Wie Precision Micro Pickering dabei unterstützt, Relais herzustellen, die 25 % kleiner sind als die der Konkurrenz

Fortschritte in der Elektronik werden oft in Bruchteilen eines Millimeters gemessen. Die einzelnen Komponenten mögen zwar winzig sein, die Folgen eines Ausfalls sind es jedoch selten. Aus diesem Grund setzt die moderne Elektronikfertigung auf Automatisierung und Wiederholbarkeit, wobei dicht gepackte Systeme die Fertigungsstraßen sehr empfindlich gegenüber Maßabweichungen machen.

In Produktionsumgebungen mit hohem Volumen müssen Komponenten mehr als nur die Spezifikationen „auf dem Papier“ erfüllen. Sie müssen bei der automatisierten Handhabung und Montage eine gleichbleibende Leistung erbringen, da selbst geringfügige Maßabweichungen den Durchsatz beeinträchtigen können.

Gleichzeitig stehen Forschungs- und Entwicklungsteams unter dem Druck, den Platzbedarf zu reduzieren, Entwicklungszyklen zu verkürzen und neue Designs schnell auf den Markt zu bringen, während gleichzeitig die langfristige Zuverlässigkeit gewährleistet bleiben muss.

Für viele bedeutet dies eine regelmäßige Neubewertung der Fertigungswege und Lieferanten als Teil einer umsichtigen Widerstandsfähigkeit der Lieferkette, um Wiederholbarkeit und Skalierbarkeit bei immer kleineren Designs sicherzustellen.

Pickering's Herausforderung

Pickering Electronics ist seit über 50 Jahren für seine Kompetenz im Bereich Reed-Relais bekannt und entwickelt und fertigt Reed-Relais für Test- und Messanwendungen, automatisierte Halbleitertestgeräte (ATE) und andere anspruchsvolle Anwendungen.

Auf diese Weise hat sich das Unternehmen einen Ruf für Miniaturisierung und zuverlässige Leistung in Anwendungen aufgebaut, bei denen Ausfälle einfach keine Option sind. Diese Herausforderung betrifft einen Großteil der Elektronikbranche, ist jedoch im Bereich der hochzuverlässigen Produkte besonders akut.

Beispielsweise können Reed-Relais präzise geformte Metall-Subkomponenten in hochwertige Baugruppen integrieren. Dies erhöht jedoch das Risiko, da kleine Abweichungen zu Beginn der Lieferkette die Leistung später im Fertigungsprozess beeinträchtigen können, wenn Nacharbeiten teuer oder unpraktisch sind.

Die Komponenten müssen außerdem extrem enge Toleranzen einhalten. Nicht nur aus Gründen der Leistungsfähigkeit, sondern auch, weil sie direkt in automatisierte Montageprozesse einfließen, wo selbst kleine Abweichungen zu Störungen in den Produktionslinien und damit auch im gesamten Konzern führen können.

Hinzu kommen die Anforderungen an schnelles Prototyping, häufige Designiterationen und Produktlebenszyklen, die sich über Jahrzehnte erstrecken können, wodurch sich die Herausforderung noch vervielfacht. Wie also lassen sich Präzision und Wiederholbarkeit über die gesamte Lieferkette hinweg aufrechterhalten und gleichzeitig die Grenzen der Miniaturisierung erweitern?

Festlegung des Herstellungsweges

Die Beziehung zwischen Pickering und Precision Micro begann als Reaktion auf diese Einschränkungen. Das chemische Ätzen bietet eine zuverlässige Möglichkeit, feine, wiederholbare Leadframe-Geometrien zu erzielen und gleichzeitig schnelle Designiterationen zu unterstützen, während die Relais-Grundflächen immer kleiner wurden.

Precision Micro wurde aufgrund seiner Fähigkeit ausgewählt, enge Toleranzen, vorhersehbare Qualität und zuverlässige Lieferzeiten zu gewährleisten – allesamt wesentliche Anforderungen für Komponenten, die in hochzuverlässigen Miniaturgeräten zum Einsatz kommen.

Mit der Weiterentwicklung des Portfolios von Pickering wurde das chemische Ätzen sowohl in den Entwicklungs- als auch in den Produktionsworkflow integriert und unterstützte so die frühen Prototypen und die Serienfertigung.

Wie viele Hersteller, die in Märkten mit hohen Zuverlässigkeitsanforderungen tätig sind, überprüft Pickering im Rahmen eines robusten Lieferkettenmanagements regelmäßig alternative Verfahren wie beispielsweise das Stanzen. Allerdings können Alternativen Schwierigkeiten haben, die kombinierten Anforderungen an Genauigkeit, Wiederholbarkeit und Kosten zu erfüllen, wenn sie auf extrem kleine, komplexe Geometrien angewendet werden.

Warum chemisches Ätzen?

Beim chemischen Ätzen werden Metallkomponenten durch kontrollierte chemische Bearbeitung geformt, wodurch die mit dem Stanzen von Leiterrahmen verbundenen mechanischen Belastungen vermieden werden. Dies ermöglicht extrem feine Details, enge Toleranzen und eine konsistente Geometrie, die alle für miniaturisierte elektronische Baugruppen von entscheidender Bedeutung sind.

