Prototypentwicklung und Fertigung: Tipps vom Elektronikexperten Duane Benson

Judy Warner: Duane, bitte erzählen Sie uns kurz Ihren Werdegang in der Elektronikindustrie.

Duane Benson: Mit der Prototypentwicklung bin ich das erste Mal in Kontakt gekommen, als ich mir die Finger an einem Lötkolben verbrannt habe; da war ich ungefähr vierzehn Jahre alt. Obwohl ich eine übliche Ausbildung erhielt und meine Karriere in der Softwareentwicklung begann, ist die Elektronik immer meine erste Liebe geblieben. Zu meinen frühen Hardware-Projekten gehörten ein elektronisches Stethoskop zum Abhören der Wände nach sich durchs Holz fressenden Termiten und ein Gerät zur Anruferidentifikation bevor so etwas überhaupt im Handel erhältlich war.

Meine Karriere führte mich vom Software- zum Produktmanagement und danach weiter zum Technologiemarketing und Schreiben. Die ganze Zeit blieb ich aber auch immer an den Chips dran. In meiner Freizeit baue ich nun schon seit etwa zwei Jahrzehnten Mikrocontroller-Leiterplatten, kleine Roboter und experimentiere mit FPGAs. In letzter Zeit nutze ich diese Projekte und meine Erfahrungen in der Prototypentwicklung als Rohmaterial für Artikel und Vortragsthemen in Fach- und Branchenmagazinen, auf Webseiten und bei Veranstaltungen.

Warner: Milwaukee Electronics und Screaming Circuits sind beides EMS-Unternehmen. Können Sie uns etwas über deren jeweilige Geschichte erzählen und was eins vom anderen signifikant unterscheidet?

Benson: Milwaukee Electronics begann 1954 mit dem Entwurf und Bau von industriellen Steuerungen für Bergbaumaschinen. Das Unternehmen wurde 1985 von Michael Stoehr übernommen und erweiterte seine Kundenbasis als Auftragsfertiger mit Komplettservice. Stoehr brachte durch seinen Elektronikhintergrund einen kundenorientierten Ansatz für die Fertigung mit, der bis heute das Unternehmen lenkt.

Screaming Circuits wurde 2003 gegründet, um dem aufkommenden Bedarf nach schneller Prototypentwicklung und unkonventioneller Fertigung gerecht zu werden. Durch Downsizing und zunehmendem globalen Wettbewerb erfüllten die alten Gepflogenheiten, bei denen man wochenlang auf Prototypen warten musste oder diese nur nach Schätzungen bauen konnte, nicht länger die Anforderungen der Entwickler.

Der Hauptunterschied zwischen Milwaukee Electronics und Screaming Circuits besteht in der Art und Weise, wie Angebote erstellt, Aufträge übernommen und durchgeführt werden. Milwaukee Electronics stellt Produkte auf der Basis langfristiger Verträge, Prognosen und Kanban-Vereinbarungen her. Screaming Circuits fertigt Produkte basierend auf Transaktionen. Die Angebotserstellung kann online erfolgen und jede einzelne Bestellung, ob für eine einzige Leiterplatte oder mehrere tausend Stück, ist eine individuelle Transaktion. Vielleicht bekommen wir viele Wiederholungsaufträge oder aber sehen diese Leiterplatte niemals wieder. Diese transaktionale Fertigung funktioniert sehr gut für die Prototypentwicklung, F & E, kundenspezifische High-End-Designs und Hardware-Startups.

Warner: Was sind die wichtigsten Dinge im Bereich der Bestückung, die das Leben der Entwickler (und somit auch Ihr Leben) erleichtern würden, wenn sich die Designer besser damit auskennen würden?

Benson: Am allerwichtigsten wäre, dass die Polarität von Bauteilen offensichtlich ist. Es mag einfach erscheinen, da eine Diode nur in einer Richtung funktionieren kann, aber die „Kennzeichnungsstandards“ sind alles andere als Standards, besonders bei LEDs. Einige Hersteller kennzeichnen die Kathode. Andere die Anode. Einige LEDs desselben Herstellers aus derselben Familie haben dieselbe Kennzeichnung für die Kathode bei einem Bauteil in der Produktlinie wie für die Anode beim nächsten davon. Man sollte niemals annehmen, dass der Partner für die Bestückung das so einfach herausfinden kann.

Vertrauen Sie nie einem Footprint, wenn Sie die Quelle nicht kennen. Crowdsource-Footprints sind gut und schön, aber Menschen machen Fehler. Ziemlich oft entspricht die Null-Grad-Rotationsausrichtung nicht dem IPC-Standard, was automatisch arbeitende Anlagen durcheinander bringen kann. Einige Bauteile können Varianten mit unterschiedlicher Pinbelegung aufweisen, was nicht immer vom Designer des Footprints berücksichtigt wird. Am besten ist es, Pinbelegung, Gehäuse, Ausrichtung, Paste, Maske und die Kennzeichnungen für Polarität und Pin 1 zu überprüfen, bevor Sie sich auf einen Footprint verlassen.

