Von der Idee zur fertigen Innovation Elektroniklösungen entwickeln und auf den Markt bringen

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ursatronics GmbH

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

IBR Leiterplatten GmbH & Co. KG

Entwicklung, Layouten, Prototyping und Serienfertigung: So lauten die Schritte bei der Entstehung einer Elektroniklösung. Arbeiten Unternehmen hierbei eng verzahnt mit einem Electronic Manufacturing Services-Anbieter (EMS) zusammen, können sie zum Beispiel von dessen Sourcingquellen beim Einkauf, einem schnellen Prototyping und zeitnaher Serienfertigung profitieren und ihre Innovationen schnell auf den Markt bringen.

Die Entwicklung und Fertigung einer Elektroniklösung ist ein komplexer Prozess, der technisches Know-how und präzise Umsetzung vereint. Von der Idee bis zum fertigen Produkt müssen Schaltungsdesign, Prototyping und Serienproduktion nahtlos ineinandergreifen. Eine strukturierte Herangehensweise stellt sicher, dass sowohl Funktionalität als auch Qualität den Anforderungen entsprechen.

Am Anfang der Entwicklung wird stets die Funktion definiert, die realisiert werden soll – samt Randbedingungen wie Einsatzbedingungen oder Formfaktoren. Es muss ermittelt werden, was man benötigt, um diese Bedingungen erfüllen zu können und wie die Funktionen dargestellt werden. Danach wird das Schaltungsdesign entwickelt: Dazu gehören die in der Regel kostspieligen funktionsbestimmenden Bausteine, Schnittstellen und Steckverbinder sowie Schüttgüter wie Widerstände und Kondensatoren. Die Schaltung stellt als physische Grundlage die Signalübertragung und Verbindung der Komponenten sicher. Der Prozessor führt Befehle aus, die durch ein Programm definiert und im Speicher abgelegt sind. Er liest das Programm, verarbeitet die Eingaben und steuert die Ausgänge über die Schaltung.

Layout und frühe Beschaffung

Der Konzeption schließt sich die Konstruktion an: Der Entwickler zeichnet und layoutet die Schaltung und bringt die Leiterbahnen auf die Platte. Jetzt, während des PCB-Layouts (Printed Circuit Board), ist der Zeitpunkt, mindestens die wichtigsten, vor allem aber die funktionsbestimmenden Teile, die benötigt werden, zu beschaffen. Besonders, wenn unter Zeitdruck gefertigt wird, ist diese Herangehensweise sinnvoll. Das bedeutet, dass der Bill of Materials (BOM) für eine gewisse Anzahl an Mustern mit den wesentlichen Bauteilen an den Lieferanten herausgeht. Gerade die funktionsbestimmenden Teile haben längere Lieferzeiten, Steckverbinder müssen oft speziellen Anforderungen genügen und werden kundenspezifisch gefertigt. Es gilt, diese Teile rechtzeitig zu sichern. Dann kann für die Fertigung des Prototyps die finale Konstruktion für die Bestückung (Printed Circuit Boards Assembly, PCBA) vorbereitet und parallel die Leiterplatte und die Schüttgüter besorgt werden, sofern diese nicht ohnehin bereits im Bestand des EMS vorhanden sind. Auf diese Weise lassen sich Muster schnell herstellen, nach der Evaluation kann die Serienfertigung freigegeben werden.

Fallstricke bei der Entwicklung einer Elektroniklösung

Das größte Problem in der Elektronikfertigung ist die Zeit: Wenn die Entwicklung gerade fertig ist, aber eigentlich das Muster schon benötigt wird. Ist die Entwicklung zu spät dran, verzögern sich alle davon abhängigen Prozesse wie die Freigabe der Schaltung oder die Programmierung der Firmware und die Zeit für die Produktion von Rohleiterplatte, Schaltung und Baugruppe fehlt. Fehlende Muster haben das Potenzial, ganze Projekte zum Scheitern zu bringen.

Zeitdruck entsteht zum Beispiel durch Messen, die zu festen Zeitpunkten im Jahr stattfinden und als essenzielle Absatzkanäle für bestimmte Branchen nicht verpasst werden dürfen. Sie dienen als Multiplikatoren und Kontaktpunkt für die Anwender. Wer also im Mai mit der fertig getesteten Maschine auf der Messe auftreten will, dessen Elektronikentwicklung sollte bis Weihnachten abgeschlossen sein, damit der Dienstleister im Januar fertigen kann. Ist die Entwicklung erst im März abgeschlossen, ist ein Scheitern der Messepräsentation nicht auszuschließen, wenn Anpassungen notwendig werden, denn die Zeit für Freigaben und Evaluation ist knapp.

