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08.11.1991 - 

In Augsburg und München: Das Siemens-Nixdorf-Werk für Systeme

Technische Entwicklungen entstehen im großen Team

Heute ist Technik so komplex, daß ein einzelner oder eine kleine Gruppe allein wenig bewirken kann. Der einzelne und sein Beitrag zum Produkt gehen in der Leistung des Teams auf. 4200 Mitarbeiter sind es im Siemens-Nixdorf-Werk für Systeme, kurz WS genannt.

Dort richten sich zur Zeit die Augen auf die H90R, einen Universalrechner, dessen Serienfertigung unmittelbar bevorsteht. Wer sind sie, die Menschen, in deren Köpfen und durch deren Hände High-Tech entsteht, und was tun sie eigentlich? Rudolf Hinum ist einer von ihnen. Der 53jährige Elektroingenieur leitet die Abteilung Produkttechnik der in München-Perlach angesiedelten Hardware-Entwicklung. Unsere große Herausforderung, sagt er, ist es, termintreu und fehlerfrei zu arbeiten und hohe Leistung bei geringen Kosten zu erzielen.

Simulationen auf Anhieb nahezu fehlerfrei

Das sorgt manchmal auch für schlaflose Nächte. Hinum bezeichnet sich selbst und seine Kollegen als Ingenieure und Techniker mit Leib und Seele. Zu sehen ist für den Außenstehenden in Perlach wenig: Büros, wie sie auch anderswo zu finden sind. Grundlage jedes qualitativ hochwertigen Entwurfs ist ein durchgängiges CAD-System, mit dem sich zum Beispiel der komplette Zentralprozessor simulieren läßt, ehe er zu einem späteren Zeitpunkt im Augsburger Werk tatsächlich produziert wird. Das hat handfeste Gründe. Vor einem Jahrzehnt, bei der damals angewandten Technik, kostete das Beseitigen eines Fehlers in der Erprobungsphase etwa 100 Mark und zwei bis drei Stunden Zeit. Um heute einen Logikfehler in einem Prototyp aufzuspüren und abzustellen, muß man bis zu 60 000 Mark aufwenden und mit einer Verzögerung des Projekts von zwei bis drei Wochen rechnen. Die Simulation ermöglicht Entwürfe, die derzeit auf Anhieb nahezu fehlerfrei sind.

In den nächsten Tagen wird die erste C90R ihren Betrieb im hauseigenen Rechenzentrum aufnehmen. Einen Monat später folgt die Auslieferung der Produktionsnummer zwei an einen Kunden. Die H90R, äußerlich eine Gruppe von drei unscheinbaren hellgrau lackierten Stahlschränken, arbeitet mit einer Geschwindigkeit von bis zu 50 Millionen Instruktionen pro Sekunde (MIPS). Gegenüber der H90, die seit 1988 gefertigt wird, steigt die Datenrate von 3,3 auf 4,5 Mbit. 4-Mbit-Chips ersetzen die bisher verwendeten 1-Mbit-Bausteine. Die Gatterlaufzeit, also die Zeit, die ein Signal zwischen zwei Schaltern benötigt, beträgt 200 Picosekunden. In dieser Zeit legt Licht eine Strecke von sechs Zentimetern zurück. Dr. Walter Bräckelmann (52) verantwortet als Leiter des Werks, die fehlerfreie Auslieferung der Produkte in Augsburg. Sein Credo ist die Null-Fehler-Strategie, er mißt die Fehlerrate in defects per million (dpm), die Umsetzung des hochgesteckten Ziels heißt intern FEVA. Das steht für Fehler erfassen, verarbeiten, analysieren.

Bei so komplexen Systemen, wie moderne Computer es sind, läßt sich eine prozeßimmanente Fehlerrate zunächst nicht verhindern. Abgesehen von allen technischen Vorkehrungen der Qualitätssicherung ist das Bewußtsein der Mitarbeiter entscheidend: "Jeder muß das Verständnis dafür entwickeln, was sein Fehler für alle anderen Beteiligten bedeutet", sagt Bräckelmann. Da jeder Fehler eingebaut ist, kann man ihn sowohl in der Entwicklung als auch in der Produktion vermeiden und, wenn er dann doch passiert, auch wieder ausbauen. Tatsächlich jeden? Ja, wir finden ihn, selbst wenn es manchmal etwas dauert. 700 Beschäftigte arbeiten in der Qualitätssicherung und Prüftechnik, ein Sechstel der Belegschaft, und damit mehr als in der Entwicklung tätig sind. 1980 erreichten die Monoprozessoren großer Zentraleinheiten eine Verarbeitungsleistung von zwei bis drei MIPS. 1985 waren es etwa 10 MIPS. Zur Zeit sind es 50 MIPS. Am Ende dieses Jahrzehnts könnten es 1000 MIPS sein. Wo der physikalisch machbare Grenzwert liegt, ist derzeit nicht abzusehen.

