.<br />
Insbesondere Metallflächen können<br />
wegen ihrer größeren Wärmeträgheit<br />
auch noch bei geringerer relativer<br />
Feuchte Betauung verursachen.<br />
Ein häufig beschriebener Ausfallgrund<br />
für Isolierstoffe bei Anwesenheit<br />
von Feuchtigkeit ist die Ausbildung<br />
von Kriechstrompfaden. Bei<br />
Anwesenheit von Feuchtigkeit (Elektrolyt)<br />
wird durch ionische Verunreinigungen<br />
und Lösung von Kohlendioxyd<br />
der Oberflächenwiderstand<br />
reduziert. Die elektrochemische Zersetzung<br />
des Isolationswerkstoffes<br />
und die Ausbildung von Teilentladungen<br />
führen zu einer zunehmenden<br />
Karbonisierung der Isolationsstrecke.<br />
Ist die Strecke durch<br />
diese leitfähigen Pfade ausreichend<br />
kurz, kann es zum Überschlag kommen.<br />
Der sogenannte Tracking-Index<br />
macht eine Aussage dazu, wie empfindlich<br />
ein Isolierwerkstoff gegenüber<br />
diesem elektrochemischen<br />
Abbauprozess ist.<br />
Störender leitfähiger Pfad<br />
Im Gegensatz dazu bildet sich bei<br />
der elektrochemischen Migration ein<br />
leitfähiger Pfad durch Metallionen<br />
und -salzen. Sie entstehen entweder<br />
als direkte Folge einer Betauung<br />
oder durch Adsorption/Absorption an/<br />
in Isolierwerkstoffen oder an Verunreinigungen<br />
und in Fehlstellen. Insbesondere<br />
nicht abgereinigte Lötrückstände<br />
können regelrechte Feuchtigkeitspuffer<br />
darstellen, die auch nach<br />
Abtrocknen der Oberfläche Feuchtigkeit<br />
speichern. Staub und andere<br />
Rückstände wirken als Kristallisationskerne<br />
für Kondensation.<br />
In Folge von chemischem (Metalle<br />
gehen in alkalische Lösung) oder<br />
elektrochemischem Abbau (unterschiedliches<br />
Spannungspotential<br />
vorhanden) bilden sich wasserlösliche<br />
Metallionen, die sich entlang<br />
des Potentialgradienten und Konzentrationsgradienten<br />
bewegen.<br />
Der Potentialgradient wird maßgeblich<br />
durch die eingesetzte Spannung<br />
und den Abstand der Potentiale<br />
zueinander bestimmt. Der Konzentrationsgradient<br />
dagegen durch<br />
z.B. die Lage der Verunreinigung zu<br />
der Metallionenquelle. Bei Abtrocknung<br />
kommt es zur Rückfällung und<br />
bei wiederholter Betauung zur Aufkonzentration.<br />
Liegt ein kontinuierlicher Potentialunterschied<br />
vor, bilden sich durch<br />
Elektrolyse an der Kathode (Ground)<br />
metallische Abscheidungen, die als<br />
Dendriten, Faserbündeln oder Bändern<br />
auftreten. Die Ausbildung solcher<br />
leitfähigen Beläge erfolgt am<br />
intensivsten an Stellen hoher Feldlinienkonzentration,<br />
also Kanten und<br />
Spitzen. Durch die Feldkonzentration<br />
werden auch Auswaschungseffekte<br />
erhöht und führen zu einer verbesserten<br />
Ionenleitfähigkeit. Die elektrochemische<br />
Migration innerhalb<br />
von Werkstoffen (z.B. entlang von<br />
Glasfasern) wird auch als Conductive<br />
Anodic Filament Growth (CAF)<br />
bezeichnet. Voraussetzung dafür ist<br />
das Eindiffundieren von Feuchtigkeit<br />
in das Substratmaterial.<br />
Insbesondere die seit wenigen<br />
Jahren verstärkt eingesetzten hohen<br />
Gleichspannungen (300...450 und<br />
Prüfung der Klimasicherheit<br />
Es gibt mehrere standardisierte<br />
Verfahren (z.B. IEC 60068, Umwelteinflüsse),<br />
wie man die Klimasicherheit<br />
von Baugruppen überprüfen<br />
kann. Da es neben den beiden<br />
Haupteinflussgrößen „Wärme“ und<br />
„Feuchtigkeit“ jedoch weitere geometrische<br />
(Abstände, Delaminationen,<br />
Feldlinienkonzentrationen)<br />
oder umweltbedingte (aggressive<br />
Gase, Verunreinigungen) und<br />
mechanische (Vibration, Wärmeausdehnung,<br />
etc) Einflussgrößen<br />
gibt, ist eine generelle Aussage<br />
zu der passenden Prüfmethodik<br />
kaum möglich. Eine beschleunigte<br />
Alterung durch Einsatz überhöhter<br />
Spannung, besonders hoher Luftfeuchtigkeit<br />
oder bewusster Einbringung<br />
von Verschmutzungen ist je<br />
nach Anwendungsfall nur bedingt<br />
aussagekräftig. Dagegen bilden<br />
beschleunigte Temperaturwechsel-Tests<br />
bei unterschiedlichen<br />
Feuchtegraden die realen Einsatzbedingungen<br />
häufig recht gut ab.<br />
Fazit<br />
Mit steigenden Gleichspannungsniveaus<br />
erhöht sich massiv<br />
die Gefahr der elektrochemischen<br />
Migration durch verstärkte Mobilisierung<br />
der Metallionen. Voraussetzung<br />
für diesen Schädigungsmechanismus<br />
ist Feuchtigkeit und<br />
eine ausreichend geringe Distanz<br />
der unterschiedlichen Potentiale<br />
zueinander. Damit ist gleichzeitig<br />
klar, wie man die Ausbildung von<br />
metallischen Leitpfaden vermeiden<br />
kann: Verhinderung, dass sich<br />
ein leitfähiges Elektrolyt (Wasser)<br />
ausbildet und/oder ausreichende<br />
Abstände, um über die Lebensdauer<br />
einer elektrischen Baugruppe eine<br />
sichere elektrische Trennung sicher<br />
zu stellen. ◄<br />
10 1/<strong>2023</strong>
Qualitätssicherung<br />
Leistungsfähige und sichere<br />
Batteriezellen durch vollständige<br />
Inline-Kontrolle<br />
Japanische Präzision seit 1935<br />
Mehr<br />
Informationen<br />
finden Sie ab<br />
Seite 14.<br />
Ideal für<br />
SiC & GaN<br />
Anwendungen<br />
Der Zusammenschluss mehrerer gleicher<br />
Akkuzellen zu einem Batterieverbund birgt dieselben<br />
Herausforderungen wie bei der Kette,<br />
die bekanntlich nur so stark ist wie ihr schwächstes<br />
Glied.<br />
Batteriemessmodul für automatisierte<br />
Fertigungsprüfung<br />
Bei der Serienfertigung von Akkus für E-Mobilität,<br />
Großspeicher, Kommunikationselektronik<br />
oder Flurfahrzeuge müssen daher zum Teil<br />
-zigtausende Zellen in höchster Geschwindigkeit<br />
und Präzision einzeln getestet werden. Nur<br />
Zellen gleicher Leistung dürfen für optimale<br />
Speicher- und Lebensdauer zur Erreichung<br />
höchster Qualitätsanforderungen zusammengefügt<br />
werden.<br />
Die Messtechnik-Spezialisten von burster<br />
bieten jetzt für die Serienfertigung ein neues,<br />
feldbusfähiges Highspeed-Batteriemessmodul<br />
zur automatischen Fertigungsprüfung von<br />
Hochleistungs-Batteriemodulen und Batteriepacks<br />
aus runden, prismatischen oder<br />
Pouchzellen.<br />
Das kompakte Modul 2511 eignet sich für den<br />
Einsatz in rauer Industrieumgebung direkt an<br />
der Fertigungslinie und ist für Ein- oder Mehrkanalbetrieb<br />
ausgelegt. In nur wenigen Millisekunden<br />
kann das All-in-One-Gerät bis zu<br />
fünf Einzelzellen gleichzeitig testen und mittels<br />
AC- und DC-Innenwiderstandsmessung<br />
und Messung der Batteriespannung signifikante<br />
Batterieparameter ermitteln und bewerten.<br />
Eine intuitive PC-Software zur Parametrierung<br />
und Konfiguration via Ethernet/USB<br />
erlaubt flexible Mess- und Bewertungsmodi<br />
für eine 100 % Inline Prüfung in der Serienfertigung.<br />
Prüfparameter anpassen<br />
Das Batteriemessmodul 2511 bestimmt unterschiedliche<br />
elektrische Parameter per Vierleiter-<br />
Messmethode in höchster Präzision. Die Parameter<br />
lassen sich dann zu spezifischen Prüfprogrammen<br />
zusammenstellen. Dabei wird<br />
die Impedanzmessung typischerweise bei 1<br />
kHz vorgenommen, wahlweise sind auch die<br />
Bereiche 1, 20 und 100 Hz möglich. Der Widerstandsmessbereich<br />
beträgt 0 bis 10 mOhm, 0<br />
bis 30 mOhm bzw. 0 bis 100 mOhm; die Leerlauf-<br />
und Modulspannungsmessung umfasst die<br />
Bereiche 0 bis 5 V DC und 0 bis 60 V DC. Die<br />
Temperatur kann im Bereich von -40 bis +80 °C<br />
gemessen werden.<br />
Akkus und Batteriepacks lassen sich bei Bedarf<br />
also auch unter Extrembedingungen testen. Verschiedene<br />
Gehäuse und Montagevarianten erlauben<br />
die flexible Integration der IP54-Module in<br />
praktisch jede Fertigung via Profinet. Für eine<br />
intensive Qualitätskontrolle oder die Fehlersuche<br />
z.B. in der Entwicklung, stehen mit dem Batteriecontroller<br />
2550 oder dem Batterietester 2560<br />
weitere Messmodule zur Verfügung.<br />
Alle Komponenten sind kompatibel mit<br />
bewährten burster Produkten. Von der gesamten<br />
Bandbreite hochpräziser Sensoren über Resistomat-Widerstandsmessgeräte,<br />
Messverstärker/Feldbuscontroller<br />
bis hin zu Digiforce-Auswerteeinheiten<br />
ist das Gesamtprogramm für die<br />
Batteriemesstechnik perfekt aufeinander abgestimmt<br />
und liefert hochgenaue Messergebnisse<br />
innerhalb kürzester Taktzeiten.<br />
burster präzisionsmesstechnik<br />
GmbH & Co. KG<br />
info@burster.de<br />
www.burster.de<br />
1/<strong>2023</strong> 11<br />
Profi tieren Sie von mehr<br />
als 35 Jahren Erfahrung:<br />
Hochpräzise<br />
Leistungsanalysatoren<br />
und Sensorik<br />
aus einer Hand.<br />
Mehr Informationen erhalten Sie hier:<br />
HIOKI EUROPE GmbH<br />
Helfmann-Park 2<br />
65760 Eschborn<br />
hioki@hioki.eu<br />
www.hioki.eu
Qualitätssicherung<br />
Verbesserung der Effizienz<br />
von EV-Batterien/EV-Supply-Equipment<br />
Bild 1: Vehicle to Grid (V2G) Layout<br />
Referenz:<br />
Shashank Vodapally M.Sc.,<br />
RF Specialist/Unterlagen<br />
von ITECH<br />
Heutzutage erhöhen Länder auf<br />
der ganzen Welt ihre Investitionen,<br />
um zu untersuchen, wie die Mobilität<br />
hin zur Elektromobilität transformiert<br />
werden kann, also zur Entwicklung<br />
von Elektrofahrzeugen (Electric<br />
Vehicles, EV), Elektroflugzeugen,<br />
Elektroschiffen und Elektrozügen.<br />
Der wichtigste Teil<br />
ist die Forschung und Entwicklung<br />
von Schlüsselkomponenten<br />
des elektrischen Transports, wie<br />
zum Beispiel die neuen Technologien<br />
von Lithium-Ionen-Batterien,<br />
Brennstoffzellen, Elektrogeräten und<br />
so weiter. Bis heute stellen sich den<br />
Entwicklern noch viele Herausforderungen<br />
im gesamten Ökosystem<br />
der Elektrifizierung des Verkehrs.<br />
Betrachten wir als Beispiel E-Fahrzeuge,<br />
um die Schwierigkeiten in<br />
deren F&E- und Herstellungs-Prozess<br />
und mögliche Lösungen zu<br />
beleuchten.<br />
Die Kombination<br />
von Elektrofahrzeugen und Smart<br />
Grids (Vehicle to Grid, V2G) ist<br />
eine der wichtigen Aufgaben beim<br />
Aufbau eines elektrifizierten Ökosystems.<br />
Dies bedeutet, dass das<br />
Design der elektrischen Topologie<br />
von Fahrzeugen bidirektionalen<br />
Stromfluss, bidirektionale On-<br />
Board-Ladegeräte (Bidirectional<br />
On-Board Chargers, BOBCs) und<br />
bidirektionale Ladesäulen unterstützen<br />
muss. Ingenieure müssen<br />
nicht nur die Umwandlungseffizienz<br />
im bidirektionalen Modus berücksichtigen,<br />
sondern auch die Verifizierung<br />
der netzgekoppelten Eigenschaften,<br />
um sicherzustellen, dass<br />
EV zuverlässig an das Netz angeschlossen<br />
werden können, ohne<br />
Störungen zu verursachen.<br />
Die Testanwendung<br />
für BOBCs (V2G) umfasst AC-DCund<br />
DC-AC-Modi (Bild 1). Beim DC-<br />
AC-Test benötigt das DC-Ende eine<br />
DC-Stromversorgung, um die Batterieentladung<br />
zu simulieren. Das<br />
AC-Ende benötigt eine AC-Quelle<br />
und eine elektronische AC-Last.<br />
Die AC-Quelle soll die Netzspannung<br />
simulieren.<br />
Dies ist eine allgemeine Testlösung,<br />
die allerdings auch Risiken<br />
birgt. Wenn die vom BOBC zurückgespeiste<br />
Energie die maximale Energie<br />
überschreitet, die von der AC-Last<br />
aufgenommen werden kann, fließt sie<br />
unweigerlich zurück zur AC-Quelle.<br />
Die Wechselstromquelle kann im Allgemeinen<br />
keine Energie absorbieren,<br />
was schließlich zu einem umgekehrten<br />
Durchbruch führen wird. Und noch<br />
schlimmer, im Falle eines Fehlbetriebs<br />
in der Sequenz zwischen dem Einund<br />
Ausschalten der AC-Last und der<br />
AC-Quelle führt dies zu einem Testfehler<br />
oder sogar zu einer Beschädigung<br />
des Instruments.<br />
Eine bessere Lösung<br />
für bidirektionale BOBCs und<br />
Ladesäulen (V2G) ist das Testen<br />
mit einem Stromnetzsimulator wie<br />
dem ITECH IT7900 (Bild 2). Der<br />
Stromnetzsimulator ist eine Vierquadranten-Quelle<br />
mit der Fähigkeit,<br />
nahtlos zwischen Quelle und Senke<br />
umzuschalten. Neben den Grundfunktionen<br />
verfügt der Stromnetzsimulator<br />
ITECH IT7900 auch über<br />
einen Leistungsverstärker, der sich<br />
gut für den Leistungs-HIL-Test eignet.<br />
Jetzt werden immer mehr bidirektionale<br />
Energieumwandlungs-<br />
Technologien das Elektrifizierungs-<br />
Ökosystem von Elektrofahrzeugen<br />
beschleunigen und besser bedienen.<br />
Der andere<br />
herausfordernde Aspekt<br />
im EV-Bereich ist die Leistungsfähigkeit.<br />
In der traditionellen Test-<br />
12 1/<strong>2023</strong>
Qualitätssicherung<br />
Bild 2: Bidirektionale Leistungswandlung mithilfe des IT7900 regenerativen Netzsimulators<br />
lösung elektrischer Antriebssysteme<br />
werden in der Regel reale<br />
Batterien als Energiespeicher eingesetzt.<br />
Um die Leistung des Systems<br />
zu testen und zu bewerten,<br />
müssen die Batteriepakete häufig<br />
gewechselt werden, damit die<br />
verschiedene Testanforderungen<br />
erfüllen zu können. Diese unflexible<br />
Testlösung führt oft zu längeren<br />
Testzeiten und höheren<br />
Kosten.<br />
Um diese Herausforderung<br />
zu verbessern, hat ITECH einen<br />
Batteriesimulator mit modularem<br />
Design auf den Markt gebracht.<br />
Durch die Integration von Software<br />
und Hardware können viele Batterieeigenschaften<br />
simuliert werden.<br />
Die Hardware ist ein bidirektionales<br />
Hochgeschwindigkeits-<br />
DC-Netzteil (IT6000C/IT6000B),<br />
welches das Laden und Entladen<br />
der Batterie mit schneller Stromumschaltung<br />
simulieren kann<br />
(nicht mehr als 2 ms von -90%<br />
auf +90%). Die zugehörige Software<br />
BSS2000 Pro basiert auf<br />
dem mathematischen Modell<br />
der Power-Batterie und wandelt<br />
komplexe Kennliniensimulationen<br />
in sichtbare Parametereinstellungen<br />
um.<br />
Darüber hinaus kann man sogar<br />
die eingebauten Batteriekennlinien<br />
für verschiedene Batterietypen<br />
abrufen, wie z.B. LiFePO4-,<br />
Li4Ti5O12-, LiMn204-Batterien<br />
(Bild 3). Außerdem kann die Batteriesimulations-Software<br />
BSS2000<br />
Pro das mit Matlab simulierte Batteriemodell<br />
direkt in eine .mat-Datei<br />
importieren. Dies bietet eine effizientere<br />
Lösung bei der Untersuchung<br />
der Kennlinie eines neuen<br />
Batterietyps und einer Batterie,<br />
die unter anderen Bedingungen<br />
funktioniert. ◄<br />
Bild 3: Überblick über die Funktionen der Batteriesimulations-Software<br />
1/<strong>2023</strong><br />
13
Qualitätssicherung<br />
Ideal für SiC und GaN-Anwendungen<br />
Leistungsanalysator der nächsten Generation<br />
Autor:<br />
Roy Hali<br />
Produktmanager<br />
HIOKI EUROPE GmbH<br />
www.hioki.eu<br />
Der neue Leistungsanalysator<br />
PW8001 von Hioki setzt mit seiner<br />
unübertroffenen Genauigkeit<br />
einen neuen Standard und<br />
erlaubt Messungen auch bei hohen<br />
Frequenzen und großen Strömen.<br />
Damit eignet er sich für die Analyse<br />
von modernsten SiC- und GaNbasierten<br />
Anwendungen bis hin<br />
zu komplexen Multimotor-Antriebsstrang-Leistungsanalysen.<br />
Hohe Schaltfrequenzen<br />
und mehr Rauschen<br />
SiC- und GaN-Komponenten<br />
ermöglichen es, den Wirkungsgrad<br />
von Wandlerschaltungen weiter zu<br />
verbessern und gleichzeitig deren<br />
Größe und Gewicht zu reduzieren.<br />
Ein entscheidender Vorteil der geringeren<br />
Größe ist, dass sie mehr Flexibilität<br />
beim Design von Leiterplatten<br />
auf engem Raum schafft. Aber<br />
wie immer gibt es auch eine Kehrseite.<br />
SiC- und GaN-Halbleiter werden<br />
mit höheren Schaltfrequenzen<br />
betrieben als herkömmliche Halbleiter<br />
auf Si-Basis, erzeugen mehr<br />
Rauschen und erfordern daher<br />
bei der Messung einen Leistungsanalysator<br />
mit höherer Bandbreite<br />
und besserer Störfestigkeit.<br />
Der Hioki PW8001 in Kombination<br />
mit Hioki-Stromsensoren ist<br />
die nahezu perfekte Wahl für diese<br />
Herausforderung. Branchenführende<br />
Genauigkeit bei DC-Leistungsmessungen<br />
und bei Frequenzen<br />
von 50 kHz oder mehr, kombiniert<br />
mit der beispiellosen Gleichtakt-<br />
Unterdrückung (CMRR) sowohl<br />
für den PW8001 als auch für die<br />
Hioki-Stromsensoren garantieren<br />
extrem genaue und unbeeinflusste<br />
Messungen selbst bei extremer Störsignalbelastung.<br />
Weil Präzision gefragt ist<br />
Für die Entwicklung eines hocheffizienten<br />
kabellosen Ladegeräts<br />
oder eines Inverter-Motorantriebs<br />
für Elektrofahrzeuge oder Drohnen<br />
ist die Genauigkeit des Messsystems<br />
entscheidend; selbst die<br />
geringsten Effizienzverbesserungen<br />
müssen zu messen sein. Das bedeutet,<br />
dass der Leistungsanalysator<br />
sowohl Gleichstrom als auch hohe<br />
Frequenzen von 50 kHz oder darüber<br />
mit der größtmöglichen Genauigkeit<br />
messen sollte. Der PW8001<br />
bietet nahezu ideale Lösungen für<br />
diese Art von Aufgaben.<br />
Mit dem hochpräzisen Eingangsmodul<br />
U7005, das eine Abtastrate<br />
von 15 MSamples/s ermöglicht,<br />
wird eine Leistungsgenauigkeit<br />
von 0,05% bei Gleichstrom,<br />
0,03% bei 50/60 Hz und der absolute<br />
Marktbestwert von 0,2% bei 50<br />
kHz erreicht.<br />
Leistungsanalysator<br />
für 1500 V DC CAT II<br />
Der Trend zu immer leistungsfähigeren<br />
Solarparks erfordert auch<br />
die Erhöhung der Betriebsspannung.<br />
Heutzutage sind 1500 V DC<br />
der Standard. Außerdem werden<br />
Solarparks mit lokalen Speichern<br />
kombiniert, um das Netz auszugleichen<br />
oder Energie rund um die<br />
Uhr bereitzustellen.<br />
Ein weiterer Bereich, in dem<br />
höhere Spannungen vermehrt anzutreffen<br />
sind, ist die Elektrifizierung<br />
von schweren LKWs und Bussen.<br />
Während normale E-Fahrzeuge<br />
Gleichstromsysteme von 400 oder<br />
800 V verwenden, geht der Transportsektor<br />
zu Gleichstromsystemen<br />
von 1200 V über, um die Systemleistung<br />
zu erhöhen und die Ladezeit<br />
zu verkürzen.<br />
Um eine Lösung zur Leistungsmessung<br />
für diese neuen Technologietrends<br />
im Hochspannungsbereich<br />
zu bieten, hat Hioki das Eingangsmodul<br />
U7001 entwickelt und<br />
ist damit der erste Anbieter auf dem<br />
Markt mit einem Leistungsanalysator<br />
für 1500 V DC CAT II als Tisch gerät.<br />
Diese Klassifizierung ermöglicht es,<br />
den PW8001 für die Entwicklung und<br />
produktionsbegleitende Prüfung von<br />
Leistungsreglern in der PV-Technik,<br />
Antriebssträngen und Schnelllade-<br />
Die Entwicklung von Antriebssträngen leistungsfähiger Drohnen wird<br />
effizienter © Es Sarawuth/Shutterstock/Hioki<br />
14 1/<strong>2023</strong>
Qualitätssicherung<br />
Zeitverzögerung eines marktüblichen Sensors<br />
im Vergleich zur Reihe CT68 von Hioki<br />
produkten für elektrische Nutzfahrzeuge<br />
mit einer System spannung<br />
von mehr als 1000 V DC einzusetzen.<br />
Die Kombination mit dem<br />
Hochspannungswandler VT1005<br />
ermöglicht auch die Messung von<br />
Spannungen bis 5000 V.<br />
Analyse von viermotorigen<br />
Antriebssystemen<br />
Heutzutage werden Drohnen für<br />
eine Vielzahl von Anwendungen<br />
eingesetzt, z.B. für Videoaufnahmen<br />
aus der Luft oder Inspektionen<br />
in gefährlichen Umgebungen.<br />
Mit einem Defibrillator ausgestattete<br />
AED-Drohnen können sogar<br />
Leben retten, weil sie an überfüllten<br />
Orten wie Festivals oder Stadtzentren<br />
früher als ein Krankenwagen<br />
am Notfallort eintreffen können.<br />
Bei all diesen Drohnen ist die<br />
Zuverlässigkeit und Effizienz des<br />
Antriebsstrangs extrem wichtig, denn<br />
jede Steigerung der Effizienz führt<br />
zu einer Erhöhung der Reichweite.<br />
Der PW8001 mit der Option zur<br />
simultanen Auswertung von vier<br />
Motoren ist das perfekte Entwicklungswerkzeug<br />
für Drohnen und<br />
andere Viermotor-Antriebssysteme<br />
wie z.B. Elektrofahrzeuge<br />
mit In-Wheel-Motoren und Industrieroboter.<br />
Die simultane Analyse<br />
von vier Motorantrieben ermöglicht<br />
eine wesentlich einfachere<br />
und schnellere Abstimmung des<br />
Antriebsstrangs und führt zu effizienteren<br />
und zuverlässigeren Konstruktionen.<br />
Automatische<br />
Phasenverschiebungskorrektur<br />
Bei der Entwicklung von Aufwärtswandlern<br />
für Hybrid- bzw. Elektrofahrzeuge<br />
oder aktiven Systemen<br />
zur Blindleistungskorrektur für das<br />
Stromnetz ist die Messung der<br />
Verlustleistung von Drosseln und<br />
Transformatoren essenziell. Die<br />
induktive Eigenschaft dieser Komponenten<br />
erschwert eine genaue<br />
Messung insbesondere bei hohen<br />
Frequenzen.<br />
Einer der Gründe dafür ist, dass<br />
Spannung und Strom genau zur gleichen<br />
Zeit gemessen werden müssen,<br />
um die Wirkleistung bestimmen<br />
zu können. Stromsensoren<br />
haben jedoch immer eine Zeitverzögerung.<br />
Um trotzdem den Verlust<br />
einer Drossel oder eines Trans-<br />
formators genau messen zu können,<br />
muss die Zeitverzögerung der<br />
Stromsensoren über den gesamten<br />
Frequenzbereich eliminiert werden.<br />
Die neue, weltweit einzigartige<br />
Funktion zur automatischen Korrektur<br />
der Phasenverschiebung (Automatic<br />
Phase Shift Correction, APSC)<br />
ermöglicht dies sogar Plug&Play.<br />
Erstmalig im PW8001 verfügbar,<br />
gewährleistet die APSC-Funktion<br />
unübertroffene Genauigkeit<br />
bei Verlustmessungen an Hochfrequenzdrosseln<br />
und Transformatoren.<br />
Damit die Korrektur der Phasenverschiebung<br />
richtig funktioniert,<br />
sind zwei Dinge erforderlich: ein<br />
Stromsensor mit einer bekannten<br />
konstanten Zeitverzögerung und ein<br />
Leistungsanalysator, der die Zeitverzögerung<br />
kompensieren kann.<br />
Als weltweit einziger Hersteller<br />
von Leistungsanalysatoren, der<br />
auch Stromsensoren entwickelt<br />
und produziert, ist Hioki in der<br />
Lage, die eigenen Stromsensoren<br />
für die APSC-Funktion zu optimieren,<br />
indem sie so konzipiert werden,<br />
dass sie über den gesamten Frequenzbereich<br />
eine konstante Zeitverzögerung<br />
aufweisen.<br />
Andere auf dem Markt befindliche<br />
Stromsensoren sind in der Regel auf<br />
eine geringe Phasenverschiebung<br />
bei hohen Frequenzen ausgelegt.<br />
Infolgedessen haben diese Stromsensoren<br />
keine konstante Zeitverzögerung<br />
über den gesamten Frequenzbereich.<br />
Dies wird hier bildlich<br />
veranschaulicht durch Darstellung<br />
der Zeitverzögerung eines vergleichbaren,<br />
auf dem Markt erhältlichen<br />
Sensors. Da die Zeitverzögerung<br />
des vergleichbaren Sensors<br />
zwischen 100 und 20 ns schwankt,<br />
wird deutlich, dass der Stromsensor<br />
aufgrund dieser Konstruktion nicht<br />
für die Phasenverschiebungskorrektur<br />
geeignet ist, da der Leistungsanalysator<br />
nicht in der Lage ist, die<br />
Zeitverzögerung bei allen von ihm<br />
gemessenen Frequenzen auszugleichen.<br />
Auch die Positionierung des Leiters<br />
im Stromsensor kann die Genauigkeit<br />
der Messung beeinflussen.<br />
Dies wird in weiteren Bildern dargestellt.<br />
Beim Hioki-Sensor liegen alle<br />
Kurven genau über einander, was<br />
zeigt, dass die Position des Leiters<br />
keinen Einfluss auf die Phasenverzögerung<br />
hat.<br />
Die gleichen Tests erfolgten mit<br />
einem vergleichbaren Stromsensor<br />
eines Mitbewerbers; das Ergebnis<br />
zeigt sehr unterschiedliche Kurvenverläufe.<br />
Bei diesem Sensor hat die<br />
Position des Leiters Einfluss auf<br />
die Phasenverzögerung bei Frequenzen<br />
über 100 kHz und beeinflusst<br />
die Gesamtgenauigkeit der<br />
Leistungsmessung bei hohen Frequenzen,<br />
wie etwa bei der Verwendung<br />
von SiC- und GaN-Halbleitern.<br />
Fazit<br />
Zunehmend komplexere Anwendungen,<br />
wie Systeme für erneuerbare<br />
Energien mit lokaler Speicherung,<br />
Netzanbindung und Laden von<br />
Elektrofahrzeugen, erfordern eine<br />
immer größere Anzahl von Messkanälen,<br />
um das dynamische Leistungsverhalten<br />
eines Systems analysieren<br />
zu können. Modular mit bis<br />
zu acht Leistungskanälen in einem<br />
Gerät der freien Wahl zwischen dem<br />
Hochspannungsmodul U7001 und<br />
dem hochpräzisen Eingangsmodul<br />
U7005, bietet der PW8001 Anwendern<br />
die Möglichkeit, ihre maßgeschneiderte<br />
Lösung zur Leistungsmessung<br />
zusammenzustellen. ◄<br />
Phasenverzögerung des CT68 von Hioki je nach Position des Leiters<br />
1/<strong>2023</strong><br />
Phasenverzögerung eines typischen Sensors je nach Position des Leiters<br />
15
Anzeige<br />
ERZÄHLE MIR MEHR ÜBER JTAG-SOFTWARE!<br />
JTAG/Boundary-Scan (auch<br />
bekannt als IEEE Std. 1149.1) ist eine<br />
schnelle und einfache Methode<br />
zur Prüfung von Fertigungsfehlern<br />
auf elektronischen Baugruppen<br />
oder PCBAs. Des Weiteren kommt<br />
das Verfahren sehr häufig zur<br />
Programmierung von IC’s, wie z.B.<br />
cPLDs, FPGAs oder Flash-Speicher<br />
auf der elektronischen Baugruppe,<br />
während des Fertigungsprozess<br />
oder später bei einem Software-/<br />
Firmwareupdate, zum Einsatz.<br />
Durch eine breite Palette von<br />
Hardware- und Software-Tools,<br />
welche für unterschiedlichen<br />
Anforderungen entwickelt wurden,<br />
können kundenspezifische JTAG/<br />
Boundary-Scan Lösungen zusammengestellt<br />
werden. In dieser<br />
„Erzähl mir mehr” Ausgabe, werden<br />
verschiedene JTAG/Boundary-Scan<br />
Software Werk zeuge für Design,<br />
Produktion und (Vor Ort-) Service mit<br />
ihrem Leistungsumfang untersucht.<br />
SOFTWAREPRODUKTE FÜR<br />
DESIGN UND (VOR ORT-)SERVICE<br />
Bei der Verwendung von JTAG/<br />
Boundary-Scan fungieren die<br />
Signalpins der Boundary-Scan<br />
Bausteine als I/O Pins und erlaubt<br />
das Ansteuern und Rücklesen von<br />
Werten am entsprechenden Schaltungsnetz.<br />
Diese imaginären Testpunkte<br />
sind permanent vorhanden<br />
und können über den JTAG interface,<br />
TAP(Test Acces Port) der Boundary-<br />
Scan-Kette auf der Leiterplatte<br />
einfach verwendet werden.<br />
Von der Baugruppe lernen<br />
Um Verbindungs- oder Logiktests<br />
durchzuführen, müssen die<br />
Boundary-Scan Bausteine und die<br />
Kettenstruktur, d.h. Reihenfolge der<br />
Bausteine bekannt sein. Nachdem<br />
der TAP Anschluss mit dem JTAG<br />
Controller verbunden ist, lässt<br />
sich die Kettenstruktur mit einem<br />
speziellen Erkennungsalgorithmus<br />
automatisch erfassen.<br />
Mit den vorliegenden Informationen<br />
und der Verknüpfung mit den<br />
Modellen für die Boundary-Scan-<br />
Bausteinen, können die Boundary-<br />
Scan Pins angesteuert und ausgelesen<br />
werden, um die gewünschten<br />
Applikationen zu erstellen. Die<br />
Modelldateien für die Boundary-<br />
Scan-Bausteine werden als BSDL-<br />
Dateien (Boundary-Scan Description<br />
Language) bezeichnet und vom<br />
Bausteinhersteller bereitgestellt.<br />
Automatisches lernen und testen mit JTAGlive AutoBuzz<br />
Produkte<br />
Ist die Kettenstruktur und die<br />
verfügbaren imaginären Boundary--<br />
Scan Pins bekannt, können<br />
Konnektivitätsprüfungen über die<br />
Boundary-Scan Kette durchgeführt<br />
werden. Hier können Sie auf interaktive<br />
Werkzeuge aus der JTAGLive<br />
Familie zurückgreifen:<br />
• Beobachten/Überwachen eines<br />
Signals und Erkennen einer<br />
direkten Verbindung zwischen<br />
zwei Boundary-Scan-Pins (Buzz).<br />
• Fan-out; Anzeigen aller Boundary-Scan-Sense-Pins,<br />
die mit<br />
einem Boundary-Scan-Drive-Pin<br />
verbunden sind (BuzzPlus).<br />
• Automatisches ablernen aller<br />
direkten/indirekten Verbindungen<br />
zwischen Boundary-<br />
Scan-Bausteine (AutoBuzz).<br />
• Test der Verbindung von Nicht-<br />
Boundary-Scan-Bausteine (Cluster),<br />
welche mit Boundary-Scan-Bausteine<br />
verbunden sind (Clip).<br />
• Testen der I/O-Verbindungen<br />
eines Mikrocontrollers ohne<br />
Boundary-Scan-Register (Core -<br />
Commander).<br />
• Testen von Logikblöcken und<br />
Programmieren von Bauteilen<br />
mit Hilfe von JTAG Applikationen<br />
welche direkt im Python Code,<br />
LabVIEW oder .Net geschrieben<br />
werden (Script).<br />
Einige Applikationsbeispiele, welche<br />
mit Script umgesetzt werden<br />
können, sind z.B. das Testen von<br />
Mixed-Signal Bausteinen, sowie das<br />
Testen von Schaltungselementen,<br />
die Schleifen für Testmuster zum<br />
Aufbau von Registern benötigen<br />
(z. B. Speicher-Controller). Darüber<br />
hinaus können auch Flash-Programmieranwendungen<br />
mit Script erstellt<br />
werden.<br />
Basis Verbindungstest mit JTAGLive Buzz<br />
Sowohl die interaktiven Werkzeuge<br />
(Buzz, Clip, etc.) als auch Script sind<br />
als eigenständige JTAGLive-Module<br />
