Auch Stecker brauchen Prüfung

Bei der Herstellung elektronischer Flachbaugruppen ist es erfahrungsgemäß notwendig, die Baugruppen zu testen, denn es sind durchaus Fehlerraten zwischen 2 Prozent und 40 Prozent zu erwarten. Nachdem heute viele Baugruppen nicht mehr typisch als Europaformat mit einem oder zwei Steckern oder als Doppeleuropaformat mit zwei und mehr Steckern ausgeführt sind, werden jetzt die Stecker oftmals vertikal auf der Baugruppe platziert. Die Flachbaugruppen sind fast zur Hälfte vieleckig, rund oder halbrund geformt, weshalb Adapter mit gefederten Kontaktstiften notwendig sind. Oft soll natürlich auch noch der Stecker selber getestet werden. Dann muss ein Teststecker mit Flachbandkabel vom Adapter zum Prüfling verbunden werden. Diese Methode ist leider sehr problematisch, da die meisten Stecker, die mit der Flachbaugruppe verbunden werden, nicht für Steckzyklen von mehreren hundert Steckvorgängen konstruiert sind. Auch die Flachbandkabel haben ihre Probleme und so werden in den meisten Fällen Nadeladapter vorgezogen, die viele tausend Kontaktierungen ermöglichen.

Praktische Adapterschublade

Bei Reinhardt System- und Messelectronic kommt der eigene Adapter „Typ 42″ zum Einsatz. Besonderheit dabei ist eine Adapterschublade mit vier bis 16 VG-Leisten, in den letzten Jahren hauptsächlich mit 96 Pins, für die Kontaktierung zwischen dem Testsystem und der Adapterschublade. Bei diesem Adaptersystem befinden sich immer noch Flachbandkabel mit Steckern zwischen der Testsystemschnittstelle und der Adapterschublade. Diese haben den Nachteil, dass Übergangswiderstände, Übersprechen, Induktivitäten und Kapazitäten entstehen, die das Messergebnis beeinflussen können.

Bild 1: Der manuelle Prüfadapter Typ 242 ist für die beidseitige zweistufige Kontaktierung konzipiert. Reinhardt

Beim neuen Adapterkonzept, dem Typ 242 (Bild 1), wird die Verbindung zwischen Adapter und Testsystem ohne jede Zwischenkabel direkt ausgeführt: Dabei wird die Schnittstelle mit meist 96-poligen VG-Leisten direkt am Ausgang der Karten kontaktiert, so dass keinerlei Kabelverbindungen zwischen der Adapterschublade und dem Testsystem liegen. Wir wissen, dass genügend Relais auch innerhalb unseres Testsystems gewisse Widerstände erzeugen können, die besonders bei langer Einsatztätigkeit des Testsystems entsprechende Widerstände aufbauen, die unter Umständen sogar zu Fehlmessungen oder Toleranzen führen können. Durch den neuen Adaptertyp 242 ist die Adapterplatte bereits mit bis zu 18 Adaptersteckern mit jeweils bis zu 96 Pins direkt verbunden, um so Übergangswiderstände und ähnliches zu verhindern. Von den Steckern der Adapterverbindung werden über Wire-Wrap-Verbindungen die einzelnen Testpins für Stimulierungs- und Messaufgaben im Bereich Incircuit- und Funktionstest übergeben. Die klare Bündelung dieser Verkabelung hat den Vorteil, dass keine Veränderung durch die Adapterverdrahtung in das Testergebnis eingeht und eine optimale Messgenauigkeit oder Prüfgenauigkeit möglich ist.

Mechanik des Prüfadapters

Nach dem Wartungsplan sollen nach jeweils 15.000 Kontaktierungen beziehungsweise sechs Monaten nur wenige Tropfen Öl an die Drehpunkte (Lagerbronze) aufgetragen werden, dann sind auch über 1 Mio. Kontaktierungen mit geringstem Verschleiß möglich. Die Erfahrung lehrt, dass in der Elektronikfertigung respektive dem Prüffeld ein Wartungsplan kaum Beachtung findet. Dem Rechnung tragend hat Reinhardt bereits vor zwölf Jahren alle vier Säulen-Präzisionsadapter modifiziert und alle Gelenke mit wartungsfreien Kugellagern ausgestattet.