Die Signallaufzeiten müssen kürzer werden

Die Forderung nach immer mehr Leistung bedeutet, daß die Signallaufzeiten auf den Chips, vor allem aber auch zwischen ihnen, noch kürzer werden müssen. Da sich die Geschwindigkeit des elektrischen Stroms nicht ändern läßt, bleibt nur als Lösung, die Wege kürzer zu machen. Und damit alle Bausteine, Leiterbahnen und Verbindungen noch kleiner. Mit dem bloßen Auge ist schon seit Jahren in der Computertechnik wenig oder gar nichts mehr zu erkennen. Das Rasterelektronen-Mikroskop (REM) und das Elektronenstrahlmeßgerät (EMG) sind die Handwerkszeuge beim Aufspüren von Fehlern. 170 EMG gibt es weltweit, wenige davon in Deutschland, von denen eines bei SNI in Augsburg steht. Die filigransten, in Universalcomputern wie der H90R anzutreffenden Verdrahtungsplatinen haben Leiterbahnen mit einer Breite von 80 um, also acht Hundertstel Millimeter. Auf den Chips sind die Leiterbahnen sogar nur wenige Mikrometer breit. REM und EMG dienen dazu, Fehler zu erkennen, beispielsweise Kontaktbrücken zwischen zwei Leiterbahnen, die einen Kurzschluß auslösen. Das EMG ermöglicht es, den Stromfluß berührungslos zu messen. Volker Württenberger (30), Ingenieur für Elektrotechnik und Laborleiter für Bauelemente-Technologie, sowie seine Kollegen, der Elektroingenieur Friedbert Gelzer (50), der das Analyseteam leitet, und der Physiker Dr. Reinhard Kuhnert (33) sind fasziniert von ihrer detektivischen Spurensuche im elektronischen Mikrokosmos. Reizvoll sei das, sagt Kuhnert, und wendet sich in dem fensterlosen, halbdunklen Raum des Rasterelektronenmikroskops dem nächsten Prüfling zu. Mein Beruf ist mein Hobby, äußert Gelzer nebenan, wo das Elektronenstrahlmeßgerät steht. Erfolgserlebnisse verspürt Württenberger, wenn es gelingt, Fehler zu isolieren und dem Hersteller zu sagen, wie es besser zu machen ist.

An vier Linien werden in drei Schichten Leiterplatten unterschiedlichster Konfiguration mit Bausteinen bestückt. SMT heißt das Verfahren, Surface Mount Technology. Komponenten mit bis zu 320 Beinchen sind punktgenau zu fixieren und zu löten. Die Flachbaugruppen finden sich anschließend in eigenen Rechnern wieder, gehen aber auch an Kunden innerhalb des Unternehmens und an externe Abnehmer. Ute Sturm (26) prüft bei etwa jeder zehnten Platte unter dem Mikroskop, ob alle Teile am richtigen Platz sind und ob die Lötverbindungen stimmen. Was sie an ihrer Arbeit schätzt? Abwechslungsreich sei es, vor allem aber verantwortungsvoll. Wenige Meter von ihr entfernt, stimmt Josef Kirmaier (35), Feinmechaniker-Meister und Leiter der Schicht, zusammen mit einigen Kollegen die Programmierung eines Bestückungsautomaten für eine neue Leiterplatte ab. Etwa einen halben Tag dauert es, bis bei diesen feinen Strukturen die Qualität stimmt. Ohne Engagement geht es nicht, sagt er. Damit steht und fällt alles. Jeder Chip wird individuell geladen. Durch einen Gang von der SMT-Fertigung getrennt, arbeitet eine Gruppe an der Programmierung von EPROM-Festspeichern. Stück für Stück wird jeder Chip individuell mit den Informationen für seine spätere Aufgabe geladen. Tran Van Tien (32) steht daneben, beobachtet, greift ein. Der Informationselektroniker, der mit der Qualitätssicherung betraut ist, hat Spaß daran, Fehler zu finden. Genauer gesagt: die Ursache von Fehlern.

