Rapid in-house PCB-Prototyping bei der PTB

Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) verfügt als nationales Metrologie-Institut der Bundesrepublik Deutschland weltweit über ein hohes Renommee. Für ihre wissenschaftliche und metrologische Entwicklungsarbeit benötigt sie oftmals spezielle elektronische Geräte, die nicht auf dem Markt erhältlich sind. Lösungen dafür werden von den Wissenschaftlern und Entwicklungsingenieuren der PTB entworfen und dann von der „Nutzerunterstützung“, einem internen Dienstleister, als ein- oder doppelseitige Leiterplatten gefertigt. Dafür nutzt die Einrichtung Inhouse-Prototyping-Equipment von LPKF.

(Bild: LPKF)

In der Regel werden Geräte zur Messung physikalischer Größen wie Druck, Magnetfeld, Licht, Flüssigkeitsströmung, Temperatur, Strom oder Spannung entwickelt. Diese werden häufig mit anwendungsspezifischen Bedienfeldern und Displays kombiniert, die auf Mikrocontroller-Platinen aufbauen oder über verschiedene Kommunikationsmodule und Protokolle wie USB, RS232, RS485 oder Ethernet an automatisierte Messstände angebunden werden. In manchen Fällen kommen noch extrem rauscharme Verstärker, spezielle Stromversorgungen oder verschiedene andere Geräte hinzu.

Viele Projekte müssen einen strengen Zeitrahmen einhalten, die Geräte werden zeitnah benötigt. Für eine zügige Fertigstellung des Leiterplatten-Prototypings stehen dem Labor ein Fräsbohrplotter LPKF ProtoMat H60, ein Lasersystem LPKF ProtoLaser U4 sowie das Durchkontaktierungssystem LPKF Contac S4 zur Verfügung. Im Labor kommen außerdem ein Prozess zum Erstellen von Lötstoppmasken mit LPKF ProMask zum Einsatz sowie Zusatzgeräte wie ein programmierbarer Ofen zum Trocknen und Aushärten, ein UV-Belichter für die Polymerisation, ein Messgerät für die PCB-Kupferdicke – auch diejenige in den Vias – und ein Stereomikroskop.

Der Dienstleister produziert eine große Anzahl an Leiterplatten, daher zählt die Geschwindigkeit. Wenn mit nur einem Gerät die Prozesse Bohren und Strukturieren vorgenommen werden sollen, wird der LPKF ProtoLaser U4 verwendet. Dieses Lasersystem bearbeitet diverse Materialien, auch HF-Materialien. Das ist wichtig, denn bei der PTB kommen viele verschiedene – auch neue – Materialien zum Einsatz. Mit dem Labor-Equipment bearbeiten die Mitarbeiter beispielsweise FR4-Material mit einer Dicke von 1,0 oder 1,55 mm und einer Kupferschicht von 18 oder 35 µm oder auch Rogers RO4003 oder TMM10i. Flexmaterialien und Keramik können mit dem ProtoLaser zuverlässig bearbeitet werden.

Auch die Verarbeitung von 1,0 mm dickem Aluminiumoxid mit 35 µm Kupfer für Anwendungen mit höherer Stromstärke und entsprechend stärkerer Wärmeentwicklung funktioniert sehr gut. Grundsätzlich gilt, dass sich der Anspruch an die Bearbeitungsgeschwindigkeit in den letzten Jahren deutlich gewachsen ist, auch und gerade bei Strukturen kleiner als 100 µm. Durch seine Fähigkeit, bohren und strukturieren zu können, ermöglicht es der bei der PTB als Allroundgenie geltende ProtoLaser U4, die hohen Anforderungen umzusetzen.

In Ergänzung nutzen die Labormitarbeiter LPKF ProMask zum Erstellen von Lötstoppmasken. Dies erleichtert die spätere Bestückung und reduziert beispielsweise bei chemischer Verzinnung den Zinnbedarf. Für die Durchkontaktierung verwendet der Dienstleister eine LPKF Contac S4. Mit diesem neuen System macht auch die Durchkontaktierung von Bohrungen unter 0,4 mm keine „Bauchschmerzen“ mehr.

Übrigens hat die PTB auch ein Ausbildungszentrum für Elektroniker, in dem die Auszubildenden und Studierenden alles über das PCB-Design lernen. Viele der Nachwuchs-Ingenieure benötigen den PCB-Service für ihre Abschlussprojekte. Dafür ist es äußerst hilfreich, das Prototyping mit dem LPKF-Equipment direkt und schnell inhouse umsetzen zu können.

lpkf.com

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