Een werkruimte van een test-technicus voor innovatieve elektronica

Ontdek een werkruimte die veel meer is dan zomaar een garage. Jerry Biehler, Senior Testingenieur, heeft een waar elektronicalab opgebouwd. Van CNC-freesmachines en lasersnijders tot een scanning-elektronenmicroscoop (SEM) en een gefocusseerde ionenbundelinstallatie (FIB) — elk apparaat heeft een duidelijke functie. Jerry’s kelder ging viraal op X, overspoelde mijn tijdlijn en markeerde het begin van onze samenwerking voor dit interview. Wat begon als een vluchtige blik, mondde uit in een fascinerende verkenning van deze uitzonderlijke werkruimte!

Wat is uw huidige functie?

Jerry Biehler: Senior Testtechnicus. Ik ontwerp testopstellingen voor systemen voor lasermicromachinering en houd mij bezig met het probleem van componentveroudering. Thuis beschik ik over een volledige werkplaats met onder meer een CNC-freesmachine, een draaibank voor gereedschapmakerij, een gereedschapsslijpmachine, een lasercutter en een TIG-lasapparaat. Op een andere locatie heb ik nog een extra draaibank, een tweede TIG-lasapparaat, een MIG-lasapparaat, een plasmacutter en meer.

In het lab beschik ik over een Leo 1450VP rasterelektronenmicroscoop (SEM), een FEI FIB 611 (focused ion beam), en een Nikon Optiphot 66. In een andere ruimte staan spectrometers, profilometers, apparatuur voor stralingsdetectie, enzovoort. In de elektronicaruimte staat een werkbank met oscilloscopen, multimeters, RF- en functiegeneratoren en ander meet- en testgereedschap. Ook is er een grote thermische verdamper aanwezig, uitgerust met een Maglev turbopomp. In een aparte hobbyruimte werk ik aan cosplay-projecten voor vrienden, en daarnaast doe ik ook cosplayfotografie.

Hoe zou u uw werkruimte het best omschrijven? En hoe gebruikt u die?

Jerry: Mijn werkruimte bestaat uit een garage met metaalbewerkingsmachines, een lasercutter, een elektronica-werkbank, een thermische verdamper en diverse 3D-printers. In een schuurtje buiten bevinden zich opslag, de luchtcompressor en vacuümpompen voor de thermische verdamper, evenals het filter voor de afzuiging van de lasercutter. De rest van de benedenverdieping is ingericht als labruimte met onder meer de SEM, FIB en andere ‘schone’ apparatuur. Boven heb ik een fotostudio en een hobbyruimte voor creatieve cosplayprojecten.

Waar bevindt zich uw ruimte voor elektronica en hoelang beschikt u daar al over?

Jerry: Mijn werkruimte beslaat het grootste deel van mijn huis. Ik heb zo’n ruimte al ongeveer twintig jaar, maar na de aankoop van een nieuw huis twee jaar geleden heb ik alles verhuisd en mijn faciliteiten aanzienlijk uitgebreid. Ik maak er een paar keer per week gebruik van.

Wat waren uw vereisten en doelen bij het inrichten van uw werkruimte?

Jerry: Inrichten? Haha. De ruimte verandert voortdurend, afhankelijk van welke nieuwe apparatuur ik binnenhaal. In de garage staan vier machines die te zwaar zijn om te verplaatsen, evenals mijn Vidmar-ladenkasten en de werkbank van mijn overgrootvader.

Afgelopen zomer heb ik benedenverdieping opnieuw ingericht. Een groot vacuümsysteem, dat werd opgebouwd voor elektronenbundelcoating, is weg en ingeruild voor de FIB. Kort daarna vond ik een veel modernere SEM, dus zijn de elektronica-werkbank en de bijbehorende kast naar de garage verhuisd. Ik heb het huis destijds gekocht met het oog op een studio boven en een aparte creatieve werkruimte.

Over welke apparatuur en gereedschappen beschikt u in uw werkruimte? Hoe en waar bewaart u die?

Jerry: Op de elektronica-werkbank staan onder andere een LeCroy Waverunner 64xi, een Tektronix 2465-oscilloscoop, een ESI 296 LCR-meter, een Metcal-soldeerstation met desoldeerunit en pincet, een Zeiss OPMI-stereomicroscoop, een Keithley Sourcemeter, een HP-functiegenerator, een Gigatronics RF-functiegenerator, een HP 34401A digitale multimeter en enkele 19-inch voedingen.

In de machinewerkplaats vindt u een Monarch 10EE-draaibank, een Supermax YCM-16VS-freesmachine (door Tektronix omgebouwd naar CNC), een Tsugami-gereedschapsslijpmachine, een Thermal Arc 300 GTSW TIG-lasapparaat en een lasercutter met een Coherent 150 W CO₂-laser, geschikt voor het snijden van dun staal en roestvast staal.

