Bis 2025 wird die Nachfrage nach robusten mobilen Computern sprunghaft ansteigen, da Unternehmen ihre Produktionsprozesse digitalisieren. Industrielle Tablets bilden heute das Rückgrat intelligenter Lager und automatisierter Fabriken. Diese Geräte müssen dort funktionieren, wo herkömmliche Unterhaltungselektronik versagt. Experten arbeiten intensiv daran, sicherzustellen, dass diese Tablets extremen Vibrationen, Staub und Feuchtigkeit standhalten und gleichzeitig eine stabile Lieferkette für langfristige Einsätze gewährleistet ist.
Industrietablets haben eine durchschnittliche Lebensdauer von fünf bis sieben Jahren und benötigen daher eine Hardware-Grundlage, bei der Langlebigkeit Vorrang vor trendiger Ästhetik hat. Unternehmen erhoffen sich von diesen robusten Systemen weniger Ausfallzeiten und niedrigere Gesamtbetriebskosten.
Wonderful PCB bietet die spezialisierte Ingenieursleistung, die erforderlich ist, um die Lücke zwischen komplexen PCB-Board-Design und das Überleben im Feld.
KUNDENHERAUSFORDERUNGEN
Zu Beginn stand der Kunde bei der Entwicklung seines neuesten robusten Tablets vor erheblichen Herausforderungen. Die meisten Standardlösungen boten nicht die für moderne Automatisierung erforderliche Schnittstellendichte. Zunächst musste das Gerät natürlich in einem breiten Temperaturbereich ohne Leistungseinbußen funktionieren. Standard-Leiterplatten neigen bei wiederholten Temperaturwechseln zu Delamination oder Lötstellenermüdung.
Dann wiederum hatte der Kunde mit elektromagnetischer Verträglichkeit zu kämpfen. In industriellen Umgebungen entsteht durch schwere Maschinen ein hohes Maß an elektrischem Rauschen. Ohne geeignete Abschirmung und Anordnung würden die Kommunikationsmodule des Tablets Störungen ausgesetzt sein.
Die physikalischen Beschränkungen eines schlanken Industrie-Tablet-Gehäuses führten zudem dazu, dass Stromverbrauch und Wärmemanagement zu kritischen Engpässen wurden. Ursprünglich verfolgte der Kunde einen Standardentwurf, fühlte sich jedoch aufgrund der hohen Ausfallraten bei den ersten Vibrationstests häufig eingeschränkt.
WUNDERBARE LÖSUNG FÜR LEITERPLATTEN
Nun, nach all dem Gesagten, Wonderful PCB Wir haben uns der Überarbeitung der Hardwarearchitektur angenommen. Dabei haben wir uns auf einen ganzheitlichen Designansatz konzentriert, der die Leiterplatte sowohl als mechanische als auch als elektrische Komponente betrachtet.
Hardware- und Leiterplattendesign
Zunächst muss ein robustes Signalintegritätskonzept entwickelt werden. Unsere Ingenieure verwendeten einen 8-lagigen, hochdichten Verbindungsaufbau, um die Hochgeschwindigkeitssignale für CPU und Speicher zu gewährleisten.
Anschließend sollten Sie das Stromverteilungsnetz optimieren, um eine stabile Spannungsversorgung auch unter Spitzenlasten zu gewährleisten. Wir haben separate Masseflächen implementiert, um elektromagnetische Störungen zu minimieren, und die Kabelführung für Schnittstellen wie USB 3.0 und HDMI verbessert.
Komponentenauswahl & Stücklistenoptimierung
Anschließend ersetzten wir die Kondensatoren und Widerstände in Verbraucherqualität durch Alternativen in Industriequalität. Darüber hinaus entwickelten wir eine Strategie für einen langen Produktlebenszyklus. Da man eine Platine nach sechs Monaten aufgrund eines nicht mehr erhältlichen Chips nicht neu entwickeln möchte, wählten wir Komponenten mit garantierter Verfügbarkeit.
Dies erfordert oft lediglich einen genaueren Blick in die Lieferkette, um die stabilsten Siliziumlieferanten zu finden.
PCBA-Fertigung und -Bestückung
Anschließend wurde das Design in unserer Anlage in die Produktionslinie überführt. Wir nutzten ein SMT und THT-Mischmontageverfahren. Konkret verwendeten wir bleifreie, hochzuverlässige Lötpaste, um die mechanische Festigkeit der Verbindungen zu verbessern.
Abschließend sollte unbedingt eine automatisierte optische Inspektion durchgeführt werden, um eventuelle Brücken oder Fehlstellen zu erkennen, bevor die Platine in die Funktionsprüfung übergeht.
