Testsysteme für elektronische Flachbaugruppen, Module und Hybride
Aufgrund ihrer großen Stückzahlen ist die Automobilindustrie einer der Vorreiter in Sachen Qualität. Hier hat sich der Qualitätsgedanke von der Mechanik her entwickelt und obwohl dort kaum noch Fertigungsfehler auftreten, werden die Teile eingehend geprüft. Deshalb ist auch die Elektronikfertigung in ähnlicher Form gefordert, damit später keine Ausfälle auftreten.
Auch die elektronischen Bauteile müssen den Parameter Außenmaße erfüllen, aber je nach Bauteil sind die Anforderungen wesentlich höher. Bis vor 10-15 Jahren wurde bei elektronischen Bauteilen noch eine sehr eingehende Wareneingangsinspektion betrieben, heute dagegen werden nur noch wenige Bauteile vor dem Einbau in elektronische Flachbaugruppen und Hybride geprüft. Die meisten Bauteile werden erst nach erfolgreicher Bestückung geprüft und dann die Fehler festgestellt und das ist nicht der Idealweg. Da wir heute Prüfwerkzeuge wie Automatische Optische Inspektion AOI, Incircuittest, Boundary Scan und Funktionstest haben, sollten für ein Optimum an Sicherheit möglichst alle diese Testarten eingesetzt werden.
Da seit 1990 das Produkthaftungsgesetz für uns alle in Europa verbindlich ist, stellt sich nicht mehr die Frage, welches Testsystem man benutzt: Jeder Hersteller von elektronischen Flachbaugruppen muss sie so herstellen, dass später weder Mensch noch Sache zu Schaden kommen und dazu müssen die heute üblichen Testverfahren eingesetzt werden. Der Incircuittest und der Funktionstest ist also mehr oder weniger ein Muss, denn sonst können trotz eines erfolgreichen Funktionstests Bestückungsfehler vorhanden sein, die früher oder später zu Ausfällen führen. Wird dann im Schadensfall nachgewiesen, dass Bestückungsfehler vorliegen und es wird nicht nachgewiesen, dass ein Incircuittest erfolgt ist, ist der Tatbestand der groben Fahrlässigkeit gegeben und der Hersteller muss für die Schäden an Mensch oder Sache voll aufkommen. AOI- und Boundary Scan-Test sind Testverfahren, die zum großen Teil, außer der Lötqualität, bereits durch den Incircuit- und Funktionstest abgedeckt werden.
Die Prüfung einer elektronischen Flachbaugruppe, eines Hybrids oder eines Moduls mit Hilfe des Incircuittests und des Funktionstests ist also zwingend notwendig. Mit den o. g. Testverfahren werden bestenfalls 97 % der Fehler gefunden; 100 % sind erfahrungsgemäß nur im Traum jedes Qualitätsverantwortlichen oder bei einem tüchtigen Verkäufer möglich. Da Fehlerraten von 2 % bis zu 40 % üblich sind, müssen 100 % aller hergestellten Baugruppen, Hybride und Module getestet werden.
Natürlich klingt es von vorneherein sehr aufwändig, diese beiden Testmethoden einzusetzen, über die Jahre hat es sich jedoch herauskristallisiert, dass die beiden Testmethoden, die die Adaption des Prüflings voraussetzen, heute durchaus wirtschaftlich machbar sind, um Fertigungsprobleme und defekte Bauteile zu erkennen.
