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- Herausgeber: GRIN Verlag
- Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
- Sprache: Deutsch
- Veröffentlichungsjahr: 2009
Skript aus dem Jahr 2009 im Fachbereich Elektrotechnik, Hochschule Pforzheim, Veranstaltung: Vorlesung, Sprache: Deutsch, Abstract: Vorlesung "Grundlagen der Leiterplatten-Baugruppen-Entwicklung und Fertigung" für Studenten der Elektrotechnik. An der Entstehung einer Leiterplattenbaugruppe sind mehrere Abteilungen einer Firma bzw. mehrere Firmen beteiligt. Unabhängig von der Konstellation gibt es zu den technischen Schwierigkeiten nur zu häufig Kommunikationsprobleme zwischen den Beteiligten. Wie leicht einzusehen ist, kann eine Arbeit nur dann sinnvoll, d. h. mit gutem technischen und wirtschaftlichem Ergebnis ausgeführt werden, wenn der oder die Ausführende zumindest einen Überblick über die aus der eigenen Arbeit resultierenden Konsequenzen für die nachfolgenden Fertigungsschritte hat. Aus den zuvor dargestellten Überlegungen resultiert der Ansatz für die Struktur dieser Vorlesung. In den folgenden Kapiteln sollen die Grundzüge der am Entstehungsprozess einer Leiterplattenbaugruppe beteiligten Technologieschritte erläutert werden. Sehr wichtig ist es, die Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Fertigungsschritten zu betrachten. Dabei sollen die folgenden Stichworten eine Art Leitlinie darstellen: Darstellung der komplexen Verkettung der Einzelschritte, Übersicht über die beteiligten Verfahren (Grundlagen), Ausrichtung auf ‚gesamtheitliches Denken’, wirtschaftliches Engineering. Unter dem letzten Stichwort verstehe ich die Brücke zwischen der technischen und der kaufmännischen Welt. Jedem sind die immer wieder aufkommenden Diskussionen um den „Standort Deutschland“ und das Schlagwort „Lohnstückkosten“ bekannt. Nur wenn man sich bereits zu Beginn eines Projektes gründlich Gedanken über die Kostenanteile der "Zutaten" macht bzw. die Wechselwirkung von Technologieauswahl und Kosten angemessen berücksichtigt, kommt man letztlich auch zu einem vermarktbaren Produkt. Diese Zusammenstellung kann viele Themen nur streifen und Anregungen vermitteln. Beim Beurteilen von Sachverhalten hilft ein gutes Verständnis grundlegender physikalischer Gesetzmäßigkeiten ganz erheblich. Wenn man bedenkt, wie verschiedenartig Leiterplattenbaugruppen sein können, dann wird schnell klar, dass es zu solch einem Thema keine „Kochrezepte“ geben kann.
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2. Entstehung einer Leiterplattenbaugruppe
2.1. Aufgliederung des technischen Ablaufes
An der Entstehung einer Leiterplattenbaugruppe sind grob betrachtet 7 Abteilungen, Bereiche oder Firmen beteiligt:
Produktmanagement o.ä. (Geräteidee)
Schaltungslayouter (Definition der elektronischen Schaltung)
Softwareentwicklung
Konstruktion
Leiterplattenhersteller
Leiterplattenbestücker
Baugruppenprüfer bzw. Baugruppenintegration
Abb. 2.1: von der Idee zur Baugruppe
Bei großen Unternehmen sind oft (noch) bis zu 5 dieser einzelnen Funktionsabschnitte innerhalb der einen Firma vorhanden, jedoch fast immer in verschiedenen Abteilungen/Bereichen. Da es in vielen Teilen der Wirtschaft inzwischen einen Trend zum Outsourcen gibt bzw. die Elektronik in viele ‚fremde’ Bereiche eingedrungen ist – bestes Beispiel ist der ständig steigenden Elektronik-Anteil im Automobilbereich – befinden sich mitunter alle aufgezeigten Funktionen in verschiedenen Firmen, oft genug auch geografisch und über Sprachgrenzen weit von einander entfernt – Probleme sind fast unvermeidlich.
Aus der obigen Grafik wird sehr schnell klar, dass die Konstruktion unmittelbare Auswirkungen auf alle nachfolgenden Schritte hat. Aber auch schon bei der Definition der elektronischen Schaltung wird Einfluss auf das Layout der Leiterplatte und dadurch mittelbar auf die weiteren Schritte genommen.
2.2. Einflüsse und Wechselwirkungen
Wie schon im ersten Kapitel dargestellt soll auch immer wieder die wirtschaftliche Seite des Engineerings betrachtet werden. Der Einfachheit halber soll bereits die grobe Struktur des Ablaufs aus dem vorherigen Abschnitt dahingehend untersucht werden.
Bei der Erstellung des Gerätekonzepts, bei der Konzeption der elektronischen Schaltung sowie bei der Ausführung der Konstruktion hängt der Aufwand in erster Linie von den Anforderungen des Projektes und dem Können der Ausführenden ab. Insbesondere der zeitliche Aufwand lässt sich bei Verfügbarkeit guter Hilfsmittel (z.B. EDV-Programme) vermindern. Nur in Ausnahmefällen dürfte die Anzahl der zu bauenden Systeme hier einen Einfluss haben.
Bei der Konstruktion werden aber die entscheidenden Weichen gestellt. Mit der Ausführung einzelner Konstruktionsdetails wird über die Kombination der anzuwendenden Techniken und den Bedarf an (meist teuren) Werkzeugen entschieden. Das Hauptunterscheidungsmerkmal sind alternativ Handarbeit oder Maschinenarbeit, welche oft den Einsatz typengebundener Werkzeuge voraussetzt. Die bei der Konstruktion getroffenen Festlegungen sind später nur noch sehr bedingt revidierbar. In der Gegenüberstellung sieht das so aus:
Tab. 2.1: Hand- bzw. Maschinenarbeit bei der Herstellung von Leiterplatten-Baugruppen
Schaut man sich den Gesamtaufwand zur Realisation einer Leiterplattenbaugruppe an, dann stellt dieser sich vereinfacht etwa so dar:
Tab. 2.2: Kostenanteile beim Entstehungs- und Produktionsprozess
Daraus folgt, dass die Stückkosten für das gleiche Teil ganz erheblich von der zu fertigenden Stückzahl abhängt. Ein ganz einfaches Beispiel soll dies erläutern:
Für eine Leiterplatte von 10 cm * 10 cm Größe und 4 Kupferlagen wurde ein
Angebot eingeholt und die Kostenanteile aufgeschlüsselt. Dabei ergab sich:
Tab. 2.3: Fix- und Arbeitskosten in Abhängigkeit von der Stückzahl einer Leiterplatte
Fixe Kosten sind nur begrenzt beeinflussbar:
mit guten SW-Hilfsmitteln in der Entwicklung und Konstruktion,
durch gute Unterlagen ohne Bedarf an Nachbesserung bei den einzelnen Arbeitsvorbereitungsschritten.
In den allermeisten Fällen besteht die Kunst darin, die für eine definierte Baugruppe unter Berücksichtigung aller Randbedingungen optimale Kombination von Einzelprozessschritten zu finden – hier liegt ein erhebliches Einsparpotential. Tendenziell gilt folgende Überlegung:
Tab. 2.4: Bewertung von Aufwendungen in Relation zu Stückzahlen
