Mikrokontaktierung in der Produktion

Die Mikrokontaktierstation KT-MCS-500 ist ein System zur Vision-gestützten Kontaktierung kleinster Strukturen.Konrad

In vielen Bereichen der Elektronikindustrie ist seit wenigen Jahren eine stark zunehmende Miniaturisierung feststellbar. Gleichzeitig steigt die Komplexität der Baugruppen an, Funktionen werden heute auf kleinstem Raum implementiert, die noch vor wenigen Jahren unvorstellbar waren. Ganze Systeme werden auf Chips integriert, Sensoren werden intelligenter, Kommunikationsgeräte wie Smartphones vereinen sehr viele Funktionen in sich. Viele weitere Beispiele ließen sich hier aufzählen. Aus Sicht der Hersteller gibt es in diesem Zusammenhang einige Herausforderungen hinsichtlich der zu vollziehenden Baugruppentests beziehungsweise EOL-Tests.

Damit verbunden sind eine immer weiter fortschreitende Miniaturisierung der gesamten Schaltung sowie der Kontaktiermöglichkeiten und tendenziell höhere Signalfrequenzen. Die meisten heute realisierten Baugruppentests setzen eine Kontaktierung auf Testpunkte voraus, manchmal ergänzt um die direkte Kontaktierung auf Steckverbinder. Teilweise müssen Einstellmechaniken mechanisch positioniert werden. Und hier beginnen die Schwierigkeiten bei komplexen Produkten, die zusätzlich noch auf dünnen, teilweise flexiblen Materialien aufgebaut werden. Mit der neuartigen Mikrokontaktierstation KT-MCS-500 bietet nun Konrad Technologies ein System zur Vision-gestützten Kontaktierung kleinster Strukturen an, mit dem Leiterplatten prozesssicher auf bis zu 10 µm genau kontaktiert werden können.

Eingeschränkte Testbarkeit

Während herkömmliche Baugruppen, etwa Kfz-Steuergeräte, sich typischerweise in manuellen oder In-Line-Testadaptern sicher kontaktieren lassen, ist dies bei vielen hochkomplexen Baugruppen kaum noch möglich, da deren Lage sehr schwierig zu bestimmen ist. Häufig werden Testpunkte im Design nicht mehr vorgesehen, teils aus Platzmangel, teils aus EMV-Gründen. Wenn überhaupt Testpunkte vorhanden sind, ist deren Größe tendenziell sehr klein, so dass sich daraus weitere Komplikationen im Testdesign ableiten. Ferner ist es schwierig, Baugruppen automatisch handzuhaben, beispielsweise bei Flex-Leiterplatten. Andere Herausforderungen umfassen die direkte Kontaktierung auf Miniaturstecker, die nur mit sehr großem Aufwand prozesssicher getroffen werden können, sowie Baugruppen auf Keramiksubstraten, da es hier in der Regel keine Fangbohrungen gibt und eher größere mechanische Toleranzen anzutreffen sind.

Generell kann man sagen, dass Testpunktdurchmesser unter 0,6 mm mit klassischen Federkontaktierstiften schwierig zu treffen sind. Bei Standardplatinen mit größeren Testpunkten und vorhandenen Fangbohrungen können Standard-Testadapter zum Einsatz kommen. Bei allen anderen hier skizzierten Einschränkungen muss nach alternativen Lösungen gesucht werden.

Nachgeführte Lage

Eine Möglichkeit der Kontaktierung kleinerer Strukturen wäre die Zuhilfenahme eines Vision-Systems und eine nachgeführte Lageregelung. Dazu ist es nötig, markante Merkmale des Prüflings zu erfassen und daraus ein Korrekturoffset in x-y-phi Koordinaten zu errechnen. Anschließend erfolgt eine hochgenaue mechanische Ausrichtung des Prüflings zu den Kontaktierstiften. Ähnliche Verfahren kommen auch in Schablonendruckern und im Waferprobing zum Einsatz.

Das im Mikrokontaktiersystem KT-MCS-500 verwendete Verfahren baut auf einem ähnlichen Prinzip auf. Ein komplexes, integriertes Vision-System erkennt Referenzmarken auf den Prüflingen, beziehungsweise auf dem Prüflingsnutzen, errechnet die entsprechenden Offset-Parameter und regelt mit Hilfe eines Motion-Control-System die Lage der Prüflinge zu den Kontaktstiften mit hoher Präzision bei hoher Geschwindigkeit nach. Auf diese Weise ist es möglich, entweder einzelne Prüflinge oder mehrere Prüflinge im Nutzen streifenweise zu prüfen. Um die hohen Genauigkeiten bei den Kontaktierzyklen zu erzielen, scheidet von vorn herein die Nutzung bestimmter Kontaktierstifte aus. Stattdessen kommen für unterschiedliche Applikationen die am besten geeigneten Nadeltypen zum Einsatz.

Ein weiterer kritischer Punkt ist die Verkabelung der Kontaktierstifte mit dem jeweiligen Testsystem. Da mit solchen Kontaktiereinheiten in der Regel sehr anspruchsvolle Prüflinge getestet werden, ist die Signalintegrität von besonderer Bedeutung. Hierzu sind qualitativ hochwertige Kabel und Übergabeschnittstellen zum Testsystem notwendig. Dementsprechend erfüllt die KT-MCS-500 alle diese Voraussetzungen für die Kontaktierung von kleinsten Strukturen.

(mrc)