Der Inhalt besteht aus einem Teil allgemeiner technischer Grundlagen (Normen, Datenbank als Arbeitsgrundlage, technische Zeichnungen lesen, Leiterplattentechnik, Handlöttechnik), Einführung in die Werkstoffkunde (Metalle, Kunststoffe usw. und Anwendungen), Grundlagen der Bauelementekunde (Schaltsymbole, Aufbautechnologien, Gehäusetypen) und Grundlagen für das Layout einfacher Leiterplatten.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
2. Computereinsatz für Engineering-Zwecke in der Elektronik
2.1. Begriffe
2.2. Schritte auf dem Weg zur Leiterplattenbaugruppe
2.2.1. Funktion "Schaltbild"
2.2.2. Funktion "Bibliothek"
2.2.3. Funktion "Layout"
2.2.4. Funktion "Leiterplattenhersteller"
2.2.5. Funktion "Pastenmaskenhersteller"
2.2.6. Funktion "Logistik"
2.2.7. Funktion "Lager"
2.2.8. Funktion "Bestücker"
2.2.9. Funktion "Baugruppenprüfung"
3. Grundlagen Engineering in der Elektronik
3.1. Normen - Sinn und Zweck
3.2. Technisches Zeichnen (Mechanik)
3.2.1. Zeichnungsmerkmale
3.2.2. Projektion (Klappung), Detail und Schnitt
3.2.3. Vermaßung
3.3. Die Leiterplatte als Schaltungsträger
3.4. Löten
3.4.2. Flussmittel
3.4.3. Lötwerkzeuge
3.4.4. Lötvorgang
4. Werkstoffe in der Elektronik
4.1. Werkstofftypen
4.2. Metallische Werkstoffe
4.3. Isolierstoffe / Kunststoffe
4.3.1. Wirkung eines Dielektrikums auf das elektrische Feld
4.3.2 Materialien
4.4. Magnetisch wirksame Werkstoffe
4.4.1. Wirkung ferromagnetischen Materials auf das magnetische Feld
4.4.2. Materialien
5. elektronische Bauelemente (I)
5.1. verschiedene Ansichten: Schaltsymbol, technischer Aufbau, Ersatzschaltbild
5.2. Einteilung der Bauteile nach Kategorien
5.3. Bauteil-Werte und Toleranzfelder
5.3.1. Wertestaffelung
5.3.2. Toleranzen von Bauteilen
5.3.3. technisch relevante Wertereihen
5.3.4. Wertekennzeichnung auf Bauteilen
6. elektronische Bauelemente (II)
6.1. elektromechanische Bauteile - Übersicht
6.2. Werkstoffe
6.3. Litzen und Drähte
6.3.1. Schaltzeichen / Schaltsymbole
6.3.2. technische Ausführungen
6.4. Schalter
6.4.1. Schaltzeichen / Schaltsymbole
6.4.2. technische Ausführungen
6.5. Steckverbinder und Sockel
6.5.1. Schaltzeichen / Schaltsymbole
6.5.2. Kontaktformen
6.5.3. technische Ausführungen
6.6. Schaltzeichen zusätzlicher Funktionselemente
7. elektronische Bauelemente (III)
7.1. Widerstände
7.1.1. Schaltzeichen / Schaltsymbol
7.1.2. physikalisches Verhalten
7.1.3. technische Ausführung
7.2. Kondensatoren
7.2.1. Schaltzeichen / Schaltsymbol
7.2.2. physikalisches Verhalten
7.2.2.1. Kondensatoren mit fester Isolierung - technische Ausführung
7.2.2.2. der Elektrolyt-Kondensator ('Elko') - technische Ausführung
7.3. Spulen / Drosseln bzw. Übertrager / Transformatoren
7.3.1. Schaltzeichen / Schaltsymbole
7.3.2. physikalisches Verhalten
7.3.3. technische Ausführung
8. elektronische Bauelemente (IV)