(www.jtaglive.com) erhältlich.<br />
JTAGLive Studio beinhaltet alle<br />
diese Softwaremodule (bis auf den<br />
CoreCommander) in nur einem<br />
Paket und beinhaltet einen JTAGLive<br />
Controller. Zur Unterstützung bei<br />
der Programmierung von cPLDs sind<br />
auch „Player“ zur Übertragung von<br />
anderen Formaten wie JAM-, STAPLund<br />
SVF-Dateien verfügbar.<br />
JTAGLive Studio ist eine komplette<br />
JTAG/Boundary-Scan Lösung welche<br />
zur Hardware Validierung, zur<br />
Überarbeitung und Reparatur von<br />
Leiterplatten, zum Test und zur Programmierung<br />
von kleinerer PCBAs<br />
Chargen verwendet werden kann.<br />
Das CoreCommander Modul, greift<br />
auf den Core des Bausteins zu. Hier<br />
wird der Baustein im JTAG-Debug/<br />
Emulationsmodus betrieben und<br />
greift nicht mehr auf die herkömmlichen<br />
Boundary-Scan-Register zu.<br />
Das Modul ist als optionale Erweiterung<br />
von JTAGLive Studio oder<br />
Script erhältlich.<br />
SOFTWAREPRODUKTE FÜR DIE<br />
PRODUKTION<br />
Boundary-Scan-Produktionstests<br />
können als Verbindungstests betrachtet<br />
werden, die zur Erkennung von<br />
Lötfehlern verwendet werden: offene<br />
Pins, kurzgeschlossene Pins oder auch<br />
Stuck at 1/0 Fehler (Pins, die mit der<br />
Stromversorgung oder Masse kurzgeschlossen<br />
sind).<br />
Falsch bestückte Boundary-Scan-<br />
Bausteine werden im Infrastrukturtest<br />
erkannt, während fehlende<br />
nicht Boundary-Scan fähigen<br />
Komponenten als Teil eines Verbindungstests<br />
erkannt werden<br />
(z. B. ein Vorwiderstand in einer<br />
Boundary-Scan-Verbindung). Es<br />
gibt viele verschiedene Arten von<br />
Boundary-Scan- Verbindungstests,<br />
die auch als Strukturtests bezeichnet<br />
und automatisch erstellt<br />
werden. Zusammen sollten diese<br />
Tests, die auch durch manuell generierte<br />
Clustertests ergänzt werden,<br />
in der Lage sein, alle Lötfehler zu<br />
erkennen, auf welche Boundary-<br />
Scan-„Zugriff” besteht.<br />
Fehlerabdeckung und<br />
automatische Testgeneration<br />
Für die automatische Testgenerierung<br />
und die Berechnung der<br />
Fehlerabdeckung benötigen die<br />
Software-Tools die Leiterplatten-<br />
Verbindungsdaten, die so genannte<br />
“Netzliste”. In dieser sind alle<br />
Verbindungen (Netze) und Bauteile<br />
der Leiterplatte aufgeführt, sowohl<br />
Boundary-Scan als auch Non-<br />
Boundary-Scan. Diese detaillierte
Anzeige<br />
Beschreibung kann nicht von der<br />
Leiterkarte abgelernt werden,<br />
sondern muss aus dem CAD-System<br />
des Designers als Netzliste(n) und<br />
Stückliste exportiert werden.<br />
Automatisches generieren von Testvektoren<br />
Während die Boundary-Scan-<br />
Bauteile durch BSDL-Modelldateien<br />
beschrieben werden, ist<br />
zwingend notwendig, dass das<br />
Testgenerierungswerkzeug auch<br />
auf eine umfangreiche Bibliothek<br />
von Bauteilmodellen für Nicht-<br />
Boundary-Scan-Bauteile zugreifen<br />
kann, um diese Bauteile zu<br />
kontrollieren und wenn möglich zu<br />
testen. Mit modernen Werkzeugen<br />
können viele Arten von Tests und<br />
Programmieranwendungen sowohl<br />
für einzelne PCBAs als auch für<br />
komplette Leiterplatten-”Systeme”<br />
automatisch generiert werden, z. B:<br />
• Verbindungstest von digitalen<br />
Signalen (über 1149.1 Boundary-<br />
Scan-Logik)<br />
• Verbindungstest von schnellen,<br />
kapazitiv gekoppelten Signalen<br />
(über 1149.6 Logik)<br />
• Pull-up/Pull-down (Vorhanden<br />
sein von Widerständen)<br />
• Logik-Cluster-Tests / Komponenten-<br />
Cluster-Tests über Boundary-Scan<br />
• Verbindungstests für Speicher,<br />
die an Boundary-Scan-Bausteinen<br />
angeschlossen sind<br />
• Verbindungstests für Speicher,<br />
die an einen Mikrocontroller<br />
ohne Boundary-Scan-Register<br />
angeschlossen sind<br />
• Automatische Generierung von<br />
Flash-Programmierung NOR,<br />
NAND, Serial<br />
• Automatische Generierung von<br />
CPLD-, FPGA-Programmieranwendungen<br />
Analysieren und Visualisieren<br />
Automatisch generierte Boundary-<br />
Scan-Verbindungstests bestehen<br />
jeweils aus einer Folge von Testvektoren/-mustern<br />
(Read/Write). Wenn<br />
ein oder mehrere Leiterplattendefekte<br />
vorhanden sind, werden<br />
entsprechende Testvektoren einen<br />
Fehler zurückgeben, der als Teil<br />
einer Ergebnismatrix angezeigt wird.<br />
Da es jedoch nicht immer einfach ist,<br />
die genaue Fehlerursache aus der<br />
Matrix abzuleiten, werden die Fehler<br />
weiter analysiert, um den genauen<br />
Ort und die Art des Fehlers zu<br />
bestimmen, z. B. den Bauteil-Pin, der<br />
offen ist. Eine spezielle Boundary-<br />
Scan-Diagnosesoftware kann diese<br />
Analyse durchführen und detaillierte<br />
Diagnosedaten auf Pinebene für<br />
automatisch generierte Tests liefern.<br />
Diese Daten werden dann vom<br />
Reparaturtechniker verwendet, um<br />
die Karte zu reparieren.<br />
Visualisierung des Fehlerortes in Schaltplan und Layout<br />
Zur weiteren Unterstützung bei der<br />
Reparatur können die Diagnosedaten<br />
in den Schaltplänen und im<br />
Layout der PCBA angezeigt werden.<br />
Lernen von einen bekannten Golden Board<br />
Eine solche Visualisierung hilft, den<br />
Fehlerort auf der PCBA schneller<br />
zu finden. Darüber hinaus kann<br />
der Visualizer dazu verwendet<br />
werden, um die Testbarkeit und die<br />
Fehlerabdeckung in den Schaltplänen<br />
und im Layout der PCBA<br />
mit verschiedenen Farbcodes<br />
darzustellen. Dabei wird der Grad<br />
der Testabdeckung angezeigt.<br />
Detaillierte Pin Level Diagnose<br />
Dies hilft dem Konstrukteur und<br />
Testingenieur, die Testbarkeit und<br />
Testtiefe schnell zu beurteilen<br />
und zu erkennen, welche Teile der<br />
Leiterplatte vielleicht besondere<br />
Aufmerksamkeit erfordern.<br />
Applikationsentwicklung und<br />
-ausführung<br />
Eine vollständige Software-Suite,<br />
die sowohl die automatische<br />
Programmerstellung, die Skriptentwicklung<br />
als auch die interaktiven<br />
Tools umfasst, ist in einer einzigen<br />
Plattform verfügbar - JTAG ProVision.<br />
Die ProVision-Software wird ständig<br />
weiterentwickelt und kann derzeit<br />
Netzlisten in mehr als 50 verschiedenen<br />
Formaten aus über 30 verschiedenen<br />
EDA- und CAD/CAM-Systemen<br />
importieren. Die umfassende,<br />
sehr gut gepflegte Modellbibliothek<br />
mit mehr als 300.000 Modelle<br />
für Nicht-Boundary-Scan fähige<br />
Bausteine wird täglich erweitert.<br />
Boundary-Scan-Test- und Bausteinprogrammieranwendungen<br />
können<br />
einzeln oder als Teil einer benutzerdefinierten<br />
Sequenz ausgeführt<br />
werden. Diese erlaubt Schleifen,<br />
Verzweigungen, kundenspezifische<br />
Hinweise oder Baugruppenspezifische<br />
Informationen wie den<br />
Barcode einzubinden.<br />
Darüber hinaus können die<br />
Diagnose und der Visualizer mit<br />
ProVision und dem ProVision<br />
Sequenzer verknüpft werden.<br />
Sollte Sie zur Ausführung der Applikationen<br />
in der Umgebung eines<br />
Drittanbieters bevorzugen, könnten<br />
die in ProVision erstellen und validierten<br />
Test- und Programmieranwendungen<br />
in folgenden Programmen<br />
ausgeführt werden: LabVIEW,<br />
LabWindows, .EXE. C/ C++ (DLL’s),<br />
Visual Basic, .Net, TestStand, ATEasy.<br />
Darüber hinaus ermöglicht die<br />
„Symphony“ Softwarelösungen die<br />
Ausführung auf In-Circuit- (ICT) und<br />
Flying Probe Testern (FPT).<br />
HARDWARE-PRODUKTE<br />
Ihr JTAG/Boundary-Scan-System ist<br />
nur so zuverlässig wie die Schnittstellenhardware,<br />
auf der diese<br />
ausgeführt wird. Unsere JTAG-Controller<br />
und Zusatzmodule bieten<br />
einen hohen Durchsatz und eine<br />
hervorragende Signalintegrität<br />
für einen konsistenten Betrieb in<br />
Produktionsumgebungen. Die<br />
DataBlaster-Controller Familie ist<br />
skalierbar und in allen gängigen<br />
Formaten erhältlich: (c)PCI, PCle,<br />
PXI, USB und Ethernet. Für kostengünstigere,<br />
weniger anspruchsvolle<br />
Anwendungen wählen Sie den<br />
Explorer USB oder den Mixed-Signal<br />
Boundary-Scan I/O-Controller.<br />
Als Erweiterung stehen digital IO<br />
Scan (DIOS) und Mixed-signal IO<br />
Scan (MIOS) Modul zur Verfügung.<br />
Diese ermöglichen die Prüfung von<br />
Bereichen Ihres Designs, die keinen<br />
Boundary-Scan-Zugang haben.<br />
Für weitere<br />
Informationen<br />
besuchen Sie<br />
unsere Website.<br />
Autor<br />
Peter van den Eijnden<br />
Managing Director<br />
www.jtag.com<br />
germany@jtag.com<br />
+49 971 69910-64<br />
Über 25 Jahre<br />
im Herzen der<br />
Elektronik<br />
<br />
Kunden in<br />
mehr als 50<br />
Ländern<br />
Über 10.000<br />
verkaufte<br />
Systeme<br />
Über 2.500<br />
Kunden<br />
Weltweite<br />
Unterstützung<br />
Wir sind überzeugt, dass Boundary-Scan eine überlegene Technologie ist, um<br />
die Test- und Programmierherausforderungen der modernen elektronischen<br />
Baugruppen von heute und morgen zu meistern. Unsere leistungsstarken und<br />
bewährten Lösungen, die während des gesamten Produktlebenszyklus eingesetzt<br />
werden, stärken die Qualität Ihres Produkts, optimieren Ihre Investitionen,<br />
verkürzt das Time-to-Market und hat somit eine Kostenersparnis zur Folge.<br />
www.jtag.com | www.jtaglive.com | germany@jtag.com
Inspektionslösungen<br />
mit IPC-CFX-Standard<br />
Qualitätssicherung<br />
<br />
GÖPEL electronic<br />
www.goepel.com<br />
GÖPEL electronic intensiviert<br />
seine Arbeit an Smart-Factory-<br />
Lösungen und vernetzter Elektronikfertigung.<br />
Die Inspektionssysteme<br />
(AOI-AXI-SPI) wurden<br />
jetzt in die IPC-CFX-2591<br />
Qualified Products List aufgenommen.<br />
IPC-CFX (Connected Factory<br />
Exchange) ist ein IIoT-Technologiestandard<br />
für die Montageindustrie<br />
und Grundlage für Industrie<br />
4.0 und Smart-Digital-Factory-<br />
Lösungen zur Optimierung von<br />
Produktionsprozessen.<br />
Mit IPC-CFX verfügen die elektronischen<br />
Inspektionslösungen<br />
von GÖPEL nun über eine einheitliche<br />
Schnittstelle für die<br />
Erfassung aller Betriebsdaten.<br />
So können die AOI-, AXI- und<br />
SPI-Systeme über IPC-CFX in<br />
Manufacturing Execution Systeme<br />
integriert werden. Konkret<br />
werden die Inspektionssysteme<br />
zur Kontrolle der Lotpaste, der<br />
Lötstellen und der Bauteilbestückung<br />
miteinander vernetzt<br />
und kommunizieren mit anderen<br />
Maschinen in der gesamten<br />
Elektronikfertigungslinie. Nicht<br />
nur die Endqualität der produzierten<br />
elektronischen Baugruppen<br />
selbst wird immer wichtiger,<br />
sondern auch die Qualität der<br />
Fertigungsprozesse wird immer<br />
anspruchsvoller.<br />
IPC-CFX ist eine von der Industrie<br />
entwickelte Plug&Play-<br />
Lösung, die die Maschine-zu-<br />
Maschine-Kommunikation vereinfacht<br />
und standardisiert und<br />
gleichzeitig Machine-to-Business-<br />
und Business- to-Machine-<br />
Anwendungen erleichtert und<br />
damit die Grundlage für die Fabrik<br />
der Zukunft bildet. IPC-CFX wird<br />
von IPC-2591, Connected Factory<br />
Exchange (CFX), unterstützt, die<br />
die Anforderungen an IPC-CFX-<br />
Nachrichten nach Gerätetyp festlegt.<br />
Der erfolgreiche Einsatz von<br />
IPC-CFX in der Fertigung erfordert<br />
das Vertrauen, dass die Geräte von<br />
einer unabhängigen dritten Partei<br />
für IPC-CFX qualifiziert wurden. Die<br />
IPC-CFX-2591 QPL bietet Elektronikherstellern<br />
und OEMs die<br />
Gewissheit, dass die Geräte, die<br />
sie kaufen, ihre IPC-CFX-Implementierungspläne<br />
erfüllen. ◄<br />
Neue Generation software-konfigurierbarer<br />
Messtechnik<br />
SI Scientific Instruments<br />
GmbH<br />
www.si-gmbh.de<br />
Die nächste Generation software-konfigurierbarer<br />
Messtechnik<br />
bietet sowohl mehr Leistung<br />
als auch Flexibilität. Moku:Pro<br />
vereint bis zu neun leistungsstarke<br />
Messinstrumente in nur<br />
einem Gehäuse, u.a. Oszilloskop,<br />
Lock-in-Verstärker, PID-Regler,<br />
Phasenmesser, Signalgenerator,<br />
Datenlogger, Spektrumanalysator.<br />
Dank der jeweils vier Einund<br />
Ausgangsports lassen sich<br />
im Multi-Instrument-Modus auf<br />
derselben Hardware vier Instrumente<br />
gleichzeitig betreiben und<br />
intern vernetzen, um individuelle<br />
Signalverarbeitungsketten zu<br />
erstellen. Moku Cloud Compile<br />
ermöglicht zusätzlich die Programmierung<br />
und Implementierung<br />
eigener DSV-Algorithmen<br />
auf dem FPGA.<br />
Moku:Pro unterstützt Hochgeschwindigkeits-Datenerfassung,<br />
-verarbeitung und -visualisierung,<br />
Signalerzeugung sowie Echtzeit-<br />
Steuerungsanwendungen. Durch<br />
frequenzabhängige Signalmischung<br />
mehrerer ADCs im innovativen<br />
Hybrid-Frontend mit patentierter<br />
Mischtechnologie (5 GSa/s,<br />
10-Bit und 10 MSa/s, 18-Bit) bietet<br />
Moku:Pro außergewöhnlich<br />
niedrige Rauschleistung von 10<br />
Hz bis 600 MHz. ◄<br />
18 1/<strong>2023</strong>
Qualitätssicherung<br />
Digitalmikroskop mit 4K-Ultra-HD-Auflösung<br />
Ein neues Digitalmikroskop mit 4K-Ultra-HD-Bildqualität sorgt für außergewöhnliche Detailgenauigkeit auf<br />
höchstem Niveau.<br />
Vision Engineering präsentiert<br />
sein neues Digitalmikroskop Makrolite<br />
4K für die professionelle digitale<br />
Bilderfassung, Inspektion, Vermessung<br />
und Archivierung. Anwender<br />
verbessern damit ihre Inspektionsleistung<br />
mit der überragenden Klarheit<br />
der 4K-Bildauflösung, die für eine<br />
Vielzahl komplexer und kontrastreicher<br />
Applikationen geeignet ist.<br />
Makrolite 4K ist eine leistungsstarke<br />
Bildgebungslösung, ideal<br />
für anspruchsvolle Prüfroutinen.<br />
Das intuitiv zu bedienende Digitalmikroskop<br />
liefert hochauflösende<br />
Videobilder, die auch fachkundige<br />
Anwender überzeugen. Der große<br />
Dynamikbereich und eine Vergrößerung<br />
bis 330x sorgen für eine konsistente<br />
Bildaufnahme und Weiterverarbeitung<br />
ohne Kompromisse.<br />
Gerade bei der Betrachtung und<br />
Beurteilung von stark reflektierenden<br />
Objekten, wie elektropolierten Oberflächen<br />
oder Lötstellen, sowie von<br />
Objekten, bei denen Details aufgrund<br />
von Schatten oder geringem<br />
Kontrast oft verloren gehen,<br />
wie zum Beispiel schwarzer oder<br />
transparenter Kunststoff und Keramik,<br />
gewährleistet der Wide Dynamic<br />
Range nahezu perfekte Inspektions-<br />
und Aufnahmeresultate.<br />
Fehler und Probleme an Teilen,<br />
Komponenten und Proben, wie fehlende<br />
oder falsch platzierte Bauteile,<br />
Produktions- oder Bearbeitungsfehler,<br />
Präparations- oder Manipulations-Ungereimtheiten<br />
etc. fallen<br />
schnell ins Auge.<br />
Das moderne System ist in<br />
einer Konsolen- oder PC-Variante<br />
erhältlich. Die Version mit Konsolensteuerung<br />
liefert die Live-Bilder<br />
ohne jegliche Verzögerung über<br />
die direkte HDMI-Anbindung zum<br />
Monitor als Standalone-Gerät für<br />
die reine Videoinspektion. Die<br />
PC-Version erweitert das Digitalmikroskop<br />
mit integrierten Bilderfassungs-,<br />
Vermessungs- und<br />
Bildverarbeitungs-Tools als komplettes<br />
Imaging-Werkzeug. Die<br />
volle Kontrolle über Kameraparameter<br />
und eine intuitive Bedieneroberfläche<br />
ermöglichen das konsistente<br />
Arbeiten in der täglichen<br />
Routine. Videokantenerkennung,<br />
eine Sichtfeldkalibrierung und<br />
das leistungsstarke Bildvermessungs-Tool<br />
runden den großen<br />
Funktionsumfang ab.<br />
Unterschiedlichste Stativvarianten<br />
vom einfachen Tischstativ bis<br />
zum weit ausragenden Doppelsäulenständer<br />
komplettieren das<br />
System für den individuellen Einsatzbereich.<br />
Makrolite 4K ist schnell und einfach<br />
zu bedienen und bietet sowohl<br />
Vielseitigkeit als auch hohe Performance.<br />
Weitreichende Anwendungsmöglichkeiten<br />
finden sich in<br />
der Industrie und Life Science einschließlich<br />
Produktion, Labor, F&E,<br />
Qualitätskontrolle, bei der Inspektion,<br />
Mikromontage, Manipulation,<br />
Präparation und mehr. ◄<br />
Vision Engineering, Ltd.<br />
Central Europe<br />
www.visioneng.de<br />
1/<strong>2023</strong><br />
19
Qualitätssicherung<br />
3D-MXI-System<br />
für den universellen Röntgeneinsatz<br />
Die Viscom AG setzt ihre Erfolgsgeschichte im Bereich der manuellen und automatisierten Röntgeninspektion<br />
(3D-MXI) mit einem neuen hochwertigen System fort<br />
Das neue 3D-MXI-System X8011-III gliedert sich in die Designsprache<br />
der neuesten 3D-AXI-Systeme von Viscom ein<br />
Die X8011-III bietet wie die Vorgängerin<br />
X8011-II PCB höchste<br />
Flexibilität bei den Prüfaufgaben,<br />
extrem hohe Auflösungen sowie<br />
eine brillante und sehr detail reiche<br />
Bildqualität.<br />
Das Design der X8011-III<br />
mit dem großen, weiß leuchtenden<br />
„V“ ähnelt bewusst der Außenerscheinung<br />
der iX7059er Systeme,<br />
die Viscom für höchste Anforderungen<br />
in der Inline-Röntgeninspektion<br />
(3D-AXI) entwickelt hat. Damit<br />
spiegelt das komplett überarbeitete<br />
Gehäuse Eigenschaften wider, die<br />
bei den manuellen Röntgensystemen<br />
von Viscom als besonderer<br />
Vorteil bekannt sind. Sie können<br />
genauso wie die Prüftore in der Fertigungslinie<br />
eigenständig vollautomatische<br />
Qualitätskontrollen durchführen.<br />
Umfangreiche Analysefunktionen<br />
und eine intuitive Bedienung<br />
ermöglichen eine schnelle, einfache<br />
und präzise Inspektion und liefern<br />
den Systemnutzern sehr wertvolle<br />
Informationen zur Produktqualität.<br />
3D-AXI und 3D-MXI von Viscom<br />
sind heute insbesondere im Hinblick<br />
auf die Automatiksoftware mehr<br />
als jemals zuvor „aus einem Guss“.<br />
Einfach erlernbar<br />
Die Bedienung der X8011-III ist<br />
einfach erlernbar und besonders<br />
intuitiv. Um z. B. THTs zu prüfen<br />
oder Voids in Flächenlötungen<br />
genauestens zu ermitteln, können<br />
die Analyseparameter schnell und<br />
flexibel im laufenden Betrieb ausgewählt<br />
und angepasst werden.<br />
Die Heat Map gibt am System<br />
oder als Bestandteil eines<br />
automatischen Prüfreports<br />
detaillierten Aufschluss über die<br />
Strahlungsdosis<br />
Zur Erstellung des Prüfplans<br />
für eine automatische Röntgeninspektion<br />
hat man auf dem System<br />
übersichtlich die passenden<br />
Tools zur Hand.<br />
Verhindern etwa Abschattungen<br />
störender Bauteile ein optimales<br />
Bild ergebnis, können zur<br />
besseren Lokalisierung von Fehlern<br />
3D-Rekon struktionen mit Hilfe<br />
der Computertomografie realisiert<br />
Viscom AG<br />
www.viscom.com<br />
Am Verifikationsplatz vVerify von Viscom können zur Prozessoptimierung 3D-MXI-Prüfergebnisse mit denen<br />
aus anderen Prüftoren verglichen werden<br />
20 1/<strong>2023</strong>
Qualitätssicherung<br />
Innovation bei automatisierten Testsystemen<br />
trifft auf ISP-Programmierlösungen<br />
Zeiten. Auch die nahtlose Integration<br />
beider Umgebungen in<br />
Bezug auf Hard- und Software<br />
macht sie zur perfekten Lösung<br />
für Produktionssysteme.<br />
Flash Programming on the Fly<br />
Digitaltest, einer der führenden<br />
Anbieter von elektronischen<br />
Test systemen und Adaptern,<br />
setzt für seine Tests erfolgreich<br />
die FlashRunner-Serie von SMH<br />
Technologies in In-Circuit-Testanwendungen<br />
ein – schon seit vielen<br />
Jahren. Aufgrund seiner Flexibilität,<br />
seiner umfangreichen Bibliothek<br />
und seines benutzerfreundlichen<br />
Software-Wizard eignet es<br />
sich besonders für die Programmierung<br />
von Multi-PCB-Panels<br />
und komplexen Boards.<br />
Der SMH Flashrunner ist seit<br />
langem ein zuverlässiger Bestandteil<br />
der Anwendungen für In- Circuit-<br />
Tests. Neueste Programmiertechnologie<br />
ermöglicht es, mit<br />
Flashrunner 2.0 in Kombination<br />
mit einem In-Circuit-Test bis zu 16<br />
verschiedene Bauteile gleichzeitig<br />
zu programmieren. Dies macht es<br />
ideal für die Programmierung von<br />
Multi-PCB-Panels und komplexen<br />
Boards mit mehreren installierten<br />
Geräten. Eine benutzerfreundliche<br />
Bedienoberfläche ermöglicht<br />
es zudem, in kürzester Zeit<br />
ein produktionsreifes Programm<br />
zu erstellen.<br />
Echter Paralleltest<br />
für Nutzentest<br />
Auch Digitaltest unterstützt<br />
Nutzentest optimal. Durch paralleles<br />
Testen mit unserer Lambda<br />
edition können zwei oder mehr<br />
Baugruppen gleichzeitig getestet<br />
werden. So lassen sich die Taktzeiten<br />
optimieren und die Testzeit<br />
verkürzen. Ein In-Circuit- oder<br />
Funktions-Test wird von zwei oder<br />
mehr unabhängigen Testköpfen<br />
ausgeführt, was die Prüfzeit um<br />
den entsprechenden Faktor reduziert.<br />
Dies gilt für einen Mehrfachnutzen<br />
ebenso wie für mehrere<br />
Einzelprüflinge.<br />
Durch die Kombination der<br />
beiden Technologien, Lambda<br />
edition und Flashrunner 2.0,<br />
können auf Digitaltest-Testsystemen<br />
die Multi-Panel-Boards<br />
völlig unabhängig parallel getestet<br />
und programmiert werden.<br />
Das spart nicht nur Produktionszeit,<br />
sondern auch Warte-,<br />
Inspektions- und Handling-<br />
Flash-Programmierung ist auch<br />
mit dem Condor Flying Probe<br />
von Digitaltest problemlos möglich.<br />
Vier bewegliche Prüfköpfe,<br />
die Flying Probes, können direkt<br />
programmiert und autonom angesteuert<br />
werden. Eine zusätzliche<br />
Adaption von unten ist nicht<br />
mehr notwendig. Dadurch werden<br />
nicht nur die Herstellungskosten<br />
der Adapter eingespart,<br />
auch die damit zwangsläufig<br />
verbundenen Bauzeiten gehören<br />
der Vergangenheit an. Der<br />
FlashRunner 2.0 von SMH Technologies<br />
eignet sich damit ideal<br />
für die Integration in Digitaltest‘s<br />
Condor Flying Probe und bietet<br />
eine weitere Möglichkeit zur Qualitätsverbesserung<br />
bei gleichzeitiger<br />
Zeitersparnis.<br />
Digitaltest GmbH<br />
info@digitaltest.com<br />
www.digitaltest.com<br />
werden. Die hierfür bereitstehenden<br />
Möglichkeiten sind Bestandteil<br />
der Software XVR von Viscom.<br />
Einzelne Schichten des durchstrahlten<br />
Objekts liefern zerstörungsfrei<br />
eine hohe Erkenntnis darüber, ob<br />
ein Fertigungsfehler tatsächlich<br />
vorliegt oder nicht.<br />
Smart vernetzt<br />
Die X8011-III kann mit Inspektionssystemen<br />
von Viscom, die<br />
in die Fertigungslinie integriert<br />
sind, in vielerlei Hinsicht smart<br />
vernetzt werden. Auch in diesem<br />
Zusammen hang zeigt sich also<br />
deutlich die Überschneidung von<br />
MXI- und AXI-Eigenschaften. Prüfdaten<br />
aus der Lotpasteninspektion<br />
(3D-SPI) und den Post-Reflow-Systemen<br />
(3D-AOI und 3D-AXI) lassen<br />
sich an einem Verifikationsplatz<br />
mit den sehr detailreichen<br />
3D-MXI-Ergebnissen vergleichen,<br />
um z. B. die exakte Ursache wiederkehrender<br />
Fehler zu ermitteln.<br />
Das manuelle Röntgensystem liest<br />
den Prüfplan aus der Fertigungslinie<br />
aus, um automatisch nur die<br />
Positionen auf einer Baugruppe<br />
anzufahren, die tatsächlich verifiziert<br />
werden sollen. Damit trägt<br />
das Röntgensystem X8011-III im<br />
Fertigungsprozess als neuer Teamplayer<br />
nachhaltig und ergebnisorientiert<br />
zur Kosten optimierung,<br />
Prozess sicherheit und Steigerung<br />
der Produktqualität bei.<br />
Aufschlussreiche<br />
Dokumentation<br />
Hierzu gehört auch eine rundum<br />
aufschlussreiche Dokumentation.<br />
Wo früher praktisch nur die Röntgenbilder<br />
zur Verfügung standen,<br />
werden heute automatisch professionelle<br />
Reports mit Ergebnis- und<br />
Systemdaten generiert. Ein sehr<br />
praktischer Bestandteil solcher<br />
Berichte ist z. B. die Strahlendosisinformation<br />
(Heat Map). Auf Basis<br />
der Röntgenprüfung bekommt der<br />
Systembediener einen Überblick<br />
zu den entsprechenden Werten<br />
und zusätzlich eine visuelle Darstellung<br />
inklusive Farbskala angezeigt.<br />
Auf dieser Grundlage lassen<br />
sich im Rahmen der Röntgeninspektion<br />
entsprechende Grenzwerte und<br />
Warnstufen einstellen. Damit bietet<br />
die X8011-III die Möglichkeit, strahlensensible<br />
Bauteile gezielt schonend<br />
zu prüfen. ◄<br />
1/<strong>2023</strong><br />
21
Qualitätssicherung<br />
Was leisten AXI-Systeme im Jahr <strong>2023</strong>?<br />
In modernen SMT-Fertigungslinien<br />
werden AXI-Systeme hauptsächlich<br />
zur vollautomatischen<br />
Inspektion verdeckter, für ein AOI-<br />
System nicht sichtbarer, Lötstellen<br />
eingesetzt. „Wird eine nahezu einhundertprozentige<br />
optische Prüfabdeckung<br />
benötigt, kommt man<br />
um den Einsatz eines AOI- und<br />
eines AXI-Gerätes nicht herum“,<br />
so Andreas Türk, Produktmanager<br />
Röntgeninspektion bei GÖPEL<br />
electronic in Jena.<br />
AXI und AOI<br />
Doch was leisten AXI Systeme<br />
im Jahr <strong>2023</strong>? „Ein AXI-System ist<br />
Autoren:<br />
Matthias Müller (links)<br />
Public Relations Manager<br />
Andreas Türk (rechts)<br />
Produktmanager AXI<br />
GÖPEL electronic GmbH<br />
www.goepel.com<br />
Die Prüfprogrammerstellung ist ähnlich zu einem AOI-System. Bei GÖPEL electronic findet die AXI-<br />
Programmerstellung vollständig offline statt. Nach dem CAD-Daten Import werden einmalig die zum<br />
Tuning benötigten Bilddatensätze aufgenommen. Nun kann die weitere Prüfprogrammerstellung<br />
vollständig offline erfolgen<br />
22 1/<strong>2023</strong>
Qualitätssicherung<br />
Links eine 2D-Röntgenaufnahme eines BGAs. Kondensatoren auf der Bottom-Bestückseite reduzieren die<br />
Prüfabdeckung. Im 3D Schichtbild (rechts) sind die Kondensatoren nicht mehr sichtbar. Der BGA selbst kann<br />
in mehreren Schichten bewertet werden<br />
absolut vergleichbar mit einem AOI<br />
System – lediglich die Bilder sind<br />
nicht so schön bunt“, witzelt Türk.<br />
Bei GÖPEL electronic verfügen die<br />
AXI-Systeme im Jahr <strong>2023</strong> über eine<br />
schnelle, scannende Bildaufnahme,<br />
unterstützen durch einen Wizard bei<br />
der Prüfprogrammerstellung, integrieren<br />
sich in die Welt der Industrie<br />
4.0 und überwachen sich dank<br />
digitalem Predictive-Maintenance-<br />
Konzept selbst. Darüber hinaus<br />
sind die Inspektionssysteme untereinander<br />
vernetzt. Wird eine Auffälligkeit<br />
gefunden, werden die Informationen<br />
des SPI-, AOI- und AXI-<br />
Systems gemeinsam am Verifikationsplatz<br />
angezeigt. Dies hilft dabei,<br />
dem Ursprung des Fehlers auf die<br />
Schliche zu kommen.<br />
Bildaufnahmetechnologien<br />
Aktuelle AXI-Systeme durchstrahlen<br />
die Baugruppen nicht<br />
nur senkrecht (sog. 2D) oder aus<br />
einem schrägen Blickwinkel (sog.<br />
2,5D), um die Lötstellen zu inspizieren.<br />
Die 3D-Röntgenprüfung,<br />
also die Inspektion von Lötstellen<br />
in mehreren Schichten, ist<br />
vielmehr eine etablierte Technologie,<br />
ohne die ein Höchstmaß an<br />
Fehlerfindung und Prüfabdeckung<br />
nicht erreicht wird.<br />
Zum Teil ist es die Kombination<br />
aus allen drei Bildaufnahmetechnologien,<br />
die im Mix das beste Prüfergebnis<br />
liefert. Da die 3D-Technologie<br />
aus mehreren schräg aufgenommenen<br />
Bildern ein synthetisches 3D<br />
Bild berechnet (sog. Bildrekonstruktion),<br />
benötigt diese eine längere<br />
Bildaufnahmezeit als die konventionelle<br />
2D- oder 2,5D-Technologie.<br />
3D-Systeme mit Flachbilddetektoren<br />
(sog. Flat-Panel-Detektoren)<br />
kämpfen hier mit den Achsbewegungszeiten,<br />
denn die Zeit zur Stopand-Go-Bewegung<br />
der Achsen ist<br />
deutlich länger als die eigentliche<br />
Bildaufnahmezeit. „Als Faustformel<br />
kann man bei der Verwendung von<br />
acht Schrägbildern für ein 3D-Bildfeld<br />
mit einer Bildaufnahmezeit von<br />
drei bis fünf Sekunden rechnen“,<br />
erklärt Andreas Türk.<br />
Je nach Bildfeldgröße und Anzahl<br />
benötigter 3D-Bildfelder summiert<br />
sich dies auf, und die Bildaufnahmezeit<br />
für ein High-Runner-Produkt<br />
ist dann oftmals zu lang. Dafür hat<br />
GÖPEL electronic sich etwas einfallen<br />
lassen.<br />
Reduktion der Taktzeit<br />
Die AXI-Systemfamilie X Line ·<br />
3D setzt auf Zeilendetektoren, um<br />
die Bildaufnahmezeit gering zu halten.<br />
Mehrere Detektoren nehmen<br />
parallel, direkt in der Bewegung<br />
2D-, 2.5D- und 3D-Röntgenbilder<br />
auf. Dieses Konzept ermöglicht es,<br />
auch größere Bereiche der Leiterplatte<br />
oder komplette Mehrfachnutzen<br />
in 3D prüfen zu können.<br />
Neben der Bildaufnahmezeit<br />
gehen auch die Zeit für das Leiterplatten-Handling,<br />
die Bildverarbeitung<br />
und der optionale MES-<br />
