Julkaisujen tiivistelmiä

241   HÄIRIÖSUOJAUKSET MEKANIIKKASUUNNITTELUSSA

Häiriösuojaukset mekaniikkasuunnittelussa”-projekti kohdistuu yhteen laitetekniikan EMC-suunnittelun osa-alueeseen. Se on rajattu koske- maan mekaniikkasuunnittelua. Tutkimuksen tavoitteena on ollut luoda suunnittelijoiden käyttöön ohjeita, joiden avulla laitteen aiheuttamat ja laitteeseen kohdistuvat sähkömagneettiset häiriöt voidaan huomioida myös mekaniikassa jo heti suunnitteluprosessin alusta alkaen. Ohjei- den tarkoituksena on nopeuttaa suunnittelun läpimenoaikaa  tehos- tamalla elektroniikkasuunnittelun ja mekaniikka- suunnittelun välistä yhteistyötä suunniteltaessa EU:n EMC-direktiivit täyttäviä tuotteita. 

Projektin konkreettisena tavoitteena syntynyt ohje on muistilistan  tyyppinen esitys, jonka avulla suunnittelija pystyy valitsemaan perus- ratkaisut. Ohjeessa esitetään EMC-laadunvarmistuksen vaiheistus mekaniikkakehityksessä tuotekehityksen  V-mallin mukaisessa järjes- tyksessä. Siinä on esitetty tehtävät tuotteen määrittelyssä, teknisessä järjestelmäsuunnittelussa, mekaniikkaosien suunnit telussa, proto- tyyppien testauksessa ja tuot-teen hyväksynnässä.

Projektin aikana selvitettiin  ja kokeiltiin mekaniikkasuunnitteluun soveltuvia EMC- laskentaohjelmia, arvioitiin niiden soveltuvuutta mekaniikan suunnittelijoiden käyttöön, räätälöitiin yksi ohjelma projektiin osallistuneiden  yritysten käyttöön, koottiin tietoja maadoi- tusperiaatteista sekä häiriöiden vaimentamiseen soveltuvista meka- niikan materiaaleista ja komponenteista. Laskentaohjelmalla saatuja tuloksia verifioitiin mittaamalla kolmea kehitysvaiheessa olevaa tuotetta. Mittaukset tehtiin VTT ProTechnon EMC-labo- ratoriossa.

EMC-vaatimukset koskettavat nykyään lähes kaikkia elektroniikka- tuotteita. Sitä koskevan EU:n direktiiviin soveltaminen on tullut pakol- liseksi vuoden 1996 alusta alkaen.



242  VALMISTUSMENETELMÄT JA MATERIAALIVALINNAT MEKANIIKKASUUNNITTELUSSA 

”Valmistusmenetelmät ja materiaalivalinnat mekaniikka-suunnittelussa” -projekti on rajattu koskemaan elektroniikan mekaniikkaa. Tutkimuksen tavoitteena on ollut kerätä tuotekehityksessä tarvittavaa tietoa materiaaleista ja valmistusmenetelmistä. Tavoitteiden täsmennyksen yhteydessä päätettiin jättää hankkeen ulkopuolelle monia tunnettuja materiaaleja ja valmistusmenetelmiä, joita vielä tulevaisuudessakin käytetään, mutta joista kirjallisuudessa on saatavilla riittävästi tietoa.

  Tutkimuksen yhtenä osana on ollut ympäristömääräysten selvitys, koska niiden merkitys tuotesuunnittelussa korostuu EU:n elektroniikkaromudirektiivin (Waste Electrical and Electronic Equipment amending Directive 76/69/EEC) vaikutuksesta. Direktiivin tavoitteena on vähentää jätettä, joka syntyy käytöstäpoistetuista elektroniikkalaitteista. Euroopan komissio ei ole vielä hyväksynyt direktiiviä, mutta se astuu voimaan 20 päivää sen jälkeen, kun sen hyväksymisestä on tiedotettu ”Official Journal of the European Communities” -julkaisussa. Suurimpia muutoksia mekaniikan valmistuksessa ja suunnitellussa aiheuttavat heksavalenttisen kromin käyttökielto ja kierrätystavoitteet, jotka direktiivin mukaan astuvat voimaan 1.1.2004. Tutkimuksessa kartoitetaan myös ankarimmat EU:n ulkopuliset ympäristömääräykset ja koottiin niistä yhteenveto tutkimusraporttiin.

  Elektroniikan valmistukseen on tulossa uusia tekniikoita, joista raporttiin on koottu perustietoa mekaniikkasuunnittelijan yleistiedon parantamiseksi. Näistä uusista teknologioista esimerkiksi LTCC-monikerrosteknologia (Low Temperature Co-fired Ceramics) tarjoaa mahdollisuuden valmistaa 3D-rakenteita, joita käytetään erilaisissa mikrokerrossysteemmeissä ja stabiileissa anturipakkauksissa.