Unklarheit ist der Feind von Qualität und Schnelligkeit. Bei schneller Prototypentwicklung und On-Demand-Produktion zählt jede Minute. Missverständliche Kennzeichnungen, unklare Daten oder eine unvollständige Dokumentation führen häufig zu Qualitätsmängeln oder verspäteten Lieferungen.

Warner: Da das Aufbringen der Lötpaste für 65 % oder mehr der Abweichungen bei einer SMT-Bestückung verantwortlich ist, was tun Sie, um Ihre Ausbeute und Zuverlässigkeit zu steigern?

Benson: Lötpaste verursacht hier bei Screaming Circuits wesentlich weniger Probleme. Das ist aufgrund von Erfahrung und Technik so. Da wir so viele verschiedene Leiterplatten fertigen, sehen wir praktisch alle neuen Bauteilgehäuse und bekommen ihre Handhabung sehr schnell heraus. Wir verwenden sowohl Schablonen als auch Strahldrucker, je nachdem, was am besten für das anspruchsvollste Bauteil auf einer bestimmten Leiterplatte funktioniert. Wir haben uns ziemlich erfolgreich damit beschäftigt, ein geeignetes Rückflussprofil auszuwählen und Ausschnitte anzupassen, was beides enorm dabei hilft, Probleme mit der Lötpaste zu vermeiden.

Warner: Mit welchem Anteil an gefälschten Bauteilen haben Sie in Ihrem Geschäft zu tun und welche Art Maßnahmen setzen Sie zur Risikominderung ein?

Benson: Wir prüfen unsere Lieferanten genau und meiden den grauen Markt. Im Laufe der Jahre gab es nur sehr wenige Vorfälle mit gefälschten Bauteilen. Das kommt aufgrund der sorgfältigen Bemühungen unserer Einkaufs- und Lieferkettenabteilungen fast nie vor. Wenn es um die Lieferkette geht, arbeiten wir nur mit Leuten, denen wir vertrauen können. Mit unseriösen Lieferanten zusammenzuarbeiten, ist das Risiko nicht wert.

Warner: Sie sind Autor einer kleinen Zeitschrift namens Circuit Talk. Was hat Sie zu dieser Veröffentlichung bewogen und welche Art von Reaktionen haben Sie von Lesern erhalten?

Benson: Elektronikdesign hat sich in den letzten Jahrzehnten sehr stark verändert. Die Anzahl der Supportkräfte in den technischen Abteilungen wurden drastisch reduziert. Ältere Ingenieure, die früher als Mentoren tätig waren, haben sich zurückgezogen oder sind zu beschäftigt, um das weiterzuführen. Der typische Designer muss jetzt viel mehr tun als nur einen Schaltplan erstellen.

Da Screaming Circuits so viele verschiedene Bauteile und Techniken kennt, ist das eine einzigartige Gelegenheit, etwas zu lernen und die Ingenieurswelt darüber zu informieren. Jeden Tag sehen wir Arbeiten von Designern, die ohne eigenes Verschulden nicht richtig in puncto Layout, Bibliotheksverwaltung oder Dokumentation geschult wurden. Wir können helfen, diese Probleme zu verringern. Ich habe es mir zur Aufgabe gemacht, so viel Wissen wie möglich weiterzugeben. Designern zu übermitteln, was wir gelernt haben, erleichtert ihnen das Leben, und damit am Ende auch unseres.

Warner: Was gefällt Ihnen am besten und was mögen Sie am wenigsten in der EMS-Branche und warum?

Benson: Am wenigsten? Der Gedanke, sie zu verlassen (was ich nicht vorhabe). Es gab eine Zeit, in der ich dachte, die Fertigung wäre langweilig. Vielleicht war sie das ja auch einmal, aber hier ist sie das sicherlich nicht. Das ist es, was ich wirklich daran liebe. Wir haben Kunden, die drahtlos verbundene Bewegungsmelder in die Nester von Meeresschildkröten legen, um den winzigen Jungtieren zu helfen, sicher ins Meer zu gelangen. Wir haben Leiterplatten gebaut, die bei der Entdeckung der Gravitationswellen halfen — von Einstein 1915 vorhergesagt und schließlich 2015 entdeckt. Wir haben Leiterplatten im Weltraum, tief unter Wasser und so gut wie überall sonst. Dinge, die die Welt erst nächstes Jahr sehen wird, sind jetzt schon hier in unserer Firma. Bei Screaming Circuits arbeiten wir so zukunftsorientiert. Ich kann mir wirklich nicht vorstellen, irgendetwas anderes zu machen.

Warner: Ich auch nicht! Vielen Dank für Ihre Zeit und die interessanten Einblicke, Duane.

Benson: Gern geschehen, Judy.