WICHTIGSTE SPEZIFIKATIONEN FÜR INDUSTRIE-TABLETTEN
Hinsichtlich der technischen Leistungsfähigkeit erfüllt die finalisierte Leiterplatte folgende Kriterien:
| Funktion | Normen |
| Ebenenanzahl | 8-Schicht-HDI |
| Betriebstemperatur | -20 ° C bis + 70 ° C |
| Strom | 9V – 36V DC (Weitbereichsspannung) |
| Schnittstellen | Dual-LAN, CAN-Bus, RS485, USB 3.0 |
| Memory Support | LPDDR4x Hochgeschwindigkeits-Routing |
| Compliance | CE / FCC / RoHS |
Zuverlässigkeit und Prüfung
Zunächst unterziehen wir jede Charge einem Funktionstest. Dadurch stellen wir sicher, dass jede Leiterbahn und jedes Bauteil den exakten Designvorgaben entspricht. Anschließend führen wir einen Alterungstest unter Last in einer Klimakammer durch. Dieser Prozess deckt nach einer gewissen Zeit eventuell auftretende Defekte auf, die erst nach der Auslieferung des Produkts an den Endkunden entstehen könnten.
Parallel dazu führen wir Vibrations- und Stoßtests durch. Sie müssen sicherstellen, dass die Platine sich nicht verbiegt oder bricht, wenn das Tablet herunterfällt oder in einem fahrenden Fahrzeug montiert ist. Daher prüfen wir neben den elektrischen Funktionen auch die strukturelle Integrität der gesamten Leiterplatte.
PROJEKTERGEBNISSE
Seitdem hat der Kunde über 10,000 Einheiten erfolgreich in europäischen Logistikzentren eingesetzt. Neben nahezu null Feldausfällen im Zusammenhang mit der Leiterplatte berichtete der Kunde von einer 25%igen Reduzierung der Montagezeit dank unseres optimierten Leiterplattenlayouts.
Folglich konnten sie zwei Monate früher als geplant von der Prototypenphase zur Serienproduktion übergehen. Dies gelingt, wenn die Konstruktionsphase von Anfang an die Gegebenheiten der Fertigung berücksichtigt.
WARUM WUNDERBARE LEITERPLATTE
Von Ihrem Partner sollten Sie mehr erwarten können als nur ein einfaches Brett. Wonderful PCB bietet einen Komplettservice, der Design, Fertigung und Montage umfasst. Darüber hinaus bieten wir:
Integrierter Komplettservice
Zunächst einmal bieten wir natürlich eine nahtlose Komplettlösung, die Leiterplattendesign, Fertigung und die vollständige PCBA-Bestückung umfasst. Dadurch werden häufig die Kommunikationslücken beseitigt, die bei der Zusammenarbeit mit mehreren Lieferanten entstehen.
Stattdessen erhalten Sie einen vollständig integrierten Workflow, bei dem Designteam und Produktion perfekt synchronisiert zusammenarbeiten. So können Sie Ihre internen Ressourcen auf Software und Marketing konzentrieren, während wir uns um die Hardware-Komplexität kümmern.
Umfangreiche Erfahrung im Bereich Industrieelektronik
Unser Team verfügt über jahrelange Erfahrung im Bereich der Industrieelektronik. Wir wissen, dass Industrie-Tablets keine Spielzeuge für Verbraucher sind, sondern Werkzeuge, die in öligen, staubigen und elektrisch störungsbehafteten Umgebungen zuverlässig funktionieren müssen.
Anschließend wenden wir dieses Wissen in jedem Projekt an und stellen sicher, dass Ihre Platinen über die notwendigen Schutzmechanismen gegen Überspannungen und thermische Belastung verfügen. Denn das Letzte, was Sie wollen, ist ein Produkt auf den Markt zu bringen, das nach nur sechs Monaten im Einsatz ausfällt. Deshalb integrieren wir Langlebigkeit von Anfang an in die Platinenkonstruktion.
Eigene Fabrik und kontrollierte Produktionslinien
Darüber hinaus besitzen und betreiben wir unser eigenes Werk und moderne Produktionslinien. Das bedeutet konkret, dass wir die direkte Kontrolle über den gesamten Qualitätsmanagementprozess behalten. Sie profitieren von einem Partner, der das Produkt in jeder Phase begleitet, anstatt von einem Vermittler, der die Arbeit an unbekannte Dritte auslagert. Unsere internen Kapazitäten ermöglichen zudem schnellere Kurskorrekturen und sofortige Anpassungen, falls sich Ihre Designanforderungen während des Fertigungsprozesses ändern.
Fachliche technische Unterstützung während der Entwicklung
Viele Kunden kommen ursprünglich mit einem Konzept zu uns, das für die Serienproduktion optimiert werden muss. Daher bieten wir neben der eigentlichen Fertigung auch gezielte technische Unterstützung in den kritischen Entwicklungsphasen an.
