Wirtschaftliches Testen von elektronischen Flachbaugruppen, Modulen und Hybriden
Nachdem es bis heute nicht möglich ist, fehlerfrei elektronische Flachbaugruppen, Hybride und Module zu fertigen, ist es notwendig, 100 % aller Baugruppen zu prüfen. Die meisten Fehler, die bei der Fertigung entstehen, und zwar über 80 %, entstehen durch schlechte Layouts, die zu Lötfehlern und natürlich zu Bestückungsfehlern führen, gerade bei Baugruppen, die noch handbestückt werden. Ein weiterer Grund für diese Defekte sind ESD-Defekte, zu scharfes Biegen von Bauelementen, die schließlich beim Lötprozess die Bauelemente zerstören, durch falsche Lagerung von Bauelementen, z.B. Chipwiderständen, welche die Eigenart haben, Wasser aufzunehmen und dann während des Lötprozesses verschwimmen, sich aufstellen oder sogar platzen. Viele Fehler könnten also bereits vermieden werden, da wir aber den Menschen mit seinen idealen Fähigkeiten, aber auch seinen Schwächen, immer mit einbinden müssen, ist diese Art von Fehlern wohl unvermeidbar.
Es gibt verschiedene Testmethoden, den Incircuittest, den Funktionstest, den optischen Test. Alle drei Testmethoden haben ihre Vorteile und sind durch nichts, aber auch wirklich gar nichts zu ersetzen. Es werden immer wieder Kosten aufgeführt und damit begründet, dass diese oder jene Testart nicht gewählt werden sollte, weil sie zu teuer ist.
Testsysteme, die über einige Jahrzehnte unseren Markt bevölkern und Tests ermöglichen, welche mehr oder weniger nicht bezahlbar und daher unwirtschaftlich sind:
Die Testsysteme, die sich in vielen Firmen befinden und genutzt werden, binden hochqualifiziertes Personal und verursachen so Kosten und Aufwendungen, die bei den typischen Stückzahlen unwirtschaftlich sind. Das ist über mehrere Jahrzehnte geduldet worden und hat den Preis der Endprodukte unnütz erhöht. Ein weiterer Fehler hat sich in den letzten Jahrzehnten eingeschlichen, und zwar die separate Testung für den Incircuittest und den Funktionstest. Infolgedessen wurden separate Prüf- und Testbereiche aufgebaut, die die komplette Infrastruktur hatten und trotzdem nebeneinander funktioniert und damit nochmals die Kosten erhöht haben.
In meiner langjährigen Tätigkeit in diesem Bereich habe ich die Erfahrung gemacht, dass für Prüfkosten im Incircuit-, Funktions- und optischen Test für die Wirtschaftlichkeit und Kostendeckung bei der Herstellung elektronischer Flachbaugruppen, Module und Hybride eine gewisse Schmerzgrenze existiert. Die Prüfkosten sollten auf keinen Fall 10 % der Material- und Lohnkosten des zu prüfenden Objektes überschreiten. Wenn Sie jedoch zurückblicken und die eingesetzten Testsysteme sehen, werden Sie ein Vielfaches dieser Kosten feststellen, mit anderen Worten, es wurde durch unsensibles Verhalten das Geld zum Fenster hinausgeschmissen.
