Klein_Elektro_Bahn
*Ehrenmitglied*
Herstellkosten und Betriebsstundenerwartung
Zurück zu den Fakten des Lenz Siver mini +, hier einige sehr interessante Informationen aus dem von mir besuchten Fachvortrag:
Über die Grenzen der heutigen Elektronikfertigung am Beispiel einer Sonderbaugruppe für die Modelleisenbahn informierte Klaus Appel, Geschäftsführer der Appel Elektronik GmbH in Heuchelheim. Das Unternehmen beschäftigt sich mit der Entwicklung, Fertigung und Programmierung von Elektronikbaugruppen. 1995 erhielt Appel den Auftrag zur Entwicklung eines digitalen Steuerungssystems für die Modelleisenbahn. Die Fertigung von kleinen Lokdecoder-Baugruppen begann dann 1997, anfangs noch bei einem Partner in Thüringen. Die Anforderungen an die Lokdecoder sind vielfältig:
- so klein, so flach wie möglich
- viele Funktionen
- hohe Strombelastbarkeit
- Sicherheit
- hohe Qualität und Flexibilität
- kleinste Herstellkosten
Zum Erreichen eines solch hohen Miniaturisierungsgrades wird bei der Gehäuseauswahl auf die kleinsten Baugrößen zurückgegriffen. Die Kennwerte der Leiterplatte sind 4-Lagen-Multilayer, Fläche 7,5 mm x 11,5 mm, Dicke 0,5 mm, Aufkupferung 17,5 µm, Line 120 µm, Space 100 µm, Panel 4 x 8 und NiAu.
Bei den anfänglichen Lieferungen von diversen Leiterplattenlieferanten traten bekannte Probleme und Fehler auf:
- Datenmodifikationen ohne Rücksprache
- angefräste Leiterplatten
- instabile Nutzen
- Delamination
- viele Bad-Boards (nur 3 „gut“ von 32)
- Lötstopp-Versatz
- Unterlieferung
- drei Folgelieferungen mit Fehlern
- keine Preisstabilität (Preisdifferenz bis zu 1000%)
Mit dem Partner Jenaer Leiterplatten GmbH fand Appel Elektronik dann einen zuverlässigen Lieferanten für die erforderlichen Leiterplattentechnologien. Beim aktuellen Lokdecoder Lenz Silver mini + werden die Leiterplatteninnenlagen beispielsweise mit einem 80 µm-Bohrer gebohrt, der eine Standfestigkeit von > 500 Bohrhübe aufweist. Nach dem Aufkupfern der Lochhülse verbleibt eine Lochöffnung von nur noch 25 µm Durchmesser, die bei der Lagenverpressung zum Multilayer mit Harz verfüllt wird. Hohlräume im Multilayer, die beim Verbleib von Prozessrückständen Delaminationen hervor rufen können, werden so vermieden. Und auch der kleine Restring der Vias ist beherrschbar. Zur Minimierung der Dimensionsabweichung wurde ein kleiner Fertigungspanel von nur 4 x 8 Leiterplatten gewählt.
Lotpastenauftrag im Inkjet-Verfahren
Doch nicht nur die Leiterplattenfertigung stößt wegen des hohen Miniaturisierungsgrades an ihre technologischen Grenzen. Auch in der Leiterplattenbestückung waren neue Wege zu beschreiten. Ein schablonenfreier Lotpastendruck mit Inkjet-Technologie setzt Lotpastenpunkte in einer Auflösung von 330 µm bei einer Höhe von 100 bis 120 µm. Ein konventioneller Schablonendruck stößt hier mit seinem beschränkten Auflösungsvermögen an seine Grenzen.
Bis dato wurden nach Angabe von Appel 75000 Baugruppen in der aktuellen Größe gefertigt. Die 7 Litzen werden im Raster < 1 mm abschließend manuell angelötet. Die Herstellkosten gab der Referent mit ca. € 1,86 je Baugruppe an. Die Leiterplatte ist mit € 0,48 die teuerste Komponente der Baugruppe. Diese Lokdecoder-Baugruppe aus dem Hause Appel Elektronik war lange Zeit mit 69 Bauteilen/cm² die kompakteste Baugruppe im Ranking der Zeitschrift Elektronikpraxis und wurde erst vor kurzem als Spitzenreiter abgelöst.
Interessant sind die Angaben zum EK-Preis der Leiterplatte und den Herstellkosten der kompletten Baugruppe (Nettopreise!): Bei aktuellen Online-Shop-Preisen zwischen € 29,95 und € 32,60 (Bruttopreise inkl. Umsatzsteuer!) für einen Lokdecoder Lenz Silver mini + kann man schon ins Grübeln kommen. Interessant auch die Aussagen des Referenten zu den Sicherheitsanforderungen bei Modellbahnen (vergleichsweise gering, da nicht besonders sicherheitsrelevant wegen Schutzkleinspannung) und den Zuverlässigkeitsanforderungen an die Elektronik (gering, da die Gesamt-Betriebsdauer einer Modelllok mit nur 30 Stunden angesetzt wird).
Diese Ausführungen zur Modellbahntechnik einmal aus der ganz speziellen Sichtweise des Baugruppenfertigers.