Drei unabhängige Kammern im System ermöglichen, dass<br />
Bildaufnahme und Nachverarbeitung (Rekonstruktion, Messwerte<br />
speichern, MES…) parallel stattfinden. Dies spart Taktzeit<br />
1/<strong>2023</strong><br />
Die Röntgenbildkette des X Line · 3D besteht aus einer wartungsfreien<br />
Micro-Fokus-Röntgenquelle und mehreren Zeilendetektoren. Lediglich<br />
die meist leichte Leiterplatte wird zu Bildaufnahme in X und Y<br />
bewegt. Die Röntgenquelle ist an einer Z-Achse montiert. Das<br />
Zeilendetektorpaket wird nicht bewegt<br />
23
Qualitätssicherung<br />
Zeit ist Geld. Die integrierten Leuchtbalken helfen, Probleme schon aus großer Distanz zu erkennen. Dies hilft, Stillstandszeit zu vermeiden<br />
Export in die Gesamttaktzeit ein.<br />
Aus diesem Grund verfügen die X<br />
Line · 3D Systeme über ein Dreikammern-Prinzip.<br />
Statt nur einer<br />
Leiterplatte, befinden sich im Inline-<br />
Betrieb drei Leiterplatten im System.<br />
Ist die Bildaufnahme der zu<br />
inspizierenden Platine abgeschlossen,<br />
so wird diese sofort aus dem<br />
Abbildung 6: Bereits bei der Erstellung des Prüfprogramms wird in der offline Programmiersoftware PILOT<br />
AXI die Strahlendosis (Kerma Air) in Gray berechnet<br />
Strahlengang heraus in eine weitere<br />
Kammer bewegt. Hier findet<br />
die komplette Nachverarbeitung<br />
statt. Dies reduziert die Gesamttaktzeit<br />
und die Strahlenbelastung<br />
für die Bauelemente.<br />
Intelligentes Leiterplatten-<br />
Handling<br />
Im Laufe der Jahre sind die Systeme<br />
auch bezüglich Leiterplatten-<br />
Handling smarter geworden. Die<br />
vom AXI zu prüfenden Leiterplatten<br />
variieren u.a. in Größe, Gewicht<br />
und Reibwert. In der Vergangenheit<br />
wurde dies nicht berücksichtigt<br />
und stets mit der gleichen Bandgeschwindigkeit<br />
transportiert. Das kann<br />
wertvolle Taktzeit kosten.<br />
Aus diesem Grund lernt der Bandtransport<br />
des X Line · 3D mittels<br />
intelliFLOW die optimale Bandgeschwindigkeit<br />
selbstständig. Nach<br />
einem automatisierten Anlernvorgang<br />
speichert die Maschine die<br />
optimalen Transportparameter prüfprogrammspezifisch<br />
ab.<br />
24 1/<strong>2023</strong>
Qualitätssicherung<br />
Digitale Wartungskonzepte<br />
Systemausfallzeiten für Wartungsarbeiten<br />
sind oft problematisch.<br />
Eine Service&Wartungs-<br />
App erstellt daher vorausschauend<br />
nutzungsbasierte Wartungspläne<br />
und überwacht das Gerät (Preventive/Predictive<br />
Maintenance). Eine<br />
Selbstdiagnose mit vorausschauendem<br />
und vorbeugendem Wartungs-Management<br />
sorgt für stabile<br />
Maschine zustände und wiederholbare,<br />
konstante Leistung.<br />
Jede Schlüsselkomponente der<br />
Maschine wird überwacht und<br />
eine detaillierte Wartungsübersicht<br />
erstellt. Ein präventiver Wartungsplan<br />
reduziert Maschinenstillstandszeiten<br />
und damit auch Kosten.<br />
Praktisch muss nicht länger nach<br />
zeitlich festgelegten Wartungszyklen<br />
gearbeitet werden. Stattdessen<br />
werden nutzungsbezogene<br />
Werte wie bspw. zurückgelegte<br />
Achskilometer, getätigte<br />
Pneumatikhübe und Strahlstunden<br />
der Röntgenquelle überwacht.<br />
Diese Werte sind mit einer Warnund<br />
Service-Schwelle versehen.<br />
Wird die Warnschwelle überschritten,<br />
kann eine vorbeugende Wartung<br />
geplant werden.<br />
Die App ermöglicht die gleichzeitige<br />
Überwachung mehrerer<br />
Maschinen auf einen Blick. Somit<br />
werden Wartungen besser planbar,<br />
Ausfallzeiten reduzieren sich.<br />
Erweiterte Mensch-Maschine-<br />
Interaktion<br />
Auch der Mensch wird im Jahre<br />
<strong>2023</strong> nicht außer Acht gelassen –<br />
dies zeigt das erweiterte Mensch-<br />
Maschine-Konzept. Es besteht aus<br />
Leuchtbalken, die in das Außendesign<br />
integriert sind. Sie befinden<br />
sich in den Ecken der Außenverkleidung<br />
und zeigen dem Bedienpersonal<br />
auch auf weite Entfernung<br />
diverse Systemstatus an. Dies hilft,<br />
schnell zu reagieren, um einen Linienstillstand<br />
zu vermeiden.<br />
Angezeigt werden beispielsweise<br />
statische Farben für die<br />
Grundbetriebsarten: Maschine<br />
prüft, Maschine wartet, Maschine<br />
hat einen Fehler oder befindet sich<br />
im Service-Modus.<br />
Im Falle eines Fehlers wird<br />
zudem nach linker und rechter<br />
Maschinenseite unterschieden.<br />
Gab es ein Problem beim Leiterplatteneinlauf<br />
auf der linken Seite,<br />
so leuchtet diese rot auf. Auch ein<br />
1/<strong>2023</strong><br />
Materialmangel am Einlauf oder ein<br />
Leiterplattenstau am Auslauf wird<br />
farblich signalisiert.<br />
Neben den statischen Farben<br />
sind gewisse Funktionen auch mit<br />
Animationen versehen. So wird das<br />
Warm-up der Röntgenquelle über<br />
einen Fortschrittsbalken visualisiert.<br />
Auch eine Ergebnisstatistik<br />
der bspw. zehn letzten geprüften<br />
Baugruppen kann optional angezeigt<br />
werden.<br />
Strahlenbelastung für Bauteile<br />
wichtiger denn je<br />
Die Reduktion der Strahlenbelastung<br />
für Bauelemente wird immer<br />
bedeutender. Das System X Line ·<br />
3D versucht durch mehrere Maßnahmen,<br />
die Strahlendosis gering<br />
zu halten. Zum einen werden die<br />
niederenergetischen Strahlenanteile,<br />
die nicht unmittelbar zur Bildgebung<br />
beitragen, über geeignete<br />
Filter vor der Röntgenquelle reduziert.<br />
Zum anderen wird die Baugruppe<br />
direkt nach Bildaufnahme<br />
aus dem Strahlengang auf ein<br />
weiteres Bandmodul transportiert,<br />
um eine unnötige Bestrahlung<br />
zu vermeiden. Zudem wird<br />
durch das schnelle, scannende<br />
Bildaufnahmeverfahren mit sehr<br />
kurzen Belichtungszeiten die Verweildauer<br />
des Prüflings im Strahlengang<br />
minimiert. Somit reduziert<br />
sich die Strahlendosis für die Bauelemente<br />
noch weiter.<br />
Zur Berechnung der Strahlendosis<br />
verfügt die Offline-Programmiersoftware<br />
PILOT AXI über ein integriertes<br />
Berechnungstool.<br />
Kombinierte SPI-, AOI- und AXI-Fehlerdarstellung einer mageren<br />
Lötstelle. Links: Übersichtsbild der Leiterplatte mit Markierung<br />
der Fehlerposition per Fadenkreuz. Mitte: SPI/AOI/AXI-Bild des<br />
fehlerhaften Bauteils. Rechts: SPI/AOI/AXI-Detailbild der einzelnen<br />
Lötstelle inkl. Gut-Vergleichsbild, zusätzlich AXI/AOI-Fehlerbild in<br />
verschiedenen Schrägansichten<br />
Gemeinsame Fehlerdarstellung<br />
Prüfergebnisse und Messwerte<br />
des AXI werden in einer zentralen<br />
Datenbank abgelegt und können<br />
zur Klassifizierung des Fehlers<br />
durch den Menschen sowie<br />
zur Optimierung des gesamten<br />
Prozesses verwendet werden.<br />
Herzstück der zentralen Datenhaltung<br />
ist die PILOT Connect<br />
Software von GÖPEL electronic.<br />
Hier fließen Ergebnisdaten<br />
von SPI, AOI und AXI zusammen<br />
und können gemeinsam am Verifikationsplatz<br />
PILOT Verify dargestellt<br />
werden. Nicht nur GÖPELeigene<br />
Inspektionssysteme, sondern<br />
auch Geräte von Fremdherstellen<br />
können angebunden werden.<br />
Durch die gemeinsame Fehlerdarstellung<br />
wird die Beurteilung<br />
der automatisch detektierten<br />
Auffälligkeit deutlich erleichtert.<br />
MES-Anbindungen die GÖPEL<br />
electronic AXI-Systeme werden<br />
durch ein eigenes Softwareteam<br />
innerhalb der Lieferzeit<br />
implementiert.<br />
Fazit<br />
Seitdem die ersten manuellen<br />
und automatischen Röntgensysteme<br />
in den Elektronikfertigungen<br />
Einzug hielten, gab es<br />
enorme technologische Sprünge.<br />
Parallel zur immer stärkeren Leistungsfähigkeit<br />
der Systeme wurden<br />
die Elektronikprüflinge stetig<br />
miniaturisiert und mit bewährten<br />
Mitteln schwieriger zu prüfen. Hinzukommend<br />
ist mit hohen Durchsätzen<br />
und immer eng getakteten<br />
Produktionsprozessen ein straffer<br />
Rahmen gesetzt. Röntgensysteme<br />
wie das X Line · 3D von GÖPEL<br />
electronic sind spezifisch an diese<br />
Bedingungen angepasst und werden<br />
auch zukünftig eine große,<br />
wenn nicht sogar signifikant wichtige<br />
Rolle im Bereich der Baugruppenprüfung<br />
spielen. ◄<br />
25
Qualitätssicherung<br />
Elektronische DC-Hochleistungslast<br />
Die Geräte der ITECH-IT8400-<br />
Serie sind elektronische DC-Hochleistungslasten.<br />
Sie sind wahlweise<br />
mit einer Spannung von 600 oder<br />
1200 V erhältlich und unterstützen<br />
Master-Slave-Parallelschaltungen<br />
mit Leistungen von 6 bis 600 kW<br />
(eine Ladung der doppelten Leistung<br />
ist möglich). Die DC-Lasten<br />
der IT8400-Serie verfügen über<br />
drei Stromrücklesebereiche mit<br />
einer Auflösung von 40 µA, sie<br />
haben eine sehr schnelle Schleifenreaktion,<br />
unterstützen bis zu<br />
acht Arbeitsmodi und lassen sich<br />
in ihrer Stromanstiegs- bzw. Stromabfallgeschwindigkeit<br />
einstellen.<br />
Nicht zuletzt machen umfassende<br />
Schutzfunktionen die Geräte der<br />
IT8400-Serie zur idealen Lösung<br />
für die Prüfung von Brennstoffzellen,<br />
Leistungsbatterien, DC-Ladesäulen,<br />
BOC, Leistungselektronik,<br />
Solaranlagen, Hochspannungskomponenten<br />
in Kraftfahrzeugen,<br />
DC-DC, Motoren etc.<br />
Die elektronischen DC-Lasten<br />
der ITECH-IT8400-Serie sind<br />
Hochleistungsgeräte für die Prüfung<br />
von Komponenten aus den<br />
Bereichen Automobilelektronik,<br />
Elektrofahrzeuge, Batterie, Halbleiter/ICs.<br />
Die Geräte arbeiten hochpräzise<br />
und messen in drei Strombereichen<br />
von 1,5 bis 15.000 A).<br />
Die Eingangsüberleistung<br />
und die Ladezeit hängen von der<br />
Temperatur der elektronischen Last<br />
ab. Unter 30 °C unterstützen die<br />
Geräte das Laden mit doppelter Leistung<br />
innerhalb von 3 s und eignen<br />
sich damit für sofortige Entladetests<br />
von Motoren und Batterien mit hoher<br />
Leistung (so kann beispielsweise der<br />
Start eines Gleichstrommotors, die<br />
transiente Überlast einiger Stromversorgungen<br />
oder auch die sofortige<br />
Entladung einer Hochleistungsbatterie<br />
oder Brennstoffzelle simuliert<br />
werden).<br />
Die DC-Hochleistungslasten<br />
IT8400<br />
unterstützen den programmierbaren<br />
dynamischen Belastungsmodus<br />
mit 25 kHz und die minimale<br />
Stromanstiegs- und -abfallzeit<br />
beträgt 15 µs. Die dynamische<br />
Prüfung ist ein notwendiger Test für<br />
Netzteile und mit der schrittweisen<br />
Änderung des Laststroms lässt sich<br />
sicherstellen, dass das Netzteil stabil<br />
arbeitet. Die Geräte IT8400 eignen<br />
sich gut für die Prüfung des Einschwingverhaltens<br />
von Schaltnetzteilen<br />
und für die dynamische Entladeprüfung<br />
von Batterien, da sie<br />
eine kontinuierliche Änderung des<br />
Laststroms und damit eine minimale<br />
Verzerrung der Stromwellenform<br />
ermöglichen. Die Serie<br />
IT8400 bietet acht verschiedene<br />
Arbeitsmodi wie (CC, CV, CR, CP,<br />
CV+CC, CV+CR, CR+CC, CP+CC).<br />
Der CP-Modus wird häufig für den<br />
USV-Batterietest verwendet und<br />
simuliert die Stromänderung bei<br />
abnehmender Batteriespannung.<br />
Er kann auch verwendet werden,<br />
um die Eigenschaften der Eingänge<br />
von DC-DC-Wandlern und Wechselrichtern<br />
zu simulieren. Der CV+CC-<br />
Modus lässt sich auf die Lastsimulationsbatterie<br />
anwenden, um die<br />
Ladestation oder das Autoladegerät<br />
zu testen. Der CR+CC-Modus<br />
wird häufig zur Prüfung der Spannungsbegrenzung,<br />
der Strombegrenzungseigenschaften,<br />
der Konstantspannungsgenauigkeit<br />
und der Konstantstromgenauigkeit<br />
von Onboard-<br />
Ladegeräten verwendet.<br />
Die Geräte der IT8400-Serie sind<br />
vollständig geschützt:<br />
OVP, UVP, OCP, OPP, OTP,<br />
Stromschwingungsschutz, Strombegrenzung,<br />
Leistungsbegrenzung,<br />
Rückwärtsalarm usw. Sie sind mit<br />
einer Speicherfunktion zur Speicherung<br />
der Abschaltung, Aufzeichnung<br />
von bis zu 100 Gruppen von<br />
Daten ausgestattet und verfügen<br />
über integrierte CAN-LAN/Ethernet-,<br />
GPIB-, USB-, RS232- und<br />
Analog-Schnittstellen.<br />
Meilhaus Electronic GmbH<br />
www.meilhaus.com<br />
Kosteneffiziente Wafer-Tests mit hohem Durchsatz<br />
Keysight Technologies hat das neue parallele<br />
parametrische Testsystem Keysight<br />
P9002A vorgestellt, das kosteneffiziente<br />
Wafertests mit hohem Durchsatz ermöglicht,<br />
um die Markteinführung in Forschung und Entwicklung<br />
zu beschleunigen und die Testkosten<br />
in der Fertigung zu senken.<br />
Die weltweite Halbleiterknappheit hat zu<br />
einer steigenden Nachfrage nach Halbleitern<br />
in der Automobilindustrie sowie bei digitalen<br />
Geräten und Haushaltsgeräten geführt. Um<br />
dieser Herausforderung zu begegnen und den<br />
Herstellern eine schnelle Kapazitätserweiterung<br />
zu ermöglichen, hat Keysight das neue<br />
parallele parametrische Testsystem P9002A<br />
entwickelt, das einen kosteneffizienten Wafertest<br />
mit hohem Durchsatz sowie eine flexible<br />
Optionsstruktur für bis zu 100 Kanäle paralleler<br />
Testressourcen bietet, einschließlich der für<br />
parametrische Tests an jeder Testressource<br />
erforderlichen Testfunktionen. Die P9000-<br />
Serie von Keysight bietet Software-Kompatibilität<br />
mit der SPECS-Software der parametrischen<br />
Tester der Serie 4080, so dass<br />
Kunden ihre bestehenden Testprogramme<br />
und Testpläne mit Datenkorrelationen nutzen<br />
können.<br />
Das P9002A bietet die folgenden wichtigen<br />
Kundenvorteile:<br />
• Möglichkeit, je nach Testanforderungen Optionen<br />
hinzuzufügen, mit einer Lizenzstruktur<br />
für eine kosteneffektive Budgetierung<br />
• einzigartige parametrische Testtechnologien<br />
und schnelle Kapazitätsmessungen<br />
für höheren Durchsatz als bei den parametrischen<br />
Testern der Serie 4080<br />
• Systemkompatibilität und Datenkorrelation<br />
ermöglichen den Anwendern, ihre vorhandenen<br />
Testerprogramme, Testpläne und Tastkopfkarten<br />
mit 4080-kompatiblen Tastkopfkarten-Adaptern<br />
zu verwenden<br />
Keysight Technologies<br />
www.keysight.com
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ESD Produkte<br />
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Handgelenkbänder an einem ESD Arbeitsplatz,<br />
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ESD Personenausrüstungen<br />
ESD Fußboden & Lager Systeme<br />
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Ionisationssysteme<br />
Messgeräte & Zubehör<br />
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und Ausrüstungen“ + „ESD Messungen“<br />
am 14. + 15. März <strong>2023</strong><br />
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Sitze, Rücken- und Armlehnen<br />
sowie umfangreiche Funktionen<br />
für die individuelle Anpassung an<br />
die unterschiedlichen körperlichen<br />
Voraussetzungen gelegt.<br />
Kunden haben die Wahl zwischen<br />
einer Vielzahl an Sitzmöglichkeiten<br />
vom Arbeitsplatzdrehstuhl<br />
mit bandscheibenfreundlicher<br />
Sitzfläche über Hochstühle<br />
und Aktiv-Stehhilfen bis hin zu<br />
Drehhockern mit z.B. Sattelsitz<br />
oder gefederter 3D-Wippfunktion<br />
für eine gesunde Körperhaltung<br />
und aktives rückenentlastendes<br />
Sitzen.<br />
Die DPV Elektronik-Service<br />
GmbH setzt auf ihre Hausmarke<br />
EPAchair und fokussiert sich bei der<br />
Eigenproduktion von ESD-Arbeitsstühlen<br />
auf Ergonomie und gutes<br />
Preis/Leistungs-Verhältnis.<br />
Die Marke EPAchair<br />
Um den wachsenden Anforderungen<br />
an ESD-sichere Arbeitsplätze<br />
in der Elektronikindustrie gerecht zu<br />
werden, holte sich die DPV Elektronik-Service<br />
GmbH 2019 die Produktion<br />
von hochwertigen ESD-Drehstühlen<br />
ins eigene Haus. Hier werden<br />
ESD-Drehstühle, Hocker und Stehhilfen<br />
nach den neuesten Erkenntnissen<br />
und den eigenen hohen Qualitätsansprüchen<br />
ständig weiterentwickelt<br />
und im neuen Werk 2 in Eppingen,<br />
Tiefental, hergestellt.<br />
Zuverlässige ESD-Sicherheit<br />
Alle Modelle sind nicht nur gemäß<br />
IEC (DIN EN) 61340-5-1 ESD-konform,<br />
sondern mit EPAchair brachte<br />
DPV eigene ESD-Drehstühle auf<br />
den Markt, die mit ableitfähigen<br />
Rücken- und Sitzschalen ausgestattet<br />
sind, womit die ESD-Sicherheit<br />
am Arbeitsplatz signifikant verbessert<br />
werden kann.<br />
Dies ist jedoch nur einer der<br />
Gründe, weshalb sich die Marke<br />
EPAchair ständig wachsender<br />
Nachfrage erfreut und in kürzester<br />
Zeit auf dem Markt etabliert<br />
war.<br />
Ergonomie und aktives Sitzen<br />
Ein wichtiger Bestandteil des<br />
Qualitätsanspruchs bei DPV ist<br />
gesundes Sitzen. Von Anfang an<br />
wurde bei der Produktentwicklung<br />
großer Wert auf ergonomische<br />
Breite Produktpalette<br />
übersichtlich präsentiert<br />
Eine große Auswahl an Modellen,<br />
Optionen, Polstern und Bezügen<br />
ermöglicht die optimale Einbindung<br />
der EPAchair-Drehstühle,<br />
Hocker und Stehhilfen in die jeweilige<br />
ESD-geschützte Arbeitsumgebung.<br />
Um seinen Kunden bei der<br />
wachsenden Zahl von Ausführungen<br />
und Zubehör die Auswahl<br />
zu erleichtern, hat DPV neben seinem<br />
neuen Gesamtkatalog auch<br />
eine erweiterte EPAchair-Broschüre<br />
aufgelegt. In dieser werden<br />
über zwanzig Modelle mit insgesamt<br />
mehr als 50 Polsterausführungen<br />
in einer komfortablen<br />
Auswahlmatrix vorgestellt und<br />
sämtliche Funktionen, Materialien<br />
und Zubehör ausführlich<br />
beschrieben. ◄<br />
DPV Elektronik-Service GmbH<br />
www.dpv-elektronik.de<br />
28 1/<strong>2023</strong>
Produktionsausstattung<br />
Absaug- und Filtertechnik<br />
zur Emissionsreduzierung<br />
IHR SYSTEMLIEFERANT FÜR<br />
DIE ELEKTRONIK-FERTIGUNG<br />
Personenerdungs-<br />
Kontrollsystem<br />
Komplettlösung für eine sichere<br />
Personenerdungskontrolle in ESD-<br />
Schutzzonen mit normgerechter<br />
Messung und Dokumentation der<br />
Daten nach IEC (DIN EN) 61340-5-1<br />
und ANSI ESD S20.20.<br />
Auf der Fachmesse SMTconnect stellte die<br />
ULT AG Lösungen zur Luftreinhaltung in der<br />
Elektronikfertigung aus- und vor. Dabei wurden<br />
die positiven Effekte nachhaltiger Absaug- und<br />
Filtertechnik auf Prozessketten, Produkt- und<br />
Fertigungsqualität sowie Mitarbeitergesundheit<br />
demonstriert.<br />
Emissionen wie Lötrauch, Laserrauch, Dämpfe,<br />
Gase oder Gerüche entstehen an verschiedensten<br />
Stellen im Fertigungsprozess elektronischer<br />
Baugruppen. Diese gilt es auch im<br />
Rahmen gesetzlicher Vorgaben zu beseitigen.<br />
Die ULT AG bietet mobile und stationäre<br />
Absaug- und Filteranlagen, die an Handarbeitsplätzen<br />
zur Einzelbestückung von Musterboards<br />
und Kleinstserien sowie zur Reparatur,<br />
aber auch zur Integration in Fertigungslinien<br />
bzw. Bearbeitungssysteme beim Lasern, Löten,<br />
Lackieren, Gießen, Beschichten, Kleben, Bonden<br />
etc. ihren Einsatz finden.<br />
Besucher des Messestandes der ULT konnten<br />
sich zudem über die hohe Flexibilität und Variabilität<br />
beim Einsatz der Absauganlagen informieren<br />
und konkrete Rückschlüsse zu eigenen<br />
potenziellen Einsatzszenarien sowie Beschaffungs-<br />
und Betriebskosteneinsparungen erhalten.<br />
Auch das Thema der Schadstofferfassung<br />
spielt eine wichtige Rolle. Denn nur der optimale<br />
Einsatz von Absaugarmen und Erfassungselementen<br />
garantiert eine bestmögliche Filtration<br />
aller Schadstoffe und somit einen hohen Wirkungsgrad<br />
der Absauganlagen.<br />
Weiterhin wurden die Themen Prozess- und<br />
Geräte-Sicherheit und kundenspezifische Anlagen-Auslegung<br />
sowie umfangreiche Service-<br />
Optionen am Stand der ULT AG dargestellt.<br />
ULT AG<br />
ult@ult.de<br />
www.ult.de<br />
1/<strong>2023</strong> 29<br />
• Keine Clientsoftware nötig<br />
• Umfangreiche Messmöglichkeiten<br />
mit kurzer Prüfzeit<br />
• Standortübergreifende<br />
Vernetzung möglich<br />
• Automatisierbarer Datenaustausch<br />
mit gängigen Programmen<br />
• Einfache Updates und Wartung<br />
der Software über EPApro®-Portal<br />
www.dpv-elektronik.de/EPApro<br />
DPV Elektronik-Service GmbH<br />
Systeme für die Elektronik-Fertigung<br />
Herrengrundstr. 1 | 75031 Eppingen | Germany<br />
Tel: +49 (0)7262 9163-0 | Fax: +49 (0)7262 9163-90<br />
info@dpv-elektronik.de | www.dpv-elektronik.de
Produktion<br />
1. Hauptpreis erhalten –<br />
Evosys mit dem Innovationspreis Bayern geehrt<br />
Nach der Preisverleihung (von links): Dr. Ulrike Wolf (Ministerialdirektorin im Bayerischen Wirtschaftsministerium),<br />
Franz Xaver Peteranderl (Präsident der Arbeitsgemeinschaft der bayerischen Handwerkskammern),<br />
Lea Sauerwein, Dr. rer. nat. Elfriede Eberl (IHK Mittelfranken), EVOSYS Geschäftsführer Frank<br />
Brunnecker, Dr.-Ing. Robert Schmidt (IHK Mittelfranken), Prof. Klaus Josef Lutz (Präsident des Bayerischen<br />
Industrie- und Handelskammertages)<br />
Evosys Laser GmbH<br />
info@evosys-laser.com<br />
www.evosys-group.com<br />
Die Evosys Laser GmbH aus<br />
Erlangen ist Träger des ersten<br />
Hauptpreises des diesjährigen<br />
Bayerischen Innovationspreises.<br />
Die Auszeichnung wird alle zwei<br />
Jahre vom Bayerischen Staatsministerium<br />
für Wirtschaft, Landesentwicklung<br />
und Energie,<br />
des Bayerischen Industrie- und<br />
Handelskammertags sowie der<br />
Arbeitsgemeinschaft der bayerischen<br />
Handwerkskammern vergeben.<br />
Überzeugt hat die Jury das<br />
innovative und patentierte AQW-<br />
Verfahren.<br />
Das Erlanger Unternehmen entwickelt<br />
und fertigt Laserschweißanlagen<br />
für die Bearbeitung von Kunststoffen.<br />
Eingesetzt werden diese<br />
z.B. in der Automotive-, Medizintechnik-<br />
oder Consumerprodukt-<br />
Industrie. Das Laserschweißen von<br />
Kunststoffen ist ein etabliertes und<br />
weit verbreitetes Fertigungsverfahren.<br />
Es wird vor allem wegen seiner<br />
Zuverlässigkeit, Sauberkeit und<br />
Wirtschaftlichkeit geschätzt.<br />
Nun wurde an Evosys der Innovationspreis<br />
Bayern verliehen, und<br />
zwar in der Kategorie 1. Hauptpreis.<br />
Ziel des Preises ist es, besonders<br />
erfolgreiche Innovationen bayerischer<br />
Unternehmen zu würdigen.<br />
Unter knapp 200 hochkarätigen<br />
Innovationen befand die Jury<br />
besonders das patentierte AQW-<br />
Laserschweißverfahren der Evosys<br />
Laser GmbH als preiswürdig.<br />
Die neue Variante des Laserschweißens<br />
von Kunststoffen kombiniert<br />
zwei Laserstrahlquellen und<br />
Wellenlängen. „Dieser Ansatz zielt<br />
insbesondere darauf ab, beim Quasisimultanschweißen<br />
die Schweißzeiten<br />
signifikant zu reduzieren<br />
und das Prozessfenster zu erweitern.“<br />
erklärt Lea Sauerwein, verantwortliche<br />
Entwicklungsingenieurin<br />
bei Evosys. Durch die Verwendung<br />
von zwei verschiedenen<br />
Wellenlängen kann die Einbringung<br />
von Strahlungs energie und Wärme<br />
besser kontrolliert werden. Dies ermöglicht<br />
einen zuverlässigeren und<br />
schnelleren Schweißvorgang.<br />
Die Preisverleihung fand am 21.<br />
November 2022 in der Industrieund<br />
Handelskammer Schwaben<br />
in Augsburg statt. Der Bayerische<br />
Wirtschaftsminister Hubert Aiwanger<br />
gratulierte den Gewinnern persönlich<br />
und zeichnete sie mit dem<br />
begehrten Preis aus.<br />
„Wir betrachten den Innovationspreis<br />
Bayern als große Anerkennung<br />
für unsere Anstrengungen in<br />
Forschung und Entwicklung, insbesondere<br />
unter den herausfordernden<br />
Rahmenbedingungen der letzten<br />
Jahre“, freuen sich Frank Brunnecker<br />
und Holger Aldebert, Geschäftsführer<br />
der Evosys Laser GmbH. ◄<br />
Hochpräzise Lasersysteme<br />
für die Mikromontage<br />
und zum Feinschneiden<br />
Auch komplexe Geometrien<br />
bewältigen die vielseitigen Laseranlagen<br />
der Versa-Serie: mit bis<br />
zu 6 Freiheitsgraden und Bewegungsachsen<br />
mit Linearmotor, langen<br />
Verstellwegen und Encodern<br />
zur Positionsauslese mit einer Auflösung<br />
im Submikro meterbereich.<br />
30 1/<strong>2023</strong>
Produktion<br />
Neues Selektivlötsystem erhöht Durchsatz und Flexibilität<br />
• Verbesserte Betriebskosten:<br />
Das platzsparende System<br />
ist bis zu viermal kürzer als<br />
typische Selektivlötanlagen,<br />
was zu einer Reduzierung der<br />
Stellfläche um 60% führt.<br />
• Intelligente Prozesse: Prozesse<br />
werden automatisch<br />
abgeglichen, um die Flexibilität<br />
bei Flussmitteln und Lötungen<br />
zu erhöhen, wodurch der Durchsatz<br />
gesteigert und gleichzeitig<br />
die Rückverfolgbarkeit gewährleistet<br />
wird.<br />
Nordson Electronics Solutions<br />
führte das neue SELECT-Synchro-Selektivlötsystem<br />
ein, um<br />
den Durchsatz und die Flexibilität<br />
zu erhöhen und gleichzeitig den<br />
Platzbedarf und die Betriebs kosten<br />
zu reduzieren.<br />
Nordson Electronics Solutions<br />
www.nordson.com/electronics<br />
Durch die synchrone Bewegung<br />
steigert das SELECT-Synchro-System<br />
den Durchsatz für die meisten<br />
Anwendungen um 20 bis 40% bei<br />
einer um 60% kleineren Stellfläche.<br />
Es eignet sich daher besonders für<br />
hochvolumige Leiterplattenbestückungs-Anwendungen.<br />
SELECT Synchro ist ein zum Patent<br />
angemeldetes Selektivlötsystem mit<br />
mehreren Stationen, das eine einzigartige,<br />
synchrone Bewegung nutzt<br />
und kann bestehende Selektivlötverfahren<br />
ersetzen, um die Ausbeute zu<br />
verbessern und Platz für viele Durchsteck-<br />
und SMT-Lötanwendungen mit<br />
gemischter Technologie zu sparen.<br />
Darüber hinaus kann das Synchro-<br />
System Elektronikherstellern helfen,<br />
sich vom Wellenlöten zu lösen, da es<br />
im Vergleich zu typischen Selektivlötlösungen<br />
schneller, flexibler und<br />
effizienter arbeitet.<br />
Die wichtigsten Vorteile von<br />
SELECT Synchro:<br />
• Erhöhter Durchsatz: Das System<br />
eliminiert die Transportzeit<br />
der Leiterplatte um bis zu 25%<br />
und bietet gleichzeitig eine hervorragende<br />
Lötstellenzuverlässigkeit,<br />
wodurch sich der Durchsatz<br />
bei den meisten Anwendungen<br />
um 20 bis 40% erhöht.<br />
• Flexibilität: Konfigurierbar<br />
mit fünf Löttöpfen zur Anpassung<br />
an die Fertigungsanforderungen<br />
für verschiedene Legierungen<br />
und verschiedene oder<br />
einzelne Düsen. Verarbeitet<br />
lange Leiterplatten mit einer<br />
Breite von bis zu 460 mm und<br />
einer Länge von 2500 mm im<br />
Standardmodell und Leiterplatten<br />
mit einer Größe von bis zu<br />
680 x 2500 mm im Synchro<br />
XL-Modell.<br />
• Verbesserte Qualität: Verbesserte<br />
Prozesssteuerungen<br />
sind verfügbar für die Kontrolle<br />
der Wellenhöhe und<br />
die automatische Anpassung,<br />
die Steuerung des Fluxprozesses,<br />
die Prozesskamera<br />
zur Beobachtung der Düsen<br />
und die Kontrolle des Plattenverzugs.<br />
Wie es funktioniert<br />
Als zusätzliche Option lässt<br />
sich der Laserstahl mittels eine<br />
XY-Scanners in einem Feld von<br />
100 x 100 innerhalb weniger Millisekunden<br />
ablenken.<br />
Moderne Faserlaser bieten bis<br />
zu 500 W Dauerstrichleistung und<br />
erzeugen Schweißnähte bis hinab<br />
zu 20 µm Breite. Im Pulsbetrieb bieten<br />
solche Laser hohe Spitzenleistungen,<br />
die sich zum Feinschneiden<br />
eignen. Diodenlasermodule<br />
erzeugen die notwendige Leistung<br />
zum selektiven Laserlöten, während<br />
konventionelle lampengepumpte<br />
Nd:YAG-Laser mit mehreren<br />
Abgängen für verzugsarme Punktschweißungen<br />
zum Einsatz kommen.<br />
Die automatisierte Bildverarbeitung<br />
nutzt die Bilddateien<br />
der Prozessoptiken und externer<br />
Kameras für die Bewegungssteuerung,<br />
beispielsweise für die<br />
Nahtverfolgung und die Erkennung<br />
schwieriger Formen, wie<br />
Rotorblätter. Bauteilspezifische<br />
Software-Algorithmen reduzieren<br />
die Verarbeitungszeit auf<br />
ein Minimum.<br />
Die Anlagen arbeiten als<br />
Einzelplatz oder lassen sich in Produktionslinien<br />
integrieren. Werkstückträger<br />
für die Einzel- und<br />
Mehrfachbestückung, Roboter, Förderbänder<br />
und Feeder stellen die<br />
Bauteile zur Verfügung und erlauben<br />
den Austausch mit anderen<br />
Stationen in der Produktionslinie.<br />
nanosystec GmbH<br />
www.nanosystec.com<br />
Im innovativen SELECT-<br />
Synchro- System wird eine Leiterplatte<br />
mit konstanter Geschwindigkeit<br />
durch die Prozessschritte<br />
Fluxen, Vorheizen und Löten gezogen.<br />
Die Flussmittel- und L ötmittelapplikatoren<br />
sind so programmiert,<br />
dass sie die Leiterplatten<br />
auf ihrem Weg durch die<br />
Anlage verfolgen und behandeln,<br />