Zunächst muss sichergestellt werden, dass die Leiterplatte für die Fertigung (DFM) und die Prüfung (DFT) optimiert ist. Anschließend schlagen unsere Ingenieure alternative Komponenten vor, die die Leistung verbessern oder die Lieferzeiten verkürzen. Nach einer gewissen Zeit führt dieser partnerschaftliche Ansatz zu einem robusteren Produkt und einer deutlich geringeren Ausfallrate.
Flexible Unterstützung für niedrige bis mittlere Lautstärken
Abschließend möchten wir Sie auf unsere Flexibilität hinsichtlich der Auftragsgrößen hinweisen. Die meisten Großhersteller vernachlässigen industrielle Projekte mit kleinen bis mittleren Stückzahlen, fühlen sich aber oft durch ihre eigenen starren Strukturen eingeschränkt. Andererseits… Wonderful PCB begrüßt diese Projekte.
Wir widmen einer Charge von 500 Industrietabletten dieselbe hohe technische Sorgfalt wie einer Charge von 50,000. Achten Sie einfach darauf, einen Partner zu wählen, der mit Ihnen wächst und Ihnen die nötige Skalierbarkeit bietet, wenn Ihr Marktanteil wächst.
ANWENDUNGSSZENARIEN
Intelligente Fertigung und Fabrikautomatisierung
In modernen Fabriken dienen diese Tablets als primäre Mensch-Maschine-Schnittstelle für komplexe Produktionslinien. Bediener nutzen sie zunächst zur Überwachung von Echtzeitdaten von CNC-Maschinen und Roboterarmen. Da ein Produktionsstillstand aufgrund einer fehlerhaften Schnittstelle unbedingt vermieden werden sollte, zeichnen sich unsere Boards durch eine hohe EMV-Abschirmung aus.
Dadurch wird sichergestellt, dass das Tablet auch in unmittelbarer Nähe von Hochspannungsmotoren verbunden bleibt. Die hochauflösende Display-Unterstützung ermöglicht es den Ingenieuren wiederum, detaillierte Schaltpläne direkt an der Maschine einzusehen.
Logistik und Lagerverwaltung
Betrachten wir als Nächstes die schnelllebige Welt der Logistik. Tablets in diesem Sektor sind beim Transport auf Gabelstaplern häufig starken Vibrationen ausgesetzt. Daher haben wir von Anfang an das PCB-Layout so konzipiert, dass schwere Bauteile verstärkt werden und sich mit der Zeit nicht lösen.
Nach einer gewissen Zeit zahlt sich diese mechanische Stabilität aus, da sie zeitweilige Signalausfälle beim Scannen des Inventars verhindert. Darüber hinaus ermöglicht der Weitbereichsspannungseingang den direkten Betrieb des Geräts über die Gabelstaplerbatterie, deren Spannung beim Starten und Stoppen des Fahrzeugs häufig schwankt.
Industrielle Außeninspektion und Energie
Andererseits erfordern Außenanwendungen wie die Inspektion von Öl- und Gasanlagen eine andere Widerstandsfähigkeit. Das Tablet muss von Anfang an direkter Sonneneinstrahlung und Minustemperaturen standhalten. Herkömmliche Platinen könnten dabei Risse bekommen, doch durch den Einsatz von Laminaten in Industriequalität werden Probleme mit der Wärmeausdehnung vermieden.
Darüber hinaus verfügen diese Tablets häufig über Kommunikationsmodule für GPS und 5G. Mit diesen Funktionen können Sie Daten von entfernten Pipelines verzögerungsfrei an eine zentrale Stelle übertragen.
Intelligentes Transport- und Flottenmanagement
Drittens fungieren fahrzeugmontierte Tablets als zentrale Steuereinheit für Flottenmanagementsysteme. Sie übernehmen alle Aufgaben von der Routenoptimierung bis zur Überwachung des Fahrverhaltens. Zur Kommunikation mit dem Bordcomputer des Fahrzeugs benötigen Sie eine Platine, die mehrere Schnittstellen unterstützt, wie sie beispielsweise in CAN-Bus-Systemen verwendet werden.
Das stromsparende Design gewährleistet zudem, dass das Tablet die Fahrzeugbatterie im Leerlauf nicht entlädt. Dies ist oft der entscheidende Unterschied zwischen einer zuverlässigen Fahrzeugflotte und einer, die von Wartungsproblemen geplagt wird.
FAZIT
Für die Entwicklung eines zuverlässigen Industrietablets benötigen Sie einen Partner, der die Anforderungen dieses Bereichs versteht. Dies gelingt am besten durch die Integration von Qualität in jede Phase des Leiterplatten-Lebenszyklus. Achten Sie darauf, dass Ihr Hardwarepartner stets Wert auf Stabilität und nicht auf Kompromisse legt.
Kontakt Wonderful PCB für Ihr Industrieelektronikprojekt.