Het labgedeelte is uitgerust met een FEI FIB 611 focused ion beam-machine, een veldemissie-SEM-kolom (nog te installeren), een Zeiss Leo 1450VP rasterelektronenmicroscoop met variabele druk en EDX, een Ocean Optics USB-4000 spectrometer, een grote UV-VIS-scannende monochromator met dubbele rooster, en een Sloan-profilometer voor het meten van filmdikte. De thermische verdamper is een 18-inch systeem op basis van CHA, met een Adexian turbopomp (2100 l/s maglev), ondersteund door een Leybold 30-voorpomp en een Ruvac 101-rootsblower. Het coatersysteem is voorzien van een planetaire houder en bevat een ionenstraalkanon van Commonwealth.
 

In de hobbyruimte staat een Singer HD-naaimachine en verschillende werkbanken.

In het fotogedeelte gebruik ik Photogenic-studiolampen en camera’s van het type Canon 5DII, 5DIII en R6.

Welk stuk gereedschap of welke apparatuur beschouwt u als het belangrijkst of meest waardevol?

Jerry: Ze zijn allemaal belangrijk. De LeCroy-oscilloscoop gebruik ik vaker dan de Tektronix. De CNC-frees en de draaibank zijn bijzonder nuttig, net als de lasercutter. De mogelijkheid om dun metaal snel en nauwkeurig te snijden, maakt echt het verschil. De SEM en FIB zijn op dit moment vooral speeltjes, al zijn er mensen die ze willen gebruiken voor geologisch onderzoek.

Is er iets bijzonders of unieks aan uw werkruimte? Wat maakt die speciaal?

Jerry: Wat mijn werkruimte bijzonder maakt, is de combinatie en diversiteit van apparatuur — van zware werktuigbouwkundige machines tot hoogwaardige laboratoriuminstrumenten zoals de SEM en FIB. Niet veel mensen hebben een opstelling waarmee ze metaal kunnen bewerken, optische systemen kunnen bouwen, vacuümcoatings kunnen aanbrengen én elektronicaprojecten kunnen uitvoeren, allemaal onder één dak. Het feit dat ik vrijwel alles in eigen beheer kan doen — mechanisch, elektrisch en optisch — maakt deze ruimte uniek.

Plant u iets nieuws voor uw werkruimte?

Jerry: Alles is momenteel in redelijk goede staat. Ik moet de oude SEM weghalen en de console voor de veldemissiekolom van de FIB verplaatsen naar het labgedeelte, direct naast de FIB.

Vertel ons over uw favoriete elektronica­project. Welke componenten hebt u daarbij gebruikt?

Jerry: Mijn meest recente project was het bouwen van een follow-focussysteem voor de lasercutter. Hiervoor gebruik ik een Mitsubishi “spoon” die verbonden is met een Keyence-afstandssensor, om de focus van de laser ten opzichte van het werkoppervlak constant te houden. De gegevens van de sensor worden via een seriële verbinding naar een Teensy gestuurd, die op zijn beurt de servoaandrijving aanstuurt van een kleine borstelloze motor met kogelomloopspindel. Deze motor beweegt de laserkop op en neer. Een Clippard-luchtcilinder met grafietzuiger en drukregelaar zorgt voor een evenwichtige belasting van de kop, zodat de servomotor zo min mogelijk wordt belast.

Werkt u momenteel aan een elektronica- of programmeerproject?

Jerry: Ik ben momenteel bezig met het repareren van de EDX-kop van mijn SEM. De uitgang van de voorversterker bleef hangen op –14 V. Bleek dat hij de 15 V van de externe detectorvoeding overbelastte. Met een thermische camera heb ik twee hotspots gelokaliseerd — één op de 5 V-LDO-regelaar en één in een gebied zonder zichtbare componenten.

Lang verhaal kort: er wordt –200 V gebruikt om de SDD-sensor te biasen, en het spoor daarvan liep inwendig door de printplaat, vlak bij de 5 V-baan. Een doorslag in de print veroorzaakte een kortsluiting tussen de 5 V en massa — in feite een triode gemaakt van FR4. Ik heb het –200 V-spoor in dat gebied geïsoleerd en met een draadje omzeild. Dat lijkt het probleem te hebben opgelost. Ik heb vrijwel alle IC’s op de print vervangen en wacht nu nog op één IC voordat ik alles weer kan in elkaar kan zetten en testen.

Heeft u een droomproject of iets wat u graag nog zou aanpakken?

Jerry: Op dit punt heb ik eigenlijk bijna alles wat ik nodig heb. Veel projecten ontstaan spontaan — gewoon iets dat mijn aandacht trekt op dat moment.

Heeft u advies, tips of aanmoediging voor andere ingenieurs of makers die een eigen werkruimte willen opzetten?

Jerry: Zorg voor een goedbetaalde baan, haha. En wees niet bang om dingen stuk te maken — dat gaat sowieso gebeuren. Maar het meeste is gelukkig ook weer te repareren.

Laat uw elektronicawerkplek zien!

Wilt u uw werkruimte delen met onze wereldwijde community van technici, studenten en makers? Neem dan enkele minuten de tijd om dit formulier in te vullen, zodat de redacteuren van Elektor contact met u kunnen opnemen!