um ein Selektivlöten mit synchroner<br />
Bewegung zu ermöglichen. Mehrere<br />
Löttöpfe und verschiedene<br />
Düsengrößen stehen zur Verfügung,<br />
um Flexibilität bei den Lotmengen,<br />
Lot legierungen und Plattendesigns<br />
zu gewährleisten. ◄<br />
1/<strong>2023</strong><br />
31
Produktion<br />
Effiziente Überwachung<br />
von Versorgungs- und Betriebseinrichtungen<br />
UNITRO-Fleischmann-<br />
Störmeldesysteme<br />
www.unitro.de<br />
Um insbesondere Versorgungs- und Betriebseinrichtungen<br />
effizient zu überwachen, wurde das innovative<br />
Windows Annunciator WA-Meldesystemen von<br />
UNITRO entwickelt. Es ist mit drei verschiedenen<br />
Fronteinbaugehäusen und als 19-Zoll-Rack-System<br />
verfügbar. Gemeinsam sind allen Typen die Versorgungs-<br />
und Meldespannung von 24...230 V AC/DC, die<br />
großflächigen 5-Farben-LED-Leuchtfelder: rot/grün/<br />
gelb/blau/weiß und die Fähigkeit, über den mini USB<br />
Port parametrierbar zu sein sowie alle Meldefunktionen<br />
nach DIN 19235 und US/ISA-18.1.<br />
Das CWA16 ist das kompakte Front-Leuchtfeld-<br />
Störmeldesystem 96 x 96 mm für 16 Meldeeingänge<br />
mit quittierbarer Blinkstörmeldung.<br />
Das WA16 ist ein Fronteinbau-Meldesystem 144 x<br />
144 mm für den EVU-Einsatz mit erhöhter Störfestigkeit<br />
gemäß UNITRO EVU Standard DIN EN 61000.<br />
Es ist ebenfalls für 16 Meldeeingänge (2-polig) ausgelegt<br />
und erreicht eine Auflösung von 1 ms. Optional<br />
mit IEC-61850-Protokoll.<br />
Universelles IKT-System<br />
Das WA40 ist ein universelles IKT-System zum<br />
Fronteinbau, Maße: 144 x 288 mm. Es eignet sich für<br />
bis zu 40 Meldungen, erweiterbar auf 200 Meldungen<br />
(Master-Slave). Optional ist hier die Ethernet-Schnittstelle<br />
mit den Protokollen IEC 60807-5-104 oder 61850.<br />
Das WA40 ist ein Redundant-System mit potentialgetrenntem<br />
redundantem Netzteil. Das WA40-CS-System<br />
nutzt man für höchste Cyber-Resilienz. Schließlich<br />
das ZFM WA 19“ 84TE 6HE Rack nutzt Steckkarten<br />
20TE für 32/224 Meldeeingänge. Nähere Eigenschaften<br />
sind zeitfolgerichtige Protokollierung und 1<br />
ms Auflösung sowie Nutzung als Stand-alone-System<br />
mit Protokolldrucker oder als Unterstation für das System<br />
SISSY SCADA mit Prozessvisualisierung, beliebig<br />
erweiterbar. ◄<br />
32 1/<strong>2023</strong>
Produktion<br />
Datenanalyse:<br />
Sammeln, Visualisieren, Auswerten<br />
LUCOM GmbH<br />
www.lucom.de<br />
Automatisierte IoT-Anwendungen<br />
erzeugen rund um die Uhr nahezu<br />
unerschöpfliche Datenmengen. Um<br />
industrielle Prozesse effektiver zu<br />
gestalten, Zusammenhänge festzustellen<br />
oder Störungen vorzubeugen,<br />
müssen Informationen und<br />
Messwerte gesammelt, gespeichert<br />
und für Analysen zugänglich<br />
gemacht werden. Datacake ist eine<br />
einfach zu integrierende und vielseitig<br />
einsetzbare Low-Code-IoT-<br />
Plattform, um vernetzte IoT-Systeme<br />
zu überwachen, zu steuern<br />
und zu protokollieren.<br />
Als offene Cloud-Plattform<br />
dient Datacake zur Sammlung,<br />
Visualisierung und Auswertung von<br />
großen Datenmengen. Die Software<br />
ist herstellerunabhängig und kann<br />
individuell an jede Kundenanforderung<br />
angepasst werden. Datacake<br />
ist beliebig skalierbar, erfordert<br />
keine Programmierkenntnisse<br />
und deckt mit LTE, LoRaWAN und<br />
Narrowband-IoT die wichtigsten<br />
Funktechnologien für Industrie und<br />
Sensorik ab.<br />
Die Plattform verfügt über ein<br />
übersichtliches und intuitives<br />
Drag&Drop-Dashboard. Dank der<br />
bereits vorgefertigten Templates<br />
benötigen sowohl Bedienung als<br />
auch Konfiguration kaum Zeitaufwand.<br />
Datacake ist über jeden Internetbrowser<br />
abrufbar, eine zusätzliche<br />
App oder Software ist nicht<br />
erforderlich. Für alle angebundenen<br />
Sensoren und IoT-Geräte können<br />
spezifische Regeln und Grenzwerte<br />
definiert werden. Überschreitet ein<br />
Messwert den festgesetzten Normbereich,<br />
sendet das System automatisch<br />
eine Alarmierung via SMS<br />
oder E- Mail. Aufgezeichnete Daten<br />
und Messwerte können über E-Mail-<br />
Reports in CSV-Dateien exportiert<br />
werden.<br />
Mithilfe von Datacake<br />
können Anwender eine Vielzahl<br />
von Messwerten und Maschinendaten<br />
überblicken. Dank umfangreicher<br />
Tools zur Visualisierung<br />
und Analyse können Anomalien<br />
schnell erkannt und Störungen frühzeitig<br />
vermieden werden. So lassen<br />
sich Prozesse optimieren, Ausfallzeiten<br />
verringern und Kosten durch<br />
vorausschauende Wartung senken.<br />
Die Aufarbeitung der Sensor- und<br />
Fertigungsdaten wird dabei strategisch<br />
genutzt, um Produktionsabläufe<br />
effizienter zu gestalten<br />
und langfristig zu verbessern. Für<br />
die Nutzung von Datacake stellt<br />
LUCOM drei Lizenzverträge zur Verfügung:<br />
Datacake Light, Datacake<br />
Standard und Datacake Plus. Die<br />
Preisgestaltung der Lizenzen richtet<br />
sich nach der Dauer der Datenspeicherung<br />
und deckt somit verschiedene<br />
Unternehmensbedürfnisse<br />
ab.Zudem wird Anwendern<br />
die Möglichkeit geboten, die Plattform<br />
mithilfe zweier Starter Kits vier<br />
Wochen lang zu testen. Die Starter<br />
Kits sind für die Funkstandards<br />
LoRaWAN und Narrowband-IoT<br />
erhältlich und beinhalten das vorkonfigurierte<br />
Datacake Portal, ein<br />
Gateway, einen Claimed-Node und<br />
einen Sensor.<br />
Durch die flexible Remoteverwaltung<br />
und übersichtliche Datenvisualisierung<br />
kann Datacake entscheidend<br />
zur Produktivitätssteigerung<br />
industrieller Anwendungen beitragen.<br />
Mittels der Extraktion wertvoller<br />
Daten aus kritischen Steuerungssystemen<br />
können Zustandsüberwachungen<br />
sowie prädiktive Wartungsarbeiten<br />
aus der Ferne durchgeführt<br />
und die unternehmerische<br />
Effizienz erhöht werden. ◄<br />
1/<strong>2023</strong><br />
33
Produktion<br />
Komplettlösung für Automatisierungsnetzwerke<br />
in der Industrie<br />
Die Ethernet-Switches der Serie LAN9668x von Microchip ermöglichen eine einheitliche Netzwerkarchitektur und<br />
verringern zusammen mit den neuen PHYs LAN8814 die Systemkosten und das Risiko für Entwickler, während sie<br />
die Markteinführung beschleunigen<br />
Automatisierung in der<br />
Fertigung steigert die Effizienz<br />
– von einem geringeren<br />
Aufwand für Handhabung<br />
und Lagerung bis hin zu<br />
mehr Durchsatz. Vernetzte<br />
Lager und andere industrielle<br />
Ökosysteme mit sich<br />
ergänzenden IT- und OT-<br />
Architekturen (Informationsund<br />
Betriebstechnik) verlassen<br />
sich auf Time Sensitive<br />
Networking (TSN) und Ethernet<br />
für präzises Timing, Synchronisation<br />
und die Anbindung<br />
von Kameras, Barcode-<br />
Lesegeräten, Scannern und<br />
Förderanlagen. Diese Ökosysteme<br />
erfordern neue Netzwerktechnik,<br />
um die Kommunikation<br />
von Geräten, Sensoren<br />
und Anlagen zu verknüpfen.<br />
Microchip Technology<br />
Inc. stellt dafür die TSN-<br />
Switches der Reihe LAN9668 vor,<br />
die IEEE-konform branchenweit erstmals<br />
eine niedrige Latenzzeit des<br />
Datenverkehrs bei höherer Taktgenauigkeit<br />
ermöglichen.<br />
Neuer Quad-Port Gigabit<br />
Ethernet Physical Layer (PHY)<br />
Transceiver<br />
Ergänzt wird die Reihe LAN9668x<br />
durch den neuen Quad-Port Gigabit<br />
Ethernet Physical Layer (PHY)<br />
Transceiver LAN8814 von Microchip.<br />
Der LAN9668-I/9MX und<br />
LAN9668-9MX sind 8-Port-Switches<br />
für industrielle bzw. kommerzielle<br />
Anwendungen, die mit ARM<br />
Cortex-A7 CPUs ausgestattet sind<br />
und die TSN-IEEE-Standards für<br />
die Kommunikation in industriellen<br />
Umgebungen unterstützen.<br />
Dazu gehören IEEE 1588v2 und<br />
IEEE 802.1AS-2020 für Precision<br />
Timing, IEEE 802.1Qci für Per-<br />
Stream-Filterung und Policing,<br />
IEEE 802.1Qav und IEEE 802.1Qbv<br />
für Traffic Shaping; IEEE 802.1CB<br />
für Seamless Redundancy; IEC-<br />
62439-2 (Media Redundancy Protocol)<br />
und ODVA-DLR und IEC-<br />
61158-6-10 für Media Redundancy.<br />
Funktionsbibliothek selbst<br />
entwickeln<br />
Microchips Ethernet-Switch-API<br />
(MESA) und PHY-API (MEPA) bieten<br />
Entwicklern die Freiheit und Flexibilität,<br />
eine umfassende, benutzerfreundliche<br />
Funktionsbibliothek<br />
zu entwickeln, die betriebssystem-unabhängig<br />
ist. Der skalierbaren<br />
TSN-Chipsätze LAN9668<br />
und LAN8814 werden durch das<br />
Software-Framework von Microchip<br />
unterstützt und bieten die niedrigste<br />
Latenz und End-to-End-Übertragung<br />
des Kommunikationsverkehrs.<br />
Der LAN8814 ist ein neuer Quad-<br />
Port Gigabit Ethernet PHY, der<br />
die aktuellen TSN-Anforderungen<br />
einschließlich IEEE 1588 v2 und<br />
Frame-Preemption unterstützt. Mithilfe<br />
des LAN9668 und LAN8814<br />
lässt sich der TSN-Chipsatz nutzen,<br />
um Timing, Stream-Reservierung,<br />
Schutz und Management zu<br />
erreichen und so Entwicklungszeit<br />
und -kosten zu sparen. „Während<br />
Geräte und Anlagen bisher ihre<br />
eigenen Kommunikationssysteme<br />
benötigten, verbessert TSN die Interoperabilität<br />
durch die Verknüpfung<br />
von Datenströmen, um den Datenverkehr<br />
zu verein fachen“, erklärte<br />
Charles Forni, Vice President der<br />
USB und Networking Business Unit<br />
von Microchip. „Diese Technik ermöglicht<br />
konvergente Netzwerkarchitekturen<br />
und ermöglicht es Entwicklern,<br />
ihre Produkte in neue Märkte<br />
und mehr Leistungsfähigkeit in<br />
bestehende Netzwerke zu bringen.“<br />
Zugehöriges Netzwerk-<br />
Betriebssystem<br />
Neben der Serie LAN9668 und<br />
dem Ethernet-PHY LAN8814 bietet<br />
Microchip auch das zugehörige<br />
Netzwerk-Betriebssystem IStaX/<br />
SMBStaX und WebStaX. Dies vervollständigt<br />
die Hardware und Software,<br />
um eine schnelle Markteinführung<br />
zu erzielen. Dazu gehört ein<br />
reproduzierbares Referenzdesign,<br />
das als Board-Design oder als Kit<br />
mit Bauelementen von Microchip<br />
erhältlich ist, einschließlich TSN-<br />
Switches, Ethernet-PHYs, Takt-<br />
ICs und Oszillatoren. Als integrierte<br />
Lösung ist diese konform mit allen<br />
Netzwerkstandards, was das anfängliche<br />
Design vereinfacht.<br />
Entwicklungstools<br />
Die TSN-Ethernet-Switches<br />
LAN9668-I/9MX und LAN9668-9MX<br />
werden durch die VSC6817SDK<br />
IStaX Linux-Anwendungssoftware<br />
unterstützt, einer Industrial-Ethernet-Switch-Software,<br />
die die Managed<br />
Ethernet Switches von Microchip<br />
unterstützt. Das VSC6817SDK<br />
IStaX Linux-Netzwerk-Betriebssystem<br />
ist eine Industrial-Ethernet-<br />
Switch-Software, die ebenfalls die<br />
Managed Ethernet Switches von<br />
Microchip unterstützt. Die SMB-<br />
StaX- und WebSTaX Linux-Netzwerk-Betriebssysteme<br />
stehen Entwicklern<br />
zur Verfügung und folgen<br />
dem langfristigen Support des Linux-<br />
Kernels. Diese Lösungen sind alle<br />
hochintegriert mit fortschrittlichen<br />
L2+-Switch-Funktionen. Zudem<br />
sind Referenzdesigns und Evaluierungsboards<br />
von Microchip und<br />
seinen Vertriebspartnern erhältlich,<br />
um ein einfaches Design-In<br />
zu ermöglichen.<br />
Microchip Technology Inc<br />
www.microchip.com<br />
34 1/<strong>2023</strong>
Verpacken/Kennzeichnen/Identifizieren<br />
Lasermarkierung für empfindliche Materialien<br />
FOBA Laser<br />
Marking + Engraving<br />
www.fobalaser.com/de/<br />
FOBA hat ein grünes Lasermarkiersystem<br />
(532 nm Wellenlänge)<br />
entwickelt, das neue Möglichkeiten<br />
für die industrielle Direktmarkierung<br />
von Bauteilen bietet.<br />
Der Laser mit geringer Wärmeeinwirkung<br />
kennzeichnet Materialien<br />
mit speziellen Absorptionseigenschaften.<br />
Dazu gehören weiße,<br />
transparente oder rote Kunststoffe<br />
ebenso wie hochreflektierende<br />
Metalle.<br />
Eine deutliche Steigerung der<br />
Markiergeschwindigkeit sowie der<br />
Markierqualität auf bisher unzureichend<br />
beschriftbaren Materialien<br />
sind die Hauptvorteile des<br />
grünen Lasers von FOBA. Er<br />
ermöglicht außerdem, Kunststoffe<br />
wie UHMWPE, HDPE<br />
oder PMMA ohne den Einsatz<br />
von Additiven zu markieren.<br />
Auch auf Glas oder glänzenden<br />
Metallen zeigt der grüne Laser<br />
im Vergleich zu anderen Lasertypen<br />
wie UV- oder Faserlaser<br />
bessere Beschriftungsergebnisse<br />
bei höheren Beschriftungsgeschwindigkeiten.<br />
Eine Kombination mit FOBAs<br />
vollumfänglichem Markier-Workflow<br />
erhöht Effizienz und Wirtschaftlichkeit<br />
der Lasermarkierung<br />
mit dem grünen Laser. Er ergänzt<br />
FOBAs Markierlaser-Portfolio um<br />
eine weitere Laserwellenlänge.<br />
Dazu erklärt Philipp Febel, Leiter<br />
Produktmanagement bei FOBA:<br />
„Unsere Kunden verlassen sich<br />
seit langem auf die zuverlässige<br />
optische Teileinspektion und Validierung<br />
der markierten Inhalte<br />
sowie auf die automatisierte und<br />
präzise Positionierung der Lasermarkierung<br />
im FOBA-Workflow.<br />
Auch der grüne Laser lässt sich<br />
problemlos mit den verschiedenen<br />
Tools zur Markierausrichtung ausrüsten<br />
und funktioniert mit allen<br />
verfügbaren FOBA-Benutzeroberflächen.“<br />
Die Lasermarkiersysteme<br />
FOBA V.0071-gr und FOBA<br />
V.0141-gr schließen die Lücke<br />
zwischen UV- (355 nm) und<br />
Faser- (1.064 nm) Lasermarkierern.<br />
Ihre Kombination aus relativ<br />
hoher Laserleistung und einer<br />
Vanadatquelle ermöglicht ein<br />
breites Anwendungsspektrum<br />
und hohe Geschwindigkeiten.<br />
„Basierend auf den Anforderungen<br />
unserer Kunden haben wir<br />
eine neue Markierlösung entwickelt,<br />
die sich für die anspruchsvollsten<br />
Oberflächen eignet“, sagt<br />
Philipp Febel.<br />
Der neue Beschriftungslaser ist<br />
wahlweise mit 7 oder 14 W Laserleistung<br />
erhältlich. Dank einer im<br />
Vergleich zum UV-Laser kleineren<br />
Markiereinheit, einer breiten<br />
Palette verfügbarer Schnittstellen<br />
und fünf möglichen Markierfeldgrößen<br />
kann er flexibel in Produktionsumgebungen<br />
integriert<br />
werden. Die Lebensdauer der<br />
Vanadat-Laserquelle ist doppelt<br />
so lang wie die einer UV-Laserquelle,<br />
was die Gesamtbetriebskosten<br />
minimiert. ◄<br />
1/<strong>2023</strong><br />
35
IoT/Industrie 4.0<br />
NFC/RFID, UWB, IIoT, LPWAN/LoRaWAN und 5G<br />
Funktechnologien für die smarte Fabrik<br />
Quelle: [1]<br />
Gegenwärtig wird im Zusammenhang<br />
mit Industrie 4.0 viel<br />
von Daten gesprochen. Schlagwörter<br />
sind etwa Big Data, Datenanalyse<br />
und Datenschutz. Doch<br />
wie erfolgt in der modernen Fabrik<br />
die Übermittlung von Daten? Aufgezeigt<br />
werden hier die Möglichkeiten<br />
mit Zukunft.<br />
Bereits bewährt: NFC/RFID<br />
Ob NFC/RFID als neu gelten,<br />
darüber lässt sich streiten. Fest<br />
steht jedoch, dass Near Field Communication<br />
(NFC) mithilft der RFID<br />
(Radio Frequency Indentification)<br />
Zukunft hat.<br />
NFC meint eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle<br />
und ermöglicht<br />
die Übertragung von<br />
Daten zwischen zwei NFC-Geräten<br />
über eine Distanz von bis zu<br />
10 cm. NFC arbeitet auf 13,56<br />
MHz und ist somit auch kompatibel<br />
zu den bestehenden RFID-<br />
Standards und stellt im Zusammenhang<br />
mit RFID-Systemen<br />
eine sehr interessante Erweiterung<br />
bzw. Ergänzung dar. Des<br />
Weiteren bietet NFC die Möglichkeit,<br />
RFID Transponder zu lesen<br />
und virtuell zu simulieren.<br />
Der große Vorteil von NFC liegt<br />
darin, dass eine NFC-fähiges Gerät<br />
unterschiedliche Betriebsarten<br />
unterstützt:<br />
• Peer to Peer – Datenaustausch<br />
zwischen zwei NFC Geräten<br />
• Reader Emulation – NFC Gerät<br />
als Reader (Leser)<br />
• Card Emulation – NFC-Gerät<br />
unterstützt eine virtuelle<br />
RFID-Karte<br />
Die Datenübertragung zwischen<br />
zwei NFC-Geräten erfolgt<br />
über ein NFC-Interface, das über<br />
einen 13,56-MHz-Sender und einen<br />
13,56-MHz-Empfänger verfügt. Ein<br />
einziges NFC-Interface kann also<br />
bei der Kommunikation zwei unterschiedliche<br />
Funktionen einnehmen,<br />
die eines Senders und die eines<br />
Empfängers. Daher spricht man<br />
bei NFC von Active Mode und Passive<br />
Mode.<br />
• Active Mode NFC<br />
Eines der beiden NFC-Geräte<br />
aktiviert seinen Sender, um zu<br />
senden. Damit ist dieses Gerät<br />
der NFC-Initiator (Master Device)<br />
und das andere der NFC-Target<br />
(Slave Device). Im Peer-to-Peer-<br />
Verfahren arbeitet ein NFC-Gerät<br />
im Active Mode.<br />
36 1/<strong>2023</strong>
IoT/Industrie 4.0<br />
Aktiver und passiver Modus bei RFID (Quelle: EvolitionID)<br />
• Passive Mode NFC<br />
Hierbei ist das NFC-Gerät das<br />
NFC-Target und wartet in einem<br />
passiven Modus auf einen Initiator.<br />
Dies ist der Fall, wenn beispielsweise<br />
ein NFC-Gerät eine<br />
RFID Karte emuliert (Card-Emulation-Modus).<br />
Produktionsstätten verfügen über<br />
verschiedene Maschinen, Roboter<br />
und flexible Fertigungssysteme.<br />
Diese nutzen oft programmierbare<br />
Automatisierungssteuerungen und<br />
verwenden eine Mensch-Maschine-<br />
Schnittstelle (HMI) für Konfiguration,<br />
Meldungen und Routinekontrollen.<br />
Da die Zahl der automatisierten Systeme<br />
wächst und da diese zunehmend<br />
miteinander verbunden sind,<br />
gewinnen programmierbare Steuerung<br />
und HMI-Zugriffskontrolle an<br />
Bedeutung.<br />
Die Authentifizierung und Autorisierung<br />
des Personals, das Produktionssysteme<br />
in der industriellen<br />
Automatisierung bedient, aktualisiert<br />
und wartet, erfolgt mit Magnetstreifenkarten,<br />
Smart Cards (Chipkarten),<br />
RFID-Karten, PIN-Pads und<br />
Schlüsselschaltern. RFID-Karten<br />
erfüllen dabei die Anwendungsanforderungen<br />
besser als andere Methoden<br />
und bieten zusätzliche Vorteile.<br />
So besteht einer der wesentlichen<br />
Vorteile der RFID-Identitätsauthentifizierung<br />
und -Zugangskontrolle<br />
darin, dass die Karten einfach und<br />
1/<strong>2023</strong><br />
bequem zu verwenden sind. RFID-<br />
Karten arbeiten berührungslos, und<br />
der Benutzer muss die Karte nur<br />
innerhalb weniger Zentimeter des<br />
Lesegeräts halten, damit sie gelesen<br />
wird. RFID-Lesegeräte können im<br />
gesamten organisatorischen Ökosystem<br />
zur Mehrzweckauthentifizierung<br />
eingesetzt werden, und zwar<br />
mit bestehenden Mitarbeiterausweisen<br />
und für zusätzliche Funktionen<br />
wie zeitabhängige Zugangskontrolle,<br />
Zugang zu Fertigungsprozessen<br />
und Gefahrenzonen.<br />
Außerdem können RFID-Lesegeräte<br />
oft mehr als einen Kartentyp<br />
lesen und beschreiben. Die Karten<br />
lassen sich also aktualisieren,<br />
ohne dass eine neue Karte ausgestellt<br />
werden muss, wenn sich die<br />
Anforderungen der Anlage ändern.<br />
Einige netzwerkfähige RFID-Lesegeräte<br />
können auch Programmierung<br />
und Firmware-Updates für eine<br />
verteilte Geräteflotte aus der Ferne<br />
vornehmen.<br />
RFID-Kartensysteme sind auch<br />
sicherer als andere kartenbasierte<br />
Identifizierungstechnologien. Die<br />
Datenübertragung zwischen Karte<br />
und Lesegerät kann verschlüsselt<br />
werden. Das RFID-System kann<br />
zudem einen Kill-Befehl ausführen,<br />
wenn die Karte verlorengeht oder<br />
gestohlen wird. Da der Kill-Befehl<br />
die Karte deaktiviert, verhindert er<br />
den unbefugten Zugriff auf sensible<br />
Daten, gefährliche Bereiche oder<br />
industrielle Fertigungsprozesse.<br />
Es gibt mehrere RFID-Lesertechnologien.<br />
Die Wahl der geeigneten<br />
umfassenden Authentifizierungsund<br />
Zugangskontroll-Plattform, die<br />
eine breite Palette von Optionen bietet,<br />
kann einem Unternehmen eine<br />
Lösung bescheren, die allen Anforderungen<br />
gerecht wird und sich diesen<br />
im Laufe der Zeit anpasst.<br />
Es wäre jedoch verfehlt, RFID auf<br />
Authentifizierungs- und Zugangskontrolle<br />
zu beschränken, denn RFID ermöglicht<br />
auch andere Technologieanwendungen.<br />
Denken wir beispielsweise<br />
an Fälschungen, Umleitungen<br />
und Produktsicherheit, also an globale<br />
Probleme für viele Branchen.<br />
Produkte, die in einem Land hergestellt<br />
werden, müssen oft mehrere<br />
Länder durchlaufen, bevor sie<br />
an dem Ort ankommen, wo sie verkauft<br />
werden sollen. Dies nutzen<br />
skrupellose Akteure, um gefälschte<br />
Produkte in die legale Lieferkette<br />
einzubringen und um andererseits<br />
RFID-Reader und Netzwerk-Interface-Modul für die Zugangskontrolle [1]<br />
Unterschied NFC/RFID<br />
NFC ist ein Ableger der<br />
RFID-Technologie, die entwickelt<br />
wurde, um Objekte zu<br />
identifizieren und Informationen<br />
über sie zu gewinnen,<br />
ohne dass eine physische<br />
Verbindung zwischen ihnen<br />
und dem Empfänger besteht.<br />
Bei RFID ist dies bei entsprechender<br />
Ausprägung der Technik<br />
selbst dann möglich, wenn<br />
der Abstand zwischen dem<br />
RFID-Tag, auf dem Informationen<br />
über das Objekt gespeichert<br />
sind, und dem Gerät, das<br />
es ausliest, groß ist (mehrere<br />
hundert Meter). Im Gegensatz<br />
dazu funktioniert NFC nur über<br />
sehr kurze Entfernungen von<br />
bis zu 5 cm, was die Technologie<br />
nicht nur sehr preiswert<br />
macht, sondern auch unterbindet,<br />
die Kommunikation<br />
zwischen Tag und Lesegerät<br />
abzufangen. NFC wurde so<br />
konzipiert, dass es vielseitig<br />
einsetzbar ist, denn es kann<br />
in drei Modi arbeiten (s. Text)<br />
legale Produkte gewinnbringend<br />
auf den grauen Markt umzuleiten.<br />
Selbst wenn Waren nicht gefälscht<br />
oder abgezweigt werden, macht es<br />
die Natur der globalen Lieferketten<br />
schwierig, die die Qualität der Produkte<br />
zu garantieren.<br />
Hier erscheint „Blockchain“ als<br />
Stichwort für die Problemlösung.<br />
Denn eine Blockchain bietet eine<br />
sichere, überprüfbare Historie von<br />
Informationen über einen Wertgegenstand.<br />
37
IoT/Industrie 4.0<br />
Der qLog (RT0013) von CAEN<br />
RFID ist ein semi-passiver<br />
NFC/RAIN RFID Temperatur- und<br />
Feuchtigkeitslogger-Tag.<br />
Er kombiniert einen<br />
hochauflösenden Sensor, eine<br />
große Speicherkapazität und<br />
die Standard NFC/RAIN-RFID-<br />
Schnittstellen<br />
Als Alternative zur Blockchain<br />
ist aber auch RFID denkbar. Hier<br />
ist das Stichwort „Geolokalisierung“,<br />
definiert als die Identifizierung<br />
oder Schätzung des geografischen<br />
Standorts eines Objekts.<br />
Dies kann auch über RFID erreicht<br />
werden. Einzelhändler und Markeninhaber<br />
nutzen die Geolokalisierung,<br />
um Kunden anzusprechen und ihren<br />
Produkten einen Mehrwert zu verleihen.<br />
Die Geolokalisierung kann<br />
in vielen verschiedenen Branchen<br />
genutzt werden. Etwa in der Logistik<br />
könnten Bereiche eines Lagers mit<br />
Lesegeräten ausgestattet werden,<br />
Der Kabelbinder-Tag von SAG<br />
ist ein NFC/RFID-Tag, der<br />
zur Befestigung von Rohren<br />
oder losen Gegenständen<br />
verwendet werden kann und<br />
gleichzeitig eine ID-Nummer<br />
zur Unterstützung des<br />
Asset Managements, der<br />
Artikelverfolgung und der<br />
Steuerung des Materialflusses<br />
liefert. Dieser Tag kann von<br />
einem NFC-fähigen Telefon<br />
gelesen werden<br />
und wenn Behälter für Teile oder<br />
Bauelemente an solchen Stellen<br />
platziert werden, wird signalisiert,<br />
dass sie bereit sind zur Abholung.<br />
RFID-Nutzung zur Verfolgung und<br />
Rückverfolgung kritischer Komponenten<br />
zwecks Integrität der Lieferkette<br />
verbessert die Kundensicherheit<br />
und verringert die Haftung, weshalb<br />
Beobachter ein beschleunigtes<br />
Wachstum für RFID in diesen Sektoren<br />
in den nächsten Jahren vorhersagen.<br />
RFID-Etiketten sind besonders<br />
in anspruchsvollen Umgebungen<br />
sinnvoll.<br />
Mittlerweile haben Hersteller und<br />
Designer verstanden, wie sie die<br />
einzig artigen Eigenschaften von<br />
NFC für ihre Produkte nutzen können,<br />
und es ist daher auch wichtig,<br />
dass die Integration von NFC so<br />
einfach wie möglich ist. So ist es<br />
zum Beispiel nur logisch, dass die<br />
NFC-Funktionalität in Komponenten<br />
wie Mikrocontrollern integriert<br />
werden sollte, da sich diese Funktionalitäten<br />
gegenseitig ergänzen.<br />
Der LPC8N04 war der erste Mikrocontroller<br />
für den breiten Markt, der<br />
eine NFC-Tag-Schnittstelle in sein<br />
Gehäuse integriert.<br />
Ultrabreitband-Technologie<br />
(UWB)<br />
Auch UWB (Ultra Wide Band) ermöglicht<br />
die intelligente Fabrik der<br />
Zukunft. UWB ist ebenfalls eine<br />
digitale Funktechnik für den Nahbereich.<br />
Sie deckt jedoch einen<br />
großen Frequenzbereich ab. Da sie<br />
mit geringer Leistung arbeitet, stört<br />
sie bereits belegte Frequenzbänder<br />
kaum. Übrigens: Im Gegensatz zu<br />
anderen Funktechniken moduliert<br />
UWB keine Trägerfrequenz, sondern<br />
sendet Informationen mithilfe<br />
von Einzelpulsen. Das Verfahren<br />
lässt sich zur Kommunikation zwischen<br />
Computer und Peripheriegeräten,<br />
zur Übertragung von Audiooder<br />
Videodaten, zur Positionsbestimmung<br />
oder für Wireless Personal<br />
Area Networks (WPANs) und<br />
mehr einsetzen.<br />
Es ist kein Problem, mehrere<br />
solcher Nahfeld-Kommunikationssysteme<br />
im gleichen räumlichen<br />
Bereich parallel zu betreiben. Denn<br />
bei Ultra-Wideband ist nur die physikalische<br />
Schicht und die Adressierung<br />
spezifiziert. Als Protokolle<br />
höherer Ebenen sind bekannte Protokolle<br />
anderer Übertragungsverfahren<br />
nutzbar.<br />
Welche Einsatzmöglichkeiten<br />
gibt es im industriellen Produktionsumfeld?<br />
Ein besonderes Einsatzszenario<br />
ist hier die Indoor-Positionsbestimmung.<br />
Ultra-Wideband<br />
erzielt im Vergleich zu anderen<br />
Techniken zur Positionsbestimmung<br />
eine höhere Genauigkeit<br />
von weniger als 30 cm. Denn<br />
die Positionsbestimmung basiert<br />
nicht auf der Messung von Signalstärken,<br />
sondern auf der Messung<br />
von Signallaufzeiten. Objekte, deren<br />
Position bestimmt werden soll, werden<br />
mit kleinen Sendern (Tags) ausgestattet.<br />
Im Indoor-Bereich befinden<br />
sich mehrere Empfänger, die<br />
die Signale der Tags empfangen<br />
und die Unterschiede ihrer Laufzeit<br />
auswerten. Die Kombination<br />
der Messwerte von mindestens drei<br />
Empfängern erlaubt eine Positionsangabe<br />
mit einer Genauigkeit zwischen<br />
10 und 30 cm.<br />
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit<br />
dieser Nahfeld-Kommunikationstechnik<br />
sind Sensornetzwerke<br />
mit drahtloser Übertragung<br />
der Daten. Die Datenerfassung an<br />
der Edge erfolgt in der Praxis im<br />
Rahmen sogenannter drahtloser<br />
Sensornetzwerke (Wireless Sensor<br />
Networks). Das sind Rechnernetze<br />
von Sensorknoten, die entweder<br />
in einem infrastrukturbasierten<br />
Netz (mit vorkonfigurierten Basisstationen)<br />
oder in einem sich selbst<br />
organisierenden Ad-hoc-Schwarm<br />
per Funk kommunizieren, um die<br />
benötigten Messwerte aus ihrer<br />
Umgebung abzufragen und weiterzuleiten.<br />
Mikroortung und drahtlose Sensornetzwerke<br />
sind für die Digitalisierung<br />
industrieller Abläufe durch<br />
Industrie 4.0, Smart Factory und<br />
Lean-Initiativen so gut wie unerlässlich.<br />
Denn sie erlaubt die Prozessoptimierung<br />
und führt zu mehr<br />
Sicherheit, und das sind die beiden<br />
wichtigsten Aspekte in den meisten<br />
Branchen.<br />
Viele bekannte Technologien,<br />
wie GPS, WiFi oder Bluetooth<br />
(Low Energy), können Mikrostandorte<br />
nicht mit der Präzision lokalisieren,<br />
welche die Industrie benötigt.<br />
Mikroortung in industriellen<br />
Umgebungen muss daher auf die<br />
nahezu zentimetergenaue Präzision<br />
der UWB-Technologie setzen.<br />
Sie ist die treibende Technologie<br />
hinter den Mikroortungsdiensten,<br />
bei denen per Funk die<br />
Merkmale von UWB<br />
• nutzbarer Frequenzbereich:<br />
3,1 bis 10,6 GHz<br />
• Mindestbandbreite<br />
500 MHz oder 20% der<br />
mittleren Frequenz<br />
• geringe Störanfälligkeit<br />
• keine Störung schmalbandiger<br />
Funktechniken<br />
• Reichweite indoor zwischen<br />
10 und 20 m<br />
• Reichweite outdoor<br />
zwischen 50 und 100 m<br />
• Datenrate bis 480 Mbit/s<br />
• Sendeleistung in der Regel<br />
kleiner als 1 mW<br />
• mögliche Modulationsarten:<br />
Pulsamplitudenmodulation<br />
(PAM), Pulspositionsmodulation<br />
