Die Werkstatt eines Testingenieurs für innovative Elektronikprojekte

Entdecken Sie eine Werkstatt, die weit mehr als eine Garage ist. Jerry Biehler, Senior Testingenieur, hat sich ein echtes Elektronikparadies geschaffen. Von CNC-Fräsen und Laserschneidern bis hin zu einem Rasterelektronenmikroskop (REM) und einem Focused-Ion-Beam-(FIB-)System – jedes Gerät hat seinen Zweck. Jerrys Keller wurde auf X viral und sprengte meinen Feed – daraus entwickelte sich die Zusammenarbeit für dieses Interview. Aus einem beiläufigen Scroll-Moment wurde eine Entdeckungsreise in dieses unglaubliche Setup!

Was ist Ihr aktueller Beruf?

Jerry Biehler: Senior Testingenieur. Ich entwerfe Testvorrichtungen für Lasermikrobearbeitungssysteme und kümmere mich um Bauteilabkündigungen. Zuhause habe ich eine komplette Maschinenwerkstatt mit CNC-Fräse, Präzisionsdrehmaschine, Werkzeugschleifmaschine, Laserschneider und WIG-Schweißgerät. An einem weiteren Standort stehen noch eine weitere Drehmaschine, ein weiteres WIG-Gerät, ein MIG-Schweißgerät, ein Plasmaschneider usw.

Im Laborbereich befinden sich mein Leo 1450VP REM, ein FEI FIB 611 und ein Nikon Optiphot 66. Ein anderer Bereich beherbergt Spektrometer, Profilometer, Strahlungsmessgeräte usw. Der Elektronikbereich verfügt über eine Werkbank mit Oszilloskopen, Multimetern, HF- und Funktionsgeneratoren sowie weiteren Geräten. Zudem gibt es einen großen thermischen Verdampfer mit Maglev-Turbopumpe. In einem separaten Kreativraum fertige ich Cosplays für Freunde und betreibe Cosplay-Fotografie.

Wie würden Sie Ihre Werkstatt beschreiben? Wie nutzen Sie sie?

Jerry: Garage mit Werkzeugmaschinen, Laserschneider, Elektronikarbeitsplatz, thermischem Verdampfer und 3D-Druckern. Ein Außenschuppen dient als Lager – dort stehen der Kompressor und die Vakuumpumpen für den Verdampfer sowie der Abluftfilter für den Laserschneider. Der restliche Kellerbereich ist als Labor eingerichtet mit REM, FIB und anderen „sauberen“ Geräten. Im Obergeschoss befinden sich ein Fotostudio und der Kreativraum.

Wo befindet sich Ihr Elektronikarbeitsplatz und wie lange haben Sie ihn schon?

Jerry: Mein Arbeitsbereich nimmt den Großteil meines Hauses ein. Ich habe ihn seit etwa 20 Jahren. Nach dem Umzug in ein neues Haus vor zwei Jahren habe ich alles dorthin verlegt und deutlich erweitert. Ich nutze die Werkstatt mehrmals pro Woche. 

Welche Anforderungen und Ziele hatten Sie beim Einrichten Ihres Arbeitsbereichs?

Jerry: Entworfen? Haha. Der Zustand ist eher ein kontinuierlicher Umbau, abhängig davon, welches neue Gerät dazukommt. In der Garage stehen vier Maschinen, die zu schwer zum Bewegen sind, sowie Dinge wie meine Vidmar-Schubladen und die Werkbank meines Urgroßvaters.

Diesen Sommer wurde der Kellerbereich stark umgestaltet: Ein großes Vakuumsystem für E-Beam-Beschichtung wurde entfernt und gegen das FIB eingetauscht. Dann fand ich ein neueres REM, also wurde die Elektronikwerkbank samt Schrank in die Garage verlegt. Ich habe das Haus mit Blick auf den Studiobereich im Obergeschoss sowie einen dedizierten Kreativraum gekauft.

Was sind Ihre technischen Interessen? Woran arbeiten Sie und warum?

Jerry: Vorwiegend digitale Elektronik und Maschinenbau. Meine Programmierfähigkeiten sind miserabel – ich kann mich durchwurschteln, aber es ist nicht schön. Ich arbeite mit Lasern, Mechanik, Elektrik, Vakuumtechnik, Optik, Computern – was auch immer gerade anfällt.

Welche Geräte und Werkzeuge befinden sich in Ihrer Werkstatt? Wie und wo lagern Sie diese?

Jerry: 

Elektronikwerkbank: LeCroy Waverunner 64xi, Tek 2465, ESI 296 LCR, Metcal-Station mit Entlöt- und Pinzettenaufsätzen, Zeiss OPMI-Stereomikroskop, Keithley Sourcemeter, HP-Funktionsgenerator, Gigatronics HF-Funktionsgenerator, HP 34401A DMM und einige rackmontierte Netzteile.

Maschinenwerkstatt: Monarch 10EE-Drehmaschine, Supermax YCM-16VS-Fräse (von Tektronix auf CNC umgerüstet), Tsugami-Werkzeugschleifer, Thermal Arc 300 GTSW-WIG-Schweißgerät, sowie ein Laserschneider auf Basis eines Coherent 150-W-CO2-Lasers, der dünnen Stahl und Edelstahl schneiden kann.

