Adaption und Test von elektronischen Flachbaugruppen
Die Produktion von elektronischen Flachbaugruppen hat bekannterweise Probleme, die zu einer hundertprozentigen Prüfung dieser Produkte zwingen. Erfahrungsgemäß liegt die Fehlerrate bei elektronischen Flachbaugruppen je nach Komplexität, Technologie und Erfahrung des Entwicklers zwischen 2 und 40 %, d.h. eine fehlerfreie Produktion ist in keinem Fall gegeben und auch eine stichprobenmäßige Prüfung führt in keinem Fall zu Ergebnissen.
Infolgedessen müssen hundert Prozent aller Baugruppen mit großer Sorgfalt geprüft werden. Die Fehler reichen von Lötkurzschlüssen, Lötfehlern, defekten Bauteilen und Falschbestückungen bis zu Zerstörungen durch Temperaturschocks oder falsches Biegen von Bauteilen, was beim Lötverfahren Spannungen in der Mechanik erzeugt, die letztlich zur Zerstörung des Bauteils führen.
Der Test wurde früher klassisch im Funktionsbereich durchgeführt. Da dieser jedoch bestenfalls 90 % der Fehler abdeckt, erfahrungsgemäß jedoch typisch 65-85 %, reicht diese Testmethode bei weitem nicht aus. Tatsächlich können je nach Baugruppengröße gute 10 - 30 Bauteile falsch bestückt sein oder sogar fehlen und dennoch wird ein erfolgreicher Funktionstest attestiert. Um diese Baugruppen für eine sichere Funktion und gegen Frühausfälle zu verbessern, ist der Incircuittest vor dem eigentlichen Funktionstest ein absolutes Muss.
Incircuittest heißt, die Baugruppe muss an jedem Netz (Leiterbahnzug) kontaktiert und dann der Nachweis über die Incircuittestmethode (MDA) erbracht werden, dass keine Leiterbahnkurzschlüsse und keine Leiterbahnunterbrechungen existieren und dass jedes Bauteil in der richtigen Montagerichtung mit dem richtigen Wert an der richtigen Position platziert ist. Mit dieser Testmethode können die Tests in meist ca. 5-20 Sekunden erfolgen. Zur Kontaktierung jedes einzelnen Netzes sind Adaptionssysteme notwendig. Voraussetzung ist allerdings, dass die elektronische Flachbaugruppe auch kontaktierfähig ist. Dazu sollte auf der elektronischen Flachbaugruppe für jedes Netz (Leiterbahnzug) eine Prüffläche auf der bevorzugten Kontaktierungsseite zur Verfügung stehen. Es ist unklug und sehr kostenintensiv, Kontaktierungen von beiden Seiten vorzunehmen, da die Kontaktierung dadurch nicht einfacher wird und sich die Kosten verdoppeln. Bei vorausschauender Planung liegen die Prüfflächen, die durchaus auch Durchkontaktierungen sein können, in den Größenordnungen zwischen 0,6 bis 0,8 mm. Damit ist die Kontaktierung problemlos möglich. Nach unseren Erfahrungen sollte bei den gefederten Kontaktstiften, die über Hülsen austauschbar sind, möglichst eine Typenreihe gewählt wird, die langlebig, kostengünstig und leicht zu beschaffen ist. Solche gefederten Kontaktstifte, z.B. die 1/10“-Nadel, besitzt all diese Vorteile. Wenn dann die entsprechenden Abstände, die diese 1/10“-Nadel erfordert, bei der Konstruktion der Baugruppe und deren Prüfflächen eingehalten werden, ist eine sichere, kostengünstige Kontaktierung gegeben. Es ist erforderlich, alle Netze zu kontaktieren, um ein sicheres Guardingverfahren zu gewährleisten. Guarding heißt, dass gewisse Knoten innerhalb der Schaltung stromlos gemacht werden, parasitäre Belastungen, die resistiv, kapazitiv oder induktiv sein können, nicht auftreten können, sodass eine sichere Bauteilprüfung ohne Beeinflussung der Schaltungsumgebung möglich wird.
Prüfadapter führen den Prüfling (die elektronische Flachbaugruppe) exakt über Fangstifte und drücken ihn über Niederhalter auf die gefederten Kontaktstifte. So wird die Kontaktierung hergestellt. Der Vakuumadapter ist seit ca. 3 Jahrzehnten im Einsatz und hat den Nachteil, dass er extrem kostenintensiv ist, und zwar bedingt durch das Grundkonzept, das neben dem eigentlichen Adapter ein komplettes Vakuumpumpsystem mit dem notwendigen Rohrleitungssystem, dem schallgeschützten Vakuumpumpenraum und den notwendigen wartungsintensiven Intervallen voraussetzt. Ein weiteres Problem des Vakuumadapters liegt in der Anfertigung, dem Erhalt der Dichtungslippen über die Jahre, die sehr kostenintensiv sind und im Umgebungslicht, das auch UV-Strahlen enthält und aushärtet. Die gefederten Kontaktstifte werden bei Vakuumadaptern besonders stark verschlissen, da durch die Luftbewegung an den Bohrungen, in denen sich die gefederten Kontaktstifte befinden, eine sehr hohe Luftgeschwindigkeit entsteht, was zur Folge hat, dass sich der Abrieb der Baugruppe, aber auch Raumverschmutzung in die Hälse der gefederten Kontaktstifte ablagert. Damit wird die Lebensdauer der gefederten Kontaktstifte gegenüber dem Normalbetrieb auf weniger als 50 % reduziert. Da wir auch bei Vakuumadaptern kapazitive Probes für SMD-Lötfehlertest und Polaritätstest benötigen, ist die frühere Zugänglichkeit der Prüflingsoberseite leider auch kein Vorteil mehr.