(PPM) und<br />
On/Off-Keying (OOK)<br />
Position von Tags bis auf wenige<br />
Zentimeter genau lokalisiert wird.<br />
Die Mikro ortung liefert Informationen<br />
in Echtzeit und ermöglicht es,<br />
blitzschnell zu analysieren und zu<br />
warnen.<br />
Stellen Sie sich folgende Szenarien<br />
mit UWB-Technologie vor:<br />
• Prozessfluss<br />
In einem Produktionsablauf, bei<br />
dem die Materialien nur wenige Zentimeter<br />
voneinander entfernt sind,<br />
können strategisch platzierte UWB-<br />
Tags Material, Waren, Prozesse<br />
und Abläufe über den gesamten<br />
Produktionsprozess hinweg verfolgen<br />
und gleichzeitig Produktionssysteme<br />
aktualisieren, die die<br />
Effizienz in Echtzeit messen und<br />
Engpässe erkennen, ja sogar vorhersagen.<br />
• Nutzung und Wiederauffinden<br />
Ein mit einem Etikett versehenes<br />
Werkzeug oder ein anderes<br />
Objekt in einer Anlage kann schnell<br />
lokalisiert werden, und die Arbeiter<br />
können durch hochpräzise<br />
Anlagen pläne auf Handheld-<br />
Geräten fortgeführt werden.<br />
• Materialkontrolle<br />
Mit Tags versehene Ausrüstung,<br />
Geräte und empfindliche Gegenstände<br />
wie auch Substanzen können<br />
überall in einem Gebäude geortet<br />
und ihre Verwendung kann eindeutig<br />
überwacht werden.<br />
38 1/<strong>2023</strong>
IoT/Industrie 4.0<br />
Das ID CPR60 von Feig ist ein<br />
RFID-Lesemodul, das für die<br />
Unterstützung von kontaktlosen<br />
Smart-Cards und Transpondern<br />
ausgelegt ist. Es arbeitet bei<br />
13,56 MHz<br />
• Sicherheit<br />
Tags an Roboterarmen und<br />
Gabelstaplern etc. sowie Mitarbeiterausweise<br />
ermöglichen es automatischen<br />
Sicherheitssystemen, die<br />
Annäherung mit einer Genauigkeit<br />
von weniger als einem Meter und in<br />
Echtzeit zu verfolgen, um Maschinen<br />
anzuhalten und das Personal<br />
zu alarmieren, wenn eine Sicherheitszone<br />
verletzt wird.<br />
Statement zum IIoT<br />
„Viele Unternehmen finden<br />
neue und innovative Möglichkeiten,<br />
IoT-Hardware, Software<br />
und cloudbasierte Anwendungen<br />
in einer Vielzahl von<br />
Branchen zu integrieren. Es<br />
ist jedoch schwer, eine relevante<br />
Triebkraft außerhalb dessen,<br />
was für sie im Rahmen<br />
ihres unmittelbaren Arbeitsbereichs<br />
bereits funktioniert,<br />
festzustellen. Dennoch wird<br />
die Migration in eine Welt,<br />
die vom IoT profitiert, weiter<br />
zunehmen und unsere Investitionen<br />
in zukünftige jährliche<br />
Umfragen rechtfertigen.<br />
Farnell ist bestrebt, seine Kunden<br />
bei ihren IoT-Projekten zu<br />
unterstützen. Daher stellt das<br />
Unternehmen ein wachsendes<br />
Portfolio an IoT-Produkten und<br />
-Lösungen sowie Zugang zu<br />
neuen Markterkenntnissen, die<br />
Innovationen fördern, bereit.“<br />
Cliff Ortmeyer,<br />
Global Head of Technical<br />
Marketing Farnell<br />
• Notfälle<br />
UWB-Tags in Mitarbeiterausweisen<br />
identifizieren jeden Mitarbeiter<br />
und seinen Standort, um entweder<br />
sicher zu sein, dass er außer<br />
Gefahr ist oder um Rettungsmaßnahmen<br />
einzuleiten. Mit den Standortinformationen,<br />
die an das Rettungspersonal<br />
auf dem Weg zum<br />
Einsatzort weitergegeben werden,<br />
kann dieses bei Ankunft vor Ort<br />
strategischer vorgehen und möglicherweise<br />
wertvolle Sekunden<br />
zur Rettung eines Menschenlebens<br />
einsparen.<br />
Das Industrial IoT<br />
Lt. einer Farnell-Umfrage zum<br />
IoT in 2022 wird das anhaltende<br />
Wachstum des IoTs bestätigt. Die<br />
globale IoT-Umfrage von Farnell<br />
zeigt: Die IoT-Entwicklung treibt<br />
Wachstum und Führungschancen<br />
in wichtigen Branchen voran.<br />
Die Auswertung ergab auch einen<br />
wachsenden Trend hin zum Aufbau<br />
von Partnerschaften, um die<br />
Bereitstellung neuer IoT-Lösungen<br />
sowie die kontinuierliche Weiterentwicklung<br />
von Industrie 4.0 zu<br />
beschleunigen. Mehrere Branchen<br />
setzen IoT auf ihre eigene<br />
Art und Weise mit statistisch<br />
ähnlichen Raten ein. „IoT für die<br />
Fertigung“ gehört zu den wichtigsten<br />
IoT-Trends 2022 – 30% der<br />
Befragten in der Branche sehen es<br />
als Funda ment für Produktivitätssteigerungen<br />
an.<br />
Von allen Wirtschaftszweigen<br />
scheint sich der Fertigungsbereich<br />
mit dem IoT am besten zu<br />
fühlen. Die Fertigung ist nach wie<br />
vor die Referenzbranche im Hinblick<br />
darauf, wie die Einführung<br />
voranschreitet. Innovative und<br />
flexible Anbieter sind dabei wichtige<br />
Partner, die für ein Wachstum<br />
des breiten und vielfältigen Spektrums<br />
an Anwendungen sorgen,<br />
die entwickelt und installiert werden,<br />
um IoT-Vorteile zu erzielen.<br />
Industrie 4.0 bleibt die primäre<br />
Anwendung und stellt für 18% der<br />
Befragten den Primärmarkt dar. Aber<br />
auch bei der Nutzung des IoT für<br />
das Energiemanagement zeigt sich<br />
ein starkes Wachstum. Der Anstieg<br />
der Energiepreise deutet darauf hin,<br />
dass das Energie-Management im<br />
Jahr <strong>2023</strong> eine noch wichtigere Rolle<br />
einnehmen könnte.<br />
Unternehmen beschäftigen sich<br />
mit der IoT-Entwicklung, weil sie<br />
Der Catalyst IW9167<br />
Reibungslose Abläufe in der<br />
Industrie erfordern zuverlässige<br />
drahtlose Verbindungen in der<br />
Fabrik, im Lager, an Laderampen<br />
oder in Häfen. Dabei benötigen<br />
Maschinen zuverlässige<br />
Verbindungen mit hoher Bandbreite.<br />
Zwei Cisco-Lösungen<br />
sollen Unternehmen bei der<br />
Vernetzung, bei der Automatisierung<br />
und bei ortsunabhängigen<br />
Prozessen unterstützen.<br />
Der Catalyst IW9167 lässt<br />
sich in zwei Modi betreiben:<br />
im WiFi-Modus, um die Geräte<br />
von Mitarbeitenden im Büro zu<br />
vernetzen, sowie im Ultra-Reliable-Wireless-Backhaul-Modus<br />
für nahtlose Übergaben, wenn<br />
sich autonome Fahrzeuge oder<br />
Geräte von einer Abdeckungszone<br />
in eine andere bewegen:<br />
• WiFi-6/6E-Ready-Access-<br />
Point: Durch die Nutzung<br />
der Frequenzbänder 2,4, 5<br />
und 6 GHz werde die verfügbare<br />
Bandbreite für den<br />
Einsatz im Außenbereich<br />
und in der Industrie<br />
verdoppelt.<br />
• Ultra-Reliable Wireless<br />
Backhaul: Die Technologie<br />
biete die Vorteile der<br />
integrierten Sicherheit von<br />
Cisco. Damit seien ein<br />
Null-Paketverlust und eine<br />
glasfaserähnliche Leistung<br />
möglich.<br />
Unternehmen könnten zwischen<br />
den beiden Modi wechseln,<br />
wenn sich ihre Geschäftsanforderungen<br />
ändern.<br />
Chancen sehen, ihr Geschäft auszubauen<br />
und eine Führungsrolle in<br />
ihren Branchen zu übernehmen. Die<br />
Umfrage deckte jedoch auch einen<br />
wachsenden Trend der Zusammenarbeit<br />
mit Partnern bei der Entwicklung<br />
von IoT-Lösungen sowie eine<br />
Forderung nach Standardisierung<br />
und Interoperabilität auf, anstatt dass<br />
Unternehmen eigene geschlossene<br />
Systeme entwickeln.<br />
Die Implementierung des IIoT<br />
ist für Unternehmen ein wichtiger<br />
Schritt, um sich im heutigen<br />
Geschäftsumfeld zu behaupten.<br />
Durch die Verknüpfung von physischen<br />
und digitalen Systemen<br />
erhalten Unternehmen Einblicke<br />
in ihre Produktionsprozesse, die<br />
sie zuvor nicht hatten. Daten, die<br />
durch IIoT-Technologien gesammelt<br />
werden, können genutzt werden,<br />
um Prozesse zu optimieren<br />
und in Echtzeit auf Störungen zu<br />
reagieren.<br />
Zusätzlich bietet das Konzept die<br />
Möglichkeit, neue Geschäftsmodelle<br />
zu und bestehende Modelle weiterzuentwickeln,<br />
vor allem durch die<br />
Nutzung von Sensoren.<br />
Iot und IIoT sind zwei Begriffe,<br />
die oft in ähnlichen Zusammenhängen<br />
verwendet werden. Der<br />
Hauptunterschied ist die Art der<br />
Geräte, mit denen sie arbeiten.<br />
Das IoT ist in erster Linie für<br />
Verbraucher geräte bestimmt, während<br />
das IIoT hauptsächlich für<br />
industrielle Anwendungen entwickelt<br />
wurde, wie z.B. Fertigungsstraßen.<br />
Das IIoT legt einen spezifischen<br />
Fokus auf die Verbesserung<br />
der Effizienz und Produktivität<br />
in der Industrie. Ein weiterer<br />
wesentlicher Unterschied ist, dass<br />
IIoT-Geräte in der Regel höhere<br />
Anforderungen an die Kompatibilität,<br />
Zuverlässigkeit und Sicherheit<br />
haben als IoT-Devices.<br />
Die Produktion ist einer der<br />
Bereiche, in denen IIoT am stärksten<br />
Einfluss nehmen kann. Durch<br />
die Vernetzung von Maschinen und<br />
Anlagen können Produktionsabläufe<br />
optimiert und Fehlerquellen<br />
minimiert werden. So lassen sich<br />
beispielsweise Störungen schneller<br />
erkennen und beheben, was<br />
die Produktivität steigert. Auch die<br />
Qualität der Produkte lässt sich verbessern,<br />
da fehlerhafte Teile schneller<br />
erkannt und ausgetauscht werden<br />
können. Zudem ermöglicht<br />
das IIoT eine bessere Ressourcenplanung<br />
sowie eine effizientere<br />
Kommunikation und Zusammenarbeit<br />
im Unternehmen. Dies alles<br />
ist insbesondere für Unternehmen<br />
wichtig, die sich in internationalen<br />
Märkten behaupten wollen.<br />
Voraussetzungen für IIoT-Projekte<br />
ist eine stabil laufende IT-<br />
Infrastruktur. Für erstaunlich viele<br />
produzierende Unternehmen stellt<br />
dieser Punkt selbst heute noch<br />
eine Herausforderung dar. Überschätzt<br />
werden hingegen eher die<br />
Kosten von Sensorik: Der Durchschnittspreis<br />
eines IoT-Sensors fiel<br />
von 1,30 US-Dollar im Jahr 2004<br />
auf schätzungsweise ca. 38 US-<br />
Cent im Jahr 2020.<br />
1/<strong>2023</strong><br />
39
IoT/Industrie 4.0<br />
Quelle: [3]<br />
Sensoren liefern typischerweise<br />
Umgebungsdaten wie Temperatur-,<br />
Druck-, Standort-, Beschleunigungs-,<br />
Feuchtigkeits- und andere Metriken<br />
sowie Aktivitätslogs, chemische und<br />
elektromagnetische Messwerte und<br />
sonstige Informationen, die sie an<br />
der Netzwerkkante in vordefinierten<br />
Zeitabständen erfassen. Zur Auswertung<br />
dieser Datenströme durch<br />
fortgeschrittene Software war bisher<br />
typischerweise eine Übertragung in<br />
die Cloud erforderlich. Cloud-zentrische<br />
Verarbeitung von Big-Data-<br />
Messwerten aus IIoT-Sensorik<br />
hat jedoch Nachteile: relativ hohe<br />
Kosten drahtloser Konnektivität und<br />
Cyberrisiken sowie unvermeidlichen<br />
Latenzen. Anwendungen mit Nahe-<br />
Echtzeit-Anforderungen sind daher<br />
nicht sinnvoll bzw. unmöglich. Hier<br />
kann Künstliche Intelligenz helfen:<br />
Edge-KI verlagert die Intelligenz<br />
direkt in die Endgeräte, möglichst<br />
nah an die Sensorik der Netzwerkkante.<br />
Dann müssen intelligente Systeme<br />
nicht mehr zwangsweise stets<br />
in Verbindung mit einer Cloud stehen.<br />
Das stärkt die Datensouveränität<br />
des Unternehmens.<br />
LPWAN/LoRaWAN<br />
Um aus den Daten aus der IIoT-<br />
Sensorik einen Mehrwert zu schöpfen,<br />
müssen Unternehmen für die<br />
Konnektivität ihrer IIoT-Endpunkte<br />
sogen. Hierbei stoßen LPWAN-<br />
Technologien (Low-Power Wide-<br />
Area Network, Niedrigenergie-<br />
Weitverkehrsnetz) auf ein wachsendes<br />
Interesse. LPWAN ermöglicht<br />
es, mehrere Jahre lang über<br />
große Distanzen zu funken und<br />
dabei mit einer einzigen Batterieladung<br />
auszukommen. Und benötigt<br />
keine besondere Infrastruktur.<br />
Der Standard ist bereits in drei von<br />
vier IoT-Anwendungen im Einsatz.<br />
Eines der weitverbreitetsten<br />
Protokolle für die Kommunikation<br />
batteriebetriebener IoT-<br />
Geräte über LPWAN ist unter der<br />
Bezeichnung LoRa bzw. LoRa-<br />
WAN bekannt (Long-Range Wide-<br />
Area Network). Dieses offene<br />
LPWAN-Protokoll ist in über 100<br />
Ländern verfügbar.<br />
Einige Geräte, die LoRa verwenden,<br />
sind auch mit schmalbandigen<br />
IoT-Netzen (NB-IoT, Narrowband-<br />
IoT) verbunden. Bei NB-IoT handelt<br />
es sich um einen LPWAN-Standard<br />
aus der Feder derselben Marktakteure,<br />
die auch die Protokolle für 4G<br />
und 5G entwickelt haben. Es punktet<br />
mit einer höheren Bandbreite als<br />
LoRaWAN, weist jedoch gewissen<br />
Defizite im Hinblick auf die Datenverschlüsselung<br />
auf.<br />
5G New Radio<br />
Der globale Mobilfunkstandard<br />
5G soll mit Blick auf Industrie 4.0<br />
dank Innovationen wie Rdadi-<br />
Access-Network-Virtualisierung<br />
(via Network Slicing) eine effizientere<br />
Nutzung der verfügbaren<br />
Bandbreite in einer Vielzahl von<br />
Nutzungsszenarien ermöglichen<br />
und damit die Kosten der M2M-<br />
Konnektivität drastisch senken.<br />
Das Network Slicing wendet die<br />
Prinzipien der Infrastrukturvirtualisierung<br />
auf den Mobilfunk an.<br />
Es verbindet hierzu drei Technologien:<br />
• 5G-NR-Standard<br />
• SDN-Technologie<br />
(Software-Defined Network)<br />
• NFV (Network Functions<br />
Virtualization)<br />
Dank Network Slicing lassen sich<br />
verschiedene Anwendungen trotz<br />
ihrer stark differenzierten Anforderungen<br />
in Bezug auf die Datenrate,<br />
die Latenz, die Verbindungsdichte<br />
oder die Verfügbarkeit erweiterter<br />
Funktionalität in einem einzigen<br />
Frequenzband gleichzeitig<br />
bereitstellen.<br />
5G-Dienste adressieren drei<br />
hauptsächliche Nutzungsszenarien:<br />
• Enhanced Mobile Broadband<br />
(eMBB)<br />
• Massive Machine-Type<br />
Communication (mMTC)<br />
• Ultra-Reliable Low-Latency<br />
Communication (URLLC)<br />
Hier sind mMTC und URLLC<br />
für Industrie 4.0von Bedeutung:<br />
mMTC meint einen Internetzugang<br />
zum Übersenden von aggregierten<br />
Rohdaten durch Mess-, Erfassungs-<br />
und Überwachungsgeräte<br />
der Industrie 4.0 und verwandter<br />
Anwendungen. Genutzt wird u.a.<br />
das schmalbandige Internet der<br />
Dinge (NB-IoT). URLLC unterstützt<br />
die Fabrikautomation, autonomes<br />
Fahren (auch Gabelstapler),<br />
die smarte Fabrik, den Roboterbetrieb<br />
und andere zeitbewusste Nutzungsszenarien.<br />
Doch 5G stellt recht hohe Ansprüche<br />
an die Hardware der IoT-Endpunkte<br />
und die Netzwerkinfrastruktur.<br />
Während sich die Kosten für<br />
LoRa-fähige Sensoren auf 20 bis<br />
50 Cent pro Stück belaufen, schlagen<br />
vergleichbare Sensoren mit<br />
5G-Anbindung mit ca. 30 Euro pro<br />
Stück zu Buche.<br />
Quellen:<br />
[1] White Paper: Item-Level RFID<br />
Tagging and the Intelligent Apparel<br />
Supply Chain, by Zebra Technologies<br />
[2] Passive RFID: Market Trends<br />
and New Market Opportunities for<br />
Systems Integrators, White Paper<br />
by Avery Dennison<br />
[3] Quorvo: Ultra-Wideband<br />
(UWB) Enables Smart Factory of<br />
the Future, White Paper ◄<br />
40 1/<strong>2023</strong>
IoT/Industrie 4.0<br />
Passgenaue Hardware-Lösungen<br />
für die Industrie der Zukunft<br />
Im vernetzten Kontext von Industrie 4.0, IIoT und Smart Factory sind kompakte Embedded-PCs die<br />
zentralen Akteure. Ein modularer Aufbau – wie hier beim Mini-Industrie-PC EACIL20 von TL Electronic –<br />
bietet die Möglichkeit einer nachträglichen Erweiterung z. B. mit zusätzlichen WLAN/WWAN-Schnittstellen<br />
und Antennen<br />
Die Digitalisierung von Produktionsund<br />
Lieferprozessen schreitet weltweit<br />
rasant voran. Aus gutem Grund,<br />
denn die smarte Vernetzung von Endgeräten,<br />
Maschinen, Sensoren und<br />
Aktoren über entsprechende Applikationen<br />
steigert die betriebliche Effizienz<br />
und senkt die Kosten – allerdings<br />
nur, wenn alle Glieder dieser komplexen<br />
Kette reibungslos ineinandergreifen.<br />
Der Schlüssel hierzu ist eine zuverlässige,<br />
optimal auf die spezifischen<br />
Gegebenheiten abgestimmte Hardware.<br />
Oft unbemerkt im Hintergrund<br />
spielen dabei leistungsfähige Embedded-Industrie-PCs<br />
die Hauptrolle. Die<br />
Anforderungen an industrielles Networking<br />
sind hoch. Produktionsabläufe zu<br />
steuern und zu überwachen gestaltet<br />
sich ungleich komplexer und rechenintensiver<br />
als beispielsweise die Netzwerkprozesse<br />
in einer typischen Büro-<br />
IT-Umgebung. Die in ein IIoT-Umfeld eingebettete<br />
Hardware muss in der Lage<br />
sein, große Datenströme im Dauerbetrieb<br />
zu verarbeiten – und das zum<br />
Teil unter widrigen Umgebungsbedingungen<br />
wie Hitze, Kälte, Staub, Nässe<br />
und Erschütterungen. So stehen Ausfallsicherheit,<br />
Wartungsfreundlichkeit<br />
sowie die langfristige Verfügbarkeit<br />
aller Komponenten bei der Planung<br />
an erster Stelle.<br />
Der zweite<br />
entscheidende Faktor<br />
für die perfekte Einbindung in ein<br />
Industrie-Netzwerk ist die exzellente<br />
Konnektivität der Hardware. Denn<br />
eine reibungslose Integration verlangt<br />
zu jedem Prozess die passende<br />
Schnittstelle. Hier bieten die<br />
Embedded Systeme von TL-Electronic<br />
trotz kompakter Abmessungen<br />
eine sehr umfangreiche Ausstattung<br />
– das Spektrum reicht von seriellen<br />
und digitalen I/O- über CANBUS- bis<br />
hin zu WLAN- bzw. WWAN-Interface-Ports.<br />
Und weil sich Anforderungen<br />
ändern können, hat der Hersteller<br />
auch modulare Box-PCs im<br />
Programm, die problemlos nachträglich<br />
erweitert werden können.<br />
Diese Flexibilität versetzt TL Electronic<br />
in die Lage, den unterschiedlichsten<br />
Herausforderungen des<br />
Zukunftsprojekts Industrie 4.0 mit<br />
der passenden Hardware-Lösung<br />
zu begegnen. ◄<br />
TL Electronic GmbH<br />
www.tl-electronic.de<br />
Wartungsfreundlichkeit und Ausfallsicherheit stehen bei den Embedded-PCs von TL Electronic an erster<br />
Stelle. Sämtliche Systemkomponenten liegen für den Servicefall leicht zugänglich hinter Abdeckungen<br />
1/<strong>2023</strong><br />
41
IoT/Industrie 4.0<br />
Mit LoRa Cloud<br />
IoT-Lösungen durch cloud-basierte Dienste<br />
schneller entwickeln<br />
Um sein Halbleiterangebot zu ergänzen und Kunden zu helfen, das Beste aus den angebotenen Funktionen<br />
herauszuholen, bietet Semtech cloud-basierte Dienste an.<br />
Autor:<br />
Karthik Ranjan, LoRa Cloud<br />
Solutions and Partnerships<br />
Leader, Wireless and Sensing<br />
Products Group<br />
Semtech<br />
www.semtech.com<br />
Wo einst Unternehmen ihre<br />
eigenen Server kauften, hat Cloud<br />
Computing die Landschaft verändert.<br />
Kunden von Cloud-Computing-Anbietern<br />
können die Kosten für<br />
Hardware vermeiden und Innovationen<br />
rein auf der Basis ihrer Anwendungen<br />
und Daten entwickeln.<br />
Um sein Halbleiterangebot zu<br />
ergänzen und Kunden zu helfen,<br />
das Beste aus den angebotenen<br />
Funktionen herauszuholen, bietet<br />
Semtech neuerdings vier cloudbasierte<br />
Dienste an.<br />
Der erste Dienst<br />
ist Join Server, ein Sicherheitsdienst,<br />
der die Komplexität und das<br />
Risiko beseitigt, das mit der Bereitstellung<br />
eigener Geräteschlüssel<br />
durch die Kunden verbunden ist.<br />
Der Join Server verwaltet<br />
Schlüsselbestandteile für Gerätegruppen<br />
von einem oder mehreren<br />
Herstellern. Die Geräte werden<br />
in Stapeln mit aufeinanderfolgenden<br />
EUI-Bereichen gruppiert.<br />
Jeder Stapel hat einen eindeutigen<br />
Root- Schlüssel, von dem andere<br />
Schlüssel wie der Netzwerksitzungs-Schlüssel<br />
abgeleitet werden,<br />
sodass private Schlüssel das Gerät<br />
nie verlassen. Zusammen mit den<br />
vorab bereitgestellten Geräteschlüsseln<br />
bietet der Join Server erhöhte<br />
Sicherheit und LNS- Flexibilität. Er<br />
wird als SaaS-Lösung (Software as<br />
a Service) angeboten.<br />
Der zweite Dienst<br />
ist Geolocation Solver. Bisher<br />
erforderte die Geolokalisierung<br />
einen vollständigen GPS-<br />
Chip im Gerät und die Fähigkeit,<br />
alles auf dem Gerät zu berechnen.<br />
Dies beeinträchtigt die Akkulaufzeit<br />
erheblich. Der Ortungsdienst<br />
kombiniert die Funktionen<br />
des LoRa EdgeTM LR1110 von<br />
Semtech, der GNSS-Satelliten<br />
als auch WiFi SSIDs scannen<br />
kann und die Verarbeitung zwischen<br />
der Cloud und dem Gerät<br />
aufteilt, um den Standort zu ermitteln.<br />
Dies verlängert die Batterielebensdauer<br />
eines IoT-Trackers auf<br />
möglicherweise Jahre im Vergleich<br />
zu den Wochen bis Monaten, die<br />
mit bestehenden GPS-Lösungen<br />
möglich sind.<br />
Der Cloud-Dienst bietet Indoorals<br />
auch Outdoor-Geolokalisierung<br />
und automatische OTA-Updates<br />
(Over The Air) des (GNSS/GPS-)<br />
Almanachs.<br />
Der dritte Dienst<br />
heißt Modem Services und konzentriert<br />
sich auf die Konfiguration<br />
und Verwaltung des Modems auf<br />
sehr detaillierter Ebene.<br />
Zu den Funktionen und Vorteilen<br />
gehören Uplink-Datendienste,<br />
Modemstatus-/Konfigurationsdienste<br />
und eine Option für volle<br />
42 1/<strong>2023</strong>
IoT/Industrie 4.0<br />
und eingeschränkte Funktion. Dieser<br />
Service wird auch als SaaS-<br />
Lösung angeboten.<br />
1/<strong>2023</strong><br />
Der neueste Dienst<br />
ist der SaaS-Chip-to-Cloud-<br />
Dienst LoRa Cloud Locator, der die<br />
LoRa-Cloud-Modem-/Geolokalisierungsdienste<br />
von Semtech nutzt. Der<br />
neue Dienst gibt Kunden die Möglichkeit,<br />
die Leistungsfähigkeit von<br />
Geräten, die auf LoRa Edge basieren,<br />
aus erster Hand zu erleben und<br />
die Genauigkeit und den Stromverbrauch<br />
der LoRa-Edge-Plattform<br />
zu bewerten, die eine äußerst<br />
stromsparende und kostengünstige<br />
Lösung für die Ortung von Assets<br />
im Innen- und Außenbereich bietet.<br />
LoRa Cloud Locator verfügt über<br />
eine integrierte serverlose Technik<br />
und bietet Kunden eine einfache<br />
durchgehende Erfahrung, um LoRa<br />
Edge in verschiedenen Ökosystem-<br />
Trackern zu evaluieren – entweder<br />
in einem privaten oder öffentlichen<br />
LoRaWAN-Netzwerk.<br />
Der LoRa Cloud Locator wurde<br />
speziell für Tracker entwickelt, die<br />
Semtechs ICs der Serie LoRa Edge<br />
LR mit minimalem Aufwand verwenden.<br />
Nach der Konfiguration<br />
des Dienstes in Verbindung mit der<br />
LoRa-Funktechnik von Semtech für<br />
die Übertragung in die Cloud können<br />
Kunden den Standort des Trackers<br />
in der Regel in weniger als 15<br />
Minuten auf der Karte anzeigen.<br />
Wer sich für den LoRa Cloud<br />
Locator interessiert, kann einen<br />
LoRa-Edge-fähigen Tracker erwerben,<br />
ein LoRa-Cloud-Locator-Konto<br />
erstellen und herausfinden, wie<br />
LoRa Edge neue Anwendungen in<br />
der gesamten globalen Lieferkette<br />
erschließt.<br />
Um auf den Dienst zuzugreifen,<br />
besuchen Kunden locator.loracloud.com,<br />
wo sich eine Auswahl<br />
kompatibler Tracker von Semtech,<br />
Browan, Digital Matter, Mimiq und<br />
Miromico findet. Bestellungen laufen<br />
über CalChip Connect und Indesmatech,<br />
zwei führende LoRaWAN-<br />
Hardware-Distributoren mit Sitz in<br />
Nord amerika bzw. Europa. Nach<br />
dem Kauf eines Trackers können<br />
sich Kunden in die Anwendung<br />
einloggen, ihren Tracker registrieren<br />
und dessen Standort auf einer<br />
Karte über einen Browser auf ihrem<br />
Desktop- oder Mobilgerät anzeigen.<br />
Zwischen-Fazit:<br />
Um eine IoT-Anwendung zum<br />
Erfolg zu führen, müssen Kunden<br />
eine durchgehende (End-to-End-)<br />
Lösung aufbauen. Mit der LoRa<br />
Cloud ermöglicht Semtech seinen<br />
Kunden, diese Lösungen schneller<br />
zu entwickeln, alle Funktionen des<br />
Semtech-Chipangebots zu nutzen<br />
und die Lösungen schneller auf den<br />
Markt zu bringen.<br />
Starthelfer werden –<br />
Perspektiven schaffen<br />
Das LoRa-Developer-Portal<br />
ist eine Plattform für Ideenaustausch,<br />
Lernen, Networking und<br />
technischen Support, die ausschließlich<br />
für Innovatoren und Unternehmen<br />
gedacht ist, die ein starkes Interesse<br />
am Einsatz LoRa-basierter<br />
IoT- und M2M-Lösungen haben. Das<br />
Portal bietet viele Vorteile, darunter<br />
technischen Support, exklusive<br />
Ressourcen und einen Katalog mit<br />
Hunderten LoRa-basierter, kommerziell<br />
verfügbarer Produkte und<br />
Dienstleistungen.<br />
Das LoRa-Developer-Portal bietet<br />
Mitgliedern umfangreiche Inhalte,<br />
darunter Software, die Entwicklern<br />
hilft, LoRa-basierte Lösungen<br />
schneller umzusetzen, Bibliotheken<br />
mit technischer Dokumentation,<br />
Videos, Fachzeitschriften und eine<br />
Wissensdatenbank, in der sich Entwickler<br />
mit anderen Gleichgesinnten<br />
und Experten austauschen können.<br />
Mehr Info: https://lora-developers.<br />
semtech.com ◄<br />
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www.help-ev.de<br />
43
Design<br />
Grundregeln für die Ausarbeitung<br />
Layout von Mixed-Signal-Leiterplatten<br />
Bild 1: Aufteilung der Schaltungen in einen analogen und einen digitalen Abschnitt<br />
Autoren:<br />
May Anne Porley<br />
Kevin Chesser<br />
Analog Devices<br />
www.analog.com<br />
Hier geht es um die verschiedenen<br />
Aspekte, die beim Design<br />
des Layouts von Mixed-Signal-Leiterplatten<br />
zu beachten sind. Neben<br />
der Platzierung der Bauelemente<br />
werden die Planung des Lagenaufbaus<br />
und Überlegungen zu den<br />
Masseflächen angesprochen. Insgesamt<br />
ergeben die behandelten Richtlinien<br />
ein praxisgerechtes Konzept<br />
für das Layout von Mixed-Signal-<br />
Leiterplatten, das für Entwickler<br />
mit unterschiedlichsten Vorkenntnissen<br />
hilfreich sein dürfte.<br />
Einführung<br />
Voraussetzung für das Design<br />
einer Mixed-Signal-Leiterplatte ist<br />
ein grundlegendes Verständnis der<br />
analogen und digitalen Schaltungen,<br />
damit etwaige Störbeeinflussungen<br />
unterbunden oder zumindest minimiert<br />
werden können. Da moderne<br />
Systeme meist Bauteile enthalten,<br />
die sowohl im analogen als auch im<br />
digitalen Bereich arbeiten, ist beim<br />
Design große Sorgfalt geboten,<br />
damit die Signalintegrität im gesamten<br />
System gewahrt werden kann.<br />
Das Leiterplatten-Layout, das<br />
einen wichtigen Bestandteil der<br />
Entwicklung eines Mixed-Signal-<br />
Systems darstellt, kann eine höchst<br />
anspruchsvolle Aufgabe sein, die<br />
sich keineswegs nur auf das Platzieren<br />
der Bauelemente beschränkt.<br />
Vielmehr gilt es eine Vielzahl weiterer<br />
Faktoren zu beachten. Dazu<br />
zählen u.a. die verschiedenen Lagen<br />
der Leiterplatte und deren korrektes<br />
Management, um damit Interferenzen<br />
infolge ungewollter parasitärer<br />
Kapazitäten, die sich ungewollt<br />
zwischen den verschiedenen<br />
Lagen bilden können, zu minimieren.<br />
Einen integralen Prozess beim<br />
Design des Leiterplatten-Layouts<br />
für ein Mixed-Signal-System stellt<br />
auch das Massekonzept dar. Um<br />
dieses Thema drehen sich in der<br />
Industrie zahlreiche Diskussionen,<br />
und die Definition einer standardisierten<br />
Herangehensweise muss<br />
nicht immer ganz einfach sein.<br />
Tatsächlich kann bereits ein einziges<br />
Problem bei der Qualität der<br />
Masse verbindung das gesamte Layout<br />
einer leistungsfähigen Mixed-<br />
Signal-Leiterplatte beeinträchtigen.<br />
Dieser Aspekt darf deshalb keineswegs<br />
unbeachtet bleiben.<br />
Platzierung der Bauelemente<br />
Ähnlich wie beim Bau eines<br />
Hauses, ist es auch bei einer Leiterplatte<br />
entscheidend, zunächst eine<br />
Art Grundriss des Systems (Floor-<br />
Plan) zu entwerfen, bevor die Bauteile<br />
der Schaltung platziert werden.<br />
Dieser Arbeitsgang legt die allgemeine<br />
Integrität des System- Designs<br />
fest und sollte helfen, Störbeeinflussungen<br />
zu vermeiden.<br />
Bei der Ausarbeitung des Floor-<br />
Plans ist es insbesondere bei Schaltungen<br />
mit hohen Signalfrequenzen<br />
ratsam, dem Signalpfad im Schaltplan<br />
zu folgen. Die physische Platzierung<br />
eines Bauteils ist ebenfalls<br />
ein kritischer Aspekt des Designs.<br />
Die wichtigsten Funktionsabschnitte<br />
und Signale sowie die Verbindungen<br />
zwischen den einzelnen Abschnitten<br />
sollten identifiziert werden, um<br />
die bestgeeignete Position der einzelnen<br />
Bauelemente des Systems<br />
zu bestimmen. Steckverbinder etwa<br />
werden am besten an den Rändern<br />
der Leiterplatte angeordnet, während<br />
Hilfsbauelemente wie etwa<br />
Entkopplungskondensatoren und<br />
Quarze so nah wie möglich am<br />
jeweiligen Mixed-Signal-Baustein<br />
platziert werden sollten.<br />
Aufteilung in analoge<br />
und digitale Blöcke<br />
Damit analoge und digitale<br />
Signale möglichst wenig gemeinsame<br />
Rücklaufwege nutzen, sollte<br />
eine Separierung der analogen und<br />
digitalen Schaltungsteile erwogen<br />
werden. Ein Beispiel für eine der-<br />
Über die Autoren<br />
May Anne Porley ist als<br />
Applications Engineer in<br />
