Schließen

HF-Kabelbaugruppen in Ultra-Miniatur-Grösse – Herausforderungen der Automatisierung

13.04.2016
Von Pete Doyon, VP Product Management, Schleuniger Inc, USA

Mobile Endgeräte für die Tele- und Datenkommunikation werden tendenziell immer kleiner, schmaler und leichter. Dennoch sind unter anderem Mobiltelefone, Tablets und portable GPS-Geräte leistungsstärker denn je. WLAN, RFID und Bluetooth gehören heute zum Standard und erfordern immer komplexere Übertragungsmechanismen. Damit steigen auch die Anforderungen an die Antennenkomponenten der Geräte. Um das Bedürfnis nach Kompaktheit und Leistungsstärke abzudecken werden immer kleinere Kabelbaugruppen und Stecker entwickelt. Solch ultrakleine HF-Kabelbaugruppen dienen dazu winzige Antennen mit den Platinen der Endgeräte zu verbinden. Die Stecker der Baugruppen müssen wegen der geringen Höhe der Endgeräte möglichst flach sein und sich ausserdem einfach verbinden und trennen lassen, damit die Geräte servicefähig sind.

Eines der kleinsten derzeit verwendeten Verbindungssysteme hat eine Anschlusshöhe von gerade einmal 1,2 mm. Solch winzige Stecker werden in der Regel mit Mikrokoaxialkabeln verbunden, die einen Aussendurchmesser von rund 0,8 mm und einen Leiterquerschnitt von rund 0,0125 mm2 aufweisen.

Doch die Entwicklung steht nicht still und noch kleinere Verbindungssysteme und Mikrokoaxialkabel werden schon bald neue Standards setzen. Hersteller von Endgeräten beziehungsweise Kabelverarbeiter stehen vor der Herausforderung, solch enorm kleine Kabelbaugruppen herzustellen und weiterzuverarbeiten. Sie müssen dies mit äusserster Präzision machen, damit das einzelne Endgerät zuverlässig funktioniert und der Nachfrage des Marktes standhalten.

Der geforderten Präzision steht oftmals der Mensch im Wege, da dieser Fehler macht und die Qualität seiner manuellen Arbeit in aller Regel nicht konstant ist. Der Toleranzbereich für das Messen und Zuschneiden von Mikrokoaxialkabeln erlaubt aber so gut wie keine Abweichung. Das Kabel muss nach dem Ablängen an einem oder an beiden Enden in bis zu drei Schritten abisoliert werden (Dielektrikum, Schirm und Mantel). Das alles sollte in einer hochproduktiven Fertigungsumgebung erfolgen, denn: In manueller oder halbautomatischer Fertigung lassen sich diese Herausforderungen heute praktisch nicht mehr erfüllen.

Ein weiteres, wichtiges Kriterium für Kabelverarbeiter ist die Qualitätskontrolle. In sehr vielen Fällen müssen Abisolierlänge und Durchmesser geprüft sowie aufgezeichnet werden, damit belegt werden kann, dass die geforderten Toleranzen eingehalten wurden. Es ist kompliziert und zeitaufwändig diesen Arbeitsschritt bei Mikrokoaxialkabeln manuell auszuführen. Hinzu kommt, dass Mikroskope und Lupen nicht nur ineffizient, (KEIN KOMMA) sondern auch anfällig für bedienerseitige Fehler sind, wodurch die Qualität der Messungen beeinträchtigt wird. Es wird eine leistungsfähige Kamera mit einem 360-Grad-Blick auf das Kabel benötigt, die die geforderten Messungen und die Aufzeichnung der Daten automatisch vornimmt und die Rückverfolgbarkeit der Daten gewährleistet.

Zu den geschilderten Herausforderungen gesellt sich eine weitere: Kabelverarbeiter müssen flexibel sein und die hohe, vom Markt geforderte Produktionsgeschwindigkeit erreichen. Es ist daher praktisch zwingend, das Kabelende - oder die Kabelenden des Mikrokoaxialkabels - mit einer automatischen Crimp-Presse zu verarbeiten, die speziell auf die jeweilige Kombination aus Stecker und Kabel ausgelegt ist. Kabelverarbeiter benötigen somit eine vollautomatische Maschine, die Kabel unterschiedlichster Grössen und unterschiedlichste Stecker verarbeiten kann und die einen schnellen Wechsel zwischen den verschiedenen Aufträgen ermöglicht. Gefordert ist idealerweise eine vielseitige Automationsplattform die ausreichend Platz bietet um zusätzliche Verarbeitungsschritte zu integrieren, wie beispielsweise verzinnen, ausisolieren von Fenstern und das Stapeln der gefertigten Kabel. Es stellt sich somit eine weitere Herausforderung: Das Kabel muss von einem Verarbeitungsschritt zum nächsten befördert werden, ohne dass es zu einer ungewollten Berührung kommt, denn: Schon der geringste Kontakt kann das Kabelende verbiegen und unbrauchbar machen. Im schlimmsten Fall führt ein Kontakt sogar zu einem nicht funktionsfähigen Endprodukt. Deshalb werden Kabelbaugruppen mit Mikrokoaxialkabeln am besten mit einem vollautomatischen Maschinensystem verarbeitet, welches sämtliche Prozessschritte - inklusive Qualitätskontrolle - in perfekter Qualität ausführen kann.

Die Investition in eine solche vollautomatische und hochpräzise Lösung lohnt sich allemal, denn es ist davon auszugehen, dass die Nachfrage nach Kabelbaugruppen die auf Mikrokoaxialkabeln basieren weiter steigen wird. Aus diesem Grund werden die genannten Herausforderungen rund um Geschwindigkeit, Präzision und Qualitätskontrolle nicht ab- sondern eher weiter zunehmen. Bei kleiner werdenden Endgeräten steigen die Herausforderungen in der Kabelverarbeitung an.