Der Incircuittest
Im Incircuittest werden die Leiterbahnen auf Kurzschlüsse und Unterbrechungen überprüft und im Bauteiltest, ob die Bauteile im richtigen Wert in der richtigen Richtung am richtigen Platz positioniert wurden. Mit dieser Testmethode werden typisch 90 % der Fehler erkannt. Wenn dann noch ein Testsystem wie das ATS-KMFT 670 von REINHARDT eingesetzt wird, lassen sich diese Fertigungsfehler vollgrafisch auf dem Bildschirm oder optional auf dezentralen Reparaturstationen anzeigen. Dazu muss der Prüfling mit Hilfe eines Prüfadapters ein- oder beidseitig mit gefederten Kontaktstiften kontaktiert werden. Diese Adaption stellen wir ebenfalls her - mit individuellen Kosten für jede zu testende Baugruppe zwischen 300 und 600 Euro, bei beidseitiger Kontaktierung das Doppelte. Diese Adaptionen können mit unserem Bohrzentrum erfahrungsgemäß auch ohne große mechanische Kenntnisse in 3-5 Stunden selbstständig im eigenen Haus erstellt werden.
Der Funktionstest
Der Funktionstest setzt ebenfalls eine Kontaktierung voraus. Zu 90 % kann dafür schon die Incircuitadaption genutzt werden, in die für die Funktionsadaptierung noch 10-30 weitere Verbindungen eingebaut werden müssen. Im Funktionstest wird der Prüfling mit den entsprechenden Betriebsspannungen versorgt und die Stromaufnahme jeder dieser Quellen überprüft. Danach werden die Fest- und Referenzspannungen gemessen. Dafür werden die für den Incircuittest verdrahteten gefederten Kontaktstifte genutzt. Die Baugruppe wird initialisiert, d. h. in einen Grundzustand gebracht, sodass man von hier aus schon die entsprechenden Ausgänge und Signale mit den Messeinheiten für Gleichstrom, Wechselstrom, Gleichspannung, Wechselspannung, Spitzenspannung, Frequenz, Perioden, Anstiegszeit, Abfallzeit, Pulsbreite, Tastverhältnis, Laufzeiten zwischen zwei Kanälen, Phasenmessung usw. abmessen kann. Anschließend werden die Eingangssignale stimuliert, das können Spannungen, Ströme, Wechselspannungen, Wechselströme, Frequenzen, Impulse, serielle und parallele Daten sein. Diese Signale sind standardmäßig in unserem Testsystem vorhanden und können mit den Stimulierungsmatrixkarten an die jeweiligen Eingänge verschaltet werden. Bei Änderung der Eingangssignale entsteht auf jeden Fall eine Änderung an den Ausgangssignalen, die man zeitecht messen kann. Für den zu ermessenden Parameter lassen sich symmetrische oder asymmetrische Grenzen setzen und die Messungen innerhalb dieser Grenzen durchführen. Falls die Grenze überschritten wird, wird das als Fehler dargestellt oder abgespeichert. Im beigefügten Blockschaltbild finden Sie die Quellen, Stimulierungsmatrix, Messmatrix und Logikkanäle parallel oder seriell.Es gibt eine Reihe von Testsystemen, die eine sehr umfangreiche Software anbieten mit so gut wie jeder Möglichkeit, die Programme zu erstellen. In unserem Haus fließen mehr als 40 Jahre Prüferfahrung in unsere Testsysteme ein. Wir verwenden deshalb im Incircuittest wie im Funktionstest eine Oberflächensoftware, die unsere ganzen Erfahrungswerte beinhalten: die ganzen Schaltaufgaben bzw. Quellenprogrammierung, die Möglichkeiten von Feldbussystemen wie CAN-Bus, Profibus, LIN-Bus, K-Bus, COM usw. Externe Stimuli- und Messgeräte können über IEC- oder IEEE-Schnittstelle genauso eingebunden werden wie über RS232, USB2 oder Ethernet-Schnittstelle. Diese Möglichkeiten sind teilweise standardmäßig vorhanden oder können für bestimme Aufgaben optional eingebunden werden. Da der Incircuittest mehr oder weniger bei allen Baugruppen in ähnlicher Form durchgeführt wird, haben wir Automatismen entwickelt, um z. B. die Pinkontaktprüfung