Komplett montierte Komponenten gehen von der SMT-Produktion oder vom Falke, einer anderen Fertigungsstraße, an Palog 560, den Prüfautomaten für Logik-Baugruppen. Die Zahl steht für die maximal 560 Anschlüsse, deren Kontaktgüte hier gleichzeitig untersucht werden kann. Palog ist unbestechlich, fast jedenfalls. Ein Computer prüft je nach Größe der Komponente zwischen zehn Sekunden und fünf Minuten die internen Verbindungen und die externen Anschlüsse des Kandidaten auf Logik- und Laufzeitfehler. Durchschnittlich 94 Prozent der angelieferten Teile passieren die Prüfung ohne Beanstandung. Weitere fünf Prozent sind fehlerbehaftet, ein Prozent ist Schlupf. Noch, denn auch diesem Rest kommt man später auf die Spur. Vor einem Jahrzehnt befanden sich durchschnittlich 500 Gatter in einem Baustein mit 64 Beinchen auf einer Flachbaugruppe bei einer Funktionsdichte von zehn Gattern pro Quadratzentimeter. Heute sind es 5500 Gatter in einem Baustein mit 320 Beinchen und 600 auf einem Quadratzentimeter.

Bohren mit dem Excimer-Laser

Hannelore Bröde (54) gehört zu denen, die Palog bedienen. Nach rund zwei Jahrzehnten im Werk hat sie sich nochmals auf die Schulbank gesetzt und mit 50 Jahren ihre Prüfung als Nachrichtengerätemechanikerin abgelegt. Es gibt Fehler, die einfach zu erkennen sind, sagt sie, aber zeitweise muß man lange suchen. Das ist abwechslungsreich.

Ein blauer Laserstrahl streicht in regelmäßigen Bahnen über eine knapp zehn Zentimeter im Quadrat messende Kupferfolie. Auf diese Weise werden berührungslos Löcher gebohrt, die man ohne Mikroskop nicht sieht: Durchmesser und Tiefe betragen jeweils 80 um. Zwölf dieser Löcher, unmittelbar aneinander gereiht, würden noch nicht einmal einen Millimeter Platz einnehmen. Was hier entsteht, nennt sich Mikroverdrahtung und ist einer der zentralen Arbeitsschritte auf dem Weg zu einem Multi-Chip-Modul (MCM). 15 leitende Lagen aus 80 um breiten Kupferleitungen durch 50 um dünne Acrylpolyimid-Folien getrennt und auf eine Trägerschicht aus glasfaserverstärktem Polyimid gebettet, bilden ein 1,8 Millimeter dickes Mikroverdrahtungssubstrat.

Der Excimer-Laser bohrt, Lage für Lage, sogenannte Sacklöcher, die an den berechneten Positionen jeweils zwei Leiterbahnen durch die isolierende Acrylpolyimid-Schicht hindurch miteinander verbinden. Auf diese Weise können bis zu 50 000 Zwei-Punkt-Verbindungen mit einer gesamten Leiterlänge von über 100 Metern hergestellt werden, verteilt auf sechs Signallagen und eine Grundfläche des Substrats von 96 Quadratzentimetern.

Multi-Chip-Modul und Micro Packaging System

Ali Akin (28), zuständig für die Wartung der vollautomatischen Laser-Bohrer, ist sichtlich stolz darauf, mit der neuesten Technologie zu arbeiten. Der gelernte Industriemechaniker bereitet sich auf seine Meisterprüfung im Mai vor. Die Doppelbelastung Beruf und Lernen geht an die Substanz. Aber es macht Spaß. Das Multi-Chip-Modul (MCM) und seine Fertigungstechnik, das Micro Packaging System (MPS), sind die Spezialitäten des Hauses. Auf jedes Mikroverdrahtungssubstrat werden gehäuselose ECL-Logik- und Speicherbausteine maschinell montiert. Insgesamt kann ein MCM bis zu 16 LSI- oder 144

MSI- beziehungsweise Speicherchips aufnehmen.

