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Flexible Leiterplatten für moderne Hörgeräte

| Autor / Redakteur: Javier González Moreno* / Dr. Anna-Lena Gutberlet

Der Markt für Hörhilfen wächst, gleichzeitig wird Hören digital: die Elektronik löst die Mechanik ab. Und so wird auch die Leiterplatten­produktion zu einem wichtigen Faktor für gutes Hören.

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Bild 1: Leiterplatten, die wie diese für den Einsatz in Hörgeräten verwendet werden, bearbeitet das System LPKF MicroLine exakt. Die Kennmarken stellen sicher, dass nur Gutteile in das Endgerät eingebaut werden.
Bild 1: Leiterplatten, die wie diese für den Einsatz in Hörgeräten verwendet werden, bearbeitet das System LPKF MicroLine exakt. Die Kennmarken stellen sicher, dass nur Gutteile in das Endgerät eingebaut werden.
(Bild: LPKF )

„Sprichst Du bitte mal lauter – ich habe mein Hörrohr nicht hier!“ Insbesondere die Älteren von uns kennen diese oder ähnliche Aufforderungen vielleicht. Dass das Hörvermögen im Alter nachlässt, ist bekannt. Wie man dies kompensiert oder wie man eingeschränktes Hörvermögen junger Menschen behandelt, hat sich gerade in den letzten Jahren sehr gewandelt. Zwischen dem Hörrohr der Urgroßelterngeneration und modernen Hörgeräten liegen Welten. Wie in so vielen Bereichen löst die Elektronik auch hier die Mechanik ab. Hören wird digital. Und so wird auch die Leiterplattenproduktion zu einem wichtigen Faktor für gutes Hören.

Um kleinste, unauffällige Hörgeräte wie die der Firma Demant zu entwickeln, die dennoch eine außerordentlich differenzierte Soundgestaltung ermöglichten, bedarf es besonders kleiner Bauteile und hoher Funktionsintegration.

Der Verstärker gilt als Kernstück eines Hörgerätes. Als Schaltungsträger verwendet Demant flexible Leiterplatten. Diese werden bestückt, geschnitten und gerollt platzsparend in das Gerät eingefügt. Bei der Produktion setzt Demant bereits seit mehr als 15 Jahren auf Leiterplatten-Nutzentrenner von LPKF.

Jim Holst Andersen, Production Engineer Global Operations im Bereich Surface Mount & Laser Technology bei Demant berichtet: „Wir haben mit LPKF erstmals 2003 zusammengearbeitet. Damals fragten wir verschiedene Hersteller nach Inline-Systemen, die wir in unsere Fertigungslinie integrieren wollten. Am Markt gab es diese bisher nicht. LPKF hat für uns die erste dieser Maschinen entwickelt. Seitdem nutzen wir LPKF-Systeme. Die ersten davon sind inzwischen nicht mehr im Einsatz, aber die nachfolgenden Maschinengenerationen nutzen wir weiterhin. Nun haben wir gerade ein neues MicroLine-System in Betrieb genommen. Damit kommen wir einer vollständigen Automatisierung schon recht nahe.“

Die Lasermaschine wird beim Nutzentrennen eingesetzt. Die große Herausforderung dabei ist es, die höchste Qualität zu erhalten. Denn zum einen soll es natürlich in einem der letzten Produktionsschritte keine Materialausfälle geben, zum anderen ist es von größter Bedeutung, auch anschließend die langfristige Verlässlichkeit der Leiterplatte und damit des finalen Hörgerätes sicherzustellen. Bei der Bearbeitung darf es nicht zu einer mechanischen Bauteilbelastung oder zu Delamination des Substratmaterials kommen. Durch den Einsatz von Lasertechnik ist Demant sicher, dass solche Schwierigkeiten nicht auftreten.

Vorteile des Nutzentrennens mit dem Laser

Grundsätzlich hat sich die Lasertechnik besonders in der Mikromaterialbearbeitung zur Standardtechnologie entwickelt. Der Laser agiert berührungslos und verschleißfrei und bringt außer an der gewünschten Stelle keine Wärme oder mechanischen Stress ein. Da in der Lasertechnologie die einwirkenden Kräfte somit auf ein Minimum reduziert sind, steigt die Gutteilrate auf nahezu 100%.

Gerade bei hochwertigen Leiterplatten mit hohen Qualitätsanforderungen schreiben inzwischen viele OEMs die Lasertechnologie für das Nutzentrennen vor. Denn wo mechanische Systeme an ihre Grenzen kommen – also bei hohen Packungsdichten, feinsten Leiterbahnen auch in den Randbereichen der Leiterplatten sowie flexiblen Materialien – spielt der Laser seine technologieinhärenten Vorzüge voll aus und sorgt so für höchste Qualität, effizienten Materialeinsatz und minimale Handhabungszeit.