Wirtschaftliche Testmethoden
Der Incircuittest hat einen der höchsten Wirkungsgrade und damit auch die beste Abdeckung von bestimmten Fertigungsfehlern. Der Incircuittest erlaubt die Fehlerortung fast punktgenau bei Kurzschlüssen, Fehlbestückungen, fehlenden Bauteilen und defekten Bauteilen. Grafische Fehlerortung auf dem Bildschirm oder dezentralen Reparaturstationen ist dabei eine wichtige Hilfe, Zeit und damit Kosten einzusparen. Der optische Test, der besonders für den Bereich elektromechanische Bauteile notwendig ist, kann visuell mit Hilfe des Bestückers oder auch unter der Verwendung von AOI-Systemen vorgenommen werden. Voraussetzung ist, dass die AOI-Systeme auch elektromechanische Bauteile prüfen können, was zu 90 % nicht der Fall ist. Die meisten Geräte kümmern sich nur um Bauteilbestückung R, L, C und die wichtigste Aufgabe, die eigentliche Stärke des optischen Tests, wird einfach übergangen und führt natürlich zu Fehlern, welche auch im Funktionstest nicht erkannt werden können. Um AOI-Aufgaben kostengünstig zu lösen, stehen in unserer Adaptertechnik Fühlstifte zur Verfügung, die mechanische Fehlbestückungen ertasten und ein elektrisches Signal erzeugen um anzuzeigen, dass grobmechanische Defekte vorliegen. Für den eigentlichen Bauteil-Bestückungstest (RLC) gibt es eine Einfachmethode, welche die meisten AOI-Systeme überflüssig macht: Man bringt unter jedes dieser elektrischen Bauteile einen farbintensiven orangen Druck auf, welcher durch das Bauteil abgedeckt wird. Im Fehlerfall, d.h. bei fehlenden Bauteilen, lässt das sofort den Farbpunkt erkennen, sodass auch das wenig geübte und sogar ermüdete Auge während des Handlingprozesses den Fehler erkennt. Doch zurück zur optischen Erkennung - Die meisten Fehler treten bei elektromechanischen Bauteilen wie Stecker, Relais, Transformatoren, Optokopplern usw. auf, welche rotiert eingesetzt werden können und dann zu Defekten führen. Über die Hälfte dieser Defekte können innerhalb des Incircuittests erkannt werden, die andere Hälfte kann durch Fühlstifte ertastet werden. Nach diesen beiden Tests ist es unerlässlich, noch einen Funktionstest durchzuführen, der die Grundfunktion der Baugruppe sicherstellt. Nachdem jedoch ein umfassender Incircuit- und optischer Test vorausgegangen ist, kann dieser Funktionstest auf die wesentlichen Dinge reduziert werden.
Theoretisch sollte eine gut entwickelte Baugruppe, Modul oder Hybrid nach erfolgreichem optischem, Incircuit- und Funktionstest funktionsfähig sein. Die Praxis zeigt uns jedoch, dass das bei 25 - 30 % der Baugruppen leider nicht der Fall ist und ein Funktionstest notwendig wird. Diese drei Testmethoden sind nach typischer Ingenieurskunst so teuer und so aufwändig wie möglich gestaltet worden. Infolgedessen wurden über 30 % aller gefertigten Baugruppen, Module und Hybride nie getestet, sondern einfach dem Markt oder der weiteren Fertigungsinstanz übergeben. Weitere 30 % der vorgenannten Teile wurden wenigstens optisch inspiziert, aber immer noch nicht getestet. Weitere 28 % werden durch selbstgebaute Funktionstesthilfsgeräte geprüft, welche eine Fehlerabdeckung von 30 bis 60 % erlauben, extrem kostenintensiv sind und absolut keine Sicherheit vor Fehlbestückungen und weiteren Funktionsschwächen haben. Tatsache ist, dass nur 12 % aller Baugruppen in unserer heutigen Zeit wirklich ausreichend getestet werden und dass bei der heutigen Produkthaftung, die seit 1990 Gültigkeit hat, 88 % der Hersteller in den Bereich der groben Fahrlässigkeit geraten und für ihre Produkte, die sie mehr oder weniger ungeprüft in den Markt gebracht haben, voll haftbar werden.
Wirtschaftliche Testsysteme
Da wir seit vielen Jahren Marktanalysen machen und wissen, dass über 77 % aller Firmen, die Elektronikfertigung betreiben, mit einer Typenvielfalt zwischen 50 und 500 verschiedenen Typen bei Stückzahlen zwischen 3 Stück und 5000 Stück und Fertigungslosen zwischen 200 und 400 arbeiten, haben wir für diese besondere Gruppe Testlösungen entwickelt, die von der Investition her und vor allen Dingen von der Adaption und Programmerstellung für den Incircuittest und Abfühlen von Bestückungsfehlern im elektromechanischen Bereich sowie den Funktionstest bezahlbar sind. Das hat zur Folge, dass wir selbst die in Deutschland üblichen Kleinserien wirtschaftlich testen können, wobei Adaption und Programmkosten auf keinen Fall 10 % des Prüflings überschreiten. An Prüfschärfe stehen wir den historischen, weit überpreisten Testsystemen in keinem Fall nach, im Gegenteil, die Prüfschärfe ist höher, die Genauigkeit ist besser und die Testgeschwindigkeit größer. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Erstellung der Prüfprogramme für den Incircuit- und den Funktionstest zu 80 % von Facharbeitern bewerkstelligt wird und nicht von Informatikern oder Ingenieuren mit Informatikkenntnissen.