in wenigen Sekunden automatisch zu generieren. Auch Kurzschluss- und Unterbrechungstest wird in wenigen Sekunden automatisch generiert. Das trifft auch für den SMD-Lötfehlertest für FinePitch-ICs zu. Wenn die Bauteilliste (BOM - Bill of Materials) in unser Gerät eingegeben wird, lässt sich das komplette Programm in weniger als einer Stunde automatisch generieren. Diese Prozesse können jederzeit auch von Hand erfolgen und jeder einzelne Wert lässt sich noch verändern. Für das Ablernen von Messwerten im Funktionstest stehen ebenfalls Automatismen zur Verfügung, sodass nur die Signale eingegeben werden müssen. Dann können die ermessenen Werte mit den Grenzwerten auch vollautomatisch erlernt werden. Auch hier kann jederzeit manuell eingegriffen werden. Unsere Testsystemphilosophie basiert nicht nur auf einem niedrigen Investionspreis, sondern vor allen Dingen auf niedrigen Adaptions- und Programmierkosten. Hier sind wir absolut wettbewerbslos: Die Programmierarbeiten können von jedem Facharbeiter mit Elektronikausbildung und Erfahrung in der WINDOWS-Bedienung in typisch 7 Stunden erlernt werden und dann erfahrungsgemäß Incircuit- und Funktionstestprogramme in 1 bis max. 2 Arbeitstagen erstellt werden.
Wie bereits erwähnt, steht eine ganze Reihe von Testsystemen zur Verfügung, welche in C++, Visual Basic und LabView programmiert werden. Diese sind extrem flexibel, was wir in keiner Form in Frage stellen möchten. Allerdings sind der Programmieraufwand, Änderungen, Protokollierungen, Datenübergabe, Statistik und Nutzung von dezentralen Reparaturstationen mit extrem hohem Aufwand verbunden, wenn erst alles aufwändig erstellt werden muss und Schulungen nur sinnvoll sind, wenn diese Software nahezu täglich genutzt wird. Bei unseren Kunden werden typisch bis zu 30 neue Programme pro Jahr erstellt, das bedeutet max. 60 Tage Programmieraufwand ohne eine Softwareschulung wie bei der o. g. Software, denn mit unseren Assistenten können Sie sich beim Programmerstellen selbst nach Jahren noch durch unsere Software führen lassen.
Service wird auch nach der Garantie noch innerhalb von 24 Stunden gewährt und heißt bei uns nicht, dass eine Reaktion erfolgt, sondern dass das Testsystem wieder voll einsatzfähig ist. Wenn bei den Testsystemen, die mit C++, Visual Basic und LabView arbeiten, überhaupt ein Service existiert, ist er bestenfalls in 2-3 Wochen zu erwarten. Da wir bis auf Rechner, Maus, Drucker und Bildschirm nur Eigenprodukte verwenden, ist die Verfügbarkeit binnen 24 Stunden auf jeden Fall gewährleistet, während Testsysteme, die aus diversen Messgeräten bestehen, nur den Service der Hersteller dieser Messgeräte bieten können und der liegt in der Regel zwischen 4-8 Wochen. Bei Karten im LabView-Bereich sind 4-12 Wochen keine Seltenheit.
Es ist schon ein großer Vorteil, wenn man mit einem Testsystempartner zusammenarbeitet, dessen Testsysteme kontinuierlich auf die neuesten Prüftechnologien erweitert werden, dazu gehört natürlich die Betriebssoftware. Auch die Instandsetzung des Testsystems innerhalb von 24 Stunden auch noch nach 15 Jahren ist ein wichtiges Argument, ebenso die Schulung des Programmier- bzw. Anwenderpersonals zu jedem Zeitpunkt auch noch nach 15 Jahren nach einem Personalwechsel etc. Sie sehen also, dass ein Partner für Incircuit- und Funktionstestsysteme mit eigenem Adaptionskonzept, mit Beratung bei neuen Projekten, mit Reparatur und Weiterbildung der Mitarbeiter die richtige Lösung ist.
Alle genannten Preise verstehen sich als Nettopreise zuzüglich gesetzlicher Mehrwertsteuer.
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© 22.07.2008