8.1. Dioden
8.1.1. Schaltzeichen / Schaltsymbole
8.1.2. physikalisches Verhalten
8.1.3. technische Ausführung
8.2. Transistoren
8.2.1. Schaltzeichen / Schaltsymbole
8.2.2. physikalisches Verhalten
8.2.3. technische Ausführung: diskrete Halbleiter und kleine ICs
8.3. integrierte Schaltungen
8.3.1. lineare Schaltung, z.B. Operationsverstärker
8.3.1.1. Schaltzeichen / Schaltsymbole
8.3.1.2. physikalisches Verhalten
8.3.2. digitale Schaltungen
8.3.2.1. Schaltzeichen / Schaltsymbole von Gatterschaltungen
8.3.2.2. physikalisches Verhalten
8.3.3. technische Ausführung
9. Layout mit bedrahteten Bauteilen
9.1. Layout-Parameter der Leiterplatte
9.1.1. Feinheit der Struktur
9.1.2. Pad und Bohrung - grundlegende Dimensionierung
9.1.3. Lötstopplack
9.1.4. Kennzeichnungsdruck
9.2. Layout für bedrahtete Technik (THT)
9.2.1. Block- und Scheiben-Gehäuse, 2-polig
9.2.3. vielpolige Gehäuse
9.2.3.1. Steckverbinder, Schalter u.a. "Electromechanics"
9.2.3.2. Transistorgehäuse, ICs in runden Metallgehäusen o.ä.
9.2.3.3. ICs in DIL-Gehäusen (Dual-Inline)
9.2.3.4. Leistungshalbleiter mit Kühlkörpern u.ä.
9.2.3.5. Funktionsmodule
9.3. zusätzliche Hinweise zum Layouten
9.3.1. Befestigungsmittel / Rackschienen
9.3.2. Sicherheit bei höheren Spannungen und Strömen
Zielsetzung und Themen
Das Ziel dieses Vorlesungsskripts ist es, Studenten der Elektrotechnik und Technischen Informatik grundlegendes technisches Wissen im Bereich der praktischen Elektronikfertigung zu vermitteln, wobei der Fokus auf industriellen Standards, Bauteilkunde und den rechnergestützten Prozessabläufen liegt.
- Grundlagen der industriellen Computer-Engineering-Prozesse (CAE, CAD, CAM).
- Methoden und Normen für technische Zeichnungen sowie Layout-Grundlagen.
- Wissen über Werkstoffe in der Elektronik (Metalle, Isolierstoffe, Ferrite).
- Umfassende Einführung in elektronische Bauelemente (aktiv und passiv, Elektromechanik).
- Dimensionierung und Aufbau von Leiterplatten für bedrahtete Bauteile (THT).
Auszug aus dem Buch
2.2.6. Funktion "Logistik"
Dies ist eine, insbesondere im industriellen Umfeld, sehr wichtige Funktion. Hier müssen die verschiedenen Informationen zur Abwicklung eines Auftrages zusammengeführt werden: Kunde (Bestellung: Typ, Stückzahl und gewünschter Liefertermin), Layout (welche Bauteile werden in welcher Menge pro Baugruppe benötigt), Lager (was ist vorhanden), Bestücker (wie viel Zeit wird für die Fertigungsvorbereitung und Fertigung benötigt), Baugruppenprüfung (wie viel Zeit wird für die Prüfvorbereitung und Prüfung benötigt).
Durch Abgleich der Einzelinformationen und entsprechenden Informationsfluss muss dann dafür gesorgt werden, dass nicht vorhandenes Material eingekauft wird und alles zur richtigen Zeit am richtigen Platz zur Verfügung steht. Auch die Daten über die Materialflüsse werden in einer Datenbank (PDM-System, siehe unter "Bibliothek") gespeichert.
Hier kommt dann noch ein besonderer Aspekt hinzu, der die Notwendigkeit der anonymisierten Materialnummer unterstreicht. Vielfach ist es möglich, für eine Bauteilfunktion vergleichbare Bauteile verschiedener Hersteller zu verwenden, die dort meist auch noch sehr unterschiedliche Bezeichnungen in deren Kataloge haben. Das ist für das Schaltbild und Layout ohne Bedeutung und dort wird dementsprechend mit der herstellerunabhängigen Materialnummer gearbeitet. Von Seiten der Logistik kann dann aber je nach Lieferbarkeit und / oder Preis der günstigste Lieferant ausgewählt werden.
An dieser Stelle zeigt sich weiterhin, dass nicht alle in der Praxis vorkommenden Konstellationen gleich betrachtet und behandelt werden können. Zum einen ist die Industrie bemüht 'just-in-time' zu fertigen, d.h. Material soll erst dann angeliefert werden wenn es auch verarbeitet wird. Andererseits sind insbesondere die Gebindegrößen, d.h. die Verpackungseinheiten in denen Material angeliefert werden kann, in der sogenannten SMT sehr groß (z.T. mehrere 1.000 St.). Dann schwanken auch noch die Lieferzeiten selbst für 'Allerweltsmaterial' mitunter erheblich und erreichen bisweilen schwindelerregende Höhen (für einen Standard-Kondensator gab es schon mal 6 Monate Lieferzeit).
