Testsystem für Incircuit- und Funktionstest mit eigener Adaption

Früher wurden die Baugruppen meistens ohne Adaption im klassischen Sinne kontaktiert, sondern über VG-Leisten oder andere Steckersysteme, Flachbandkabel und den Steckeranschluss der Flachbaugruppe. Diese Flachbandlösungen hatten den Nachteil, dass nach vielen hundert Baugruppen die Flachbandkabel, Sockel und so weiter am Ende waren und das ganze Testen mehr einen Kompromiss als eine wirkliche Lösung darstellte.

Beim Incircuit-Test, der in den meisten Fällen eine sehr gute Lösung für Fertigungsfehler bietet, wird zunächst der Prüfadapter auf sichere Funktion geprüft, um gewähren zu können, dass jede gefederte Prüfnadel, die den Prüfling berührt, auch Kontakt hat. Bei der Testmethode für dieses Verfahren sind möglichst alle Pins kontaktierbar. Eine spezielle Software sucht sich als erstes vollautomatisch die Referenzpins, wie Masse, V_CC, weitere Massen und Betriebsspannungen. Danach wird zu jeder gefederten Prüfnadel eine Widerstandsmessung von 35 mΩ oder kleiner zu den Referenzpunkten vollautomatisch erlernt. Kann ein Widerstand nicht ermessen werden, wird eine Kapazität größer als 100 pF zwischen den Referenzpunkten und dem Anschluss der Prüfnadel angelegt. Das stellt sicher, dass alle Prüfnadeln Kontakt haben. Im Fehlerfall werden diese auf dem Bildschirm durch ein Fadenkreuz angezeigt. Dieser Prozess benötigt bei 200 Prüfnadeln weniger als 10 s. Danach folgt der Kurzschluss- und Unterbrechungstest der verschiedenen Netze (Leiterbahnen). Schwellwerte im Bereich von wenigen Ohm bis kΩ können vorgewählt werden, um so die Verbindungen der Netze vollautomatisch zu erlernen und daraus ein Prüfprogramm zu erstellen. Möglich ist auch ein Unterbrechungstest, der jedoch aus vielen praktischen Gründen nur selten genutzt wird. Die Zeit für das automatische Erlernen von 200 Verbindungen liegt hier ebenfalls unter 10 s. Wird mehr als ein Pin angezeigt, besteht die Gefahr, dass sich weitere Verbindungen im Prüfling befinden, zum Beispiel die berühmten Null-Ohm-Widerstände oder besonders niederohmige Widerstände, Sicherungen und andere Verbindungen wie Relaiskontakte und so weiter. Durch das Betrachten der Schaltung lässt sich hier sehr schnell Abhilfe schaffen und das Programm verfeinern.

Nach erfolgreichem Test des Pinkontakts, der Kurzschlüsse und gegebenenfalls auch der Unterbrechungen kann man davon ausgehen, dass über 50 Prozent der zu erwartenden Fehler mit diesen beiden Testschritten bereits gefunden wurden. Der anschließende Lötfehlertest wird besonders für sehr feingliedrige Beam-Lead-ICs genutzt, um Lötfehler zu finden, die durch mangelhaftes Aufbringen der Lötpaste entstehen können. Auch dafür gibt es einen nahezu vollautomatischen Test. Man kann allen typischen IC-Formen eine Maske aufsetzen. In der Software ist dies standardmäßig vorbereitet, zum Testen der vielbeinigen ICs wie Beam-Lead oder Ball Grid Arrays. Voraussetzung dafür sind Prüfadapter, die alle Leiterbahnen des Prüflings kontaktieren können. Auf jedes der Beam-Lead-ICs beziehungsweise Ball Grid Arrays wird eine kapazitive Probe aufgesetzt, die eine Kapazität in femtoFarad zwischen den Leiterbahnen, Anschlussbeinen, Bonding-Drähten und dem Chip messen kann. Wurden alle Prüfstifte auf Masse geschaltet und nur ein Netzwerk mit einem Hochfrequenzsignal von maximal 250 mV beaufschlagt, kann dieser Prozess in kürzester Zeit vollgrafisch die Lötfehler dieser ICs erkennen und anzeigen. Der Lernprozess für diese Aufgabe benötigt selbst bei einem IC mit 128 Beinen 50 bis 60 s und erfolgt vollautomatisch mit dem Eintrag aller Messwerte. Man kann davon ausgehen, dass ein Messwert mit weniger als 100 femtoFarad bedeutet, dass keine Verbindung vorhanden ist, ein Messwert mit über 400 femtoFarad bedeutet eine elektrische Verbindung zwischen Leiterbahn und Anschlussbein des zu messenden ICs.