Bild 2: Endgeräte von Demant, bestückt mit hochwertigen, laserbearbeiteten Leiterplatten
Bild 2: Endgeräte von Demant, bestückt mit hochwertigen, laserbearbeiteten Leiterplatten
(Bild: Demant )

Im Hinblick auf die High-End-Hörgeräte, die modernste Techniken nutzen und etwa über Bluetooth angebunden sein können, ist eine optimal funktionierende und möglichst miniaturisierte Elektronik im Bauteil Voraussetzung. „Da ist der Einsatz von Lasertechnik für uns unverzichtbar“, ist Jim Holst Andersen überzeugt. „Die Schnitte, die unsere MicroLine erzeugt, sind sehr präzise – exakt positioniert, mit glatten Schnittkanten und ohne Frässtaub oder ähnliches. Wir dürfen natürlich nicht vergessen, dass auch eine voll- oder teilautomatisierte Produktion von Menschen bedient wird. Technische Sauberkeit über die gesamte Prozesskette ist dadurch nicht immer zu garantieren. Sollte eine Verschmutzung auftreten, ist jedenfalls nicht die MicroLine die Ursache. Da sind wir auf der sicheren Seite.“

Darüber hinaus überzeugt auch die Anbindung der Lasermaschine an das MES-System. Diese Anbindung ermöglicht eine lückenlose Nachverfolgbarkeit auch im Prozessschritt des Nutzentrennens. Ein eingebautes Kamerasystem mit Barcode-Scanner in der Anlage kann jedes einzelne Produkt über den Barcode oder die Seriennummer identifizieren. Damit kann das System Information darüber mit dem MES austauschen und das individuelle Produkt entsprechend automatisch bearbeiten. Das Schneiden von Schlechtteilen wird dann beispielsweise direkt ausgesetzt. „Wir sind froh über die Anbindung an unser MES-System. So stellen wir Qualität sicher und sparen Bearbeitungszeit.“

Bild 3: Wieder eine neue Nutzentrennmaschine für Demant: Jim Holst Andersen ist zur Abnahme der Maschine rund 500 km gereist und ist nun sehr zufrieden mit der Performance des Systems.
Bild 3: Wieder eine neue Nutzentrennmaschine für Demant: Jim Holst Andersen ist zur Abnahme der Maschine rund 500 km gereist und ist nun sehr zufrieden mit der Performance des Systems.
(Bild: LPKF )

Wichtig ist dem Hersteller von Hörhilfen darüber hinaus die Flexibilität des Systems, das weitestgehende Geometriefreiheit für das zu bearbeitende Material bietet. Die Form der Leiterplatte ist für den digital geführten Laser unerheblich. Auch komplexe Geometrien stellen keine Hürde für die Produktion dar. Anders wäre dies bei mechanischen Trennsystemen wie etwa Fräsen, die in der Regel nur gerade Linien problemlos schneiden – und dabei zusätzlich noch unerwünschten Frässtaub produzieren. Ändern sich die Strukturen eines Produkts oder wird ein anderes Produkt gefertigt, wird bei dem Lasersystem die neue Form einfach mit den Gerberfiles in die Steuerung eingespeist und die Produktion kann starten.

Dieser Beitrag ist erschienen in der Fachzeitschrift ELEKTRONIKPRAXIS Ausgabe 10/2020 (Download PDF)

Inzwischen hat der weltweit agierende Hörgerätehersteller Demant mehrere Lasersysteme von LPKF im Einsatz, die pro Schicht jeweils von zwei bis drei Mitarbeitern bedient werden. Da Zuführung und Weiterleitung vollautomatisch erfolgen, ist der Aufwand für das Teilehandling minimal.

„Der Markt für Hörhilfen wächst. Das liegt zum einen an der demografischen Entwicklung, zum anderen an einer auch weltweit immer besseren medizinischen Versorgung. In Europa und den USA, aber gerade auch in Asien bemerken wir eine zunehmende Nachfrage. Da ist es wichtig, in der Produktion eine hohe Qualität zu halten und dennoch Prozesse so schnell und automatisiert wie möglich zu machen. Die Lasersysteme von LPKF leisten dazu ihren Beitrag.“

Buchtipp


Das Fachbuch "Leiterplatten-Prototyping" gibt einen umfassenden Überblick zu der gesamten Bandbreite an modernen Leiterplatten-Prototypen. Dabei schaut es nicht nur auf die grundlegenden technologischen Aspekte, sondern auch auf ungewöhnliche Materialien und Verfahren.

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* Javier González Moreno ist Sales Manager für SMT/PCB Production Equipment bei LPKF Laser & Electronics in Garbsen.

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