Adaptions- und Programmierkosten
Das Prüfen mit Testsystemen erfordert die Kontaktierung des Prüflings. Das erfolgt im Funktionstest in den meisten Fällen über Steckerleisten, im Incircuittest und Teilen des Funktions-Clustertests über Prüfadapter, die mit gefederten Kontaktstiften ausgestattet sind, um die Kontaktierung zum eigentlichen Testobjekt herzustellen. Diese Aufgaben wurden gerade im Incircuittest über Jahrzehnte mit typischen Kosten zwischen 4.000 bis zu 15.000 Euro pro Prüfadapter gelöst. Bei unserer heutigen wirtschaftlichen Lösung werden für dieselbe Aufgabe in den meisten Fällen nicht einmal 500 Euro benötigt, um eine sichere und zuverlässige Kontaktierung zu ermöglichen. Die Testprogramme für den Incircuittest wurden bei den meisten Testsystemen wochen- sogar monatelang von Ingenieuren erstellt, während wir heute in wenigen Stunden, selten über einen halben Tag die Programmerstellung für den Incircuittest vornehmen. Der nachfolgende Funktionstest, welcher auf unseren Testsystemen zum Standard gehört, reduziert das Handling und die ganze Infrastruktur, die früher bei vielen Firmen der separate Funktionstest hatte. Je nach Komplexität der Baugruppe benötigen wir nach unseren Erfahrungen typisch 1 bis max. 2 Tage, um diese Tests durch einen Facharbeiter zu erstellen. Die Kosten dafür können Sie sich selber ausrechnen und es wird Ihnen erlauben, selbst Kleinserien unter 100 Stück zu testen. Die neuen Technologien wie analog, Leistungselektronik, Impulstechnik sowie Logik bis hinunter in den 1,4 V-Bereich und bis auf 30 V im oberen Bereich mit Mikroprozessortest sind eine Selbstverständlichkeit. Das Laden von Flash RAMs oder das Programmieren von PIC-Prozessoren sind genauso möglich wie das Stimulieren und Auswerten beliebiger Feldbussysteme. Dezentrale Reparaturstationen ermöglichen die Instandsetzung der Baugruppen und die zentrale Verwaltung von Testprogrammen oder Prüfergebnissen auf Servern. Nachdem unsere kombinierten Incircuit-Funktionstestsysteme bereits ab weniger als 20.000 Euro erhätlich sind, ist der Einsatz von Incircuittestsystemen nach der SMD-Bestückung und Lötung extrem sinnvoll und kostengünstig, da bereits nach typisch 5 Einheiten nach der Bestückung bereits Fehler des Bestückungssystems oder des Lötsystems erkannt werden. Die notwendige Adaptererstellung kann in wenigen Stunden erfolgen und so mit Kosten von weniger als 500 Euro in kürzester Zeit realisiert werden.
Zusammenfassung
Dank unserer 37-jährigen Erfahrung ist es uns gelungen, ein Prüfkonzept zu erstellen, welches optimal für den deutschen Markt geeignet ist, welches die Time-to-Market für Adapter und Prüfprogrammerstellung innerhalb eines Tages ermöglicht und mit durchaus bezahlbaren Investitionskosten eine Qualität ermöglichen, die ihresgleichen sucht. Mit über 1500 Systemen haben wir den Beweis erbracht, dass wir die richtige Philosophie verfolgen und nachdem die Hälfte aller Produkte, die in Deutschland gefertigt werden, über unsere Systeme geprüft wird, haben wir bewiesen, dass wirtschaftliches Testen nicht nur die Kosten reduziert, sondern gleichzeitig auch die Qualität der Produkte verbessert.
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© 31.01.2003
