Es geht um das Suchen und Erkennen der Prozessfehler wie falsche oder ungenügende Platzierung und Verlötung von Bauelementen auf der Platine. Es geht um Bauteilfehler, Plagiate oder Falschbestückung und um die Identifizierung grenzwertiger Bauteile und Schaltungsdimensionierungen. Zum Einsatz kommen Boundary-Scan, ICT, Flying-Probe oder AOI, wobei die Kombination optischer und elektronischer Testverfahren eine zukunftsweisende Strategie darstellt.
Die möglichen Kombinationen der zur Verfügung stehenden Testverfahren müssen im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit des speziellen Falls hin überprüft werden. Die Produktion erster Prototypen oder kleiner Vorserien verlangt eine andere Vorgehensweise als die wiederholte Serienproduktion eines Produktes.
Intelligentes Testen
Zwei Fehlerarten unterscheidet man, die nur von bestimmten Prüfverfahren detektiert werden:
- elektrisch aber nicht optisch erkennbare Fehler oder
- optisch aber nicht elektrisch erkennbare Fehler.
Tecnotron verwendet dabei drei grundsätzliche Testkonzepte, um diese Fehler sicher aufzuspüren:
- strukturelle Tests,
- Funktionstests und
- Systemtests.
Zu den klassischen optischen Testverfahren wie der AOI und Röntgeninspektion kommen die elektrischen Testmethoden Flying-Probe-Test, Boundary-Scan-Test, Funktions- und In-Circuit-Test hinzu. Ausgereifte Testkonzepte als Teilergebnis des Entwicklungsprozesses stellen einen wirtschaftlichen Einsatz der Testmaschinen und eine hohe Testabdeckung sicher.
Je früher Fehler wie Kurzschlüsse oder Lötbrücken entdeckt werden, desto kostengünstiger sind sie zu reparieren. Auf Entwicklungs- und Layout-Ebene können Fehler entstehen, einerseits durch die Auswahl, Art und Vielfalt der Bauelemente, andererseits durch die Gestaltung des Layouts. Um die Ermittlung einer Teststrategie kommt man also nicht herum, denn nicht aufeinander abgestimmte Testverfahren verteuern ein Produkt, ohne dass die Qualität steigt. Ein Testverfahren alleine kann keine ausreichende Fehlerabdeckung gewährleisten.
Es ist deshalb notwendig Prüfverfahren zu kombinieren, damit eine maximale Testabdeckung und ein stabiler Fertigungsprozess gewährleistet werden kann. So lassen sich die Ausgangsqualität erhöhen und die Test- und Reparaturkosten senken.
Die Testmöglichkeiten
Ab einer gewissen Stückzahl und Komplexität einer Baugruppe wird bei Tecnotron standardmäßig die AOI-Prüfung verwendet, da eine manuelle optische Inspektion ihre Grenzen hat: Menschen können Fehler übersehen, werden müde und klassifizieren Fehler nicht gleichmäßig.
Die Röntgeninspektion wird bei der Erstproduktion und der Serienüberwachung per Stichprobe von Baugruppen mit nicht einsehbaren Lötstellen wie bei BGAs oder THT-Lotdurchstiegen eingesetzt.
Bei den elektrischen Testverfahren erfolgt immer eine individuelle Bewertung der betroffenen Baugruppe in Hinblick auf die möglichen Testverfahren und eine Abstimmung mit dem Auftraggeber bezüglich des notwendigen Aufwands an Testmittelerstellung.
Eine erfolgversprechende Ergänzung der elektrischen Testverfahren ist die künstliche Voralterung von Baugruppen (Burn-in) zur Provokation von dann erkennbaren Frühausfällen.
Tecnotron übernimmt auch bereits vorhandene funktionale Tests von Auftraggebern als Beistellung.
AOI als Basis
Die automatische optische Inspektion (AOI) ist ein optischer Test mittels Bildverarbeitung, mit dem viele Fehler wie fehlende oder falsch bestückte Bauteile sowie fehlende Lötverbindungen oder Kurzschlüsse ermittelt werden können. Der AOI-Test lohnt sich immer bei mehrfacher Produktion einer Baugruppe. Die Vor- und Nachteile sind:
- konstante Ergebnisse,
- hohe Fehlerabdeckung bezüglich Produktionsfehler (Lötstelle),
- kurze Testzeit,
- nicht einsehbare Lötstellen werden nicht erfasst,
- keine elektrische Funktion und
- Aufbau Bibliothek notwendig.