der Automated Test Equipment<br />
(ATE) Group bei Analog<br />
Devices auf den Philippinen<br />
tätig. Sie kam 2012 zu ADI und<br />
arbeitet im Applikations-Support<br />
für Switches, Multi plexer,<br />
Pegelumsetzer und ungepufferte<br />
Crosspoint Switches.<br />
May Anne Porley absolvierte<br />
ein Elektrotechnik-Studium an<br />
der De La Salle University in<br />
Dasmariñas (Philippinen) mit<br />
einem Bachelor-Diplom.<br />
Kevin Chesser arbeitet als<br />
Product Application Engineer<br />
bei der SMX Group von ADI in<br />
Limerick (Irland). Die Elektronik<br />
ist ebenso seine Leidenschaft<br />
wie die Lösung praktischer Probleme<br />
mit technischen Mitteln.<br />
Chesser ist im Kunden-Support<br />
tätig und befasst sich schwerpunktmäßig<br />
mit den Switches<br />
und Multi plexern der ADG7xx-<br />
Familie.<br />
44 1/<strong>2023</strong>
Design<br />
Bild 2: Beispiel einer Entkopplungstechnik für Stromversorgungs-Pins<br />
artige Separierung ist in Bild 1 zu<br />
sehen. Bei einer derartigen Aufteilung<br />
sind einige Dinge zu beachten:<br />
1. Es ist sinnvoll, empfindliche<br />
analoge Bauteile, wie etwa Verstärker<br />
oder Spannungsreferenzen, im<br />
analogen Teil zu platzieren. Digitale<br />
Bauteile mit einem hohen Aufkommen<br />
an Störaussendungen, wie<br />
zum Beispiel Logik- oder Timing-<br />
Schaltungen, gehören dagegen in<br />
den digitalen Abschnitt.<br />
2. Wenn ein System einen A/D-<br />
Wandler (ADC) oder einen D/A-<br />
Wandler (DAC) mit niedrigen digitalen<br />
Strömen enthält, können diese<br />
wie analoge Bauteile behandelt und<br />
im analogen Teil platziert werden.<br />
3. In Designs, in denen mehr als<br />
nur ein ADC oder DAC mit hohen<br />
Strömen vorkommt, ist es sinnvoll,<br />
die analoge und die digitale Stromversorgung<br />
zu trennen. AVCC sollte<br />
also mit dem analogen Teil verbunden<br />
werden, DVDD dagegen mit<br />
dem digitalen Abschnitt.<br />
4. Mikroprozessoren und Mikrocontroller<br />
benötigen unter Umständen<br />
viel Platz und erzeugen Wärme.<br />
Sie sollten deshalb im Interesse<br />
einer besseren Entwärmung in<br />
der Mitte der Leiterplatte angeordnet<br />
werden, gleichzeitig aber nicht<br />
weit von ihren zugehörigen Schaltungsblöcken<br />
entfernt sein.<br />
Der Stromversorgungsblock<br />
Als wichtiger Bestandteil der<br />
Schaltung sollte die Stromversorgung<br />
entsprechend vorrangig behandelt<br />
werden. Grundsätzlich gilt die<br />
1/<strong>2023</strong><br />
Faustregel, dass der Stromversorgungsblock<br />
einerseits vom Rest<br />
der Schaltung isoliert werden sollte,<br />
andererseits aber möglichst nah an<br />
den versorgten Bauelementen zu<br />
platzieren ist.<br />
Komplexe Systeme mit Bausteinen,<br />
die mehrere Stromversorgungs-<br />
Pins aufweisen, können separate<br />
Stromversorgungen für die analogen<br />
und digitalen Abschnitte benutzen,<br />
um von den digitalen Schaltungen<br />
ausgehende Störbeeinflussungen<br />
zu vermeiden. Andererseits sollte<br />
das Routing der Stromversorgung<br />
möglichst kurz und direkt sowie mit<br />
breiten Leiterbahnen ausgeführt<br />
sein, um Induktivitäten zu reduzieren<br />
und eine Limitierung der Stromstärke<br />
zu vermeiden.<br />
Entkopplungstechniken<br />
Die Betriebsspannungs-Unterdrückung<br />
(Power Supply Rejection<br />
Ratio, PSRR) gehört zu den wichtigen<br />
Parametern, die beim Design<br />
im Auge behalten werden müssen,<br />
wenn die angestrebte System-Performance<br />
erreicht werden soll. Der<br />
PSRR-Wert ist ein Maß dafür, wie<br />
empfindlich ein Bauelement auf<br />
Änderungen der Versorgungsspannung<br />
reagiert und letztendlich wird<br />
die Leistungsfähigkeit des jeweiligen<br />
Gerätes von diesem Wert bestimmt.<br />
Um für einen optimalen PSRR-<br />
Wert zu sorgen, kommt es darauf<br />
an, hochfrequente Störgrößen von<br />
dem jeweiligen Bauelement fernzuhalten.<br />
Dies lässt sich erreichen,<br />
indem man die Stromversorgung<br />
des Bausteins mithilfe einer Kombination<br />
aus Elektrolyt- und Keramikkondensatoren<br />
zur niederohmigen<br />
Masse hin entkoppelt. Das gesamte<br />
Konzept der korrekten Entkopplung<br />
dreht sich darum, eine störungsarme<br />
Umgebung herzustellen, in der die<br />
fragliche Schaltung korrekt arbeiten<br />
kann. Der oberste Grundsatz<br />
lautet dabei, dem Strom einen einfachen,<br />
d.h. möglichst kurzen Rückweg<br />
anzubieten.<br />
Beim Design muss man sich stets<br />
damit auseinandersetzen, welche<br />
Empfehlungen für das jeweilige<br />
Bauelement bezüglich der Hochfrequenzfilterung<br />
gegeben werden.<br />
Praktische Checkliste<br />
Die folgende Checkliste soll vor<br />
diesem Hintergrund als Richtschnur<br />
Bild 3: Beispiel einer vierlagigen Leiterplatte<br />
dienen, indem sie allgemeine Entkopplungstechniken<br />
und ihre korrekte<br />
Umsetzung benennt:<br />
1. Während Elektrolytkondensatoren<br />
als Ladungsreservoir für<br />
Stromspitzen fungieren, um niederfrequente<br />
Störgrößen auf den Versorgungen<br />
zu minimieren, dämmen<br />
Keramikkondensatoren mit geringer<br />
Induktivität die hochfrequenten Störgrößen<br />
ein. Optional können zusätzlich<br />
Ferritperlen eingesetzt werden,<br />
die für eine zusätzliche Isolation und<br />
Entkopplung hochfrequenter Störgrößen<br />
sorgen.<br />
2. Entkopplungskondensatoren<br />
sind stets möglichst nah an den<br />
Stromversorgungs-Anschlüssen der<br />
jeweiligen Bauelemente zu platzieren.<br />
Um zusätzliche Serieninduktivitäten<br />
zu vermeiden, sollten diese<br />
Kondensatoren über ein Via oder<br />
eine kurze Leiterbahn mit einer<br />
nieder ohmigen, großen Massefläche<br />
verbunden sein.<br />
3. Der kleinere Kondensator mit<br />
typisch 0,01 bis 0,1 µF sollte so nah<br />
wie es geometrisch irgendwie möglich<br />
ist an den Stromversorgungs-<br />
Pins des Bauelements platziert<br />
werden. Diese Anordnung vermeidet<br />
etwaige Instabilitäten, wenn der<br />
jeweilige Baustein mehrere gleichzeitig<br />
schaltende Ausgänge aufweist.<br />
Der Elektrolytkondensator mit<br />
typisch 10 bis 100 µF sollte dagegen<br />
höchstens 2,5 cm vom Stromversorgungs-Pin<br />
des Bausteins entfernt<br />
platziert werden.<br />
4. Im Interesse einer einfacheren<br />
Implementierung können die<br />
Entkopplungskondensatoren mit<br />
einer T-Verbindung und mit Vias in<br />
der Nähe des GND-Pins des Bau-<br />
45
Design<br />
Bild 4: Rückstrom bei einem System mit durchgehender Massefläche<br />
elements mit der Massefläche verbunden<br />
werden, anstatt mit einer<br />
eigenen Leiterbahn, s. hierzu das<br />
Beispiel in Bild 2.<br />
Lagenaufbau der Leiterplatte<br />
Sobald die Platzierung der Bauelemente<br />
und der Floor-Plan festgelegt<br />
sind, kann man sich der nächsten<br />
Dimension des Leiterplatten-<br />
Designs, nämlich dem Lagenaufbau<br />
zuwenden. Es wird allerdings<br />
empfohlen, sich dem Lagenaufbau<br />
als erstes, also vor dem Routing<br />
der Leiterplatte zu widmen, da<br />
sich hieraus die zulässigen Strom-<br />
Rücklaufwege des Systemdesigns<br />
ergeben.<br />
Unter dem Lagenaufbau versteht<br />
man die vertikale Anordnung der<br />
verschiedenen Kupferlagen einer<br />
Leiter platte, die zur Übertragung der<br />
verschiedenen Ströme und Signale<br />
über die Leiterplatte hinweg dienen.<br />
Während Bild 3 die verschiedenen<br />
Lagen einer Leiterplatte visualisiert,<br />
geht aus Tabelle 1 die Aufgabenverteilung<br />
der einzelnen Lagen eines<br />
typischen Vierlagen-PCBs hervor.<br />
Leistungsfähige Datenerfassungssysteme<br />
sollten in der Regel mindestens<br />
vierlagige Leiterplatten besitzen.<br />
Während die oberste Lage oftmals<br />
für digitale und analoge Signale<br />
verwendet wird, dient die unterste<br />
Lage für zusätzliche Signale. Die<br />
zweite Lage (Masselage) fungiert<br />
als Referenzfläche für Impedanz<br />
kontrollierte Signale. Sie reduziert<br />
die IR-Spannungs abfälle und dient<br />
als Abschirmung für die digitalen<br />
Signale auf der obersten Lage. Die<br />
Stromversorgungsfläche schließlich<br />
ist auf der dritten Lage angesiedelt.<br />
Stromversorgungs- und Masseflächen<br />
müssen benachbart angeordnet<br />
werden, denn so entsteht<br />
eine zusätzliche Kapazität zwischen<br />
den Flächen, die zur HF-Entkopplung<br />
der Stromversorgung beiträgt.<br />
Bezüglich der Masselage haben<br />
sich die Empfehlungen, die für<br />
Mixed-Signal-Designs gegeben werden,<br />
über die Jahre geändert. Wurde<br />
einst die Aufteilung der Massefläche<br />
in einen analogen und einen<br />
digitalen Teil als sinnvoll erachtet,<br />
wird für moderne Mixed-Signal-<br />
Bauelemente eine neue Herangehensweise<br />
empfohlen. Ein korrektes<br />
Floorplanning und ein Separieren<br />
der Signale soll etwaige Probleme<br />
mit störungsbehafteten Signalen<br />
unterbinden.<br />
Massefläche auftrennen<br />
oder nicht?<br />
Das Massekonzept ist ein entscheidender<br />
Prozess beim Design<br />
des Layouts einer Mixed-Signal-<br />
Leiterplatte. Bei einer typischen<br />
vierlagigen Leiterplatte muss mindestens<br />
eine Lage für die Massefläche<br />
vorbehalten sein, damit den<br />
Signalen ein Rücklaufweg mit niederer<br />
Impedanz zur Verfügung steht.<br />
Die Masse-Pins aller integrierten<br />
Schaltungen sollten korrekt mit<br />
dieser niederohmigen Massefläche<br />
verbunden sein, um die Serieninduktivitäten<br />
und -widerstände<br />
zu minimieren.<br />
Es hat sich bei Mixed-Signal-<br />
Systemen zur gängigen Praxis<br />
ent wickelt, für digitale und analoge<br />
Schaltungsteile separate Massen<br />
zu verwenden. Tatsache ist<br />
jedoch, dass sich bei Mixed-Signal-<br />
Bausteinen mit niedrigen digitalen<br />
Strömen stattdessen eine durchgehende<br />
Masse am besten bewährt.<br />
Im Einzelfall ist abhängig von der<br />
Höhe der Mixed-Signal-Ströme zu<br />
überlegen, welches Masseverbindungskonzept<br />
am besten geeignet<br />
ist. Zwei Vorgehensweisen stehen<br />
dabei zur Auswahl.<br />
Lage<br />
Durchgehende Massefläche<br />
Geht es um ein Mixed-Signal-System<br />
mit einem einzigen ADC oder<br />
DAC und mit niedrigen digitalen Strömen,<br />
dürfte eine durchgehende Massefläche<br />
die beste Lösung sein. Um<br />
die Wichtigkeit einer einzigen, durchgängigen<br />
Massefläche zu verstehen,<br />
muss man sich den Rückstrom in<br />
Erinnerung rufen. Dieser fließt von<br />
den jeweiligen Bauelementen zur<br />
Masse zurück, um den Stromkreis<br />
zu komplettieren. Zur Vermeidung<br />
von Interferenzen zwischen den<br />
digitalen und den analogen Schaltungsteilen<br />
gilt es jeden Rücklaufweg<br />
durch das Leiterplatten-Layout<br />
hindurch zu verfolgen.<br />
Bereits an der einfachen Schaltung<br />
in Bild 4 wird deutlich, welche<br />
Vorteile eine durchgängige Massefläche<br />
gegenüber einer geteilten<br />
Massefläche bietet. Dem Signalstrom<br />
steht nämlich ein gleich<br />
hoher, aber gegenläufiger Rückstrom<br />
gegen über, der über die Massefläche<br />
zur Quelle zurückfließt und<br />
dabei naturgemäß den Weg der<br />
geringsten Impedanz wählt.<br />
Bei niederfrequenten Signalen<br />
heißt dies, dass der Rückstrom<br />
über den Weg mit dem niedrigsten<br />
ohmschen Widerstand fließt – meist<br />
entspricht dieser einer Geraden<br />
zwischen den Masseanschlüssen<br />
der beiden Bauelemente. Anders ist<br />
es bei hochfrequenten Signalen: hier<br />
wird ein bestimmter Teil des Rückstroms<br />
versuchen, über den Signalpfad<br />
zur Quelle zurück zu gelangen,<br />
denn die Impedanz ist entlang dieses<br />
Pfads geringer, da hierdurch die<br />
Größe der Schleife zwischen Hinund<br />
Rückstrom minimiert.<br />
Aufteilung in eine analoge<br />
und eine digitale Masse<br />
Wenn es in komplexen Systemen<br />
zu einer Herausforderung wird,<br />
eine durchgehende Massefläche<br />
zu realisieren, kann eine geteilte<br />
Masse sinnvoller sein. Bei dieser<br />
ebenfalls sehr beliebten Methode<br />
Nutzung<br />
1 digitale und analoge Signale (obere Lage)<br />
2 Masse<br />
3 Stromversorgung<br />
4 zusätzliche Signallage (untere Lage)<br />
Tabelle 1: Beschreibung des Lagenaufbaus einer typischen vierlagigen<br />
Leiterplatte<br />
46 1/<strong>2023</strong>
Design<br />
erfolgt eine Aufteilung der Massefläche<br />
in einen analogen und einen<br />
digitalen Teil. Dieser Ansatz empfiehlt<br />
sich für komplexere Systeme<br />
aus mehreren Mixed-Signal-Bausteinen<br />
mit höheren digitalen Strömen.<br />
Ein Beispiel für ein solches<br />
System mit geteilter Massefläche<br />
ist in Bild 5 zu sehen.<br />
Bei Systemen mit einer geteilten<br />
Massefläche besteht die einfachste<br />
Möglichkeit zur Realisierung einer<br />
zusammenhängenden Masse darin,<br />
mit einer sternförmigen Masseverbindung<br />
die Trennung zwischen den<br />
Masseflächen aufzuheben und den<br />
Rückströmen dadurch die Möglichkeit<br />
zu geben, einen direkteren Weg<br />
zu nehmen. Die Sternpunkt-Masseverbindung<br />
ist jene Stelle, an der<br />
in einem Mixed-Signal-Layout die<br />
analoge und die digitale Massefläche<br />
miteinander verbunden sind.<br />
In gängigen Systemen kann die<br />
Sternpunkt-Masseführung mit einer<br />
einfachen, schmalen und durchgehenden<br />
Verbindung zwischen der<br />
analogen und der digitalen Massefläche<br />
realisiert sein. Hat man es dagegen<br />
mit einem komplexeren System<br />
zu tun, wird die Sternpunkt-Masse<br />
meist mit einem Jumper realisiert.<br />
Besonders stromfest muss diese<br />
Verbindung nicht sein, denn die in<br />
der Sternpunkt-Masse fließenden<br />
Ströme sind nicht sehr hoch. Der<br />
wichtigste Zweck ist es vielmehr,<br />
einen Potenzialausgleich zwischen<br />
den Masseflächen herbeizuführen.<br />
Beim Ausarbeiten des Designs<br />
muss man sich in den Datenblättern<br />
der verwendeten Bauelemente<br />
stets darüber informieren, welche<br />
Empfehlungen der jeweilige Hersteller<br />
bezüglich der korrekten Masseverbindung<br />
gibt. Weisen Mixed-<br />
Signal-Bausteine separate AGNDund<br />
DGND-Pins auf, können diese<br />
mit den jeweiligen Masseflächen<br />
verbunden werden, da die Sternpunkt-Masse<br />
beide Flächen an<br />
einem Punkt zusammenführt. Hierdurch<br />
wird erreicht, dass sämtliche<br />
mit Störgrößen behafteten digitalen<br />
Ströme von der digitalen Stromversorgung<br />
über die digitale Massefläche<br />
zurück zur digitalen Stromversorgung<br />
fließen und dabei von den<br />
empfindlichen analogen Schaltungen<br />
ferngehalten werden. Die Isolation<br />
der analogen und digitalen Masseflächen<br />
muss bei einer mehrlagigen<br />
Leiterplatte auf allen Lagen beibehalten<br />
werden.<br />
1/<strong>2023</strong><br />
Bild 5: Rückstrom bei einem System mit geteilter Massefläche<br />
Weitere gängige Methoden<br />
für die Masseverbindung<br />
Anhand der folgenden Checkliste<br />
lässt sich überprüfen, ob bei einem<br />
analog-digitalen Mixed-Signal-System<br />
ein geeignetes Konzept für die<br />
Masseverbindung angewandt wurde:<br />
1. Die Verbindungen an der Sternpunkt-Masse<br />
sollten mit breiten Leiterbahnen<br />
ausgeführt sein.<br />
2. Die Massefläche sollte keine<br />
schmalen Leiterbahnen aufweisen,<br />
die als ungünstig einzustufen sind.<br />
3. Es ist sinnvoll, von vornherein<br />
Pads und Vias vorzusehen, damit<br />
die analogen und digitalen Masseflächen<br />
bei Bedarf miteinander verbunden<br />
werden können.<br />
Zusammenfassung<br />
Die Ausarbeitung des Leiterplatten-Layouts<br />
für Mixed-Signal-Systeme<br />
kann eine höchst anspruchsvolle<br />
Aufgabe sein. Der Entwurf<br />
eines Floor-Plans zum Platzieren der<br />
Bauelemente ist dabei lediglich der<br />
Anfang. Auch die korrekte Planung<br />
des Lagenaufbaus und das Erstellen<br />
eines angemessenen Massekonzepts<br />
sind wichtige Punkte, die<br />
beim Systemdesign beachtet werden<br />
müssen, wenn ein Mixed-Signal-<br />
Systemlayout mit optimaler Performance<br />
entstehen soll. Das Erstellen<br />
des Floor Plans trägt dazu bei, für<br />
die allgemeine Signalintegrität des<br />
Systemdesigns zu sorgen. Zusätzlich<br />
sorgt die ordnungsgemäße<br />
Gestaltung des Lagenaufbaus für<br />
das richtige Management der Ströme<br />
und Signale auf der gesamten Leiterplatte.<br />
Die Wahl des günstigsten<br />
Masseverbindungs-Schemas verbessert<br />
nicht zuletzt die Leistungsfähigkeit<br />
des Systems und vermeidet<br />
Probleme im Zusammenhang<br />
mit störungsbehafteten Signalen<br />
und Rückströmen.<br />
Danksagung<br />
An dem Material, das in dem vorliegenden<br />
Artikel präsentiert wurde,<br />
haben zahlreiche Personen mitgewirkt,<br />
nämlich Eric Carty, Genesis<br />
Garcia, Giovanni Aguirri, Brendan<br />
Somers, Stuart Servis, Leandro<br />
Peje, Mar Christian Lacida und<br />
Yoworex Tiu.<br />
Literaturnachweis<br />
Walt Kester: The Data Conversion<br />
Handbook. Analog Devices,<br />
Inc., 2005.<br />
John Ardizzoni: „A Practical<br />
Guide to High-Speed Printed-Circuit-Board<br />
Layout”. Analog Dialogue,<br />
Vol. 39, No. 9, September 2005.<br />
Ralph Morrison: Grounding and<br />
Shielding Techniques. John Wiley<br />
& Sons, Inc., 1998.<br />
Thomas O’Shea: „AN-1349 Application<br />
Note: PCB Implementation<br />
Guidelines to Minimize Radiated<br />
Emissions on the ADM2582E/<br />
ADM2587E RS-485/RS-422 Transceivers”.<br />
Analog Devices, Inc.,<br />
August 2018.<br />
„MT-101 Tutorial Decoupling Techniques”.<br />
Analog Devices, Inc., 2009.<br />
Linear Circuit Design Handbook.<br />
Analog Devices, Inc., 2008.<br />
Paul Brokaw: „AN-342 Application<br />
Note, Analog Signal-Handling<br />
for High Speed and Accuracy”. Analog<br />
Devices, Inc.<br />
Walt Kester, James Bryant und<br />
Mike Byrne: „MT-031 Tutorial Grounding<br />
Data Converters and Solving<br />
the Mystery of ‘AGND’ and ‘DGND’”.<br />
Analog Devices, Inc., 2009.<br />
Paul Brokaw und Jeff Barrow:<br />
„AN-345 Application Note: Grounding<br />
for Low- and High-Frequency<br />
Circuits, Know Your Ground and<br />
Signal Paths for Effective Designs,<br />
Current Flow Seeks Path of Least<br />
Impedance–Not Just Resistance”.<br />
Analog Devices, Inc.<br />
Doug Grant und Scott Wurce:<br />
„AN-348 Application Note: Avoiding<br />
Passive Component Pitfalls,<br />
The Wrong Passive Component<br />
Can Derail Even the Best Op Amp<br />
or Data Converter Here Are Some<br />
Basic Traps to Watch For”. Analog<br />
Devices, Inc. ◄<br />
47
Löt- und Verbindungstechnik<br />
IoT-Handlötstation<br />
Auf der electronica präsentierte Ersa die (nach<br />
Firmenangaben) weltweit erste Handlötstation,<br />
mit der sich Handlötprozesse in der Elektronikfertigung<br />
verbessern und lückenlos dokumentieren<br />
lassen.<br />
Mit der Ersa i-CON TRACE lässt sich Traceability<br />
erstmalig auch bei Handlötprozessen<br />
sicherstellen. Die smarte IoT-Lötstation erfasst<br />
Prozessinformationen lückenlos und bietet visuelle<br />
Reports. Damit ist es möglich, die Ursachen<br />
für Qualitätsabweichungen frühzeitig zu erkennen,<br />
diese zu isolieren und Probleme nachzuverfolgen.<br />
Die erhobenen Daten können dazu<br />
beitragen, Qualitätsmängel bei retournierten<br />
Baugruppen mit handgelöteten Bauteilen zu<br />
identifizieren.<br />
Die mit WLAN, Bluetooth und optional auch<br />
mit einer Netzwerkkarte ausgestattete Lötstation<br />
i-CON TRACE weist mit einer Heizleistung von<br />
150 W eine herausragende Lötperformance auf.<br />
Sie verfügt über ein charakteristisches Bedienkonzept<br />
und lässt sich anhand mobiler Endgeräte<br />
wie PC, Tablet oder Smartphone steuern.<br />
Zudem kann der Supervisor die für eine Lötaufgabe<br />
relevanten Parameter zentral vorgeben. Die<br />
Bediensoftware Ersa TRACE Cockpit ermöglicht<br />
es ferner, eine Lötaufgabe einer bestimmten<br />
Fachkraft zuzuweisen. Soll- und Ist-Temperatur<br />
werden angezeigt und lassen sich jobbezogen<br />
anpassen. Damit der mit einer Handlötaufgabe<br />
betrauten Operator die ihm zugeteilte<br />
Arbeit durchführen kann, wird mit einem Handscanner<br />
das Bauteil, die Lötspitze, den Lötdraht<br />
und das Flussmittel erfasst.<br />
„Die Lötstation ist erst dann einsatzbereit,<br />
wenn alle Faktoren der Aufgabenstellung entsprechen.<br />
Dadurch lassen sich potenzielle Fehler<br />
eliminieren, die Prozesssicherheit erhöhen<br />
und die lückenlose Rückverfolgbarkeit der Prozessdaten<br />
sicherstellen. Der Operator kann sich<br />
somit ganz auf die Lötaufgabe konzentrieren“,<br />
hebt Jörg Nolte, Produktmanager für Lötwerkzeuge,<br />
Rework- und Inspektionssysteme der<br />
Ersa GmbH hervor.<br />
Die i-CON TRACE Lötstation lässt sich sowohl<br />
als Standalone-Lötstation mit voreingestellten<br />
Parametern nutzen als auch per MES gesteuerte<br />
Produktionsprozesse einbinden. Wird die<br />
kostenfrei zur Verfügung stehende und für eine<br />
intuitive und sichere Bedienung sorgende TRACE<br />
App in Verbindung mit dem TRACE Cockpit<br />
genutzt, kann die Löststation auch mittels im<br />
Firmennetzwerk befindlicher mobiler Endgeräte<br />
wie PC, Tablet oder Smartphone gesteuert<br />
werden.<br />
Überdies wird mit dem neu designten und thermisch<br />
optimierten Lötspitzensortiment die Effizienz<br />
der Energieübertragung um bis zu 30%<br />
erhöht. Das eigens von Ersa entwickelte und<br />
patentierte Schnellwechselsystem Tip´n´Turn<br />
erlaubt schließlich den unkomplizierten, schnellen<br />
und sicheren Wechsel der in unterschiedlichen<br />
Formen und Größen angebotenen Lötspitze.<br />
Der leicht bedienbare Bajonettverschluss<br />
sorgt für eine Vorspannung, wodurch die Lötspitze<br />
permanent an das Heizelement angedrückt<br />
wird. Damit lässt sich eine stabile Temperaturgenauigkeit<br />
von ±2 K sicherstellen. Außerdem<br />
können das long-life Heizelement und die Lötspitze<br />
unabhängig voneinander ausgetauscht<br />
werden, wodurch die Betriebskosten gesenkt<br />
und die Umwelt geschont werden.<br />
Ersa<br />
www.ersa.de<br />
Vapor Phase One - Dampfphasenlöten für Kleinserien<br />
PAGGEN<br />
Werkzeugtechnik GmbH<br />
info@paggen.de<br />
www.paggen.de<br />
Das Dampfphasenlöten gilt als<br />
das effektivste Verfahren zum<br />
Löten von SMD-Baugruppen, da<br />
es in inerter Umgebung ein Überhitzen<br />
der Baugruppe ausschließt<br />
und durch die hohe Energiedichte<br />
bei der Wärmeübertragung auch<br />
die Energiekosten senkt. Es hat<br />
sich überall dort durchgesetzt,<br />
wo es gilt große Massen, oder<br />
besonders kritische Bauteile, wie<br />
z.B. LEDs zuverlässig und schonend<br />
zu löten.<br />
Mit der Vapor Phase One bietet<br />
PAGGEN ein Tischgerät von<br />
hohem Bedienkomfort, welches<br />
auch Entwickler, Schulen, Startups<br />
und Fertiger von Kleinserien in<br />
48 1/<strong>2023</strong>
Löt- und Verbindungstechnik<br />
Die-Bonding-Prototyping<br />
und Fertigung von Kleinserien<br />
Tresky GmbH<br />
www.tresky.de<br />
die Lage versetzt, die Vorteile<br />
des Kondensationslötens effektiv<br />
und preiswert für sich zu nutzen.<br />
Das kompakte Gerät bietet<br />
Anwendern eine hohe Flexibilität<br />
bei der Implementierung von Lötprofilen.<br />
Selbst hochdynamische<br />
Lötprofile sind dank leistungsstarker<br />
Lüfter und einem höhenverstellbaren<br />
Leiterplattenträger zuverlässig<br />
steuerbar.<br />
Der Touchscreen der Vapor<br />
Phase One sorgt für eine klare,<br />
intuitive Bedienung. Der Deckel<br />
zur Prozesskammer hebt sich automatisch<br />
und erleichtert dadurch<br />
das Platzieren einer Leiterplatte.<br />
Ist die bestückte Platine auf dem<br />
1/<strong>2023</strong><br />
In der Prototyping-Phase und<br />
bei der Herstellung von Klein serien<br />
oder der Losgröße 1 scheuen viele<br />
Unternehmen die Investition in einen<br />
eigenen Die-Bonder. Oftmals ist der<br />
finale Designprozess noch nicht<br />
abgeschlossen, weshalb nachgelagerte<br />
Änderungen am Produkt<br />
oder auch bei den Fertigungsprozessen<br />
erforderlich sein können.<br />
Daher bietet der Die-Bonder-Hersteller<br />
Tresky GmbH aus Berlin nun<br />
die Auftragsfertigung von Prototypen<br />
und Kleinserien an.<br />
Ohne Qualitätsverluste<br />
Nicht immer werden Investitionen<br />
aufgrund des jeweiligen Projekt- und<br />
Entwicklungsstatus getätigt. Gleichzeitig<br />
wollen viele Kunden die Prototypen<br />
und Kleinserien schnellstmöglich<br />
und ohne Qualitätsverluste<br />
herstellen können. In diesen Fällen<br />
Lift deponiert und der Lötprozess<br />
gestartet, verläuft der Vorgang<br />
vollautomatisch. Über das Display<br />
kann das verwendete Temperaturprofil,<br />
wie auch die real<br />
erreichte Temperatur in einem<br />
gemeinsamen Diagramm in Echtzeit<br />
verfolgt werden. Die Temperatur<br />
wird auf 2-3°C genau geregelt,<br />
um dem vorgegebenen Profil<br />
zu folgen. Zusätzlich zur Anzeige<br />
der Echtzeit-Temperaturdaten am<br />
Bildschirm, bietet die Vapor Phase<br />
One ein Sichtfenster mit Innenbeleuchtung,<br />
durch das die Prozesskammer<br />
einsehbar ist.<br />
Das sparsame Gerät wiegt nur<br />
22 kg, kommt mit einer Leistungsaufnahme<br />
von 1.1 kWh aus und<br />
benötigt nur 0,49 ml Galden pro<br />
Lötgang. Die integrierte Wasserkühlung<br />
wird von 4 Lüftern stabil<br />
gehalten, so dass kein eigener<br />
Wasseranschluss nötig ist. Die<br />
Vapor Phase One kann individuelle<br />
Lötprofile über eine SD-Karte<br />
importieren. Anhand dieser Profile<br />
werden Heizleistung und Liftposition<br />
an unterschiedliche Lotpasten<br />
und Leiterplattentechnologien<br />
angepasst. Ein attraktives<br />
Preis-Leistungsverhältnis und die<br />
hohe Prozesssicherheit sprechen<br />
für den Einsatz beim Prototyping,<br />
wo meist bereits der erste Versuch<br />
sitzen muss. ◄<br />
sind sie auf Dienstleister angewiesen,<br />
die mit umfangreicher Erfahrung<br />
und detailliertem Wissen die<br />
Fertigung der sensiblen Elektronikbauteile<br />
übernehmen können. „Deshalb<br />
fertigen wir für unsere Kunden<br />
mit unserem technischen Know-how<br />
und auf Basis unserer jahrelangen<br />
Erfahrung ab sofort Prototypen und<br />
Kleinserien ab dem ersten Stück<br />
auf unseren Anlagen. Weil wir in<br />
unserem Democenter außerdem<br />
alle erforderlichen Prozesse umsetzen<br />
können, steht unseren Kunden<br />
das vollumfängliche Fertigungsspektrum<br />
zur Verfügung“, so Daniel<br />
Schultze, geschäftsführender Inhaber<br />
der Tresky GmbH. Neben dem<br />
Epoxy/Adhesive Die Bonding bietet<br />
Tresky das UV Die Bonding, Ultraschallbonden<br />
(US Bonding), Thermokompressionsbonden<br />
(TC Bonding),<br />
Sintern, Die Stacking, Flip<br />
Chip Bonding, Die Sorting und das<br />
Eutektische Bonden als Dienstleistungsprozess<br />
an. Gerade in einer<br />
Zeit hoher Nachfrage nach Bauteilen<br />
kann die Nutzung dieser Dienstleistungen<br />
für Bauteilhersteller entscheidend<br />
sein. Deshalb unterstützt<br />
Tresky seine Kunden mit seinem<br />
Dienstleistungsangebot dabei, die<br />
time-to-market zu reduzieren. Als<br />
externer Partner kann das Unternehmen<br />
zudem auf Abruf schnell<br />
Kleinserien fertigen.<br />
Leistungsfähigkeit<br />
der Die-Bonder<br />
Auf Kundenseite ist es somit nicht<br />
erforderlich, zusätzliche Produktionskapazitäten<br />
aufzubauen, bestehende<br />
Ressourcen in Anspruch<br />
zu nehmen oder gar Serienfertigungen<br />
zu unterbrechen. „Unsere<br />
Kunden erhalten dadurch die erforderlichen<br />
Produkte und können<br />
überdies anhand des Fertigungsprozesses<br />
auch die Leistungsfähigkeit<br />
unserer Die-Bonder testen.<br />
Ferner können wir unsere zuverlässigen<br />
Prozessmöglichkeiten<br />
aufzeigen. Kunden erhalten somit<br />
eine individuelle Demonstration<br />
inkl. eines Fertigungsnachweises,<br />
was außerdem die Entscheidung<br />
für eine Maschine für die spätere<br />
Serienfertigung erleichtern kann“,<br />
führt Schultze weiter aus. ◄<br />
49
Löt- und Verbindungstechnik<br />
Fertigung und Re-Manufacturing von Batteriemodulen<br />
Universelle Arbeitszelle<br />
Die Firma F&S hat eine kostengünstige Maschine entwickelt, die auch für Neueinsteiger attraktiv ist,<br />
und die trotz ihrer Funktionsvielfalt einfach zu bedienen ist.<br />
Bondkopf mit zusätzlicher CO 2 -Reinigungsdüse<br />
Die Wiederaufbereitung von<br />
gebrauchten Batteriemodulen ist<br />
wirtschaftlich von großem Interesse<br />
und wird auch von der EU<br />
gefördert und gefordert. Dabei geht<br />
es um ein beträchtliches Volumen:<br />
ab 2030 werden einer Studie des<br />
Fraunhofer ISI zufolge etwa 230.000<br />