Der Niederhalteradapter, ob manuell oder pneumatisch, basiert darauf, dass der Prüfling mit Niederhaltern, d.h. Andruckkonen, auf die Prüfstifte gedrückt wird. Diese Andruckkonen sollten so platziert werden, dass möglichst geringfügige Verformungen bei der zu prüfenden elektronischen Flachbaugruppe entstehen.
Die von uns entwickelten Prüfadapter haben den Vorteil, dass eine Grundeinrichtung, ob sie nun manuell oder pneumatisch bedient wird, eine Art von Schublade (Nadelbett) beinhaltet, die für jede Prüfaufgabe individuell mit den entsprechenden Niederhaltern erstellt wird. Wir haben dabei Sorge getragen, dass die individuelle Schublade mit den gefederten Kontaktstiften, den Fangstiften zur Positionierung der Baugruppe, der entsprechenden Verdrahtung mit den Steckern so kostengünstig und so einfach wie möglich erstellt werden kann. Durch unser einmaliges Konzept wird der Prüfadapter mit seiner Mechanik nur einmal investiert; dann kann je nach Anzahl der Prüflinge die individuelle Lösung für die Kontaktierung der elektronischen Flachbaugruppe erstellt werden. Bisher waren die typischen Zahlen für die Erstellung eines Prüfadapters mit 4.000 bis 12.000 Euro durchaus akzeptabel, vorausgesetzt die entsprechende Stückzahl war gegeben. Tatsächlich belaufen sich in Deutschland die Losgrößen und deren Stückzahlen allgemein in den Größenordnungen zwischen 100 bis zu 500 Einheiten . Die o.g. Adaptionskosten proportional zu den Stückzahlen liegen vollkommen außerhalb der Wirtschaftlichkeit; daher waren allgemein Incircuitlösungen nur für große Stückzahlen wirtschaftlich.
Dank unseres Adapterkonzeptes von bereits 6 Adaptern, das wir jetzt mit 4 weiteren neuen Modellen abgerundet haben, sind die Kontaktierung und damit die Kosten für den Incircuittest um mehr als den Faktor 10 reduziert worden. Selbst Losgrößen von 50 Baugruppen lassen sich mit unserem Konzept sicher kontaktieren und dank der geringen Kosten wirtschaftlich testen.
Unser Adapter Typ 145 benutzt die Standardschubladengröße 360 x 230 mm (Adaptergröße) unserer bisherigen Prüfadapter der Typen 40, 42 und 45, während die Adaptertypen 125 und 105 die Größen von 198 x 180 mm bzw. 92 x 180 mm benutzen. Die von uns gelieferten Adapter wurden natürlich besonders für unsere Testsystemfamilie der Multifunktionstester ATS-MFT 480, ATS-MFT 500, ATS-KMFT 470, ATS-KMFT 670 und ATS-PCMFT 620 optimiert. Sie können aber über Kabel mit jeder beliebigen Prüfeinrichtung verbunden werden, um auch für Ihre Testlösung eine optimale Adaption darzustellen. Die drei Adaptertypen 145, 125 und 105 sind besonders kostengünstig und können neben der allgemeinen Baugruppentestung auch für die Programmierung von FlashRAMs oder PIC-Prozessoren auf kompletten Baugruppen genutzt und mit Hilfe von Programmern, die heute bereits extrem kostengünstig auf dem Markt angeboten werden, programmiert werden. Eine andere Besonderheit ist unser Zweikammerprüfadapter Typ 46D. Er nutzt die Standardschublade, die auch für die Serien 40 bis 45 und 145 verwendet wird, um zwei Baugruppen im Europakartenformat nahezu ohne Zeitverlust in zwei Kammern vorzubereiten und zu testen. Damit wird das Handling um einige Sekunden reduziert und der Durchsatz in der Produktion erhöht.
Erstellung des Prüfadapters
Seit etwa 12 Jahren bieten wir ein Adapterbohrzentrum an, das es mit geringstem KnowHow und Erfahrungshintergrund ermöglicht, Prüfadapter (Prüfadapterschubladen) in Ihrem eigenen Haus in typisch 3-5 Stunden zu erstellen. Dazu müssen mit Hilfe der von uns gelieferten Gerberaufbereitungssoftware die Bohrdaten für den Adapter erstellt, der Prüfadapter (Adapterschublade) gebohrt und im selben Prozess die gefederten Kontaktstifte gesetzt, die sich bereits in einer Hülse mit WireWrap-Pfosten befinden und mit hoher Präzision durch das Adaptererstellungssystem eingedrückt werden. Dann wird der Adapter mittels WireWrapping verdrahtet. Erfahrungsgemäß dauert der Prozess der Übernahme der Gerberdaten, das Übereinanderlegen der verschiedenen Lagen und die Orientierung dieser Lagen mit der entsprechenden Berechnung zwischen 5 und 15 Minuten. Nach der Bearbeitung mit der Software entsteht nicht nur das Bohrprogramm für den Adapter, sondern auch noch eine grafische Fehlerortung auf dem Bildschirm, sodass eine Fehlerortung vollgrafisch unter Anzeige der elektronischen Flachbaugruppe, der entsprechenden Leiterbahn bei Kurzschluss und Unterbrechung oder die Markierung des entsprechenden Bauteils mit einem Fadenkreuz möglich ist.Falls kein Adapterbohrzentrum vorhanden ist, kann die Adapterplatte auch beim Leiterplattenhersteller gebohrt werden.
Eine dezentrale Reparaturstationssoftware, die für die Reparatur auf einen PC aufgespielt wird, ermöglicht unter Eingabe des Baugruppentyps und seiner Seriennummer die grafische Darstellung aller Fehler und ermöglicht so die dezentrale Instandsetzung der Baugruppe.
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© 01.12.2003