Den passenden Partner auswählen

Im Bereich der Elektronikfertigung gibt es in Deutschland rund 2.600 Anbieter verschiedenster Qualität. Entsprechend schwierig kann es sein, den passenden EMS-Dienstleister zu finden – den nächstbesten anzuklingeln, ist nicht zu empfehlen. Unternehmen sollten vielmehr prüfen, ob der Dienstleister zu ihnen passt, die notwendige Agilität und die richtige Größe mitbringt sowie ein Verständnis für ihre Themen – seien es die Bestückung einer Leiterplatte oder Box Building mit der vollständigen Fertigung einer geprüften und funktionsfähigen Baugruppe. Unternehmen sollten zudem sicherstellen, dass sie das geistige Eigentum an der Entwicklung behalten – so bleiben sie Herr des Verfahrens und flexibel bei der Partnerwahl, da sie unabhängig vom EMS-Partner bleiben.

Vorteilhaft ist es, wenn der Dienstleister nicht nur beim Prototyping, sondern auch bei der Serienfertigung unterstützen kann: So kann der Weg vom Muster zur Massenfertigung schnell gegangen werden. Wie schnell, zeigt dieses Beispiel: Die ursatronics GmbH, Spezialist für elektronische Baugruppen und Geräte, wurde mit der Fertigung einer neuen Revision eines Layouts beauftragt. Die erste Baugruppe wurde produziert, die Maschine gestoppt und die Baugruppe noch handwarm vom Löten an den Kunden abends ausgeliefert. Dieser erteilte am nächsten Morgen zum Schichtbeginn die Freigabe für die restliche Produktion – die Änderungen hatten in den Tests wie erwartet funktioniert und die Serienfertigung konnte anlaufen.

Auch die Prüfung mit Prüfmitteln bzw. die Prüfmittelauswahl und -entwicklung sollten vom EMS abgedeckt werden können. Nur so wird sichergestellt, dass alle Spezifikationen der Baugruppe erfüllt werden und ein sofort einsetzbares und spezifikationsgerechtes Produkt zur Verfügung steht.

In der Prüfung wird die Firmware programmiert und die Funktion der Baugruppe getestet. Dazu wird die physikalische Umgebung der Baugruppe, in der der spätere Einsatz erfolgt, durch eine Beschaltung simuliert. Die korrekte Funktion der Baugruppe kann geprüft und eine Kalibrierung auf einen Arbeitspunkt vorgenommen werden. Damit erhält der Kunde ein nach seinen Vorgaben gefertigtes und geprüftes Produkt, das ohne weitere Maßnahmen im Endgerät eingesetzt werden kann und sofort alle Anforderungen erfüllt. Für diese Prüfung sind Hilfsmittel und Messtechnik notwendig – von Multimetern über Hilfsspannungsquellen bis zu Oszilloskopen. Der Kunde macht die Prüfvorgaben (Eingangsgröße, erwartete Reaktion und Verfahrensweise), sein Prüfkonzept muss umgesetzt und dokumentiert werden. Praktisch ist es, wenn Prüfprotokolle über die Cloud direkt beim Kunden abgelegt oder in dessen Datenbank geschrieben werden können.

Kennen sich Unternehmen und Dienstleister, arbeiten sie eng zusammen, entsteht ein Vertrauensverhältnis. ursatronics hat im Falle seiner großen Kunden zum Beispiel 95 Prozent der benötigten Teile benummert auf Lager – was in der Fertigung einen großen Zeitvorsprung verschafft. Bei Bedarf können Fertigungskapazitäten einfach reserviert werden – und wenn es schnell gehen muss, reicht ein Datensatz in der Kommunikation für eine neue Konstruktion. Das ist möglich, weil der EMS-Dienstleister ein Verständnis für die Entwicklung, Anwendungen, die Prüfungen und das Endprodukt entwickelt hat und die Besonderheiten bekannt sind. Der Kunde ist nicht nur einer unter vielen. Das garantiert unabhängig von der Auslastung eine hohe Priorität für neue Baugruppen.

Die Partnerschaft mit einem erfahrenen Fertiger kann nicht zuletzt den hohen Preisdruck lindern: Idealerweise kann der Dienstleister bereits beim Sourcing unterstützen, da er die passenden Lieferanten mitbringt, weltweit beschaffen kann und über die Distribution einen günstigeren Preis als den Katalogpreis erzielt.

Fazit

Die Entwicklung einer Elektroniklösung beginnt mit der Definition der gewünschten Funktionen. Danach wird gelayoutet und die Teile besorgt, die Leiterplatte bestückt, der Prozessor programmiert und der Prototyp getestet. Mit einem erfahrenen Dienstleister als Partner geht das schnell und reibungslos – samt Übergang in die Serienfertigung. Besonders vorteilhaft ist es, wenn Beschaffungsfreigaben vor der Beendigung des Konstruktionsprozesses erfolgen, sodass Langläufer gesichert und für bestimmte Mengen beschafft sind. So lässt sich der Zeitdruck in der Entwicklung und Konstruktion entschärfen.

Event-Tipp

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 (sb)

* Nadja Müller ist freie Texterin und Journalistin, und Christian Schnieders ist Geschäftsführer der ursatronics GmbH.

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