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Beschreibt die Anforderungen an eine Ingenieursausbildung und gibt einen Überblick über den strukturellen Aufbau des Skripts.
2. Computereinsatz für Engineering-Zwecke in der Elektronik: Erläutert die Integration von IT-Systemen in den Entwicklungsprozess von der Idee bis zur Baugruppenprüfung.
3. Grundlagen Engineering in der Elektronik: Behandelt Normen, technisches Zeichnen, den Schaltungsträger Leiterplatte sowie die Theorie und Praxis des Lötens.
4. Werkstoffe in der Elektronik: Gibt einen Überblick über metallische, magnetische und isolierende Werkstoffe und deren Einsatz in der modernen Elektronik.
5. elektronische Bauelemente (I): Bietet eine grundlegende Einführung in die Kategorisierung von Bauelementen, deren Kennzeichnung und das physikalische Grundverhalten.
6. elektronische Bauelemente (II): Fokussiert auf elektromechanische Komponenten wie Steckverbinder, Schalter und deren Kontaktmaterialien.
7. elektronische Bauelemente (III): Vertieft die Kenntnisse zu passiven Bauelementen wie Widerständen, Kondensatoren und induktiven Komponenten.
8. elektronische Bauelemente (IV): Beschreibt Halbleiterbauteile wie Dioden, Transistoren und integrierte Schaltungen inklusive ihrer digitalen und analogen Anwendungsweisen.
9. Layout mit bedrahteten Bauteilen: Detailliert die Layout-Dimensionierung, spezifische Anforderungen an Pads und Bohrungen sowie Sicherheitsaspekte bei der Konstruktion.
Schlüsselwörter
Elektrotechnik, Leiterplatte, Engineering, Bauelemente, Schaltbild, Layout, Löten, Werkstoffe, Halbleiter, SMT, THT, Normen, PDM-System, Widerstände, Kondensatoren.
Häufig gestellte Fragen
Was ist das grundlegende Thema dieses Skripts?
Das Skript vermittelt grundlegende technische Kenntnisse für die praktische Elektrotechnik, insbesondere im Kontext von Entwicklung und Fertigung von Leiterplattenbaugruppen.
Welche zentralen Themenfelder werden abgedeckt?
Die Themen umfassen EDV-gestützte Entwicklungsprozesse, Materialkunde, Verbindungstechnik, passive und aktive Bauelemente sowie Richtlinien für das Leiterplatten-Layout.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist eine praxisnahe Einführung für Studenten in die elektrotechnische Ingenieurarbeit, die sowohl theoretische Grundlagen als auch industrielle Anwendungsrealitäten verbindet.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?
Das Dokument stützt sich auf technische Normen, physikalische Gesetze, materialwissenschaftliche Datenblätter und vergleichende Analysen industrieller Konstruktionsverfahren.
Was wird im Hauptteil ausführlich behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in technische Grundlagen (Normung, Löten), die Auswahl und Eigenschaften elektronischer Werkstoffe, detaillierte Beschreibungen verschiedener Bauteilklassen und spezifische Layoutregeln.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren das Werk?
Leiterplatte, Bauelemente, Engineering, Layout, SMT, THT, Halbleiter und Verbindungstechnik.
Warum ist das PDM-System im Entwicklungsprozess so wichtig?
Es dient der zentralen, dynamischen Verwaltung aller material- und logistikbezogenen Informationen, was für die "just-in-time"-Fertigung industrieller Stückzahlen essenziell ist.
Welche Bedeutung haben "Schutzzonen" beim Leiterplatten-Layout?
Schutzzonen verhindern durch ihre geometrische Ausdehnung Kollisionen und Kurzschlüsse zwischen benachbarten Bauteilen und berücksichtigen Fertigungstoleranzen.
Warum sind Zener-Dioden für Stabilisierungsschaltungen relevant?
Sie nutzen spezifische physikalische Effekte (Sperrbereich) zur Stabilisierung einer konstanten Spannung, selbst wenn die Eingangsspannung innerhalb eines gewissen Rahmens schwankt.
Welche Rolle spielt die Oberflächenbeschaffenheit beim Löten?
Eine korrekte metallische Verbindung ist zwingend erforderlich, wobei die Bildung einer intermetallischen Zone zwischen Bauteil-Oberfläche und Lot die notwendige Haftfestigkeit garantiert.
- Citation du texte
- Wolf-Dieter Schmidt (Auteur), 2009, Electronic Engineering Grundlagen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/123659