t gebrauchte Lithiumbatterien pro<br />
Jahr allein in Europa anfallen, ab<br />
2040 sogar etwa 1.500.000 t.<br />
Derzeit wird vor allem das Recycling<br />
von Batterien auf der Ebene<br />
der enthaltenen Materialien diskutiert,<br />
die Batterien werden also verschrottet.<br />
Dabei wäre es weitgehend<br />
möglich, ganze Zellen wieder einzusetzen,<br />
weil in defekten Batteriemodulen<br />
häufig nur wenige Zellen tatsächlich<br />
unbrauchbar sind.<br />
Aus den übrigen Zellen könnten<br />
dagegen neue Module zusammengestellt<br />
werden. Das scheitert meist<br />
aber daran, dass die Zellen nicht<br />
ohne Beschädigung aus dem Modulverband<br />
herausgetrennt werden können,<br />
weil die Kontaktierung nicht<br />
zerstörungsfrei gelöst werden kann,<br />
jedenfalls für die am weitesten verbreiteten<br />
Widerstands- oder Laserschweißverbindungen.<br />
F&S BONDTEC Semiconductor<br />
GmbH<br />
info@fsbondtec.at<br />
www.ris.bka.gv.at<br />
Die Lösung dieses Problems<br />
sind Drahtbondverbindungen, wie<br />
sie in vielen Batterien für E-Fahrzeuge<br />
eingesetzt werden: Sie sind<br />
stoffschlüssig, also robust und<br />
lang lebig, kommen aber gleichzeitig<br />
ohne Schmelzphase und damit<br />
ohne Gefüge änderungen aus. Daher<br />
ist es problemlos möglich, eine Batteriezelle<br />
ein zweites Mal per Drahtbond<br />
zu kontaktieren.<br />
Die Universal-Fertigungseinheit<br />
Series 86 vereint erstmals mehrere<br />
Funktionen zum Re-Manufacturing<br />
von Batteriemodulen in einer<br />
Maschine. Als Drahtbonder kontaktiert<br />
sie die Module in der Erstherstellung<br />
in konventioneller Weise.<br />
Beim Re-Manufacturing deckt sie<br />
weitere Fertigungsschritte ab:<br />
1. Zunächst werden die alten<br />
Drahtbonds schonend entfernt.<br />
Dazu dient ein Scher-Testkopf, der<br />
eigentlich für die Qualitätskontrolle<br />
von Dickdrahtbonds gedacht<br />
ist. Dabei wird der Drahtbond von<br />
einem Scher-Tool seitlich weggeschoben<br />
und die dazu erforderliche<br />
Kraft gemessen; diese ist ein Maß<br />
für die Qualität des Bonds.<br />
Derselbe Vorgang lässt sich<br />
aber perfekt dazu nutzen, den<br />
Bond schonend zu lösen (Foto),<br />
denn sowohl der Angriffspunkt am<br />
Bond wie auch die Höhe über dem<br />
Substrat werden vom Scher-Testkopf<br />
genau ermittelt und mit einem<br />
Bilderkennungssystem nachjustiert,<br />
sodass der Bond tatsächlich ohne<br />
Beschädigung des Untergrunds entfernt<br />
werden kann. Der ganze Vorgang<br />
läuft vollautomatisch und somit<br />
hochproduktiv ab, denn die Drahtbonds<br />
eines ganzen Moduls werden<br />
ohne Bedienerunterstützung gelöst.<br />
Zusätzlich kann dabei, falls<br />
gewünscht, die Scher-Testfunktion<br />
genutzt werden, um noch die Qualität<br />
der entfernten Bonds zu messen,<br />
z.B. um den Alterungszustand des<br />
Batteriemoduls hinsichtlich der Verbindungen<br />
zu erfassen.<br />
2. In diesem Schritt kann der<br />
Zustand jeder einzelnen Zelle ermittelt<br />
werden. Dazu dient ein wechselbarer<br />
Messkopf auf der Maschine,<br />
der wieder automatisch und programmierbar<br />
jede Zelle mit einem<br />
Messfühler (mit programmierbarer<br />
Aufsetz kraft und anderen einstellbaren<br />
Parametern) kontaktiert und<br />
die gewünschten elektrischen Messungen<br />
durchführt. Es gibt dazu<br />
bereits Vergleichstabellen mit Erfahrungswerten<br />
von Batteriezellen verschiedener<br />
Hersteller, um die Qualität<br />
der vorliegenden Zellen einordnen<br />
zu können. Das erlaubt nicht<br />
nur eine Gut/Schlecht-Beurteilung,<br />
sondern auch eine feinere Sortierung<br />
der Zellen in unterschiedliche<br />
Qualitätsklassen für die Weiterverwendung.<br />
3. Im dritten Schritt, der außerhalb<br />
der Maschine stattfindet, werden<br />
die Zellen aus dem Verbund<br />
entnommen und ggf. nach Qualitätsklassen<br />
sortiert. Anschließend<br />
können die Zellen zu neuen Modulen<br />
zusammengesetzt werden.<br />
4. Den vierten und ggf. fünften<br />
Schritt erledigt wieder die Fertigungseinheit:<br />
die Zellen werden<br />
wieder mit dem Drahtbondkopf zu<br />
einem Modul verschaltet.<br />
5. Falls sich durch visuelle Inspektion<br />
oder auch durch die Messung<br />
der Verbindungsqualität in Schritt 1<br />
gezeigt hat, dass die Oberflächenqualität<br />
der Bondflächen nicht mehr<br />
gut oder gleichmäßig genug ist,<br />
kann am Bondkopf zusätzlich eine<br />
Reinigungsdüse installiert werden<br />
(Foto), die mit CO 2 -Trockenschnee<br />
die Oberflächen reinigt und aktiviert,<br />
bevor sie mit dem Drahtbonder<br />
kontaktiert werden. Auch dieser<br />
Schritt erfolgt vollautomatisch<br />
und programmiert.<br />
Die Universal-Fertigungseinheit<br />
hat einen großen Arbeitsbereich, in<br />
dem Batteriemodule bis zur Größe<br />
von 51 x 72 cm Platz finden, oder<br />
auch mehrere kleine Module nebeneinander.<br />
Sie kann auch mit automatisiertem<br />
Bauteilwechsel ausgestattet<br />
werden, wenn die Stückzahlen<br />
das Erfordern. Man sieht<br />
den Anwendungsbereich aber vor<br />
allem für Batteriemodule in kleineren<br />
Stückzahlen bei hoher Variantenvielfalt,<br />
etwa bei Neueinsteigern<br />
in die Industrie. Gerade hier ist der<br />
Wunsch nach Re-Manufacturing<br />
von gebrauchten Modulen besonders<br />
ausgeprägt.<br />
Deshalb hat man eine kostengünstige<br />
Maschine entwickelt, die auch<br />
für Neueinsteiger attraktiv und die<br />
trotz ihrer Funktionsvielfalt einfach<br />
zu bedienen ist. Das liegt vor allem<br />
an der flexiblen Software, die neue<br />
und zusätzliche Funktionalitäten<br />
ohne großen Aufwand einbinden<br />
kann. So kann die Fertigungszelle<br />
auch zukünftig hard- und softwareseitig<br />
erweitert werden, z.B. mit einer<br />
weiter verfeinerten optischen Inspektion<br />
oder auch einer Dispensfunktion<br />
für Kleber oder Dichtungen. ◄<br />
Serie 86XX mit wechselbaren<br />
Arbeitsköpfen<br />
50 1/<strong>2023</strong>
Löt- und Verbindungstechnik<br />
Neue Epoxies härten bei 60 °C<br />
Panacol hat eine Reihe von neuen<br />
1K-Epoxidharz-Klebstoffen entwickelt,<br />
die schon ab Temperaturen<br />
von 60 °C aushärten. Diese neue<br />
Klebstofftechnologie ist speziell für<br />
Elektronikanwendungen geeignet<br />
und besitzt insbesondere eine sehr<br />
hohe Adhäsion auf Substraten mit<br />
niedriger Oberflächenspannung.<br />
Mit den Klebstoffen Structalit 5511,<br />
5521 und 5531 wurde eine Reihe an<br />
Klebstoffen entwickelt, die im ausgehärteten<br />
Zustand unterschiedliche<br />
physikalische Eigenschaften<br />
aufweisen. Sie ermöglichen<br />
den Einsatz der Epoxytechnologie<br />
bei unterschiedlichen Bauteilgeometrien,<br />
Substraten und Anforderungsprofilen.<br />
Alle drei sind einkomponentige<br />
Klebstoffe auf Epoxidharzbasis<br />
und härten bereits<br />
bei 60 °C aus, sodass sie besonders<br />
für temperatursensible elektronische<br />
Bauteile geeignet sind.<br />
Bei höheren Aushärtetemperaturen<br />
kann die Aushärtung beschleunigt<br />
und die Haftfestigkeit noch weiter<br />
erhöht werden.<br />
Structalit 5511 besticht durch<br />
einen niedrigen Ionengehalt und<br />
ist daher optimal für die Anwendung<br />
in Elektroniken geeignet.<br />
Durch die Kombination eines hohen<br />
E-Moduls mit einer Bruchdehnung<br />
von mehr als 8% sorgt er für eine<br />
hohe Haftung auf vielen Substraten<br />
mit zusätzlicher Schock- und<br />
Vibrationsfestigkeit.<br />
Structalit 5521 ist nach der Aushärtung<br />
etwas weicher und flexibler,<br />
sodass der Klebstoff Spannungen<br />
zwischen den Substraten besser<br />
ausgleichen kann. Durch den sehr<br />
niedrigen E-Modul ist dieser Klebstoff<br />
sehr gut als Verguss oder für<br />
den Auftrag dickerer Klebstoffschichten<br />
geeignet.<br />
Als dritter Klebstoff der neuen<br />
Epoxytechnologie verfügt Structalit<br />
5531 über einen besonders niedrigen<br />
thermischen Ausdehnungskoeffizienten<br />
(CTE) und ist dennoch<br />
flexibel genug, um Fall- und Vibrationstests<br />
zu bestehen. In den Klebstoff<br />
eingearbeitete Füllstoff partikel<br />
machen den Klebstoff äußerst<br />
beständig gegen mechanische und<br />
chemische Einflüsse.<br />
Sehr hohe Haftfestigkeit<br />
Die vorgestellten Structalit-Klebstoffe<br />
besitzen eine sehr hohe Haftfestigkeit<br />
auf vielen gängigen Werkstoffen<br />
in der Elektronikindustrie,<br />
zudem haften sie sehr gut auf LCP<br />
(Flüssigkristallpolymer) und anderen<br />
Hightech-Kunststoffen mit niedriger<br />
Oberflächenenergie. Die Klebstoffe<br />
haben einen niedrigen Halogengehalt<br />
und erfüllen die internationalen<br />
Standards für Elektronikklebstoffe.<br />
Panacol-Elosol GmbH<br />
www.panacol.de<br />
High-Performance Frame&Fill-Klebstoffe<br />
Panacol hat eine neue Reihe an<br />
High-Performance-Klebstoffen für<br />
Frame&Fill-Anwendungen auf Leiterplatten<br />
entwickelt. Frame&Fill-<br />
Verfahren werden zum Schutz<br />
hochkomplexer oder sensibler<br />
Bereiche auf elektronischen<br />
Leiterplatten eingesetzt. Im ersten<br />
Schritt wird mit einem hochviskosen<br />
Klebstoff ein Rahmen – der<br />
sogenannte Frame – aufgetragen.<br />
Im nächsten Schritt wird dieser<br />
Bereich mit niedrigviskosem Füllmaterial<br />
– Fill – aufgefüllt.<br />
Präzises Verfahren<br />
Mit diesem präzisen Verfahren<br />
können Bereiche auf der Leiterplatte<br />
vor mechanischen Einflussfaktoren<br />
geschützt werden.<br />
Die Kombination aus Frame&Fill-<br />
Materialien ermöglicht den Auftrag<br />
minimaler Barriere- und Vergusshöhen<br />
und härtet zu einer homogenen<br />
Beschichtung aus. Bei der<br />
neuen Frame&Fill-Klebstoffreihe<br />
von Panacol sind die Komponenten<br />
so aufeinander abgestimmt,<br />
dass Frame und Fill nass in nass<br />
optimal dosierbar sind, ohne<br />
dass die noch flüssigen Klebstoffe<br />
zu einem unerwünschten<br />
Verlaufen auf der Leiterplatte<br />
führen.<br />
Structalit 5704<br />
Das Frame-Material Structalit<br />
5704 ist ein schwarzer, thermisch<br />
härtbarer und einkomponentiger<br />
Epoxidharzklebstoff.<br />
Diese Frame- und Glob-Top-<br />
Masse verfügt über eine exzellente<br />
Raupenstabilität und hohe Glasübergangstemperatur<br />
von 150 bis<br />
190 °C, je nach Aushärteparametern<br />
und erzeugten Schichtstärken.<br />
Bei der Verwendung von Structalit<br />
5704 treten keine Bleedingeffekte<br />
auf. Aufgrund seines sehr geringen<br />
Ionengehaltes von weniger<br />
als 20 ppm kann Structalit 5704<br />
bedenkenlos als Chipverguss auf<br />
Leiterplatten eingesetzt werden.<br />
Als Fill-Material hat Panacol<br />
eine Reihe von Klebstoffen mit<br />
unterschiedlichen rheo logischen<br />
Eigenschaften entwickelt. Die<br />
Klebstoffe Structalit 5717 bis<br />
Structalit 5721 verfügen über<br />
ein optimiertes Fließverhalten,<br />
sodass sie aufgrund der unterschiedlich<br />
eingestellten Viskositäten<br />
auf diversen Chip- und<br />
Bonddrahtgeometrien eingesetzt<br />
werden können. Da die Fills<br />
auf derselben chemischen Basis<br />
wie das Frame-Material beruhen,<br />
finden sich auch in den Fills die<br />
exzellenten physikalischen und<br />
chemischen Eigenschaften des<br />
hohen Glasübergangsbereichs,<br />
der Ionenreinheit, der Temperaturstabilität<br />
sowie des minimalen<br />
Schrumpfungsverhaltens wieder.<br />
Im ausgehärteten Zustand bilden<br />
Structalit 5704 und der passende<br />
Fill der Structalit-Reihe<br />
5717-5721 eine schwarze, blickdichte<br />
und kratzfeste Beschichtung.<br />
Diese Eigenschaften, verbunden<br />
mit einer Temperatur stabilität<br />
bis 200 °C, gewährleisten höchste<br />
Zuverlässigkeit und einen höchstmöglichen<br />
Schutz.<br />
Panacol-Elosol GmbH<br />
www.panacol.de<br />
1/<strong>2023</strong><br />
51
Rund um die Leiterplatte<br />
Der neue ProtoLaser H4<br />
Beschleunigtes PCB-Prototyping<br />
bei MultiLayern. Flexible Materialien<br />
oder Folien werden mit dem integrierten<br />
Vakuumtisch sicher in Position<br />
gehalten.<br />
Hard und Soft in Harmonie<br />
Die Hardware kommt erst durch<br />
die einfach zu bedienende System-<br />
Software zur vollen Leistung. LPKF<br />
CircuitPro RP steuert den gesamten<br />
Produktionsprozess – auch für<br />
Anwender ohne spezielles Fachwissen.<br />
Umfangreiche Bibliotheken<br />
mit Materialparametern, Prozessabläufe<br />
für viele gebräuchliche Anwendungen,<br />
eine einfache Bedieneroberfläche<br />
und vordefinierte Laserwerkzeuge<br />
vereinfachen die Projektplanung.<br />
Top-Ergebnisse im Elektroniklabor – der neue LPKF ProtoLaser H4<br />
LPKF<br />
Laser & Electronics AG<br />
www.lpkf.com<br />
Mal ist der Laser das Werkzeug<br />
der Wahl, mal ein Bohrer, mal ein<br />
Fräser. Wer den LPKF ProtoLaser<br />
H4 für Leiterplatten-Prototypen einsetzt,<br />
muss sich darum keine großen<br />
Gedanken machen. Das neueste<br />
Gerät in der ProtoLaser-Reihe entscheidet<br />
selbständig und ist damit<br />
noch flexibler als seine Vorgänger.<br />
Das beweist ein Praxisbericht,<br />
in dem ein vierlagiges PCB in nur<br />
einem Tag inhouse produziert wird.<br />
Ans Werk mit neuen<br />
Werkzeugen<br />
Im ProtoLaser H4 stecken mehr<br />
45 Jahre Erfahrung mit der mechanischen<br />
Bearbeitung von Leiterplatten<br />
und mehr als 30 Jahre bei der<br />
Laserbearbeitung. Diese Erfahrungen<br />
vereinen sich in der Hardware<br />
und der im Paket enthaltenen<br />
Systemsoftware LPKF CircuitPro.<br />
„Ziel war ein kompaktes Table-<br />
Top-System, das auch anspruchsvolle<br />
Entwickler aktueller Elektronik<br />
auf unterschiedlichen Substraten<br />
überzeugt. Und das ist gelungen“,<br />
zeigt sich Lars Führmann, Sales<br />
Director LPKF DevelopmentQuipment<br />
zufrieden.<br />
Der neue ProtoLaser baut auf<br />
einer Granit-Basis auf, verfügt über<br />
einen leistungsstarken Laser und<br />
einen mechanischen Bearbeitungskopf,<br />
der sich aus einem Werkzeugmagazin<br />
selbständig bedient. Im<br />
Betrieb gilt Lasersicherheitsklasse<br />
1 – es sind keine besonderen Vorkehrungen<br />
erforderlich.<br />
Mit neuen Werkzeugen verändern<br />
sich auch die Produktionsabläufe.<br />
Beim ProtoLaser H4 übernimmt der<br />
Laser die gesamte Strukturierung<br />
der vollflächig beschichteten Leiterplattenmaterialien.<br />
So lassen sich<br />
Leiterbahnbreiten/Abstände von<br />
100/50 µm sicher erreichen. Das<br />
Bohren und das Ausschneiden der<br />
Platine bzw. großer Durchbrüche<br />
bleibt den mechanischen Werkzeugen<br />
vorbehalten. Der ProtoLaser H4<br />
integriert die bewährten Fräsbohrplotter<br />
in ein innovatives, hochpräzises<br />
System zur Laser-Mikromaterialbearbeitung.<br />
Eine Kamera erfasst die exakte<br />
Position der Leiterplatte auf dem<br />
Arbeitstisch. So gelingen passgenaue<br />
Strukturierungen von zweilagigen<br />
PCBs und von Einzellagen<br />
Die Software führt den Anwender<br />
nach Einlesen der Layouts Schritt<br />
für Schritt durch den Produktionsprozess.<br />
Das Inhouse-Prototyping<br />
reduziert die Zeiten der einzelnen<br />
Entwurfsschleifen deutlich und eignet<br />
sich auch für Kleinserien.<br />
Wie das in der Praxis funktioniert<br />
zeigt der Praxisbericht „4-Lagen-<br />
PCBs an einem Tag“, der ab sofort<br />
kostenfrei bei LPKF zum Download<br />
bereitsteht (bit.ly/3wUzPRJ).<br />
Er beschreibt den gesamten Prozess<br />
von der Übernahme der Layouts<br />
bis zur fertigen Leiterplatte –<br />
und dabei spielt der neue Proto-<br />
Laser H4 die entscheidende Rolle.<br />
Der Praxisbericht zeigt, wie dank<br />
ProtoLaser H4 ein 4-lagiges PCB<br />
im eigenen Labor hergestellt<br />
wird – in nur einem Arbeitstag<br />
52 1/<strong>2023</strong>
Rund um die Leiterplatte<br />
SMD-Bestückungsautomaten und Lagersystem<br />
zur Prozessoptimierung<br />
Zukunftssicher und energieeffizient: EA Elektro-Automatik stellt seine Fertigung neu auf –<br />
FUJI liefert Bestückungslösungen.<br />
© EA Elektro-Automatik<br />
FUJI EUROPE<br />
CORPORATION<br />
www.fuji-euro.de<br />
Nach dem Willen der Politik muss<br />
sich Deutschland unabhängig von<br />
fossilen Brennstoffen machen. Wasserstoff<br />
empfiehlt sich als Ersatz für<br />
Erdgas, Öl und Kohle. Durch den<br />
Einsatz von Wasserstoff ergibt sich<br />
enormes Energiesparpotenzial –<br />
genauso bei der Batterietechnologie.<br />
Um der weltweit rasanten Entwicklung<br />
der Batterie- und Wasserstofftechnologie<br />
gerecht zu werden, stellt<br />
der Spezialist in diesem Bereich EA<br />
Elektro-Automatik seine Fertigung<br />
und Logistik seit Ende 2020 sukzessive<br />
zukunftsfähig auf. Im Zuge<br />
der Modernisierung setzt EA SMD-<br />
Bestückungsautomaten AIMEX IIIc<br />
und das Lagersystem s|tower Various<br />
930 der FUJI EUROPE COR-<br />
PORATION ein.<br />
Die EA Elektro-Automatik Gruppe<br />
ist Spezialist im Bereich der Leistungselektronik<br />
für Forschung<br />
und Entwicklung sowie industrielle<br />
Anwendungen. EA-Geräte werden<br />
sowohl in der Batterie- als auch in<br />
der Brennstoffzellen-Technologie<br />
angewandt. Sie finden Verwendung<br />
in der Wind- und Sonnenenergie,<br />
Elektrochemie,<br />
Prozesstechnologie,<br />
Telekommunikation,<br />
Automobilindustrie<br />
und in vielen weiteren<br />
zukunftsweisenden<br />
Anwendungsbereichen.<br />
EA hat in den<br />
vergangenen<br />
Monaten umfangreiche<br />
Investitionen<br />
in die Modernisierung<br />
der Fertigung<br />
und Logistik<br />
getätigt. Für<br />
die hochmoderne<br />
Elektronikproduktion<br />
und das neugestaltete<br />
Lager<br />
stehen mit einer<br />
neuen Halle insgesamt<br />
ca. 19.000<br />
m 2 zur Verfügung.<br />
Zum Einsatz kommen<br />
dabei SMD-<br />
Bestückungsautomaten AIMEX IIIc<br />
und das intelligente Lagersystem<br />
s|tower 930 von FUJI.<br />
Höchste Produktivität<br />
durch AIMEX IIIc: 30.000<br />
Bauteile pro Stunde bestücken<br />
Die Bestückungsautomaten der<br />
AIMEX-Serie schaffen höhere Effizienz<br />
und Präzision in der Fertigung.<br />
Mit den Bestückungsautomaten<br />
lassen sich so pro Stunde<br />
rund 30.000 Bauteile bestücken –<br />
und das bis zur kleinsten Bauteilgröße<br />
EIA 01005. Die AIMEX-Serie<br />
unterstützt in einer Maschine die<br />
Bearbeitung von kleinsten Chip-<br />
Komponenten bis hin zu großen<br />
Bauteilen und ist führend in Bezug<br />
auf ladbare Teilemenge, mit bis zu<br />
130 Bauteilzuführungen. Sie ist auf<br />
eine High-Mix-Produktion ausgelegt<br />
und ermöglicht jegliche Art der Produktion<br />
und Änderungen in den verwendeten<br />
Gehäuseformen. Unterstützend<br />
zur qualitativ hochwertigen<br />
Bestückung wird jedes Teil<br />
mittels IPS bei voller Geschwindigkeit<br />
geprüft und so werden Bestückungsfehler<br />
eliminiert – ohne Stillstand<br />
oder Zeitverlust.<br />
Über den Bestückungsautomaten<br />
läuft unter anderem die 10000er<br />
Serie von EA. Zu dieser gehören<br />
mehr als 180 Geräte: programmierbare<br />
DC-Stromversorgungen<br />
EA-PS und EA-PSI, bidirektionale<br />
DC-Stromversorgungen EA-<br />
PSB sowie regenera¬tive¬ elektronische<br />
DC-Lasten EA-ELR. Alle<br />
Modelle der Serie 10000 verfügen<br />
über eine aktive Leistungsfaktorkorrektur,<br />
die in der Regel 0,99<br />
beträgt, um die aus dem Stromnetz<br />
bezogene Leistung zu minimieren.<br />
Darüber hinaus bieten die<br />
bidirektionalen Netzteile EA-PSB<br />
sowie die elektronischen Lasten<br />
EA-ELR eine Rückspeiseschaltung,<br />
die Energie mit einem Wirkungsgrad<br />
bis über 96% in das<br />
Netz zurückspeist. Diese regenerativen<br />
Schaltungen sparen Betriebskosten<br />
und die Kosten für die Kühlung,<br />
die zur Ableitung der Wärme<br />
bei einer herkömmlichen elektronischen<br />
Last erforderlich wären.<br />
Intelligentes Lagersystem<br />
für automatische Versorgung<br />
der SMD-Produktion<br />
Die Prozesseffizienz im neuen<br />
hochmodernen Logistikbereich<br />
wird mit einer Autostore-Lagerrobotertechnologie<br />
und unter anderem<br />
durch das intelligente Lagersystem<br />
s|tower Various 930 von<br />
FUJI erhöht. Über einen Greifarm<br />
transportiert es einzelne SMD-Rollen<br />
an die Lagerplätze. Das System<br />
ist in der Lage, 930 einzelne<br />
SMD-Rollen von 7 bis 15 Zoll aufzunehmen<br />
und kann über Warenträgerboxen<br />
auf eine Kapazität von<br />
bis zu 1300 SMD-Rollen erweitert<br />
werden. Zudem können die Ausführung<br />
der 7- und 13-Zoll-Lagerplätze<br />
des Tower bei Durchmesser<br />
und Gurtbreite individuell konfiguriert<br />
werden.<br />
Der s|tower Various 930 ist für<br />
Gurtbreiten von bis zu 56 mm konzipiert<br />
und außerdem für die universelle<br />
Lagerung von Materialien<br />
und Komponenten einsetzbar. ◄<br />
1/<strong>2023</strong><br />
53
Rund um die Leiterplatte<br />
Fertigungsgerechtes Leiterplattendesign<br />
Smart Tool ermittelt Geometrie<br />
für impedanzdefinierte Leiter<br />
Impedanzdefinierte Leiterplatten erfordern die richtige Leitergeometrie, Lagenaufbau und Basismaterial,<br />
um die vorgegebene Impedanz zu erreichen. Intelligente Werkzeuge vereinfachen die Arbeit.<br />
Leiterbahnen mit definierter Impedanz: fertigungsbedingt schwankt<br />
die Impedanz um ±10 %<br />
Jede Leiterbahn hat eine Länge,<br />
einen Widerstand, eine Kapazität<br />
und eine Induktivität. Der Wert dieser<br />
elektrischen Parameter ist abhängig<br />
von ihren physikalischen Eigenschaften,<br />
der Beziehung zu anderen<br />
leitenden und nichtleitenden Materialien<br />
in der Nähe und der Wellenform,<br />
die sie durchläuft.<br />
Gleichstromsignale und Wellenformen<br />
mit niederfrequenten Anteilen,<br />
werden von den Eigenschaften<br />
nicht so stark beeinflusst, insbesondere<br />
dann, wenn die Leiterbahnen<br />
im Vergleich zu ihren Wellenlängen<br />
kurz sind. In diesen Fällen können<br />
wir diese Verbindungen so behandeln,<br />
als ob sie direkt nebeneinander<br />
liegen würden.<br />
Wenn die Wellenlänge viel kürzer<br />
ist als die Länge der Leitung, oft wird<br />
ein Viertel bis ein Sechstel verwendet,<br />
müssen wir uns um die Eigenschaften<br />
der Leitung kümmern, die das Signal<br />
durchlaufen wird. Das Ziel ist, die<br />
Wellenform so weit wie möglich beibehalten,<br />
den Einfluss von anderen<br />
Signalen in der Nähe reduzieren und<br />
Reflexionen minimieren. Dazu schaffen<br />
wir eine Leitung mit einem definierten<br />
Wellenwiderstand z0, den die<br />
Eurocircuits<br />
www.eurocircuits.de<br />
Wellenfront, ein Übergang zwischen<br />
Zuständen, „sieht“, wenn sie sich entlang<br />
der Leitung ausbreitet.<br />
Eine herkömmliche Übertragungsleitung<br />
besteht aus einer Leiterbahn<br />
mit einer Erdungsebene für den Rückstrom.<br />
In den meisten Fällen sind die<br />
Leiterbahnen und Ebenen entweder<br />
mit Luft oder einem Basismaterial<br />
FR-4, RO4350, IS400 usw. mit<br />
einer bestimmten Dielektrizitätskonstante<br />
εr umgeben. Schließlich muss<br />
eine passende Abschlussschaltung<br />
in der Regel mit Widerständen und<br />
Kondensatoren einbezogen werden,<br />
um Reflexionen so weit wie möglich<br />
zu verhindern.<br />
Nach dieser extrem kurzen Einführung<br />
in das weite Feld HF-Design,<br />
kommt der fertigungstechnische Teil.<br />
Grundregeln<br />
für gutes HF-Design<br />
Für ein erfolgreiches HF-Design<br />
muss der Leiterplattendesigner die<br />
Schaltung gut entwerfen und die Leiterplatte<br />
speziell für diese Anforderungen<br />
auslegen und der Leiterplattenhersteller<br />
mit den erforderlichen<br />
elektrischen Eigenschaften fertigen.<br />
Der PCB-Designer<br />
hat die Aufgabe:<br />
• die richtige Geometrie zu definieren,<br />
also Aufbau, Abstände und<br />
Breiten und die Materialien mit<br />
ihren jeweiligen Dielektrizitätskonstanten,<br />
um die gewünschte<br />
charakteristische Impedanz zu<br />
erzeugen;<br />
• Unterbrechungen in den Übertragungsleitungen<br />
zu minimieren, die<br />
normalerweise durch Durchkontaktierungen<br />
und Steckverbinder<br />
verursacht werden;<br />
• eine geeignete Abschlussschaltung<br />
vorsehen, die Reflexionen<br />
reduziert, falls es erforderlich ist<br />
oder eine Feinabstimmung nach<br />
der Fertigung der Leiterplatte<br />
vorsehen.<br />
Der Leiterplattenhersteller hat die<br />
Aufgabe, den korrekten Aufbau zu<br />
fertigen und die Geometrie so einhalten,<br />
dass der resultierende Wellenwiderstand<br />
der Übertragungsleitung<br />
innerhalb einer bestimmten prozentualen<br />
Abweichung vom Nennwert<br />
liegt; 10% Abweichung ist ein<br />
Industriestandard. Dies wird als<br />
definierte oder kontrollierte Impedanz<br />
bezeichnet.<br />
Interaktives Webtool<br />
Impedanz Kalkulator<br />
Mit dem Impedanz Kalkulator<br />
bietet Eurocircuits eine günstige<br />
Lösung für Leiterplatten an, die für<br />
bestimmte Leiterbahnen eine definierte<br />
Impedanz erfordern. So funktioniert<br />
das Webtool: Zunächst wählen<br />
Designer Defined Impedance Pool<br />
im Eurocircuits Visualizer aus. Die<br />
minimale Anzahl der Lagen ist vier.<br />
Nun ist der praktischer Impedanz<br />
Kalkulator aktiv. Damit lässt sich<br />
die Geometrie der Leiterbahnen<br />
berechnen, die die Übertragungsleitungen<br />
Single-Ended oder Differential,<br />
Microstrip oder Stripline<br />
für den gewählten Lagenaufbau<br />
bilden werden.<br />
Zum Beispiel lassen sich für 50 Ω<br />
Leitungswellenwiderstand und 90 Ω<br />
differentiellen Leitungswellenwiderstand<br />
die korrekten Leiterbahnbreiten<br />
und Leiterabstände für ein Material<br />
mit konstanter Dielektrizitätskonstante<br />
(εr) einfach bestimmen.<br />
Es ist wichtig, einen Blick auf<br />
den Lagenaufbau-Editor zu werfen,<br />
um sicherzustellen, dass der<br />
Aufbau wie erwartet ist und dass<br />
jeder Lage Designdaten zugeordnet<br />
sind. Abschließend ist auf die<br />
berechnete Gesamtmaterialdicke im<br />
Abschnitt Lagenaufbau des Lagenaufbau-Editors<br />
zu achten, da diese<br />
von der Nenndicke der Leiterplatte<br />
0,8 mm; 1,2 mm; 1,55 mm, usw.<br />
abweicht und vom Lagenaufbau<br />
abhängt ◄<br />
Mit dem Impedanz Kalkulator können PCB-Designer die richtige<br />
Leitergeometrie für einen bestimmten Lagenaufbau ermitteln<br />
54 1/<strong>2023</strong>
Rund um die Leiterplatte<br />
SMD-Druckschablonen:<br />
Photocad mit neuer Website<br />
Android-Nutzer, die mit neuester,<br />
aber auch älterer Software kompatibel<br />
ist. Empfehlung erhalten,<br />
Konfiguration abschließen und<br />
direkt im Shop bestellen: eine Allin-One-Lösung.<br />
Photocad<br />
www.photocad.de<br />
Der auf die fortschrittliche Online-<br />
Abwicklung zur Fertigung von SMD-<br />
Druckschablonen spezialisierte<br />
Berliner Hersteller Photocad präsentierte<br />
seine neu-designte und<br />
optimierte Website.<br />
Die Inhalte sind klarer präsentiert<br />
und die Responsivität ist erhöht<br />
und alle Informationen auf jedem<br />
Endgerät und in jeder Situation<br />
verfügbar.<br />
Mit dem integrierten „Produktberater“<br />
kann die passende SMD-<br />
Schablone in nur zwei Schritten<br />
bestimmt werden. Und das auch<br />
bequem per Smartphone und<br />
Tablet mit der App für IOS- und<br />
„Mit unserem zertifizierten<br />
Onlineshop setzen wir damit weiterhin<br />
Maßstäbe für die kürzeste Timeto-Production“,<br />
wie Verkaufs- und<br />
Marketingleiter Axel Meyer betont.<br />
Mit wenigen Klicks gibt es jetzt<br />
eine schnellere Vorauswahl, die<br />
eine Nutzung von Konfigurationsvorlagen<br />
für die eigene Schablone<br />
ermöglicht.<br />
Mit dem professionellen Konfigurator<br />
ist die maßgeschneiderte<br />
Druckschablone mit allen Anforderungen<br />
für den Fertigungsauftrag<br />
bis zur Verpackung und Same-<br />
Day-Lieferung jetzt noch effizienter<br />
zu bestimmen. Und dazu<br />
gibt es einen Cashback-Bonus<br />
bei jedem Einkauf im Onlineshop...<br />
◄<br />
Mai/Juni/Juli 2/2022 Jahrgang 16<br />
Fachzeitschrift für Elektronik-Produktion<br />
Thermische Simulationssoftware<br />
für die Elektronikentwicklung<br />
Alpha-Numerics, Seite 16<br />
Einkaufsführer<br />
Elektronik-Produktion <strong>2023</strong><br />
electronic fab 2/<strong>2023</strong> mit umfangreichem Einkaufsführer:<br />
Produkt e und Lieferanten, Firmenadressverzeichnis,<br />
deutsche Vertretung internationaler Unternehmen<br />
Einsendeschluss für Unterlagen: 03.03.<strong>2023</strong><br />
Anzeigen-/Redaktionsschluss: 10.03.<strong>2023</strong><br />
Infos und Download: www.beam-verlag.de/einkaufsführer<br />
Kontakt: info@beam-verlag.de<br />
Sonderteil Einkaufsführer:<br />
Elektronik-Produktion<br />
ab Seite 31<br />
Jetzt Unterlagen anfordern!
