M
M
Neways Leeuwarden
      
Astron neemt ons mee in de technologische lift.
Mohammed Alhillawie
Senior NPI-Engineer
Neways Leeuwarden
      
Astron neemt ons mee in de technologische lift.
Mohammed Alhillawie
Senior NPI-Engineer
Mohammed Alhillawie, Senior NPI-Engineer bij Neways Leeuwarden.
Veranderen van 0402 naar 0201. Componenten (zoals condensatoren) die via de Surface Mounted Technology (SMT) geautomatiseerd worden geplaatst op een PCB (Printed Circuit Board) worden steeds kleiner: 0201 staat voor een schaalgrootte van 0.6 bij 0.3 millimeter - zo klein, dat deze componenten bijna niet meer zichtbaar zijn. Het is een ontwikkeling die bij Neways Leeuwarden de grenzen opzoekt van de beschikbare productiemiddelen.
Grenzen, die worden opgezocht vanuit de wens tot technologische vooruitgang bij een van de klanten van Neways Leeuwarden: Astron, een Nederlands instituut voor Radio Astronomie.
Mohammed Alhillawie is Senior NPI-Engineer (New Product Introduction). Hij noemt het Uniboard 2 Project voor Astron als voorbeeld voor hoe de samenwerking met innovatieve klanten zowel voor hem zelf als voor Neways Leeuwarden (NEL) een sterke stimulans is voor de ontwikkeling van technologische kennis. Een NPI Engineer fungeert als de schakel tussen een klant en de productieafdeling. Hij is de klantpartner bij de introductie van nieuwe producten, en brengt daarbij kennis in over produceerbaarheid en componentenbeschikbaarheid, vaak in samenwerking met Neways Technologies in Son, waar binnen Neways de kennis over productontwikkeling is geconcentreerd. Mohammed Alhillawie werkt sinds 1996 bij Neways, en is sinds enkele jaren ook, als Outsourcing Engineer, betrokken bij de transfer van de productie van PCBA's en systemen naar de Neways productiefaciliteiten in Slowakije (NSK) en China (in Wuxi).
“In 2009 zijn we voor Astron begonnen met het Uniboard 1. De productie daarvan is in 2010 gestart, en we produceren er nu ongeveer 100 per jaar hier in Leeuwarden. Het zijn PCBA's met een kostprijs van tienduizenden euro's. In november vorig jaar vroeg Astron ons om samen met Neways Technologies de lay-out van een nieuw Uniboard te toetsen en valideren, en te adviseren over de materiaal- en componentenkeuze, en de produceerbaarheid. Volgende maand starten we met de proefproductie, een nulserie, van enkele stuks. We kijken dan welke optimalisatieslagen bij de productie gemaakt kunnen worden. Uniboard 2 is compacter - het aantal FPGA's is van 8 naar 4 gegaan (Field-Programmable Gate Array's zijn programmeerbare chips die onder andere gebruikt worden voor het digitaliseren en voorbewerken van signalen - red.). De Altera FPGA chips zijn veel krachtiger geworden. Astron wil verder, wil meer. Ze kijken naar Altera en stimuleren die om hun grenzen te verleggen. Steeds meer data, een steeds snellere verwerking van gegevens en een sneller data-transport.”
Detail van het Astron Uniboard 1 voor het LOFAR project. Voor het Uniboard 2 is de overstap van Xilinx naar Altera gemaakt voor de FPGA's.
Als lezer van dit artikel vraagt u het zich nu waarschijnlijk af - 'Wat is een Uniboard?' De vraag waarvoor een complexe PCBA, met vele chips, condensatoren, verbindingen en andere componenten nu eigenlijk gebruikt wordt, is er een die ook de Operators van Neways Leeuwarden zich soms stellen, bij het bedienen van de complexe SMD machines, of bijvoorbeeld bij het handmatig aanbrengen van solderingen op een PCBA. Een van de taken van een NPI Engineer is dan ook om voor een nieuw product te bepalen in hoeverre de Operators inhoudelijk betrokken worden bij een NPI. In het geval van de productie voor Defensie, die een grote opdrachtgever is voor NEL, is dat altijd duidelijk - alleen gecertificeerde, en vooraf bij Defensie aangemelde Operators mogen aan deze producten werken, die een hogere kwaliteitscertificering kennen. Maar ook in het geval van Astron, een omvangrijk project van meerdere jaren, worden de operators nauw betrokken bij het product. Ook omdat de technologie voor het Uniboard 2 project grensverleggend is.
Wat zijn de grenzen? Hoe kan ik nog meer geavanceerde technologie toepassen?
 Mohammed Alhillawie
“Wat zijn de grenzen? Hoe kan ik nog meer geavanceerde technologie toepassen? Niet alleen door het gebruik van de meest moderne componenten, maar ook door de PCB zelf, de bare-board. Omdat het nieuwe board zo compact is, hebben we samen met Astron gekeken naar de top van de PCB-leveranciers. Binnen een PCB maak je verbindingen tussen de componenten met Via's (Latijns voor pad of weg). Die verbindingen lopen over en tussen de verschillende PCB lagen. Omdat het nieuwe board zoveel componenten bevat, is er steeds minder fysieke ruimte voor die verbindingen. Het idee is nu om de Via's te integreren met de Soldering Pads, de contactpunten. Dat is een risico qua produceerbaarheid. De temp-stroom - de afvloeiing van warmte vanaf het component tijdens het solderen kan dan ongelijk verdeeld zijn, wat kan betekenen dat een deel van het component tijdens de soldering iets omhoog trekt - wat een kwaliteitsissue is. En het is een belangrijke taak van een NPI-Engineer om die produceerbaarheid te bewaken.”