Das Bohrcenter AAE-CNC 2 hat eine Genauigkeit ≤ 0,02 mm. Beim Bohren kann der Bohrer verlaufen, was zu einer weiteren Ungenauigkeit von 0,03 mm führt. Auch beim Einpressen der Hülse beträgt die Toleranz bis zu 0,03 mm. Die Fangstifte ermöglichen die Führung des Prüflings mit der hohen Genauigkeit von 0,05 mm und resultieren in weiteren maximal 0,03 mm Toleranz. Bei den gefederten Kontaktstiften kann, obwohl die 1/10-Zoll-Nadel einer der robustesten Kontaktstifte ist, ein Taumeln bis zu 0,15 mm auftreten. Die Toleranz der eigentlichen Platine (Prüfling) kann noch einmal mit 0,10 mm zu Buche schlagen, so dass im Extremfall mit 0,38 mm Toleranz zu rechnen ist. Wird der gefederte Kontaktstift durch eine Führungsplatte geführt, werden verschiedene Toleranzen wie etwa das Taumeln reduziert, dadurch beträgt die maximale Fehlersumme nur noch 0,26 mm (in eine Richtung).

Adapter für die beidseitige Kontaktierung

Generell sind alle Adapter von Reinhardt für die beidseitige Kontaktierung konzipiert: Für die Kontaktierung von oben können Nadelfelder auch von oben auf den Prüfling abgesenkt werden. Eine beidseitige Kontaktierung ist aber in Bezug auf die Genauigkeit immer schlechter als eine einseitige Kontaktierung. So ist es auf jeden Fall von Vorteil, bei der Konstruktion der Baugruppe möglichst auf einseitige Kontaktierung zu planen und für die Kontaktierung von oben Durchsteiger (Durchkontaktierungen) zu nutzen, um die Kosten für den Adapter und die Kontaktierung zu reduzieren und dadurch die Genauigkeit zu verbessern. Sollte jedoch aus bestimmten Gründen eine beidseitige Kontaktierung verwendet werden, sorgen vier Präzisionsbuchsen der oberen Platte während des Absenkprozesses für eine Präzision von wenigen Hundertsteln Millimetern bei der Kontaktierung von oben.

Eine Schwachstelle ist der gefederte Kontaktstift (Prüfnadel), der ein gewisses Taumeln bis zu ±0,15 mm verursacht. Auch das birgt die Gefahr, die Genauigkeit der Kontaktierung zu verschlechtern. Wenn es Baugruppen erforderlich machen, das Taumeln der Kontaktstifte noch zu reduzieren, kann zum Verbessern der Genauigkeit eine Führungsplatte verwendet werden, die nur wenige hundertstel Millimeter genau den Stift führt und unter anderem das Problem des Taumelns stark reduziert. Mit Hilfe unseres Bohrcenters kann diese Führungsplatte vollautomatisch erstellt werden. Sie schützt darüber hinaus die Adapternadeln und macht so die Adapterschublade sicherer. Bei Adapterschubladen mit entsprechend großen Prüfflächen (0,8 mm und größer) ist eine solche Führungsplatte nicht notwendig und kann eingespart werden.

Durch das Kniehebelkonzept des Adapters lassen sich selbst Adaptionen bis zu 1000 Nadeln mit einer Hand und mit geringem Kraftaufwand schließen, während marktübliche Produkte meistens mit zwei Händen und hohem Kraftaufwand geschlossen werden beziehungsweise mit viel weniger Prüfnadeln versehen sind. Natürlich ist es möglich, auch von allen Seiten zu kontaktieren, also in der Waagrechten, so dass etwa Sub-D-Stecker geprüft werden können. Die eigentliche Adapterschublade aus FR4- oder CEM1-Compositematerial ist relativ preiswert und wird bereits vorgebohrt geliefert. Wird dann das dazugehörige Steckerblech an der Adapterschublade befestigt, entstehen nur geringe Kosten, denn das Bohren und Setzen der Stifte oder Fangstifte ist eine kostengünstige Angelegenheit und ermöglicht so die Adaption zwischen 400 und 800 Euro. Außerdem stehen auch bereits fertig verdrahtete 64- oder 96-polige Steckerleisten, die bereits an allen Pins Wire-Wrap-Drähte haben. Auch die Verdrahtung für den In-Circuit-Test, bei dem im Vergleich zum Funktionstest viele Nadeln verwendet werden, ist rasch und kostengünstig möglich.

Nutzung von Adapterzubehör

Bild 2: Das Prinzip des Niederhalteradapters Typ 242: Durch das Kniehebelkonzept des Adapters lassen sich selbst Adaptionen bis zu 1000 Nadeln mit einer Hand und mit geringem Kraftaufwand schließen. Reinhardt