Rund um die Leiterplatte<br />
Klimaneutrale Leiterplatten zum Mitmachen<br />
Beta Layout gleicht ab sofort das entstandene CO 2 seiner Leiterplatten aus.<br />
Technische Herausforderungen<br />
bei recyclebaren Leiterplatten<br />
Beta Layout<br />
info.de@beta-layout.com<br />
www.beta-layout.com<br />
Bei Bestellungen im PCB-Pool<br />
können sich Kunden mit einem freiwilligen<br />
Beitrag an Umweltprojekten<br />
beteiligen und bekommen zusätzlich<br />
ihren persönlichen Baumcode<br />
zum „Selberpflanzen“.<br />
Globale & Lokale Projekte<br />
für den CO 2 -Ausgleich<br />
Bei den in Deutschland hergestellten<br />
Leiterplatten aus dem PCB-Pool<br />
wird das entstandene CO 2 von Beta<br />
Layout ausgeglichen. Wer dieses<br />
Modell unterstützen möchte, kann<br />
seiner Bestellung noch einen beliebig<br />
hohen Umweltbeitrag hinzufügen.<br />
Der Beitrag wird dann ohne<br />
zusätzliche Abzüge für die Umsetzung<br />
unserer aktuellen und zukünftigen<br />
Schutzprojekte verwendet. Ab<br />
einem Betrag von 10 Euro bekommen<br />
Kunden sogar einen persönlichen<br />
Baumcode und können so<br />
die Entwicklung des gepflanzten<br />
Baumes mittels Baumtagebuch und<br />
Geolokalisierung nachverfolgen.<br />
Beta Layout arbeitet mit Treedom<br />
zusammen, einer Organisation, die<br />
sich vor allem durch Transparenz<br />
auszeichnet und die nicht nur weltweit<br />
Bäume pflanzt, sondern auch<br />
die lokale Wirtschaft durch Sozialprojekte<br />
nachhaltig stärkt.<br />
Regionale und überregionale<br />
Schutzprojekte<br />
Zusätzlich stellt sich der Elektronikdienstleister<br />
mit selbst organisierten<br />
regionalen und überregionalen<br />
Schutzprojekten seiner Verantwortung,<br />
unseren Planeten als<br />
lebenswerten Ort für Menschen,<br />
Tiere und Pflanzen zu erhalten.<br />
Charakteristisch für den Rheingau<br />
Taunus Kreis, Hauptsitz der<br />
Beta Layout, ist der hohe Waldanteil.<br />
Durch extreme Hitzeperioden<br />
und Borkenkäferbefall entstehen<br />
dort jedoch immer mehr kahle<br />
Waldbereiche. In Kooperation mit<br />
HessenForst haben die Mitarbeiter<br />
von Beta Layout solche Flächen<br />
nachhaltig aufgeforstet und<br />
im vergangenen Frühling über<br />
1000 Douglasien im Aar bergener<br />
Gemeindewald gepflanzt. Weitere<br />
Projekte durch Beta Layout umfassen<br />
die Schaffung eines sicheren<br />
Zuhauses für Vögel und Fledermäuse.<br />
Mithilfe von BUND e.V.<br />
wurden Wohnstätten für Schwalben<br />
an den Produktionsgebäuden<br />
angebracht. Mehr Informationen<br />
und weitere Schutzprojekte<br />
finden Sie auf der Website<br />
www.beta-layout.com/co2-ausgleich.<br />
Bei Beta Layout wird Energie effizient<br />
eingesetzt und der Ressourcenverbrauch<br />
minimiert. Dennoch<br />
hat die Herstellung von Leiterplatten<br />
eine negative Umweltauswirkung,<br />
die aktuell unvermeidbar ist. Eines<br />
der Hauptprobleme ist die fehlende<br />
Recyclebarkeit von Faserverbundmaterialien<br />
wie FR4. Aufgrund dessen<br />
arbeitet Beta Layout neben den<br />
Umweltschutzprojekten auch an der<br />
Entwicklung eines wiederverwendbaren<br />
Materials mit gleichen mechanischen,<br />
thermischen und dielektrischen<br />
Eigenschaften. Derzeit werden<br />
vielversprechende Ansätze mit<br />
der Verwendung von PEEK (Polyetheretherketon)<br />
verfolgt. Als Teil der<br />
Forschungsgruppe Bayern Innovativ<br />
forscht man außerdem an der<br />
Anwendbarkeit von biobasiertenbzw.<br />
biologisch abbaubaren Trägermaterialien.<br />
In Deutschland müssen Unternehmen<br />
höchste Umweltschutzanforderungen<br />
erfüllen. Seit 2015 wird<br />
Beta Layout im Rahmen der Zertifizierung<br />
nach ISO 14001 (Umweltmanagementsystemnorm)<br />
hinsichtlich<br />
des Ressourcen-Managements wie<br />
z.B. Wasser- und Energieverbrauch<br />
bewertet und durch den TÜV SÜD<br />
zertifiziert. Dieser Status muss jedes<br />
Jahr erneuert werden, was nur mittels<br />
kontinuierlicher Verbesserung<br />
der Prozesse und des Maschinenparks<br />
möglich ist.<br />
„Als Leiterplattenhersteller mit<br />
eigenen Produktionen in Deutschland<br />
haben wir optimale Möglichkeiten<br />
und den größten Hebel, um<br />
die Belange des Umwelt- und Ressourcenschutzes<br />
in unserer Entwicklung<br />
zu priorisieren. Wir können<br />
kontinuierlich Ideen und Prozesse<br />
verbessern, mit dem Fokus<br />
darauf Energie zu sparen und die<br />
Umweltauswirkungen zu reduzieren.<br />
Wir haben die Kontrolle über<br />
die relevanten Prozesse, von der die<br />
Auswahl der Lieferanten für unser<br />
Basismaterial bis hin zur umweltfreundlichen<br />
und wiederverwertbaren<br />
Verpackung.“, sagt Simon<br />
Schüßler, Projektmanager bei Beta<br />
Layout. ◄<br />
56 1/<strong>2023</strong>
Halbleiterfertigung<br />
Aufbau neuer Halbleiterfabriken<br />
Hilscher Gesellschaft für<br />
Systemautomation mbH<br />
info@hilscher.com<br />
www.hilscher.com<br />
Die Zukunftsaussichten für die<br />
Halbleiterindustrie sind mit einem<br />
prognostizierten Wachstum von<br />
ca. 9% für das Jahr 2022 durchaus<br />
positiv. Jedoch kommt es u.a. durch<br />
die Auswirkungen der anhaltenden<br />
Corona-Pandemie in der Branche<br />
immer wieder zu Lieferengpässen.<br />
Durch die Entwicklung des neuartigen<br />
comX Kommunikationsmoduls<br />
speziell für die Halbleiterindustrie,<br />
unterstützt Hilscher<br />
diese nun bei der Bewältigung<br />
der aktuellen Situation.<br />
Kommunikations module von<br />
Hilscher werden seit über 25<br />
Jahren in der industriellen Automation<br />
von einer Vielzahl erfolgreicher<br />
Unternehmen eingesetzt.<br />
Ihre Fähigkeit, alle führenden<br />
Realtime-Ethernet-Protokolle<br />
als Master oder Slave in<br />
exakt einem Design zu unterstützen,<br />
findet bei Herstellern von<br />
Automatisierungs geräten, wie<br />
z.B. Robotersteuerungen, SPSen<br />
oder Antrieben viel Anklang.<br />
In der Halbleiterfertigung hat sich<br />
EtherCAT als Kommunikationsprotokoll<br />
durchgesetzt. Gerätehersteller,<br />
die ihre Produkte im Halbleitermarkt<br />
verkaufen möchten, kommen somit<br />
auch an dem EtherCAT Standard<br />
ETG.5003 Semiconductor Device<br />
Profile nicht mehr vorbei.<br />
Das comX 51CA-RE\R basiert<br />
auf dem klassischen und im Markt<br />
etablierten comX 51 Design. Mit dem<br />
Zusatz von physischen Adress-Drehcodierschaltern<br />
kann die Explicite<br />
Device ID gemäß Common Device<br />
Profil (CDP, ETG.5003-1) eingestellt<br />
werden. Das Zusammenspiel von<br />
selbstentwickelter Hard- und Software<br />
von Hilscher ermöglicht es<br />
den Anwendern, ein Gerät nach<br />
dem CDP zu entwickeln, welches<br />
die Basis für die Geräteentwicklung<br />
gemäß SDP (Specific Device<br />
Profile, ETG.5003-2xxx) darstellt.<br />
Schnell reagieren ist in Zeiten<br />
der Krise essenziell. Hilscher reagiert<br />
mit dem COMX 51CA-RE\R<br />
auf den Bedarf, bereits vorhandene<br />
Produktionsstätten auszubauen<br />
sowie neue Kapazitäten in<br />
der Halbleiterfertigung zu schaffen.<br />
Hersteller von Fertigungsmaschinen<br />
können bei Hilscher<br />
auf die langjährige Erfahrungen<br />
mit EtherCAT, aber auch auf die<br />
Zuverlässigkeit des comX Moduls<br />
vertrauen.◄<br />
Kameras nun auch in UV-empfindlichen Varianten<br />
Mit der Integration des neuen UV-empfindlichen<br />
Global Shutter CMOS Sensors IMX487<br />
von Sony erweitert Matrix Vision die Einsatzmöglichkeiten<br />
der GigE-Vision-Kameras der<br />
mvBlueCOUGAR-Familie.<br />
Bestimmte Bildverarbeitungsanwendungen,<br />
z.B. in der Halbleiterinspektion oder Müllsortierung,<br />
können durch die Verwendung des<br />
UV-Spektrums optimiert werden oder sind überhaupt<br />
nur in diesem Spektral bereich möglich.<br />
Der aus der neusten Sony Pregius S Generation<br />
(Gen4) stammende hochauflösende<br />
Sensor IMX487 mit 8,1 MPixels ist sowohl in<br />
der GigE-Kameraserie mvBlueCOUGAR-X<br />
als auch in der 10GigE Version mvBlueCOU-<br />
GAR-XT verfügbar. Die Sensoren der neusten<br />
Generation zeichnen sich sowohl durch<br />
eine hohe Bildqualität bei kleiner Pixelgröße<br />
als auch durch hohe Transferraten aus. Eine<br />
GenICam-kompatible Software-Unterstützung<br />
der Kameras gewährleistet die Kompatibilität<br />
zu bestehenden Bildverarbeitungsprogrammen<br />
und somit auch die Plattformunabhängigkeit.<br />
Erste Muster der Modelle mvBlue-<br />
COUGAR-X (GigE) und mvBlueCOUGAR-XT<br />
(10GigE) mit dem Sensor IMX487 sind ab<br />
sofort erhältlich. In Serie sind die Kameras<br />
ab Juli 2022 verfügbar.<br />
Neue Möglichkeiten<br />
Der in die Kamerafamilie mvBlueCOUGAR<br />
integrierte Sensor IMX487 mit einer hohen<br />
Empfindlichkeit im UV-Bereich von 200 bis 400<br />
nm eröffnet neue Einsatzmöglichkeiten in der<br />
industriellen Inspektion. Beispiele sind z.B. die<br />
Fehlerprüfung im Halbleiterbereich, die Erkennung<br />
unterschiedlicher transparenter Materialen<br />
in der Müllsortierung oder die Schimmelpilzerkennung<br />
bei Lebensmitteln.<br />
Backside Illumination<br />
Die verwendete Global-Shutter-Technologie<br />
mit Backside Illumination gewährleistet<br />
sowohl verzerrungsfreie Bilder bei bewegten<br />
Objekten als auch eine hohe Bildqualität durch<br />
optimale Ausnutzung der Pixelfläche. Mit einer<br />
Pixelgröße von nur 2,74 µm erreichen die<br />
Kameras eine Auflösung von 8,1 MPixel. In<br />
der GigE-Version mvBlueCOUGAR-X erreicht<br />
die Kamera bei voller Auflösung eine Bildwiederholrate<br />
von 25 fps während in der mvBlue-<br />
COUGAR-XT mit 10GigE Schnittstelle sogar<br />
147 fps möglich sind. Die Sensorgröße von<br />
nur 2/3 Zoll erlaubt die Verwendung kostengünstiger<br />
UV-kompatibler Objektive.<br />
Die Kameras der mvBlueCOUGAR-Familie<br />
sind kompatibel zu den Standards GenICam<br />
und GigE Vision. Treiber gibt es sowohl für<br />
Linux als auch für Windows. Ferner unterstützt<br />
die Kamera auch Software von Dritt anbietern,<br />
die kompatibel zu GigE Vision ist.<br />
Matrix Vision GmbH<br />
info@matrix-vision.de<br />
www.matrix-vision.com<br />
1/<strong>2023</strong><br />
57
Dienstleistung<br />
Entwicklung und Fertigung kundenspezifischer<br />
elektronischer Komponenten<br />
Mit ihrer über 50-jährigen Erfahrung<br />
in der Entwicklung und Fertigung<br />
von innovativen IKT-Systemen,<br />
bietet die Firma UNITRO-<br />
Fleischmann nun auch kundenspezifische<br />
Entwicklungen von<br />
elektronischen Steuerungs-Komponenten<br />
an, speziell für Produktions-<br />
und Betriebseinrichtungen,<br />
auch bei kleinen Stückzahlen.<br />
Dabei kommen bei UNITRO für<br />
Schaltungs- und Layout-Erstellung<br />
sowie für Bestückungspläne<br />
und Stücklisten moderne CAD-<br />
Systeme zum Einsatz. In der Fertigung<br />
bedingen leistungsstarke<br />
moderne Rackel-Bestück- und<br />
Lötautomaten den hohen Qualitätsstandard<br />
ihrer Produkte. Ein<br />
eigenes Prüflabor steht zudem für<br />
EMV-Tests zur Verfügung.<br />
So entwickelte UNITRO in<br />
Zusammenarbeit mit einem führenden<br />
Reinraumausrüster eine<br />
völlig neue elektronische Türsteuerung<br />
zur Überwachung von<br />
Schleusenzugängen in Reinräumen<br />
(Foto). Dieses innovative<br />
System wird zukünftig bei zunehmendem<br />
Bedarf in Reinräumen<br />
eingesetzt, so u.a. in der Halbleiterfertigung,<br />
der Nahrungsmittelindustrie<br />
sowie der optischen, chemischen<br />
und pharmazeutischen<br />
Industrie. Mit diesem Projekt<br />
hat UNITRO gezeigt, dass auch<br />
weiter führende EMS-Aufgabenstellungen<br />
erfolgreich gelöst werden<br />
können.<br />
UNITRO-Fleischmann-<br />
Störmeldesysteme<br />
www.unitro.de<br />
Verguss als Rundumschutz<br />
Belastungen ausgesetzt sind, bietet<br />
InnoCoat den vollständigen oder<br />
partiellen Verguss an. Bei dieser<br />
Beschichtungsart werden in Zusammenarbeit<br />
mit dem Kunden die physikalischen<br />
Rahmenbedingungen,<br />
wie Ausdehnungskoeffizient oder<br />
die optimalen Materialien, definiert.<br />
Umfang des Angebots<br />
InnoCoat bietet neben der Beschichtung<br />
mit Lacken für den Vergussprozess<br />
an:<br />
Innocoat in Nürnberg bietet<br />
Verguss, auch selektiv, für Baugruppen.<br />
Hintergrund: Um die Funktion<br />
einer Baugruppe auch unter<br />
rauen Bedingungen zu sichern, gibt<br />
es inzwischen zahlreiche Technologien,<br />
die sich in ihrer Wirksamkeit<br />
und Wirtschaftlichkeit unterscheiden.<br />
Welches Verfahren für<br />
die jeweilige Anwendung geeignet<br />
ist, muss bereits in der Entwicklung-<br />
bzw. Konstruktionsphase wohl<br />
durchdacht und gewählt werden.<br />
Eine Fehlentscheidung bei der Auswahl<br />
des Verfahrens oder Materials<br />
kann sich negativ auf die Produktzuverlässigkeit<br />
auswirken.<br />
Extrem klimatische<br />
Belastungen<br />
Speziell für Anwendungen, bei<br />
denen die elektronischen Komponenten<br />
extremen klimatischen<br />
• Entwicklung und Herstellung<br />
von Vergussgehäusen,<br />
angepasst an die<br />
geometrischen Anforderungen<br />
• partieller Verguss nach der<br />
Dam&Fill-Methode<br />
• gehäuseloser Verguss mittels<br />
flexibler Formen<br />
• Chip-Verguss und BGA-<br />
Underfilling<br />
Je nach Anforderung werden Polyurethane,<br />
Epoxidharz-Systeme, Silikone<br />
oder Silikon-Gele eingesetzt.<br />
Innocoat GmbH<br />
www.innocoat.de<br />
58 1/<strong>2023</strong>
Dienstleistung<br />
Gefälschte elektronische Bauteile: Erkennung,<br />
Schadensbegrenzung und Entsorgung<br />
Gefälschte elektronische Bauteile? Das HTV-Institut für Materialanalyse bietet Expertise gemäß dem<br />
internationalen SAE-Standard AS6081 zur Ermittlung von Bauteilfälschungen an.<br />
HTV Halbleiter-Test &<br />
Vertriebs-GmbH<br />
www.htv-gmbh.de<br />
1/<strong>2023</strong><br />
Mit der akustischen Mikroskopie<br />
(Scanning Acoustic Microscopy,<br />
SAM) bietet HTV im eigenen Institut<br />
für Materialanalyse neben Röntgeninspektion,<br />
Prüfung der Lötkontaktbeschichtung<br />
mit RFA oder REM/<br />
EDX, Bauteilöffnung, Temperaturwechselbelastung,<br />
elektrische Tests,<br />
Burn-in etc. die nunmehr komplette<br />
Bandbreite der geforderten Tests<br />
und Inspektionsmethoden beim<br />
SAE-Standard AS6081 an.<br />
Werfen wir einen Blick<br />
auf die Bilder<br />
Neue Techniken der Fälscher<br />
sind immer schwerer nachweisbar.<br />
Sie schleifen die alte Beschriftung<br />
ab und verwenden anschließend<br />
das abgeschliffene Material,<br />
um dieses mit Epoxidharz erneut<br />
auf die Bauteiloberfläche aufzubringen.<br />
Somit wird das ursprüngliche<br />
Erscheinungsbild des Gehäuses<br />
erhalten. Anschließend werden<br />
die Teile neu beschriftet. Das<br />
Problem: Ein Wischtest ist in diesem<br />
Fall ohne Befund (links). Eine<br />
Untersuchung solcher Bauteile<br />
mit einem Scanning-Acoustic-<br />
Microscop (SAM) hingegen bringt<br />
die originale Schrift, und somit die<br />
Wahrheit, ans Tageslicht.<br />
Die AS6081 Norm<br />
wurde als Reaktion auf die erhebliche<br />
und zunehmende Menge an<br />
gefälschten elektronischen Bauteilen<br />
geschaffen, die verstärkt in die<br />
Lieferketten der Luft- und Raumfahrtindustrie<br />
eindringen und erhebliche<br />
Risiken für Leistung, Zuverlässigkeit<br />
und Sicherheit bilden.<br />
Einheitliche Anforderungen<br />
AS6081 stellt einheitliche Anforderungen,<br />
Praktiken und Methoden<br />
zur Verfügung, um das Risiko<br />
von Fälschungen in der Lieferkette<br />
zu mindern. Die proaktive Identifizierung<br />
zuverlässiger Teilequellen,<br />
die Bewertung und Minderung<br />
des Risikos gefälschter Teile,<br />
Inspektionsanforderungen, die Kontrolle<br />
von Teilen, die als Fälschungen<br />
entdeckt werden, und die Meldung<br />
verdächtiger und bestätigter<br />
gefälschter Teile werden in dieser<br />
Norm festgelegt.<br />
www.krebshilfe.de<br />
SPENDENKONTO IBAN:<br />
DE65 3705 0299 0000 9191 91<br />
„Mein Song für das<br />
„Leben – Mit aller Kraft<br />
„Linda Hesse, Sängerin<br />
Beim Kauf und Verkauf<br />
von sogenannten EEE-Bauteilen<br />
(elektrischen, elektronischen und<br />
elektromechanischen Bauteilen) an<br />
das US-Militär müssen Produkte, die<br />
außerhalb der OEM-Kanäle (Original<br />
Equipment Manufacturer) also<br />
auf dem freien Markt bezogen werden,<br />
nach dem AS6081-Standard<br />
geprüft werden.<br />
Aktuelle Marktsituation<br />
Insbesondere in der aktuellen<br />
Marktsituation, in der viele Hersteller<br />
aufgrund des globalen Chipmangels<br />
gezwungen sind, Bauteile<br />
aus fragwürdigen Quellen zu<br />
beziehen, ist die Einhaltung dieser<br />
strengen Norm auch für elektronische<br />
Komponenten, die für<br />
den kommerziellen oder industriellen<br />
Gebrauch bestimmt sind,<br />
von Vorteil.<br />
AS6081-konforme Prüfung<br />
Das HTV-Institut für Materialanalyse<br />
bietet diese AS6081-konforme<br />
Prüfung an, die als eine der besten<br />
Möglichkeiten gilt, minderwertige<br />
Teile auszusortieren, die die Produkt-<br />
oder Systemleistung beeinträchtigen<br />
könnten. ◄<br />
„<br />
59
Dienstleistung<br />
Mit neuem SMD-Tower schneller in den Markt<br />
elkotec GmbH<br />
www.elkotec.de<br />
„Seit der Einführung der drei<br />
SMD-Tower für die Bauteileverwaltung<br />
im letzten Jahr verzeichnen<br />
wir jetzt eine deutliche Verkürzung<br />
der Mannstunden bei Materiallagerung<br />
und Wiederauffindung<br />
um fast 90%. Dazu wurden Maschinenstillstände<br />
um fast 50% vermindert“,<br />
stellt Sinan Saglar, Geschäftsführer<br />
der elkotec GmbH in Berlin<br />
lapidar fest. „Und damit bringen wir<br />
unsere Kunden natürlich in eine<br />
deutlich bessere Marktposition“.<br />
Warum sagt er das? Auf etwa<br />
einem Quadratmeter je SMD-Tower<br />
Stellfläche verwaltet dieses System<br />
Rollen, Tray‘s oder eine komplette<br />
Baugruppe und bietet einen<br />
verwechselungssicheren Zugriff<br />
auf die Bauteile. Durch sehr kurze<br />
Zugriffszeiten schafft der Tower<br />
die Voraussetzung für ein schnelles<br />
und komfortables Umrüsten von<br />
Produktionslinien. Das Einlagern<br />
von Rollen oder Tray`s erfolgt in<br />
willkürlicher Reihenfolge. Die Rolle<br />
ist lediglich im SMD-Tower abzulegen<br />
und den Freigabetaster zu<br />
bedienen. Der integrierte Barcode-<br />
Scanner identifiziert die Rolle und<br />
gibt die Bauteilinformationen an<br />
den PC weiter. Für die Rollenentnahme<br />
wird die Sachnummer via<br />
Barcode gescannt oder eine Rüstlinie<br />
oder eine Bestückungsprogramm<br />
auszuwählen. Die Artikel<br />
werden dann sequenziell bereitgestellt<br />
und ausgebucht.<br />
Bauteilbestandsdaten werden in<br />
Echtzeit abgefragt und der Datenbestand<br />
wird permanent aktualisiert.<br />
Die Software unterstützt quasi als<br />
Rüstplatz die Zuweisung von Artikeln<br />
zu intelligenten Feedern per<br />
Barcode. Weitere Informationen<br />
wie Inventur und statistische Auswertungen<br />
erhöhen die Prozesssicherheit<br />
und -optimierung.<br />
Jeder elkotec SMD-Tower kommt<br />
mit Rollenbreiten von 8 bis 32 mm<br />
und Rollendurchmessern von 180<br />
bis 330 mm zurecht. Durch den<br />
gleichzeitigen Einsatz der drei<br />
Tower verringert sich die Zugriffszeit<br />
noch weiter, da parallel einund<br />
ausgelagert wird. Durch die<br />
Kombination dieser Anlagen ist<br />
die Lagerkapazität für die Anforderungen<br />
des EMS-Dienstleisters<br />
nicht nur aktuell optimal, sondern<br />
für zukünftiges Wachstum einfach<br />
auszuweiten.<br />
Ein wichtiger Bestandteil der Software<br />
ist das Job-Planungs-Modul,<br />
das mehrere Auftragslisten verwaltet<br />
für Ware, die in Abhängigkeit von<br />
der Losgröße hergestellt werden<br />
muss. Die Listen werden im Planungsmodul<br />
chronologisch nach<br />
Produktionsdatum angeordnet. Farbige<br />
Indikatoren zu den jeweiligen<br />
Artikeln geben schon vor Produktionsbeginn<br />
Aufschluss darüber, ob<br />
der Auftrag mit dem existierenden<br />
Bauteilbestand komplett, teilweise<br />
oder gar nicht gefertigt werden kann.<br />
Eine Mindestbestandsüberwachung<br />
verhindert ungewollte Stillstandzeiten<br />
in der Produktion.<br />
„Diese drei SMD-Tower sind für<br />
uns und unsere Kunden ein wichtiger<br />
Beitrag zur Steigerung der<br />
Produktivität unserer Bestückungsdienstleistung“,<br />
bringt es Saglar auf<br />
den Punkt. ◄<br />
Next Gen der technischen Kommunikation für Prototypen<br />
BMK launchte auf der electronica<br />
2022 das BMKyourproto-<br />
Portal. Mit diesem neuen Ansatz<br />
revolutioniert BMK die Kommunikation<br />
rund um die Prototypenfertigung.<br />
Tim Sievers, Leiter BMK Prototypen<br />
Services, unterstreicht:<br />
„Die innovative Plattform ermöglicht<br />
die digitale Instant-Kommunikation<br />
zwischen uns und unseren<br />
Kunden und verhindert so zeitintensive<br />
Feedbackschleifen in<br />
der Klärungsphase. Auf diese<br />
Weise kann die Durchlaufzeit für<br />
die Prototypenfertigung mittels<br />
einer effizienten Aufbereitung der<br />
Auftragsdaten deutlich reduziert<br />
werden – und das bei gleichzeitiger<br />
Preisoptimierung. Die Arbeit<br />
an einer gemeinsamen Datenbasis<br />
sorgt zudem für die Richtigkeit<br />
und Transparenz der Daten.“<br />
Messebesucher konnten<br />
live Daten eingeben und den<br />
Ablauf durchspielen. „Hands-on“<br />
erfuhren sie, welche Vorteile<br />
durch das BMKyourproto- Portal<br />
entstehen.<br />
„Das neue BMKyourproto-Portal<br />
ist beispielhaft dafür, dass<br />
BMK völlig neue Wege geht.<br />
BMK ist eben mehr als EMS,“<br />
bestätigt Andreas Schneider,<br />
Geschäftsleiter Vertrieb und<br />
Marketing bei BMK.<br />
BMK Group<br />
GmbH & Co. KG<br />
www.bmk-group.de<br />
60 1/<strong>2023</strong>
Dosiertechnik<br />
Klebstoffe und Vergussmassen<br />
optimal vorwärmen und aushärten<br />
Die Firma bdtronic ergänzte ihr<br />
Produktportfolio und bietet künftig<br />
standardisierte Industrieöfen für<br />
die optimale Wärmebehandlung<br />
beim Dosieren an. Die Öfen dienen<br />
dazu, Vergussmassen wie Epoxidharze,<br />
Polyurethane und Silikone<br />
auszuhärten oder Bauteile auf eine<br />
bestimmte Temperatur vorzuheizen.<br />
Anwendung findet dies in einer<br />
Vielzahl von unterschiedlichen Bauteilen<br />
wie beispielsweise bei der<br />
Produktion von Leistungselektronik,<br />
On-Board-Chargern (OBC) für Hybrid-<br />
und Elektrofahrzeuge, Basisstationen<br />
im Bereich Telekommunikation,<br />
Sensoren für das autonome<br />
Fahren, oder Reifendrucksensoren<br />
im Bereich Automobilelektronik. Um<br />
diese vor äußeren Einflüssen wie<br />
Schmutz, Feuchtigkeit oder Überhitzung<br />
zu schützen, werden sie vergossen.<br />
Für ein optimales Vergussergebnis<br />
und eine möglichst kurze<br />
Taktzeit werden die Bauteile in vielen<br />
Fällen vorgewärmt und das vergossene<br />
Produkt im Durchlaufofen<br />
handlingfest ausgehärtet. Neben<br />
der hochautomatisierten Dosierzelle<br />
übernimmt bdtronic künftig<br />
auch die Herstellung der Ofentechnologie<br />
selbst.<br />
Präzises<br />
Temperatur-Management<br />
ist für das Imprägnieren von Elektromotoren<br />
unerlässlich. Daher verfügt<br />
bdtronic bereits über langjährige<br />
Erfahrung im Ofenbau für Imprägnieranlagen.<br />
Dieses Wissen wird<br />
nun für die neuen standardisierten<br />
Ofenmodule in Kombination mit<br />
den von bdtronic gebauten Dosierlösungen<br />
genutzt.<br />
Bei der Ofentechnologie von<br />
bdtronic handelt es sich um sogenannte<br />
Durchlauföfen, bei denen die<br />
Bauteile horizontal auf bis zu zwei<br />
Spuren gefördert werden. Jeder<br />
Standardofen ist mit einem Ventilator<br />
und einem Heizregister ausgestattet.<br />
Die erwärmte Luft wird durch<br />
den Ventilator angezogen und durchströmt<br />
(Längsströmung) den Innenraum<br />
des Ofens. Durch die Längsströmung<br />
werden die Teile homogen<br />
erwärmt bzw. getrocknet. Um<br />
die Wärmeverluste gering zu halten<br />
ist der Ofen mit einem Umluftsystem,<br />
spezieller Isolierung sowie<br />
Schotts ausgestattet.<br />
Integration<br />
der Ofenmodule<br />
Durch die Integration der Ofenmodule<br />
in eine Fertigungslinie kann<br />
die Takt- und Prozesszeit optimiert,<br />
Stellfläche eingespart und in vielen<br />
Fällen sogar der Energieverbrauch<br />
durch die intelligente Nutzung der<br />
Prozesswärme gesenkt werden.<br />
Neben wirtschaftlichen Vorteilen,<br />
erhöht dies auch die Prozessstabilität<br />
für die Serienproduktion. Bei<br />
bdtronic gestaltet man die Zukunft<br />
der Mobilität mit Prozesslösungen<br />
für autonomes, sicheres und komfortables<br />
Fahren und alternative<br />
Antriebe. Im Bereich Autonomes<br />
Fahren und Fahrerassistenz kommen<br />
Dosieranwendungen für Radarund<br />
LiDAR-Systeme zum Einsatz.<br />
Dies reicht vom Vergießen von Sensoren,<br />
dem Auftrag von wärmeleitfähigen<br />
Materialien auf empfindliche<br />
elektrische Bauteilen in Kameras bis<br />
hin zum Fügen von Gehäusen und<br />
Schenken Sie sich Unendlichkeit.<br />
Mit einer Testamentsspende an EuroNatur<br />
helfen Sie, das europäische Naturerbe<br />
für kommende Generationen zu bewahren.<br />
Elektronikbauteilen. Vor dem Verkleben<br />
der Gehäuse werden diese<br />
oftmals mit den eigens entwickelten<br />
Plasmasystemen zur Oberflächenaktivierung<br />
von bdtronic vorbehandelt.<br />
Daneben bietet das Unternehmen<br />
verschiedene Maschinenkonzepte<br />
für das Imprägnieren von<br />
Elektromotoren für die Automobilindustrie<br />
an.<br />
bdtronic GmbH<br />
sales@bdtronic.de<br />
www.bdtronic.com<br />
Interessiert? Wir informieren Sie gerne. Bitte wenden Sie sich an:<br />
Sabine Günther • Telefon +49 (0)7732/9272-0 • testamentsspende@euronatur.org<br />
1/<strong>2023</strong><br />
61
Speicherprogrammierung<br />
Device Lifecycle Management für MCUs<br />
Segger Microcontroller GmbH<br />
Segger hat in Zusammen arbeit<br />
mit Renesas den Funktionsumfang<br />
der professionellen Flasher<br />
In-Circuit- Programmiergeräte<br />
weiter ausgebaut. Zusätzlich zur<br />
Hochgeschwindigkeits-Programmierung<br />
von Renesas RA4- und<br />
RA6-Mikrocontrollern mit Arm<br />
Cortex-M33 Cores bietet Segger<br />
nun auch das Device Lifecycle<br />
Management (DLM) und die Trustzone-Partitionierung<br />
Besitzer eines aktuellen Flasher<br />
können die neueste Software ganz<br />
einfach über www.segger.com herunterladen,<br />
um diese neuen Funktionen<br />
zu erhalten. Es gibt keine<br />
Lizenz- oder sonstige Kosten und<br />
keine versteckten Gebühren.<br />
Die Segger-Lösung lässt sich<br />
nahtlos in einen standardisierten<br />
Produktions-Workflow integrieren.<br />
Dafür sind keine Tools von Drittanbietern<br />
erforderlich. Einmal konfiguriert,<br />
kann der Segger Flasher im<br />
Standalone-Modus bedient werden.<br />
„Wir freuen uns, dass Segger<br />
weite rhin exzellenten Support für<br />
die Geräte der RA-Familie von<br />
Renesas bietet“, sagt Bernd Westhoff,<br />
Renesas‘ Marketing Director<br />
RA Family MCU. „Mit dem erstmaligen<br />
Support von Arm TrustZone<br />
und unserem Device Life cycle<br />
Management (DLM) hat Segger einmal<br />
mehr seine Kompetenz unter<br />
Beweis gestellt.“<br />
„Ein möglichst breites Spektrum<br />
an Geräten mit all ihren speziellen<br />
Eigenschaften zu unterstützen, ist<br />
und war schon immer Teil unserer<br />
Flasher-Produktstrategie“, sagt Ivo<br />
Geilenbrügge, Geschäftsführer von<br />
Segger. „Das Thema Embedded<br />
Security bleibt auch für Segger ein<br />
aktuelles Fokusthema. Die Unterstützung<br />
der neuesten Sicherheitsfunktionen<br />
der Renesas RA-Geräte<br />
war daher ein weiterer wichtiger<br />
Zusammenarbeit mit Renesas sehr<br />
gut umgesetzt werden konnte.“<br />
Segger Flasher sind professionelle<br />
In-Circuit-Programmiergeräte,<br />
die speziell für den Einsatz im Kundendienst,<br />
für die Programmierung<br />
von Prototypen und für die Serienfertigung<br />
entwickelt wurden. Sie werden<br />
zur Programmierung von nichtflüchtigen<br />
Speichern in Mikrocontrollern<br />
und Systems-on-Chip (SoCs)<br />
sowie von QSPI Flashes eingesetzt.<br />
Diese Flasher können über einen PC<br />
oder im Stand alone-Modus betrieben,<br />
über USB und/oder Ethernet<br />
angeschlossen und plattformübergreifend<br />
für Linux, macOS und Windows<br />
verwendet werden. Seggers<br />
Flasher-In-Circuit-Programmiergeräte<br />
sind schnell, robust, zuverlässig<br />
und einfach zu bedienen.<br />
Die Cortex-M33-basierten Bausteine<br />
der Renesas RA4- und<br />
RA6-MCU-Familien bauen auf den<br />
Sicherheitsmerkmalen der Trustzone-M-Funktionalität<br />
von Arm auf,<br />
um zusätzliche Ebenen der Embedded-Sicherheit<br />
zu bieten. Das DLM<br />
definiert die verschiedenen Lebensphasen<br />
eines Bausteins und steuert<br />
die Fähigkeiten der Debug-Schnittstelle<br />
sowie der seriellen Schnittstelle<br />
im Boot-Modus. Zur Produktionszeit<br />
kann der DLM-Status so konfiguriert<br />
werden, dass der Zugriff auf<br />
den Debug- und/oder Boot-Modus<br />
gesperrt wird, um das System und<br />
für die Mas-<br />
Schritt auf diesem Gebiet für uns. die darin enthaltene Software zu<br />
www.segger.com<br />
Freianzeige_Anlassspende_104 senproduktion. x 43_Layout Wir freuen 1 uns, 23.05.16 dass dies in enger 15:07 schützen. ◄Seite 1<br />
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