6-2017

Elektromechanik

Elektromechanik Optimiertes IPC-Gehäuse für High-End- Prüfsysteme Wirtschaftlichkeit durch „Off-the-shelf“ auf der einen, maßgeschneiderte Funktionalität auf der anderen Seite – geschicktes Systemdesign kann diesen „Spagat“ meistern Bild 1: Von Heitec konzipiertes und gefertigtes Gehäuse für den Einsatz in Viscom Test-Equipment inkl. anwendungsspezifischer Elektronik (Vorderansicht) Autorin: Nicole Jeroschewski - Produktmanagement Technische Anwendungen befinden sich häufig im Spannungsfeld ökonomischer Erwägung auf der einen, und funktioneller Anforderungen auf der anderen Seite. Wie ein ausgeklügeltes Systemdesign dazu beitragen kann, beide Gesichtspunkte geschickt zu vereinen – und zwar von der Systemkonzeption über das Design und die Fertigung bis hin zu Implementierung und Wartbarkeit, zeigt dieser Beitrag. So muss bei der Konzeptionierung der gesamten Baugruppe eine Vielzahl an Aspekten genauestens analysiert werden: Etwa die anwendungsspezifischen Anforderungen, ein funktionelles Wärmemanagement bei der zumeist hohen Packungsdichte der Elektronik oder strenge EMV-Vorkehrungen. Auch im Hinblick auf Fertigungsaufwand, Zeitplanung und Marktreife geht es um ein beständiges Hinterfragen von Maßnahmen, die auf den ersten Blick vielleicht aus den verschiedensten Erwägungen heraus attraktiv erscheinen mögen, sich bei genauerem Hinsehen und bei ganzheitlicher Planung als nachteilig erweisen. Kurz und gut erweist sich die Konzeption einer Baugruppe als meist sehr viel komplexer als es zuerst erscheinen mag und Wirtschaftlichkeit beginnt beim allerersten Schritt und dem kleinsten Detail. Anhand eines Systems, das Heitec für die Viscom AG, einen führenden Hersteller von Inspektionssystemen, umgesetzt hat, wird erläutert, wie sich mit kleinen Modifikationen an einem 19-Zoll Standard-Industriegehäuse und durchdachten Details große Wirkung erzielen lassen. Intelligente Lösung für 100% Qualitätssicherung Die Firma Viscom beliefert viele namhafte Kunden in der Elektronikfertigung und kontaktierte Heitec bzgl. eines 3HE IPC-Rechner-Gehäuses, das in das AOI/AXI-Inspektionssystem integriert werden sollte, mit dem durch optische- und Röntgenuntersuchung bestückte Baugruppen untersucht werden. Diese Inspektionssysteme werden in wachsender Zahl und in einem breiten Applikationsspektrum eingesetzt, da durch die stetig steigenden und z.T. streng regulierten Qualitätsanforderungen und zunehmende Technisierung eine 100% Qualitätssicherung mit Hilfe von intelligenten Lösungen nötig wird, die mit menschlichem Einsatz nicht mehr erreichbar ist. Insbesondere Hersteller mit miniaturisierten Komponenten wie BGAs, µBGAs, CSPs und FlipChips benötigen einen kostengünstigen Qualitätsprüfungsprozess, der auch kleinste Mängel identifiziert. Einsatzbereiche sind z.B. Inspektionssysteme für die SMT-Linie in der Elektronikindustrie im Bereich Automobilindustrie, Halbleiterindustrie, Luft- und Raumfahrtindustrie sowie Antriebssysteme. Die Inspektionssysteme können dabei Tausende von Lötstellen, die Bestückung oder auch den Pastendruck in Sekundenschnelle kontrollieren. Die Inspektionsdaten und -bilder können archiviert und statistisch Arne Friebe, Bereichsleiter Produktion & Logistik Viscom: „Heitec hat durch Ihre Kompetenz, Flexibilität und Know How im Gehäusebereich maßgeblich dazu beigetragen, dass die zentrale Kontrolleinheit unserer Testplattform zuverlässig funktioniert und lange ohne Veränderungen im Markt verfügbar ist. Gerade die enge und vertrauensvolle Zusammenarbeit auf allen Ebenen hat maßgeblich dazu beigetragen, Fehlerquellen auszuschließen und Verbesserungen schnell zu implementieren, …“ 34 PC & Industrie 6/2017 Zitat:

Elektromechanik Bild 2: Das AOI/AXI-Inspektionssystem ausgewertet werden und dienen so nicht nur der Fehlerdetektion, sondern auch der gesamten Prozessoptimierung. Zudem wird die Produktionszeit erheblich beschleunigt und immense Kosteneinsparungen ermöglicht, da eine zeit- und personalintensive manuelle Überprüfung entfällt. Fehler in Material und Produktion können große wirtschaftliche Nachteile für den Hersteller nach sich ziehen. Insbesondere in stark reglementierten Anwendungsbereichen ist es sehr wichtig, dass der Prototyp absolut fehlerfrei ist, bevor er in Serie gefertigt wird. Qualität und Zuverlässigkeit Hoher Durchsatz, einfache Implementierung, hohe Präzision und Inspektionstiefe sowie die einfache Adaptionsfähigkeit an die jeweilige Zielapplikation stellen nicht nur hohe Anforderungen an die Elektronik des Testequipments, sondern auch jeden Teilbereich des Systems. Qualität und Zuverlässigkeit sind ein absolutes „Muss“, da davon auch die Qualität der getesteten Produkte abhängt und nicht zuletzt erstreckt sich „Zuverlässigkeit“ auf die Lieferfähigkeit selbst bei hoher Nachfrage. Die enge Zusammenarbeit von Heitec-Projektmanagement und Kunde hatte hier ebenfalls positive Auswirkungen. Änderungswünsche bei der gemeinsamen, eng verzahnten Entwicklungsarbeit an der Serie konnten schnell umgesetzt sowie Feedback sofort in die laufende Serie integriert werden. Der Vorteil war ein reibungsloser Übergang von der Produkteinführung bis hin zur Serienfertigung. Da das sehr performante Motherboard mittig im Gehäuse angebracht war und hier durch die hohe Prozessorleistung die größte Hitzeentwicklung generiert wurde, stellte Heitec das Lüfterkonzept um. Die Lüfter wurden von außen in die Mitte verlagert. Was auf den ersten Blick simpel erscheint, erwies sich als durchaus zukunftsträchtige Maßnahme, denn immer schnellere Prozessoren benötigen mehr Energie – ein intelligentes Wärmemanagement und die Gruppierung der Kühlung um die „Hot Spots“ ist also extrem wichtig. Dabei wurde darauf geachtet, dass die davor angebrachten Filtermatten leicht zu erreichen und einfach zu reinigen sind. Für die Befestigung der Lüfterklappen wurden Randall-Schrauben verwendet, die händisch bedienbar sind – ein deutliches Plus für die Wartbarkeit des Systems. Die Kabelführung wurde entsprechend angepasst. Für die benötigten SSD-Karten wurden spezielle Halterungen konzipiert, die ebenfalls per Hand, ganz ohne Zuhilfenahme von Werkzeug, herausnehmbar sind – ein großer Vorteil nicht nur für die Wartung, sondern auch bei notwendigen Upgrades. Design for Manufacturability Die Erfahrung und das Wissen, wie ein System nicht nur effektiv konstruiert, sondern auch schnell und kostengünstig (‚Design for Manufacturability‘) montiert werden kann, ist nicht nur ein entscheidender Faktor für Service und Aufrüstbarkeit, sondern auch für die Beschleunigung der Herstellung. Hier ließ sich das Team für Gehäusetechnik bei Heitec etwas Besonderes einfallen. Die spezielle Montageplatte, auf der das entsprechende Mainboard montiert wird, wurde nun von unten, also durch das Bodenblech des Gehäuses, verschraubt und nicht wie beim Vorgängermodell von der Gehäuseinnenseite. Damit wird der Kunde in die Lage versetzt, die Endmontage mit Motherboard, eigener I/O und PCI-X-Karten selbst durchzuführen und dies parallel zur Gehäusemontage stattfinden zu lassen. Dies gilt im Umkehrfall auch für die Demontage des Gehäuses und für nötige Wartungsarbeiten. Das Motto dabei ist: So funktional, aber auch so einfach wie möglich. Ein weiteres Beispiel für die flexible Handhabung und das Know-how Heitecs in der Gehäusetechnik. Um das neu geschaffene 3HE hohe Standard-System für eine Sonderapplikation des Kunden verwenden zu können, die sehr viel Rechenleistung und damit eine effizientere Kühlung benötigt, entwarf das Projekt-Team eine zusätzliche 1HE hohe Abdeckhaube, die oben aufgesetzt wurde und das System so 45 mm höher machte – somit passte der spezielle Kühlkörper perfekt in das Gehäuse. Die Aufteilung in Montage-Teileinheiten – auf der einen Seite die Gehäusevormontage mit Stromversorgung und Lüfter, auf der anderen Seite die komplette PC-Peripherie mit Grafikkarte etc. – ermöglicht parallele Arbeitsabläufe, d.h. nicht nur deutlich reduzierte Herstellungskosten und mehr Flexibilität, sondern auch schnellere Auslieferung und Wettbewerbsvorteile am Markt. Die Produktionszeit in dieser Phase konnte so um die Hälfte reduziert werden! • Heitec AG www.heitec.de Zusammenfassung: Prozessoptimierung in jeder Phase hat sich Heitec auf die Fahnen geschrieben. Durch die Nähe zu regionalen Zulieferern, enge Kooperation mit dem Kunden und integriertes Know-how aus Design, Fertigung und Service auf der Basis eines kompletten Standardangebots an Gehäusetechnik konnte die optimale Lösung entwickelt werden. In die Umsetzung flossen neueste Technologien und optimierte Montagemethoden mit ein. In jeder Phase der Entwicklung, bei jedem noch so kleinen Teilchen wurde der Aspekt der Fertigbarkeit sowie des Life Cycle Managements und aller relevanten Kosten im Auge behalten. PC & Industrie 6/2017 35