In diesem Buch werden Themen dargestellt, die in einem Studium meist kaum zur Sprache kommen, da dort die theoretische Basis im Vordergrund steht. Daran orientiert sich auch die veröffentlichte Literatur zu Grundlagen. Der in der Industrie tätige Ingenieur muss aber neben theoretischen auch manche praktischen Aufgaben lösen, die zunächst vielleicht banal erscheinen mögen, ohne die aber die Arbeitsabläufe in einer Firma nicht funktionieren können. Dazu gehören beispielsweise normgerechte Dokumentationen oder die Berücksichtigung nicht idealer Eigenschaften von Materialien und Bauteilen bei Entwicklung und Fertigung. Die vorliegende Themenauswahl spiegelt die Erfahrung vieler Jahre Tätigkeit sowohl in der Entwicklung als auch in der Fertigung von elektronischen Baugruppen wider. Früher konnte man viele Darstellungen anwendungstechnischer Themen auch in Katalogen der Hersteller finden, was heute leider nur noch selten der Fall ist. Auch auf solche Quellen greift der Autor zurück.

Textprobe: Kapitel 1, Einleitung: Dieses Buch ist aus einem Vorlesungsskript für die Hochschule in Pforzheim entstanden. Die Idee war, den Studenten schon zu Beginn des Studiums neben den rein theoretischen Grundlagen auch Kenntnisse z.B. über Bauteile und Materialien, technische Zeichnungen und anderes, was man zum Aufbau elektronischer Schaltungen benötigt, zu vermitteln. In diesem Buch ist das Thema noch etwas weiter gefasst als das im begrenzten Zeitrahmen der Hochschule der Fall sein konnte. Alles, was hier dargestellt ist, findet sich verstreut in diverser Fachliteratur, dort meist wesentlich umfangreicher und tiefgründiger dargestellt, in Zeitschriftenartikeln, Datenbüchern und Applikationsschriften von Herstellern. Das aber ist für den Einsteiger in die Technik schwer greifbar und daher werden hier viele Themen in einem Buch zusammengefasst und in der Übersicht dargestellt - dazu gibt es am Ende auch Literaturhinweise. So setzt sich der Inhalt aus einem Teil allgemeiner technischer Grundlagen, Einführungen in die Werkstoff- und Bauelementekunde und ein paar Grundgedanken zum Layout zusammen. Weiterhin wird auf die für die Elektronik unverzichtbare Löttechnik eingegangen. Bei allem wird auf der Basis von Schulwissen aus den Bereichen Mathematik und Physik aufgebaut. Für die Bauteile heißt das z.B., dass nur ihre physikalische Grundfunktion dargestellt werden kann. Dazu kommen Informationen über typische Bauformen und auch Schaltsymbole für die Erstellung von Schalt-bildern (andere übliche Bezeichnung hierfür: Stromlaufplan). Ergänzt wird der Inhalt durch ein paar Überlegungen zu Randthemen, die nicht direkt die Technik sondern das industrielle Umfeld betreffen. 6.2, Werkstoffe: Drei grundverschiedene Werkstofftypen kommen im Zusammenhang mit den elektromechanischen Bauteilen zur Anwendung: • Metalle für die leitenden Teile, für feststehende und bewegliche, starre und federnde • Isolationsmaterialien (weitestgehend Kunststoffe der verschiedensten Art) • Konstruktionsmaterialien für Gehäuse, Tasten usw. (teilweise Metalle, vielfach Kunststoffe). Die Kunststoffe für Isolation und Gehäuse bestimmen vor allem die Spannungsfestigkeit und die Temperaturstabilität. Letztere ist in Hinsicht auf Fertigungsprozesse (löten) und den Einsatztemperaturbereich zu beachten. Das ideale Metall für derartige Anwendungen sollte gleichermaßen gut leitend und unempfindlich gegen Umwelteinflüsse (Korrosion) sein. Weiterhin sollte es billig und einfach zu verarbeiten sein. Bisher gibt es kein Material, welche alle diese Eigenschaften in sich vereint. Daher kommen in der Regel Metallkombinationen, meist aus einem Trägermaterial und einer Oberflächenbeschichtung, zum Einsatz. Im Gegensatz zu einer Lötverbindung, die ein gewisses Materialvolumen aufweist und daher bei einer oberflächlichen Korrosion immer noch voll funktionsfähig bleibt, weisen Schalter und Steckverbinder offene Kontaktflächen auf, die nur zeitweise verbunden und in der restlichen Zeit den Umwelteinflüssen ausgesetzt sind. Da die wenigsten Kontakte unter Schutzgas verkapselt sind, kann mehr oder weniger Korrosion angreifen. Unter