  Elektroniikan pakkaustiheyden edelleen kasvaessa laitekoot pienenevät. Sen seurauksena mekaniikkasuunnittelijat joutuvat suunnittelemaan pieniä tarkkuusosia. Tätä varten projektissa on selvitetty uusien ja perinteisten mikrotyöstötekniikoiden käyttömahdollisuuksia. Raporttiin on koottu tietopaketti myös prototyyppien valmistuksessa käytettävistä pikavalmistus-menetelmistä sekä sarjatuotteiden valmistuksessa tarvittavista menetelmistä.
 

244  ELEKTRONIIKKASUUNNITTELUN TARKISTUSLISTA 

Tässä raportissa on tarkasteltu tuotekehitysprosessin eri vaiheissa tehtäviä tärkeimpiä toimenpiteitä. Vaiheet määriteltiin seuraavasti: – Esitutkimus – Määrittely – Suunnittelu – Suunnittelun varmennus – Tuotantoon vienti – Tuotanto, tuotteen korjaus ja ylläpito Joka vaiheesta listattiin matriisin (liite 1) muotoon tärkeimmät toimenpiteet em. vaiheis-sa ja liittyen tarkasteltaviksi valittuihin suunnittelun osa-alueisiin. Tarkasteltaviksi suun-nittelun osa-alueiksi valittiin: – Yleistä (vaiheen ”selitys” – tunnuspiirteet, kukin vaihe/tehtävä päättyy kat-selmukseen, joka hyväksyy vaiheen tuloksen) – Taloudellinen kannattavuus – Asiakastyytyväisyys – Vaatimustenmukaisuus – Ympäristöarvojen huomioiminen – Tuotannollisuus – Käyttövarmuus Muidenkin kuin luotettavuuteen (käyttövarmuuteen) liittyvien asioiden sisällyttäminen tehtiin sen takia, että luotettavuuden suunnittelu ei ole irrallinen osa tuotekehitysprosessia. Raportin tekstiosassa matriisitaulukon jokaisen elementin sisältö ja tavoite on lyhyesti selitetty.
 

245  MEKANIIKKASUUNNITTELIJAN LÄMPÖSUUNNITTELUOHJEISTO 

Elektroniikan pakkaustiheyden kasvun seurauksena laitteiden lämpöongelmat ovat jatkuvasti lisääntyneet ja lämpösuunnittelun merkitys mekaniikkasuunnittelijan näkökulmasta katsottuna on tullut lähes jokapäiväiseksi asiaksi, johon suunnittelutyössä on kiinnitettävä huomiota. KOTELin Mekaniikksuunnittelutyötyhmän aloitteen pohjalta käynnistettiin ”Mekaniikasuunnittelijan lämpösuunnitteluohjeisto”-niminen projekti, jossa päivitettiin suunnittelussa tarvittavaa tietoa ja hankittiin kokemusta eri suunnittelumenetelmistä. Tutkimuksen konkreettisena tavoitteena on ollut kerätä käytännönläheistä tietoa lämpösuunnittelun alueelta, selvittää lämpösuunnittelumenetelmiä ja kokeilla niitä käytännön esimerkkien avulla olemassaoleviin elektroniikkatuotteisiin, joissa tiedettiin olevan lämpöongelmia. Projektissa kartoitettiin lämpösuunnittelumenetelmiä, kokeiltiin niitä käytännössä projektin alussa valittuihin esimerkkeihin ja saatuja tuloksia verrattiin mittaamalla saatuihin tuloksiin. Lisäksi projektin aikana hankittin muuta lämpösuunnittelutietoa jäähdytys- ja lämmityskomponenteista, materiaaleista, sekä mittausmenetelmistä. Projektissa saatu tieto on koottu lyhyesti tähän loppuraporttiin ja tavoitteena on, että raportti omalta osaltaan lyhentäisi suunnittelun läpimenoaikaa helpottamalla mekaniikasuunnittelussa tehtävää lämpösuunnittelutyötä.
 

246  UUDET LAMINAATTIMATERIAALIT 

Elektroniikkateollisuus on siirtymässä yhä ympäristöystävällisempiin tuotteisiin, minkä takia myös tuotetaan ns. halogeenittomia laminaatteja. Tuleva RoHS direktiivi ei suoraan kiellä piiri-levyis–sä pääosin käytettävää palonestoainetta tetrabromibisfenoli-A:ta, mutta siitäkin halutaan päästä eroon. Tässä projektissa halo-geenittomia laminaatteja käytettiin komponenttilevyjen valmistamiseen. Valmistettujen levyjen käyttäytymistä reflow- ja aaltojuottamisessa verrattiin bro-mat-tui-hin levyihin. Tutkimuksessa selvitettiin myös valittujen halogeenittomien laminaatti-materiaalien valmistettavuutta moniker-rospiirilevyjen tapauksessa. Projektissa tutkittiin useiden valmistajien laminaatteja juotoskokei-den ja erilaisin luotettavuustestien avulla. Luotettavuus-testeinä olivat lämpösyklaus, lämpö-shokki, lämpö/kosteus ja kuparijohtimien vetolujuus. Projektin tulosten perusteella tutkitut laminaatit soveltuvat yhtä laminaattia lukuunottamatta hyvin aalto- ja reflowjuotettaviksi.