Laborbereich: FEI FIB 611 Focused-Ion-Beam-Mill, eine Feldemissions-REM-Säule (wartet auf Montage), Zeiss Leo 1450VP REM mit variabler Druckkammer und EDX, Ocean Optics USB-4000 Spektrometer, großes duales UV-VIS-Scanning-Monochromator-System, Sloan-Profilometer zur Schichtdickenmessung. Der thermische Verdampfer ist ein 18"-CHA-basiertes System mit einer Adexian-Maglev-Turbopumpe (2100 l/s), unterstützt durch eine Leybold 30 Vorpumpe und einen Ruvac 101 Roots-Gebläse. Der Coater hat ein Planetensystem und mehrere Boots. Im Inneren ist zudem eine Ionenstrahlquelle von Commonwealth installiert.

Kreativraum: Singer HD-Nähmaschine, diverse Werkbänke.

Fotobereich: Studioblitze von Photogenic sowie Canon 5DII, 5DIII und R6 Kameras.

Welches ist das für Sie wichtigste oder wertvollste Gerät?

Jerry: Jedes ist wichtig. Das LeCroy-Oszilloskop benutze ich häufiger als das Tek. Die CNC-Fräse, Drehmaschine und der Laser sind äußerst nützlich – die Möglichkeit, dünnes Metall schnell und präzise zu schneiden, ist entscheidend. Das REM und das FIB sind derzeit eher Spielzeuge, obwohl es Anfragen für geologische Analysen gibt.

Gibt es etwas Besonderes oder Einzigartiges an Ihrer Werkstatt?

Jerry: Ich habe das Haus an meine Werkzeuge angepasst: ein Unterverteilungspanel in der Garage installiert, um alle Maschinen zu versorgen. Der Kompressor und die Vakuumpumpen befinden sich im angeschlossenen Schuppen – das spart Platz und reduziert Lärm. Ich habe eine Stromversorgung für REM und FIB eingerichtet, Druckluftleitungen durch den gesamten Keller verlegt und Stickstoffleitungen für REM und FIB installiert. In der Garage gibt es eine starke Beleuchtung und einen Ultraschall-Luftbefeuchter, der über meine RO-Wasseranlage gespeist wird, um die Luftfeuchtigkeit auf einem Niveau zu halten, bei dem ich nicht wie ein Van-de-Graaff-Generator herumlaufe.

Planen Sie etwas Neues für Ihre Werkstatt?

Jerry: Im Moment ist alles in einem ziemlich guten Zustand. Ich muss noch das alte REM entfernen und die Konsole der Feldemissionssäule für das FIB in den Laborbereich verlegen.

Was war Ihr Lieblingsprojekt im Elektronikbereich? Welche Komponenten kamen zum Einsatz?

Jerry: Mein letztes Projekt war ein Follow-Focus-System für den Laserschneider. Es nutzt einen Mitsubishi-Löffelsensor, verbunden mit einem Keyence-Abstandssensor, um die Fokusposition des Lasers zur Werkstückoberfläche konstant zu halten. Die Sensordaten gehen per serieller Schnittstelle an einen Teensy, der wiederum den Servoantrieb eines kleinen bürstenlosen Motors mit Kugelumlaufspindel ansteuert – dieser bewegt den Schneidkopf auf und ab. Ein Clippard-Grafitkolben mit Druckminderer gleicht das Gewicht des Schneidkopfs aus, um die Last auf dem Servomotor zu minimieren.

Arbeiten Sie aktuell an einem Elektronik- oder Programmierprojekt?

Jerry: Ich repariere gerade den EDX-Kopf meines REMs. Der Ausgang der Vorverstärkerrampe war auf -14 V festgesetzt. Er überlastete die 15-V-Versorgung des externen Detektors. Mit einer Wärmebildkamera habe ich zwei Hotspots gefunden: einen am 5-V-LDO-Regler, einen in einem Bereich ohne sichtbare Komponenten.
 

Kurzfassung: Es gibt eine -200-V-Vorspannung für den SDD-Sensor. Die Leiterbahn lag eine Schicht unter der 5-V-Leitung. Ein Durchschlag in der Platine verursachte einen Kurzschluss der 5-V-Leitung gegen Masse – quasi eine FR4-basierte Triode. Ich habe die -200-V-Leitung in dem Bereich isoliert und mit einem Draht umgangen, was das Problem offenbar behoben hat. Ich habe fast alle ICs auf der Platine ersetzt und warte jetzt noch auf ein letztes Bauteil, bevor ich alles wieder zusammensetze und teste.

Haben Sie ein Traumprojekt oder etwas, das Sie gerne umsetzen würden?

Jerry: Inzwischen habe ich fast alles, was ich mir vorstellen kann. Viele Projekte entstehen spontan, je nachdem, was mir gerade ins Auge fällt.
 

Haben Sie Ratschläge, Tipps oder Ermutigung für andere Ingenieure oder Maker, die eine eigene Werkstatt einrichten wollen?

Jerry: Sorgt für einen gut bezahlten Job, lol. Habt keine Angst, Dinge kaputt zu machen – ihr WERDET Dinge kaputt machen. Die meisten Dinge lassen sich reparieren.

Zeigen Sie Ihre Elektronik-Werkstatt!