Korrosion versteht man ‘ die Zerstörung von Metall durch chemische oder elektrochemische Reaktion mit seiner Umgebung‘ (aus ‘der Brockhaus multimedial’). Im einfachsten Fall ist das eine die Oberfläche vor weiterer Veränderung schützende Oxidschicht (z.B. bei Kupfer und Aluminium), es kann aber ein das Material völlig zerstörender Prozess stattfinden (z.B. Rost bei Eisen). Während in Drähten und Litzen bzw. für die Leiterbahnen auf Leiterplatten fast ausschließlich Kupfer verwendet wird, kommen bei den mechanisch höher beanspruchten Kontaktteilen härtere und z.T. federnde Materialien zum Einsatz. Bei hochwertigen Schaltern und Steckverbindern finden Edelmetalle als Oberfläche für den Kontaktbereich Verwendung - z.T. als mehrschichtig aufgebaute komplizierte Systeme. Bei der Materialwahl spielen nicht nur die Korrosionsfestigkeit sondern insbesondere bei Schaltkontakten die zu schaltenden Ströme eine wichtige Rolle. 10.3, Der Lötvorgang: Um eine gute Lötstelle zu erhalten, müssen einige Regeln beachtet werden, andernfalls besteht das Risiko sogenannte kalte Lötstellen zu bekommen, die instabil sind und über kurz oder lang ausfallen werden. Die drei wichtigsten Regeln sind: 1. Das Lot sowie alle an der Lötstelle beteiligten Metalle (z.B. Kupfer der Leiterplatte, Bauteilanschluss, Draht) müssen auf eine Temperatur deutlich über der Schmelztemperatur erwärmt werden. Die Höhe der notwendigen Temperatur hängt auch vom Lötverfahren und dessen Detail-Parametern ab. 2. Die Lötstelle darf während der flüssigen Phase des Lotes nicht erschüttert werden, d.h. die verlöteten Teile dürfen nicht gegeneinander bewegt werden. 3. Das Verbiegen eines eingelöteten Bauteils nach der Lötung führt leicht zur Schädigung der Lötstelle und ist zu vermeiden. Insbesondere die erste Regel wird von unerfahrenen Lötern beim Löten von Hand oft nicht richtig eingeschätzt. Im Diagramm ist ein Lötvorgang mit einer im Verhältnis zur Lötstelle relativ kleinen Lötspitze und eine eingestellten Temperatur von 260°C dargestellt. Die Temperaturdifferenz zum Schmelzpunkt des Lotes (ca. 220°C) wäre für das Wellenlöten völlig ausreichend. Hier aber bricht, wenn die Lötspitze zum Zeitpunkt t0 die Lötstelle berührt, die Temperatur stark zusammen - die wenige in der kleinen Spitze gespeicherte Wärmeenergie fließt schnell ab und die Temperatur von Spitze und Lötstelle fällt unter die Schmelztemperatur des Lotes. Es dauert relativ lange bis die an der Lötstelle beteiligten Materialien die notwendige Temperatur erreicht haben (t1). Die eigentliche Lötung benötigt wenig Zeit (tP). Die Problematik eines solchen langdauernden Lötvorgangs besteht darin, dass zwar die Lötstelle noch zu kalt ist, das Leiterplattenmaterial aber bei diesen Temperaturen erheblich erweicht und dadurch auch die Haftung des Kupfers auf der Leiterplatte sehr stark vermindert wird. Drückt der Löter dann noch mit der Lötspitze auf die Kupferkaschierung in der Hoffnung die Lötung beschleunigen zu können, dann wird leicht die Kupferkaschierung durch die unvermeidbare Bewegung der Hand verschoben. Das Pad hat sich abgelöst oder sogar abgehoben und die Leiterplatte ist beschädigt oder gar zerstört. Außerdem wird eventuell das zu lötende Bauteil unzulässig stark mit Wärme belastet.

• Electronic Engineering

• Werkstoff

• Bauelement

• Leiterplatte

• Lötvorgang

• Schaltzeichen

• Funktionselement

• Diode

• Transistor

Wolf-Dieter Schmidt, geb. 1951 in Bergisch-Gladbach, schloss sein Studium der Elektrotechnik Fachrichtung Nachrichtentechnik an der RWTH Aachen im Jahre 1978 mit dem Abschluss Dipl.-Ing. ab. In 12 Jahren Arbeit als Entwicklungs-Ingenieur war der Autor in erster Linie für Hochfrequenz-Leistungsverstärker verantwortlich. Anschließend war er im Industrial Engineering tätig. Dort hatte er die Funktion als Bindeglied und Vermittler zwischen Entwicklung und Konstruktion einerseits und Fertigung andererseits inne. Dabei fungierte er auch als firmeninterner Gutachter bei Fehleranalysen. Daneben war der Autor einige Jahre als Lehrbeauftragter an der Hochschule in Pforzheim im Grundstudium sowie mit einem Wahlfach tätig.