Astron is een NWO instituut dat opereert in een internationale samenwerking met Universiteiten en andere instellingen. Het ontvangt subsidie, die voor een deel wordt aangewend om als partner van Neways Leeuwarden te investeren in moderne productiemiddelen. Een voorbeeld is de SPI (Solder Paste Inspection) machine, die het patroon van aangebrachte soldeerpasta op een PCB nauwgezet controleert, voordat de SMT-componenten in de SMD-lijn op de PCB worden geplaatst. “Die procesoptimalisatie is essentieel voor ons. Je kunt in de technologie niet 1 of 2 jaar stil staan. Je moet meebewegen. En we zijn heel blij met klanten als Astron en ASMI die ons meenemen in die technologische lift. Inmiddels worden deze SPI-machines Neways-breed ingezet, ook bij NSK in Slowakije.”
1/3. Een deel van de SMD-lijn van Neways Leeuwarden. De spoelen linksonder bevatten de SMD-componenten.
2/3. Een PCB voor aanbrenging van de soldeerpasta in de SMD-lijn.
3/3. Solder Paste Inspection vindt na het aanbrengen van de soldeerpaste plaats. Aan het einde van de SMD-lijn worden 'onzichtbare' aangebrachte verbindingen zoals onder een packaged IC, gecontroleerd door middel van rontgenopnames.
Waar het allemaal om draait - het Uniboard. Astron doet onderzoek via Radio Astronomie, waarbij trillingen (frequenties) worden gemeten via antennes, of beter: groepen van antennes, waarbij de geografische spreiding van meerdere groepen antennes samen een gigantische telescoop vormen, met een zeer gevoelig bereik. Er zijn daarbij 2 soorten antennes: een HBA (High Band Antenne, voor 120 tot 240 Mhz) en een LBA (Low band Antenna, voor 10 tot 80 Mhz). Een voorbeeld van een bekend Astron project is LOFAR, opgebouwd uit ongeveer 25000 antennes, verdeeld over 36 antenne-stations nabij Exloo in Nederland, en enkele tientallen gekoppelde stations in Duitsland, Zweden, Engeland en Frankrijk. De daar verzamelde data wordt via een dedicated glasvezelnetwerk overgebracht naar een IBM Blue Gene supercomputer in Groningen. Door het enorme bereik van de LOFAR telescoop kan steeds dieper in het heelal worden 'geluisterd' - wat overeenkomt met steeds verder 'terug in de tijd kijken' - tot aan het moment van het ontstaan van het Heelal, zo'n 13,7 miljard jaar geleden. Maar de verwerkingskracht van LOFAR wordt ook toegepast in o.a. seismologie en landbouw-onderzoek.
En het gaat daarbij om veel data. Iedere antennes registreert per seconde 200.000.000 analoge signalen, die vervolgens worden omgezet in een digitaal signaal, en worden voorbewerkt, voor de verzending naar de centrale computer. Die verwerking gebeurd door het Uniboard. Elke Uniboard is verbonden aan zowel een HBA als een LBA, en verstuurd elke seconde enkele Gigabytes data over het glasvezelnetwerk. De centrale Blue Gene computer heeft dan ook een peak performance van 34 Terraflops.
De naam Uniboard geeft aan dat het PCBA-board geschikt is om signalen te verwerken van elke (huidige en toekomstige) generatie antenne, in tegenstelling tot de vroegere situatie waarbij per antenne-type een aparte PCBA werd gebruikt. En het zoeken naar een steeds snellere verwerkingscapaciteit zoals bij het Uniboard 2 hangt samen met andere projecten waaraan Astron deelneemt, zoals bijvoorbeeld SKA - de Square Kilometre Array, dat voorziet in de bouw van enorme antenne-groeperingen in Zuid-Afrika en Australië - de grootste radiotelescoop ter wereld, waarvan de bouw zal starten in 2018, en de eerste resultaten in 2020 worden verwacht.
Snelheden van data-overdracht en dataverwerking die de fysieke grenzen van elektronica opzoeken, en dus de gewenste overgang naar de 0201 standaard voor componenten. Voor een Uniboard dat in Leeuwarden geproduceerd zal worden, vanwege de complexiteit en het lage volume. Maar hogere volumes producten kunnen ook worden overgebracht naar bijvoorbeeld Wuxi in China.
“De afweging waar je produceert, komt heel zorgvuldig en samen met de klant tot stand. In China zijn andere leveranciers, dus je gebruikt soms andere componenten voor een PCBA dan in Europa. Dan is een nieuwe nulserie noodzakelijk, want je ziet niet altijd vooraf of een ander component net zo duurzaam is. Door goed door te vragen naar de behoefte van de klant, en een grondige kostenberekening te maken, krijg je een plaatje dat goed klopt, en dan adviseer je de klant. Zo hebben we de productie voor ASMI (een zusterbedrijf van ASML) overgebracht naar China. Een belangrijk motief was dat ASMI deelsystemen maakt in Singapore, en bij een productie in China zou dat de transportkosten flink verlagen in vergelijking met productie in Leeuwarden. Ik heb de Neways productiefaciliteit in China samen met een Quality Engineer van ASMI een aantal malen bezocht, voor een gezamenlijke audit. Dat is ook het leuke aan dat extra deel van mijn functie - het leren kennen van nieuwe mensen, en nieuwe werkmethoden. Het is een wisselwerking, een kennisoverdracht, en dat geeft ook weer ideeën voor optimalisaties in onze productie.”


De website van Astron (Netherlands Institute for Radio Astronomy).
 
Het Astron LOFAR project. 
De SKA telescoop (Square Kilometre Array). 
Astron en RUG maken 3d-scan van hemel.