Jeder Prüfadapter, auch die Modelle Typ 42 und 242, werden mit einem Niederhalter (Bild 2) geliefert, der frei justierbar ist. Wenn keine Kontaktierung von oben notwendig ist, kann dieser universell für jede zu prüfende Baugruppe genutzt werden. Natürlich kann der Niederhalter fest genutzt werden oder mit einem Referenzprüfling, der später auf der Adapterschublade liegt und bei dem der Niederhalter bereits mit den Markierungen der Niederhalter eindeutig sichtbar ist, um so die Niederhalter in etwa 3 bis 5 min für die jeweilige Aufgabe neu zu justieren. An diesen Niederhalter lässt sich zudem ein Farbmarker (mit Filzstift) anbringen, der bei erfolgreichem Test den Prüfling mit einem Punkt markiert oder auch einen pneumatischen Stempler, der ein Stempelbild nach Wunsch aufbringt. Ein elektrisch betriebener Kreismarker markiert einen erfolgreichen Test mit einem Kreis von etwa 1 mm Durchmesser. Ein oder mehrere Tastendrücker lassen sich in diesen frei justierbaren Adapter einbauen, so dass das Betätigen der Tasten komfortabel möglich wird, ohne tief in den Niederhalter einzugreifen.

Müssen LEDs in Farbe und Intensität geprüft werden, ist es mittels des frei justierbaren Universalniederhalters möglich, auch optische Sensoren mit Lichtwellenleitern zum Abmessen der Lichtintensitäten und Farben anzubringen. Für die Nutzung von Farbsensoren im größeren Stil empfiehlt sich, auch dort wieder eine obere Platte zu verwenden, beispielsweise in Composite-Material, zur Aufnahme der Lichtsensoren, die dann über Glasfaserkabel an der eigentlichen Auswerteinheit gebracht werden. Die Lichtsensoren werden auch als gefederter Sensor geliefert, der wunschweise die LED umschließt, um so Fremdlicht zu eliminieren.

Für die Messung der Polarität von Elkos stehen Polaritätsproben zur Verfügung, die über eine obere Platte genutzt werden. Lötfehler an Beam-Lead-ICs entstehen durch Verstopfen der Stahlmaske beim Aufbringen der Lötpaste mit der Folge, dass ein oder mehrere Pins an solchen ICs nicht gelötet werden. Auch hier werden kapazitive Probes eingesetzt, damit die Lötfehler an diesen Bauelementen, die Anschlussbeine bis zu 0,4 mm haben, sicher erkannt werden.

Einbauten in die untere Adapterschublade

Da es zurzeit kein Testsystem mit unendlicher Eingangsimpedanz, keinerlei Kapazitäten und Induktivitäten gibt, werden durch die vorhandenen Impedanzen und Kapazitäten gewisse Messwerte so stark beeinflusst, dass es zu einer Fehlmessung kommt. Wird dann an den Testpin ein Impedanzwandler angeschlossen, der von 1 GOhm auf wenige Ohm das Signal verbessert, kann die Messgenauigkeit um vieles verbessert werden. Selbst bei Signalen von Quarzen, die normal unter den Beschaltungen des Adapters und des Testsystems teilweise nicht mehr schwingen können, kann mit einem Buffer direkt im Adapter geholfen werden. Prescaler, Signalquellen in Spannung und Strom, Generatoren und Spitzenspannungsmessmodule usw. helfen, die Messergebnisse weiter zu verbessern und echte Werte zu ermessen und zu protokollieren.

Bild 3: Das Prinzip der Opferstecker: Die Übergabestecker bei den Adaptern und Testsystemen sind durch einen vergoldeten Opferstecker doppelt ausgeführt. Reinhardt

Die Übergabestecker sind durch einen Opferstecker (Bild 3) doppelt ausgeführt, so dass ein Stecker, der auf Grund vieler Kontaktierungen defekt wird, mit zwei Schrauben gelöst und aus dem eigentlichen Messstecker entfernt werden kann, um so in wenigen Minuten die Steckerleisten zu erneuern. Aus Erfahrung sind diese Opferstecker vergoldete Stecker, die mit 8 µ Goldauflage von Natur aus hohe Steckzyklen erlauben. Dass eine VG-Leiste wesentlich billiger ist als die Übergabeblocks der meisten Adapterhersteller ist verständlich, wobei das Preisverhältnis allerdings bei 1:100 liegt.

Leistungsstecker, die Signalübergaben bis zu 40 A oder Spannungsübergaben bis zu 1500 V ermöglichen, sind ebenfalls in diesem Übergabesteckerkonzept verfügbar und können gezielt für die Anzahl der Kontakte ausgewählt werden. Auch diese Übergabestecksysteme sind wesentlich kostengünstiger als die Übergabe- oder Spezialübergabeblocks der Adapterindustrie. Unsere Adapter, soweit sie mit dem Testsystem ATS-KMFT 670 betrieben werden, können durchaus mit einphasiger oder dreiphasiger Netzspannung betrieben werden, um so Baugruppen der neuen Elektronik für Haustechnik problemlos zu testen. Selbstverständlich können unsere Testsysteme auch Matrixkanäle für diese Aufgaben zur Verfügung stellen, um den Test von Haustechnik oder Maschinensteuerungen zu ermöglichen.

(mrc)