Geduld und eine ruhige Hand

In der Praxis wird das Modul, je nach seiner späteren Aufgabe, mit einer Mischung verschiedener Komponenten bestückt. Etwa 60 000 Gatterfunktionen, mit der Außenwelt durch 1850 Kontakte verbunden, sind jetzt auf einer handtellergroßen Fläche vereint. Neun MCM bilden eine Funktionseinheit. Zwei dieser Einheiten sowie eine weitere für die Steuerung des Speichersystems sind das High-Tech-Herz der H90 und der H90R. Nalan Yurtsever (25) prüft jedes MCM unter dem Mikroskop und korrigiert, falls erforderlich, Lötverbindungen manuell. Ein Modul hat davon etwa 4000. Ihre wichtigste Qualifikation? Geduld und eine ruhige Hand. Wegen seiner hohen Packungsdichte an Chips gibt jedes MCM eine Verlustleistung von etwa drei Watt je Quadratzentimeter ab. Die Kochplatte am heimischen Herd bringt es auf etwa denselben Wert. Ungekühlt würde sich das Modul in kürzester Zeit selbst zerstören. Jede Funktionseinheit mit neun MCM wird deshalb von einer massiven Kühlplatte, durch die Wasser in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert, auf einer Temperatur von knapp 20 Grad gehalten. Walter Stärz (32), Informationselektroniker, bedient Palog 1120, den Prüfautomaten in der MCM-Fertigung. Zehn bis 20 Minuten dauert der gut gekühlte Test, wenn das Modul fehlerfrei ist. Zur Zeit ist das bei durchschnittlich 93 von 100 MCM der Fall.

Die Analyse der Ausreißer nimmt viel Zeit in Anspruch. Bisher sind wir noch hinter jeden Fehler und seine Ursache gekommen, sagt Stärz. Nebenan betreut Rasema Duratovic (35) eine weitere Kontrollprozedur, die MCM-Prüfung per UItraschall.

Aus Flachbaugruppen, Multi-Chip-Modulen, Kühlplatten, Kabeln, Steckern, Gehäusen und Halterungen ist, in der Endmontage ein Computer entstanden. Jedes Teil, ob elektronische High-Tech-Komponente oder simple Schraube, hat zahlreiche Materialeingangs-, Zwischen- und Endkontrollen passiert. Jetzt, als letzter Schritt vor der Auslieferung, folgt das große Examen. 20 Tage läuft jeder Rechner im automatischen Dauertest rund um die Uhr.

Zwei bis drei Mängel an jedem Computer

Gestreßt in Wärmekammern, in denen die Temperatur auf 50 Grad hochgefahren wird, überprüft mit Programmen, die jeden nur denkbaren Fehler suchen. Im statistischen Mittel entdecken die Tester zwei bis drei Mängel an jedem Computer. Zumeist handelt es sich um Fehler, die relativ einfach zu beheben sind. Da stehen sie nun in Reih und Glied.

Das Werk für Systeme in Augsburg entwickelt und produziert Rechner der Serie 7-500 sowie dazugehörige periphere Steuerungen. Außerdem liefert es Komponenten verschiedener Fertigtingsstufen an interne und externe Kunden. Insgesamt beschäftigt das WS 4200 Mitarbeiter, davon 3660 in Augsburg sowie 540 in München. Dazu kommen noch rund 500 Auszubildende, Praktikanten und Diplomanden.

Die Geschichte des Werks begann 1959 mit der Herstellung von Relais und signaltechnischen Anlagen. 1967 wurde die Herstellung von Datenverarbeitungsanlagen des Systems 4004 aufgenommen.

In seiner heutigen Grundstruktur besteht das Werk seit 1975, als auch die ersten Rechner der Serie 7-000 ausgeliefert wurden. Ein Jahr später verlagerte man die Relais-Fertigung nach Berlin. 1984 verließen die ersten Arbeitsplatzcomputer das Werk.

1987 ging durch Aufgabenteilung aus dem WS das ebenfalls in Augsburg angesiedelte Werk für Arbeitsplatzsysteme (WA) hervor. Die gegenwärtige Produktpalette umfaßt drei Hauptbereiche:

- Zentraleinheiten und Bürocomputer des Systems 7-500-, dazu zählen die Bürocomputer C30 und C40, die Universalrechner H60 und H90 sowie deren jetzt in Serie gehende Weiterentwicklung H90R.