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Exklusive Insider-Einsichten in die Arbeit der Platinenbestücker (EMS Dienstleister) | Update

Nach unserem Artikel über die Herstellung von Grafikkarten und der unerwartet hohen Resonanz darauf, wollen wir heute die ganz Neugierigen mit noch mehr Details "füttern", denn solche Informationen und Einblicke hinter die Kulissen sind zwar ein vermeintliches Nischenthema, vor dem sich die meisten Redaktionen geflissentlich scheuen, aber auch diese Themen haben ihre Daseinsberechtigung...

Eigentlich, so würde man meinen, beginnt die Arbeit des EMS-Dienstleisters erst bei der Bestellung. Dies stimmt aber nur teilweise. Speziell wenn größere Stückzahlen gefertigt werden sollen, wird dem EMS-Dienstleister eine Vorhersage (Forecast) der Bauteile genannt, die am meisten benötigt werden. Diese beschafft der Dienstleister bereits vor der Bestellung. Bevor eine Bestellung ausgelöst wird, muss selbstverständlich erst einmal ein Angebot vom Dienstleister erstellt werden. Damit dieser ein Angebot machen kann, erhält er bereits vorab die Fertigungsdaten.

Die Fertigungsdaten sind üblicherweise folgende:

  • Lagenaufbau der Leiterplatte
  • Gerberdaten der Leiterplatte
  • Drilldaten der Leiterplatte
  • Bill of Material oder auf Deutsch: Stückliste
  • Pick & Place-Daten
  • Bestückungspläne
  • Je nachdem: Vorgaben für die elektrischen Tests oder der Schaltplan für Flying-Probe-Tests
  • Optional sind noch mehr Daten möglich

Das Beschaffen der benötigten Bauteile stellt mitunter eine Herausforderung dar. Es gab zum Beispiel zwischenzeitlich eine beachtliche Knappheit an den üblichen Größen von Keramikkondensatoren. Da hatten die EMS-Dienstleister schon Probleme Bauteile wie 100nF 50V Baugröße 0603 (Inch) oder 0402 zu beschaffen, welche mit zu den häufigsten Bauteilen überhaupt zählen. Bei kleineren Losgrößen werden die Bauteile häufig über den bekannten Distributoren wie z.B. Digikey, Mouser oder RS-Components beschafft. Bei großen Stückzahlen geht man häufig schon den Weg direkt zum Hersteller. Da hier die Lieferzeiten schon mal weit im 2stelligen Wochenbereich sein können, ist eine Vorausplanung, also der Forecast, enorm wichtig.

Die meisten EMS-Dienstleister kaufen die Leiterplatten ein und stellen diese nicht selbst her. Daher muss auch für diese zusätzlich Zeit und Aufwand eingeplant werden. Obendrein muss bei der ersten Bestellung auch ein Rakelsieb beschafft werden. Was jetzt folgt, ist eine kurze Erklärung, was die jeweiligen Fertigungsdaten sind.

 

Lagenaufbau

Eine Leiterplatte besteht aus 1 bis X-Lagen Kupfer die untereinander isoliert sind. Übliche Dicken für die Kupferlagen sind 18, 35, 70 und 105 µm. Die Dicke wird je nach Anwendung gewählt. Als Verbindung zwischen den Lagen werden sogenannte Vias oder Durchkontaktierungen verwendet. Normale Durchkontaktierungen gehen durch die gesamte Leiterplatte. Allerdings gibt es auch die Möglichkeit, Durchkontaktierungen nur durch ein paar bestimmte Kupferlagen durchgehen zu lassen. Üblicherweise ist der Lagenaufbau meist symmetrisch aufgebaut. Hier ein Bild einer beispielhaften 8-Lagen-Leiterplatte:

Abbildung 2: Skizze eines 8-Lagen Layerstacks

 

Gerberdaten

Diese Dateien sind Vectordateien im ASCII-Format. Pro Datei wird üblicherweise nur eine Lage der Leiterplatte dargestellt. Im nachfolgenden Beispiel fehlen natürlich einige Lagen. Die gezeigten Lagen sollen nur beispielhaft darstellen, wie das mit den Gerberdateien im Prinzip funktioniert:

 

Drilldaten

Das sind üblicherweise Textdateien, die die Position, Größe und Art von Bohrungen enthalten. Die Position basiert auf einem konventionellen Koordinatensystem, wobei der Nullpunkt üblicherweise die linke untere Ecke der Leiterplatte ist.

Die Größen variieren je nach Nutzungszweck sehr stark. Üblich sind Größen ab 0,2mm Durchmesser aufwärts. Es gibt allerdings auch Fälle, in denen noch kleinere Bohrungen verwendet werden. Bei der Art gibt es auch ein paar Unterscheidungen. Es wird unterschieden, ob durchkontaktiert oder nicht (Im Fachjargon plated oder nicht). Auch wird zwischen einfachen Bohrungen und Langlöchern unterschieden, die gefräst werden müssen.

 

Stückliste

Zu der muss eigentlich nicht viel erklärt werden. In dieser Liste steht, wovon wieviel gebraucht wird. Außerdem stehen in dieser Liste normalerweise auch die Positionsnummern. Je nach Anwendungszweck der Baugruppe und je nach den verbauten Bauteilen kann die Liste sehr unterschiedlich ausfallen. Als Beispiel sei hier die Automobilindustrie genannt, die bei den Bauteilen meist auf eine sogenannte automotive Qualifizierung (AEC-Q) besteht. Obendrein müssen eventuelle Sonderwünsche bei den Bauteilen auch in der Stückliste stehen.

 

Pick & Place Daten

Das sind Textdateien, die die Position und Drehung von SMD-Bauteilen enthalten. Auch hier basiert das auf einem konventionellen Koordinatensystem, wobei der Nullpunkt üblicherweise die linke untere Ecke der Leiterplatte ist. Diese Daten werden genutzt, um die Bestückungsprogramme für die SMD-Bestückungsautomaten zu schreiben.

 

Bestückungspläne

Sind grafische Dateien, die die Position und ggf. die Polung der Bauteile zeigen. Wie auf folgendem Beispielbild zu sehen ist:

Abbildung 7: Bestückungsplan

Je nachdem, was vom EMS-Dienstleister erwartet wird, sind weitere Daten nötig. Für einen Flying-Probe-Test sind beispielsweise die Schaltpläne nötig. Soll die Baugruppe auch elektrisch getestet werden, so sind hier genaue Vorgaben bezüglich der Tests nötig.

 

Kontrolle

Wenn die Bauteile und Komponenten für die Fertigung eintreffen, müssen diese natürlich gezählt und kontrolliert werden. Da viele SMD-Bauteile auf Rollen geliefert werden, ist eine zweite Rolle zum Zählen notwendig. Beim Zählen wird da das Band mit den Bauteilen auf eine andere Rolle gespielt und in der Mitte die Menge festgestellt.

Abbildung 8: Mitarbeiter beim Zählen der SMD-Bauteile