Mit dem Ziel immer kompakter aufgebauter Baugruppen ist die Wahl eines geeigneten Materials für Leiterplatten mit eingebetteten Bauteilen von großer Bedeutung. Es darf nicht altern und muss die jeweiligen Arbeitstemperaturen vertragen. Deshalb fällt die Materialauswahl bei solchen Leiterplatten sowohl in der Consumerelektronik als auch im Automotive-Bereich häufig auf Keramik.

Eckdaten

Nicht nur die Leitungsprüfung, sondern auch die Verifizierung der Funktion aktiver Bauteile, die in den verschiedenen Layern moderner Leiterplatten eingebettet sind, stellen besondere Anforderungen an entsprechende Testsysteme. Flying Prober sind für derartige Tests bereits heute unverzichtbar und müssen auch künftigen Anforderungen gerecht werden.

Die Welt der Leiterplatten hat sich grundlegend verändert, denn unter dem Blickwinkel zahlreicher technologischer Veränderungen ist sie nicht mehr nur eine passive Grundlage, auf welcher Bauteile platziert werden. Sie ist vielmehr ein integraler Teil der Schaltung des fertigen Produkts, dessen Test innovative Vorgehensweisen und Verfahren erfordert. Diese Herausforderungen bedeuten völlig neue Ansätze und Grenzen beim elektrischen Test der Leiterplatte, mit denen sich auch Seica als Hersteller von Testsystemen auseinandergesetzt hat. Wenn die Leiterplatte also ein integraler Teil der Schaltung ist, ist auch die korrekte elektrische Funktion zu verifizieren, ohne die eingebetteten Bauteile zu beschädigen.

Umfangreiche Testaspekte

Der Test einer eingebetteten Schaltung erfordert einen besonderen Ansatz.

Der Test einer eingebetteten Schaltung erfordert einen besonderen Ansatz. Seica

Die Bauteile sind in verschiedenen Layern in die Leiterplatte eingebettet.

Die Bauteile sind in verschiedenen Layern in die Leiterplatte eingebettet. Seica

Der Test einer Leiterplatte mit eingebetteten Bauteilen erfordert einen Ansatz, der sowohl den elektrischen Test der Leiterbahnen als auch andere Tests umfasst, wie sie für bestückte Baugruppen üblich sind. Umfangreiche Aspekte sind dabei zu verifizieren, wie beispielsweise Unterbrechungen von Leiterbahnen, Kurzschluss zwischen Leiterbahnen, Deformation (Kelvin), verminderte Isolation zwischen Leiterbahnen (Mikro-Kurzschlüsse), Nennwerte passiver Bauteile und Funktionstests aktiver Bauteile. Darüber hinaus lässt sich durch das Auslesen eines integrierten „elektronischen Barcodes“ die Rückverfolgbarkeit der Leiterplatte sicherstellen.

All diese Prüfungen durchführen zu können und gleichzeitig die Unversehrtheit der Leiterplatte sicherzustellen, bedeutet einen erhöhten Komplexitätsgrad beim elektrischen Test. Es ist nicht möglich, die gleichen Stimuli auf alle Netzknoten anzuwenden; vielmehr muss dabei je nach Schaltungskonfiguration unterschieden werden. Beim Kurzschlusstest kann beispielsweise das Hochspannungs-Stimulussignal wegen vorhandener eingebetteter Bauteile nicht pauschal an alle Leiterbahnen angelegt werden. Es muss also die Möglichkeit gegeben sein, bei allen Netzknoten mit eingebetteten Bauteilen „Niederspannungstests“ und bei allen anderen Knoten die herkömmlichen „Hochspannungstests“ durchzuführen.

Flying Prober erfüllen die Kriterien

Keramische Leiterplatten mit eingebetteten Bauteilen sind in vielen Anwendungsbereichen zu finden.

Keramische Leiterplatten mit eingebetteten Bauteilen sind in vielen Anwendungsbereichen zu finden. Seica

Alterungs- und Temperaturbeständigkeit zeichnen keramische Leiterplatten aus.