K_E_B
Zurück zu den Fakten des Lenz Siver mini +, hier einige sehr interessante Informationen aus dem von mir besuchten Fachvortrag:
Über die Grenzen der heutigen Elektronikfertigung am Beispiel einer Sonderbaugruppe für die Modelleisenbahn informierte Klaus Appel, Geschäftsführer der Appel Elektronik GmbH in Heuchelheim. Das Unternehmen beschäftigt sich mit der Entwicklung, Fertigung und Programmierung von Elektronikbaugruppen. 1995 erhielt Appel den Auftrag zur Entwicklung eines digitalen Steuerungssystems für die Modelleisenbahn. Die Fertigung von kleinen Lokdecoder-Baugruppen begann dann 1997, anfangs noch bei einem Partner in Thüringen. Die Anforderungen an die Lokdecoder sind vielfältig:
- so klein, so flach wie möglich
- viele Funktionen
- hohe Strombelastbarkeit
- Sicherheit
- hohe Qualität und Flexibilität
- kleinste Herstellkosten
Zum Erreichen eines solch hohen Miniaturisierungsgrades wird bei der Gehäuseauswahl auf die kleinsten Baugrößen zurückgegriffen. Die Kennwerte der Leiterplatte sind 4-Lagen-Multilayer, Fläche 7,5 mm x 11,5 mm, Dicke 0,5 mm, Aufkupferung 17,5 µm, Line 120 µm, Space 100 µm, Panel 4 x 8 und NiAu.
Bei den anfänglichen Lieferungen von diversen Leiterplattenlieferanten traten bekannte Probleme und Fehler auf:
- Datenmodifikationen ohne Rücksprache
- angefräste Leiterplatten
- instabile Nutzen
- Delamination
- viele Bad-Boards (nur 3 „gut“ von 32)
- Lötstopp-Versatz
- Unterlieferung
- drei Folgelieferungen mit Fehlern
- keine Preisstabilität (Preisdifferenz bis zu 1000%)
Mit dem Partner Jenaer Leiterplatten GmbH fand Appel Elektronik dann einen zuverlässigen Lieferanten für die erforderlichen Leiterplattentechnologien. Beim aktuellen Lokdecoder Lenz Silver mini + werden die Leiterplatteninnenlagen beispielsweise mit einem 80 µm-Bohrer gebohrt, der eine Standfestigkeit von > 500 Bohrhübe aufweist. Nach dem Aufkupfern der Lochhülse verbleibt eine Lochöffnung von nur noch 25 µm Durchmesser, die bei der Lagenverpressung zum Multilayer mit Harz verfüllt wird. Hohlräume im Multilayer, die beim Verbleib von Prozessrückständen Delaminationen hervor rufen können, werden so vermieden. Und auch der kleine Restring der Vias ist beherrschbar. Zur Minimierung der Dimensionsabweichung wurde ein kleiner Fertigungspanel von nur 4 x 8 Leiterplatten gewählt.
Lotpastenauftrag im Inkjet-Verfahren
Doch nicht nur die Leiterplattenfertigung stößt wegen des hohen Miniaturisierungsgrades an ihre technologischen Grenzen. Auch in der Leiterplattenbestückung waren neue Wege zu beschreiten. Ein schablonenfreier Lotpastendruck mit Inkjet-Technologie setzt Lotpastenpunkte in einer Auflösung von 330 µm bei einer Höhe von 100 bis 120 µm. Ein konventioneller Schablonendruck stößt hier mit seinem beschränkten Auflösungsvermögen an seine Grenzen.
Bis dato wurden nach Angabe von Appel 75000 Baugruppen in der aktuellen Größe gefertigt. Die 7 Litzen werden im Raster < 1 mm abschließend manuell angelötet. Die Herstellkosten gab der Referent mit ca. € 1,86 je Baugruppe an. Die Leiterplatte ist mit € 0,48 die teuerste Komponente der Baugruppe. Diese Lokdecoder-Baugruppe aus dem Hause Appel Elektronik war lange Zeit mit 69 Bauteilen/cm² die kompakteste Baugruppe im Ranking der Zeitschrift Elektronikpraxis und wurde erst vor kurzem als Spitzenreiter abgelöst.
Interessant sind die Angaben zum EK-Preis der Leiterplatte und den Herstellkosten der kompletten Baugruppe (Nettopreise!): Bei aktuellen Online-Shop-Preisen zwischen € 29,95 und € 32,60 (Bruttopreise inkl. Umsatzsteuer!) für einen Lokdecoder Lenz Silver mini + kann man schon ins Grübeln kommen. Interessant auch die Aussagen des Referenten zu den Sicherheitsanforderungen bei Modellbahnen (vergleichsweise gering, da nicht besonders sicherheitsrelevant wegen Schutzkleinspannung) und den Zuverlässigkeitsanforderungen an die Elektronik (gering, da die Gesamt-Betriebsdauer einer Modelllok mit nur 30 Stunden angesetzt wird).
Diese Ausführungen zur Modellbahntechnik einmal aus der ganz speziellen Sichtweise des Baugruppenfertigers.
K_E_B
