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4-2016

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Fachzeitschrift für Elektronik-Produktion - Fertigungstechnik, Materialien und Qualitätsmanagement

Dienstleister Bild 6:

Dienstleister Bild 6: Eingescanntes Raster, ausgerichtet zur Digitalisierung CAM-Technik. Voraussetzung dafür waren schnelle Rasterplotter und die neuentwickelte CAM-Software, die zunächst nur auf UNIX Workstations verfügbar war. Die erste brauchbare Lösung lieferte Tibor-Darvas mit dem Planmaster. Produktionsnutzen wurden in der CAM-Software gestaltet und die Endfilme im Nutzenformat direkt geplottet. Seit wenigen Jahren sind nun auch Direktbelichter (Direct Imaging) für Leiterbild und Lötstoppmasken, digitale Printer für Bestückungsaufdrucke und Finger-Tester zunehmend im Einsatz und machen quasi alle körperlichen Werkzeuge, wie Filme, Drucksiebe und Testadapter, mit ihrer aufwändigen Aufbewahrung und Verschlechterung durch Abnutzung überflüssig. Eine solche Fertigung ist nur mit durchgängig vorhandenen digitalen Produktionsdaten möglich. Die dadurch erreichbaren Qualitätsverbesserungen und Kosteneinsparungen zwingen die Hersteller aktuell zur vollständigen Aufgabe jeglicher analogen Alternative. Auch die letzten nicht digitalen Leiterplattenunterlagen müssen nun digitalisiert werden, wenn eine Produktion noch notwendig ist. Entwicklung der Digitalisierung Die professionelle Digitalisierung wurde im oben genannten „Mittelalter“ entwickelt, genauer: Am Ende dieses Zeitalters, als die ersten CAM-Lösungen bei Leiterplattenherstellern auftauchten, gab es verschiedene Lösungsansätze, wie man aus analogen Unterlagen schnell und zuverlässig digitale Produktionsdaten erstellen wollte. Hier muss auf jeden Fall die israelische Firma Scitex erwähnt werden, die als Ergänzung zu ihren Plottern auch Scanner und vor allem hochqualifizierte Software entwickelte, um den großen Anteil von analogen Produktionswerkzeugen in digitale umzusetzen, und zwar vorwiegend vollautomatisch. Dies scheiterte aber meist an Vorlagen, die nicht durchgängig mit strengen Layout-Regeln (1/40 Inch Grid, 90-Grad-Routing, geringe Leiterbreiten und Pad-Formen) erstellt worden waren. Bei der Umsetzung von Beschriftungen und Bestückungsdrucken ergaben sich mangels Schrifterkennung unbrauchbare Ergebnisse. Die manuelle Nachbearbeitung solcher automatische Digitalisierung dürfte oft enorme Zeit verschlungen haben. Die Recad-Software Zusammen mit Gerd Köst hat der Autor zu dieser Zeit eine Software entwickelt: Recad, welche die gescannten Filme am Bildschirm als Hintergrund darstellte und darüber ein einfaches, aber für diesen Zweck optimiertes CAD Tool zum Platzieren von Pads und Leiterbahnen zur Verfügung stellte. Dazu ebenfalls erforderlich: Vierpunkt-Korrektur der Bilddaten. Auch in diesem System war eine automatische Erkennung von Pads und Leiterbahnen möglich, konnte