Alterungs- und Temperaturbeständigkeit zeichnen keramische Leiterplatten aus. Seica

Angesichts dieser Anforderungen bei gleichzeitig hoher Flexibilität bieten Flying-Prober derzeit den besten und effektivsten Ansatz für den Test von Leiterplatten mit eingebetteten Bauteilen. Um einen umfassenden und funktionalen Test der Leiterplatte zu ermöglichen, muss das Testsystem für diese Anforderungen und die Technologie der zu prüfenden Schaltungen ausgelegt sein. Die Kriterien hierfür sind neben Präzision und Genauigkeit der Messungen vor allem auch Störfestigkeit, Vielfalt bei Signalerzeugung und Messgeräten sowie hohe Wiederholgenauigkeit. Des Weiteren ist eine Präzisionsmechanik und die totale Bewegungsfreiheit der Testnadeln im Prüfbereich gefordert sowie eine leistungsfähige Software, die das gesamte Testprogramm automatisch ohne manuelle Eingriffe generiert.

Die Evolution bei der Integration aktiver Bauteile in Leiterplatten führte auch zu neuen Herausforderungen bei Flying-Probern für den Leiterplattentest. Bei passiven Bauteilen mit typischerweise zwei Anschlüssen eignet sich die Architektur dieser Testsysteme sehr gut. Sie kann jedoch zum begrenzenden Faktor werden, wenn der Test aktiver Bauteile die gleichzeitige Kontaktierung von bis zu vier Anschlüssen benötigt. Dieser Unterschied erfordert eine Systemarchitektur, die bei der Positionierung der Testnadeln keinen Einschränkungen unterworfen ist und funktionelle Tests der eingebetteten Bauteile ohne mechanische oder elektrische Beschränkungen durchführt.

Software generiert die Tests automatisch

Für diese Testsysteme ist ein Softwarepaket erforderlich, das aus den vorhandenen Leiterplattendaten alle nötigen Tests automatisch generiert. Das wird insbesondere dann bedeutend, wenn die Struktur der Leiterplatten mit eingebetteter Schaltung einen deutlich höheren Komplexitätsgrad aufweist. Wichtig ist auch, dass das Testprogramm, das auf Basis der Netzliste des CAM-Systems erstellt wird, den Test der gesamten Leiterplatte einschließlich aller eingebetteten Bauteile umfasst. Zu den eingebetteten Bauteilen zählen sowohl passive resistive, induktive und kapazitive Bauteile als auch aktive Bauteile wie Spannungsregler, MOS- und Bipolartransistoren, Dioden und Zenerdioden sowie sonstige integrierte Schaltungen.

Die Verifizierung passiver Bauteile erfolgt durch Messung ihres Istwertes. Aktive Bauteile wie Transistoren, Dioden und Spannungsregler hingegen werden durch Stimulierung ihrer Eingänge und Messung ihrer Ausgänge geprüft. Das Testen eingebetteter integrierter Schaltungen kann erheblich komplexer sein. In der Regel ist außer dem Test der Verbindung zum Anschluss auch ein funktionaler Test durchzuführen.

Die internen Dioden sind zwischen einem Anschluss und Gnd zu messen.

Die internen Dioden sind zwischen einem Anschluss und Gnd zu messen. Seica

Hard- und Software-Ressourcen müssen stimmen

Um festzustellen, dass eine integrierte Schaltung tatsächlich mit den entsprechenden Netzknoten verbunden ist, ist die Messung der internen Dioden erforderlich, die mit dem Gnd-Anschluss verbunden sind. Zur Prüfung der Funktion ist dann die Versorgungsspannung am Bauteil anzulegen, um die Eingänge zu stimulieren und die Reaktionen an den Ausgängen zu messen. Ein Testsystem für die Durchführung dieser Tests muss mindestens über die entsprechenden Hard- und Software-Ressourcen verfügen, um ein Logik-Gatter mit Spannung zu versorgen und seine Wahrheitstabelle verifizieren zu können. Deutlich effizienter und anwenderfreundlicher ist dafür eine grafische Oberfläche, die den Benutzer durch alle erforderlichen Schritte führt und einen Test ermöglicht, der den Funktionsbeschreibungen der Halbleiterhersteller folgt.

Die Welt der Leiterplattentechnologie hat sich deutlich verändert und mit ihr die Anforderungen an den elektrischen Test. Die Verfügbarkeit eines Flying-Probers für den Leiterplattentest ist unverzichtbar und strategisch sinnvoll, um die neuen Anforderungen zu erfüllen und für die kommenden Anforderungen eines sich permanent wandelnden Marktes gerüstet zu sein.