Diese Fähigkeit ist während der Entwicklung von größter Bedeutung. Neue Relaisdesigns erfordern oft mehrere Iterationen, bevor die richtige Konfiguration erreicht ist, die in der Regel von kundenspezifischen Anforderungen oder der Notwendigkeit, den Platzbedarf auf der Leiterplatte (PCB) zu reduzieren, bestimmt wird.

Das chemische Ätzen unterstützt diesen Bedarf, indem es schnelle Durchlaufzeiten und kostengünstige Werkzeuge ermöglicht, sodass Ingenieure ihre Entwürfe verfeinern können, ohne sich zu früh auf teure Presswerkzeuge festlegen zu müssen.

Wenn Designs von der Entwicklung in die Produktion übergehen, verlagert sich der Schwerpunkt von Flexibilität auf Wiederholbarkeit. Die Fertigung bei Precision Micro basiert auf automatisierten Prüfungen, bei denen Maßgenauigkeit und optische Einheitlichkeit von entscheidender Bedeutung sind.

In dieser Phase können bereits geringfügige Abweichungen den Durchsatz beeinträchtigen. Das chemische Ätzen bietet die erforderliche Prozessstabilität, um zuverlässig vom Prototyp zur Serienfertigung überzugehen. Andernfalls sind die Folgen einer Nichteinhaltung der Toleranzanforderungen durch einen Lieferanten unmittelbar und weitreichend.

Pickering Electronics ist Teil einer größeren Unternehmensgruppe, die Relais, Test- und Messgeräte sowie Verbindungslösungen anbietet. Das bedeutet, dass Störungen in einem Bereich schnell Auswirkungen auf andere Bereiche haben können.

Die Grenzen der Miniaturisierung erweitern

Diese Fähigkeit des chemischen Ätzens lässt sich am besten anhand eines der neuesten Produkte von Pickering veranschaulichen, dem bereits erwähnten ultrakleinen zweipoligen Reed-Relais mit Abmessungen von nur 5 mm × 5 mm und einer Höhe von 15,5 mm.

Die Integration mehrerer geätzter Leiterrahmen in eine derart kompakte Baugruppe erforderte eine Entwicklungszeit von rund zwei Jahren und führte zu dem Ergebnis, das als das weltweit kleinste Relais seiner Art bezeichnet wird.

Das Erreichen dieses Miniaturisierungsgrades war kein einmaliger Schritt, sondern das Ergebnis eines Fertigungsansatzes, der sich im Laufe der Zeit weiterentwickelt hat. Wie bei jeder Fertigungspartnerschaft, insbesondere bei einer, die mehr als 30 Jahre besteht, wurden die Prozesse an die Veränderungen der Designanforderungen und Produktionsmethoden angepasst.

Beispielsweise gab es Herausforderungen bei der Erweiterung des tschechischen Produktionswerks von Pickering und der Umstellung auf eine Produktion mit höheren Stückzahlen außerhalb Großbritanniens. Dieser Schritt war strategisch notwendig, um die Produktion zu skalieren und bessere Verbindungen innerhalb Kontinentaleuropas zu schaffen, führte jedoch zu kurzfristigen Herausforderungen in Bezug auf Prognosen, Terminplanung und Bestellverhalten, da sich neue Teams und Systeme erst einarbeiten mussten.

Precision Micro unterstützte den Übergang, indem es sich mit schwankenden Nachfragemustern und Kapazitätsengpässen auseinandersetzte, insbesondere im Zusammenhang mit Spezialverfahren wie der Beschichtung.

„Durch chemisches Ätzen können wir schnell iterieren, ohne uns zu früh auf teure Werkzeuge wie Stanzen festlegen zu müssen“, erklärte Julie Benson, Betriebsleiterin bei Pickering Electronics. „Diese Flexibilität ist oft ausschlaggebend für den Fortgang der Entwicklung, aber es geht nicht nur um Kosten oder Toleranzen allein. Es geht darum, zusammenzuarbeiten, wenn sich Anforderungen ändern oder wenn etwas Unvorhergesehenes gelöst werden muss.“

„Wir arbeiten seit über 30 Jahren mit Pickering zusammen, und was diese Partnerschaft so stark macht, ist unser gemeinsames Engagement für flexible Problemlösungen und Präzision“, sagt Rachael O’Connor, Vertriebsleiterin bei Precision Micro. „Im Laufe der Jahrzehnte haben wir gelernt, dass es nicht nur darum geht, was auf dem Reißbrett steht, sondern auch darum, wie sich dies auf jede Phase der Produktion auswirkt.“

Die Partnerschaft unterstützt heute die fortschrittlichsten Entwicklungen von Pickering. Neue Produkteinführungen wie die Serie 125, die durch vertikale Bauweise Platz auf Leiterplatten (PCB) spart, und die Hochspannungsserie 600 zeigen die Bandbreite der Herausforderungen.

In einer Branche, in der Fortschritt in Bruchteilen von Millimetern gemessen wird, wird Vertrauen auf die gleiche Weise aufgebaut. Die Zusammenarbeit von Pickering Electronics mit Precision Micro zeigt, wie enge Toleranzen und Konsistenz die feinsten Details der Miniaturisierung unterstützen – dank einer Partnerschaft, die seit mehr als 30 Jahren besteht.