aber nur bei sehr wenigen Leiterplattenlayouts wirtschaftlich eingesetzt werden, da sonst der Zeitaufwand für manuelle Korrektur bei falscher Interpretation höher war als der für die manuelle Gesamtbearbeitung. Diese Software wurde in der Anfangszeit auch von mehreren Leiterplattenherstellern und Dienstleistern benutzt, später hat sich diese Dienstleistung jedoch stark spezialisiert und konzentriert und wurde insbesondere bei der Firma BFK-Services weiterentwickelt. Die Recad- Software läuft inzwischen exklusiv bei BFK auf Windows-10- 64-Bit- Betriebssystemen. Software und Methoden mussten sich auch mit der Art der zu digitalisierenden Leiterplatten weiterentwickeln. Heute arbeitet BFK- Services weitgehend mit einer Auflösung von 1/1280 Inch (Anfangs standardmäßig 1/640 Inch). Damit können die Dimensionen von SMD Pads direkt beim Digitalisieren ausgemessen und geringe Leiterbreitenunterschiede und Pad-Durchmesser beim Digitalisieren erkannt werden. Zuverlässigkeit und Genauigkeit Die Zuverlässigkeit der Digitalisierung bezüglich Abweichung der elektrischen Verbindungen vom Original (fehlende Verbindungen, ungewollte Verbindungen) ist enorm hoch, nur bei ganz wenigen Digitalisierungen sind solche Fehler bekannt geworden. Sicherheit in dieser Beziehung ist das oberste Ziel, hierfür sind bei BFK-Services besondere Strategien und Prüfabläufe entwickelt worden. Grundsätzlich jedoch beruht diese Sicherheit nur auf manueller Bearbeitung und visuellen Prüfungen, daher kann eine absolute Garantie nie gegeben werden. Zwar sind BFK-Services über die geometrische Genauigkeit der rekonstruierten Daten überhaupt noch nie negative Rückmeldungen zugegangen, wahrscheinlich auch dank der großen Anstrengungen, diese auf hohem Niveau zu gewährleisten. Das ist jedoch nicht einfach: Bei den heute verfügbaren Scannern in dieser Beziehung kann von geometrischer Genauigkeit nicht die Rede sein (Abweichungen von mehreren 100 µm, Winkelfehler, auch nichtlineare und nicht reproduzierbare Abweichungen über das gescannte Bild hinweg). Zur Gewährleistung von Positionsgenauigkeiten um +/-50 µm über die gesamten Scans genügt die Vierpunkt-Kalibrierung daher nicht mehr. So wurde zunächst die „Rasterfolienmethode“ benutzt, und durch mitgescannte Rasterpositionen können mit Spezialsoftware auch nichtlineare Verzüge in den Scans vor dem Digitalisieren korrigiert werden. Dies kann nicht garantiert werden, aber in der Regel dürften sogar vorhandene Pick&Place- Programme und Pastenschablonen weiterverwendet werden. Gewandelt hat sich im Lauf der Zeit auch die Art der Unterlagen, die zur Digitalisierung – oder sagen wir besser: Rekonstruktion – zur Verfügung stehen. Im „Mittelalter“ waren Filme und häufig auch Bohrprogramme vorhanden, meist waren ja Leiterplattenhersteller die Auftraggeber. Der klassische Ablauf hier: Einlesen des Bohrprogrammes, Umwandlung der Bohrpositionen in 16 4/2016