Röntgeninspektion
Die ideale Ergänzung zur Beurteilung nicht einsehbarer Lötstellen ist die Röntgeninspektion. Dabei handelt es sich ebenfalls um ein optisches Testverfahren, das mit Röntgenstrahlen arbeitet und die Komponenten und deren Anschlüsse durchleuchtet. Fehler wie Unterbrechungen, schlechte Lötstellen und Kurzschlüsse werden vom AXI-Test (Automatic X-ray Inspection) erkannt.
Tecnotron verwendet das Röntgensystem X-Tek CPX160. Vor- und Nachteil sind:
- Test verdeckter Lötstellen,
- hohe Fehlerabdeckung,
- konstante Ergebnisse,
- lange Testzeiten bei 3D
- keine elektrische Prüfung und
- hohe Investition.
Fyling-Probe-Test
Optimal für kleine Stückzahlen ist der FPT. Damit können Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten, Dioden und Transistoren elektrisch geprüft werden. Mit dem Flying-Prober werden Baugruppen bereits als Prototypen optimal geprüft. Prüfprogramme sind in kurzer Zeit entwickelt. Ein effizientes und präzises Testen bis hin zu mittleren Stückzahlen ist damit schnell möglich.
Tecnotron setzt hierfür sehr erfolgreich den Flying-Prober Spea 4040 (FPT) ein. Die Vor- und Nachteile sind:
- geringer Programmieraufwand,
- kein Nadelbettadapter notwendig,
- lange Testzeiten und
- nicht für Großserien geeignet
Boundary-Scan-Test
Der Test in der Peripherie des Schaltkreises, Boundary-Scan bedeutet „Testen in der Peripherie (at boundaries) eines Schaltkreises“. BST prüft auf korrekte Verbindungen der digitalen Bauteile untereinander, Kurzschlüsse und Pullupwiderstände. Darüber hinaus können auch FPGA, CPLD und Flashspeicher während des Tests programmiert werden.
Im Gegensatz zum In-Circuit-Test erfolgt beim Boundary-Scan der physikalische Zugriff nicht über viele Testspitzen, sondern lediglich über vier Verbindungsleitungen. Boundary Scan stellt damit so genannte virtuelle ICT-Testnadeln zur Verfügung.
Tecnotron verwendet den Boundary Scan von Göpel. Vor- und Nachteile des Verfahrens sind:
- Zugriff auf interne Knoten ohne physikalische Nadeln,
- Reduktion von Prüfnadeln,
- geringer Programmieraufwand,
- rein serieller Test und
- nicht alle ICs sind testfähig.
In-Circuit-Test
Das kombinierte Testverfahren aus FPT, BST und FKT ist der ICT. Mit dem In-Circuit-Testverfahren (ICT) werden elektrische Bauelemente und bestückte Leiterplatten auf Bestückungs-, Einpress-, Löt- und Lötbadfehler getestet. Im Einzelnen können Kurzschlüsse und Unterbrechungen, defekte, falsche oder fehlende Bauelemente erkannt werden. Voraussetzung für einen ICT-Test ist, dass an jedem Schaltungsknoten ein Prüfpunkt vorhanden ist. Dabei werden oft Kombitester eingesetzt, welche über den ICT hinaus weitere Funktionstesteigenschaften besitzen. In Kombination mit dem AOI-Test oder der Röntgeninspektion können weit über 90 % aller Fehler erkannt werden.
Tecnotron verwendet den ICT von Dr. Eschke. Vor- und Nachteile sind:
- schneller Test (gute Diagnose, kurze Diagnosezeit),
- Prozesskontrolle,
- hohe Fehlerabdeckung,
- in jedem Netz ein Testpunkt notwendig,
- zeit- und kostenaufwendig,
- hohe Adapterkosten sowie
- eingeschränkte Änderungsfähigkeit.
Funktionstest
Der Funktionstest prüft die Funktionsanforderungen der Baugruppe. Jedoch führen die immer komplexeren Baugruppen zu hohem Aufwand bei der Prüfprogrammerstellung für den Funktionstest. Manchmal sind Standardprüfmittel nicht ausreichend, um die Qualität der Baugruppen zu sichern. In diesem Fall werden bei Tecnotron Spezialprüfmittel entwickelt wie das das Testfixture.
Vor- und Nachteile sind:
- sichert die Funktion,
- hohe Fehlerabdeckung,
- einfache Adaptierung,
- hoher Programmieraufwand sowie
- Nichterkennen von Fehlern.
Vanessa Bigell
(hb)