Dienstleister Bild 7: Gescannte Außenlage von Leiterplattenmustern Pads, oft Korrektur der Positionen ins Entwurfsraster und Digitalisieren der Leiterbahnen. Dies war und ist der komfortabelste Weg und im Vergleich mit einer Neuentflechtung mit einem Bruchteil der Kosten und auch Fehler verbunden. Alle Leiterplatten – von einseitigen bis hochlagigen Multilayern, starr, starr-flex oder Flexschaltungen – konnten sicher digitalisiert werden. Digitalisierung von Mustern – immer möglich In der „Neuzeit“ traten und treten immer mehr Fälle auf, bei denen nur noch Leiterplattenmuster, aber keine sonstigen Unterlagen mehr vorhanden sind. Oft sind heute die Endkunden Auftraggeber von BFK-Services. Selbst haben Sie keine Master-Filme von Leiterplatten aufbewahrt, die Leiterplattenhersteller sind eventuell vom Markt verschwunden oder haben mehrere Jahre nicht verwendete Filme und Programmdaten gelöscht. Somit ist echte Rekonstruktionsarbeit zu leisten, man könnte manchmal sogar von „Leiterplattenforensik“ sprechen. Die Rekonstruktion ist jedoch vom Muster immer möglich: Schließlich weiß derjenige, der die Leiterplatte bestücken muss, zwangsläufig über die Bauteile Bescheid, über Pad-Positionen, Pad-Dimensionen und benötigte Bohrdurchmesser bei THT Bauteilen. Wenn Leiterplatten in ein Gehäuse passen müssen, ergeben sich auch Vorgaben für Konturmaße und Befestigungsbohrungen. Im Idealfall erreichen diese Informationen rechtzeitig den Digitalisierungsservice. Wenn nicht, muss eben alles vom Muster ausgemessen werden mit der Gefahr, dass zu den kleinen Messfehlern auch die Ungenauigkeiten bei der Fertigung des Musters mit in die neuerstellten Daten eingehen und nicht erkannt werden. Recad hat die hier (für Digitalisierung nach Muster) entscheidend wichtige Eigenschaft, dass die Scans von Leiterplatten (saubere Entstückung und Entlötung vorausgesetzt) auch als Hintergrund für die Digitalisierung verwendet werden können, da hier ein quasi Grauwertebild auch verwendet werden kann (mit gewissen Zeitverlusten durch langsameren Bildaufbau). Auch Multilayer nach Mustern rekonstruierbar Die häufig geäußerte Meinung, Multilayer seien nicht vom Muster digitalisierbar, ist falsch. BFK-Services hat alle bisher angefragten Rekonstruktionen anbieten können und einige Multilayer – bis zur fünflagigen Bus-Leiterplatte – fehlerfrei digitalisiert. Entsprechende Methoden stehen zur Verfügung zum risikoarmen Aufschleifen der inneren Lagen, zur Erzeugung von kontrastreichen Scans durch hochentwickelte Bildbearbeitung und auf Wunsch auch durch Erzeugen eines Referenznetzes der elektrischen Verbindungsstruktur vor Zerlegung der Leiterplatte und dem Vergleich mit dem elektrischen Netz der fertig rekonstruierten Daten. Layout-Änderungen im Zuge der Digitalisierung BFK-Services bietet schon lange Zeit den Kunden an, auch notwendige Änderungen an einer Leiterplatte durchzuführen. Allerdings gilt hier: Zuerst wird der originalgetreue Zustand hergestellt, um die fehlerfreie Verbindungsstruktur zu gewährleisten. Danach können kleinere – nicht zu komplexe – Änderungen im Recad-System oder im nachgelagerten CAM-System (CAM350) erfolgen. Eine Korrektur von fehlerhaften Positionen und Maßen (Entwurfsraster, Steckermaße, Bauteile- Footprints, Kontur, Befestigungsbohrungen) sowie z.B. von Pad- Maßen bei SMD-Bauteilen nach Vorgabe werden hier gar nicht als Änderungen definiert und sind in der normalen Rekonstruktionsarbeit schon enthalten. Ausblick und Fazit Natürlich besteht auch häufig Bedarf an komplexen Änderungen, für die die Möglichkeiten im Recadund CAM-System nicht ausreichend sind. Damit scheint eine Neuentflechtung notwendig, aber die ist sehr teuer, manchmal auch gar nicht möglich, denn der Schaltplan wurde auch verdödelt. Eine Alternative zu diesem Dilemma könnte in Zukunft auch hier durch BFK-Services möglich sein. Einige CAD-Systeme bieten einen Gerber-Input an. Der ist nach erfolgter Digitalisierung der Gerber- Daten vorhanden. Hier beginnt nun allerdings für den CAD-Entflechter eine aufwendige Arbeit, denn Gerber-Daten sind reine „nicht intelligente“ Daten geometrischer Elemente, wie Pads und Leiterbahnen. Sie können im CAD-System mühsam Bauteilen über die verschiedenen Lagen zugeordnet werden und letztendlich – nach Analyse von Bauteilen – zu einem Schaltplan und einem Startpunkt zum Re- Design mit diesem CAD-System führen. Weniger mühsam könnte diese Arbeit durch eine Software von Downstream Technologies namens Reverse-Engineering werden, die den interaktiven Prozess der Bauteilzuordnung speziell unterstützt. Auf jeden Fall bietet BFK-Services das Re-Engineering im vollen Umfang oder in Teilprozessen an und entwickelt die Möglichkeiten laufend weiter mit dem Ziel, aus Mustern, Informationen und Datenfragmenten vollwertige CAD-Datensätze zu erstellen. Ergänzende Dienstleistungen Digitalisierung und Rekonstruktion von Leiterplatten werden sehr oft für ältere Ersatzbaugruppen benötigt, die noch jahrelang vorgehalten werden müssen. Betreiber älterer Maschinen und Industrieanlagen können manchmal überhaupt nicht mehr auf Originalersatzteile zurückgreifen und suchen geradezu verzweifelt nach Service-Unternehmen, die ihnen helfen können. Aufgrund dieses offensichtlichen Bedarfs bieten BFK-Services dafür einen Komplettservice an, der von der Rekonstruktion aus Mustern und Datenfragmenten über die Leiterplattenbeschaffung bis zur Bestückung und Lieferung der Ersatzbaugruppen reicht. Mit dieser komplexen Dienstleistung sieht sich BFK gut aufgestellt für die nächsten Jahre, auch wenn irgendwann die noch benötigten Leiterplattentypen weitgehend digitalisiert wurden. BFK-Services www.bfk-services.de 4/2016 17

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