Messwert exakt ermitteln

Nach erfolgreicher Messung folgen die einzelnen Bauteile, die je nach ihren Werten mit bis zu acht Guards gemessen werden. Mit diesem Guarding-Verfahren lassen sich Widerstände, Kapazitäten, Induktivitäten problemlos messen, alle parasitären Beschaltungen ausnullen und damit der Messwert exakt ermitteln. Das Messen von Dioden, Zenerdioden, Transistoren, FETs, Thyristoren, Operationsverstärkern, Optokopplern und so weiter ist ebenfalls möglich. Auch Polarität oder Verdrehung des Bauteils ist damit einwandfrei feststellbar. Bei Transistoren und FETs besteht auch die Möglichkeit, die Verstärkung zu messen.

Wurde dieser Prozess erfolgreich und fehlerfrei abgeschlossen, erfolgt der Funktionstest. Bei Baugruppen, die mit Mikroprozessoren bestückt sind, ist es vorher noch notwendig, deren Software zu laden und zu überprüfen, ob der Ladevorgang erfolgreich war. Hat der Entwickler bei dieser Aufgabe vorausgedacht, wird er sicherlich noch mit einem Selbsttest des Mikroprozessors die volle Funktionsfähigkeit sicherstellen. Ist der Boundary-Scan-Test nur dann notwendig, weil man nicht ausreichend kontaktieren kann, lassen sich die IC-Ketten so vorbereiten, dass ein anschließender Test Kurzschlüsse und Unterbrechungen erkennen lässt. Bei extrem hoher Bestückungsdichte und der eingeschränkten Möglichkeit, Pins zu setzen, hat der Boundary-Scan-Test definitiv seine Vorteile. Es sollte allerdings berücksichtigt werden, dass der Boundary-Scan-Test nur Kurzschlüsse und Unterbrechungen testen kann, nicht aber passive Bauteile. Durch ein Spezialverfahren von Reinhardt kann dieser Test auch dafür verwendet werden, gewisse digitale (analoge) Funktionen zu testen, und zwar im allgemeinen Funktionstest. Beim Funktionstest ist es immer notwendig, die entsprechenden Betriebsspannungen anzulegen, was im Incircuit-Test nicht sein darf.

Testprogramme in kürzester Zeit erstellen

Mit den Testsystemen von Reinhardt wird die Programmierung mit extrem vielen Automatismen durchgeführt, mit entsprechenden Lernverfahren an den Ausgängen der Baugruppen erlernt wodurch in kürzester Zeit Testprogramme erstellt werden. Auch ist es möglich, alle Parameter von Hand einzugeben. Die Idee ist aber, möglichst schnell, einfach und kostengünstig Prüfprogramme zu erstellen und zu jedem Zeitpunkt in Sekunden zu modifizieren, um auf neue, während des Tests entstandene Erkennentnisse zu reagieren. Eine umfassende Statistik ermöglicht die Beurteilung der Programme, der Programmierschärfe, der Streuungen und die Optimierung des Prüfprogramms wie auch das Abspeichern von Tests und Fehlerlisten und die Übergabe an Datenbanken über eine optionale ODBC-Schnittstelle, die mit speziellen Analyseprogrammen mithilfe von ASCII-Daten für die weitere Qualitäts- und Langzeitdokumentation genutzt werden können.

Parametrischer Funktionstest

Nachdem bereits eine gewisse Vorbereitung zum Funktionstest getroffen wurde, wie das Laden von Mikroprozessoren oder der Einsatz der Boundary-Test-Methode, erfolgt nun der eigentliche parametrische Funktionstest, analog und digital. Als erstes werden die Betriebsspannungen (Versorgungsspannungen) angelegt. Es kann sich um bis zu vier Spannungen handeln, die je nach Baugruppe und Entwicklungsverfahren genutzt werden. Beim Anlegen der Betriebsspannungen muss die Stromaufnahme gemessen und überprüft werden, ob sie innerhalb der vorgegebenen Grenzwerte liegt. Die Grenzwerte sind frei programmierbar und können so vom Entwickler übernommen werden. Liegt der Strom viel zu hoch, wird mithilfe der Software das Programm sofort abgeschaltet, um Zerstörungen auf dem Prüfling zu verhindern. Mithilfe von Unterprogrammen ist es möglich, den tatsächlichen Fehler zu erkennen, einzukreisen und zu beseitigen. Nach erfolgreicher Prüfung der Stromaufnahme werden die Eingangsparameter gesetzt, wie Spannungen, Ströme, Frequenzen, Widerstände, Signale, Pulse, seriell oder parallel, oder Kurzschlüsse und Unterbrechungen der Eingangssignale. Befindet sich ein Auto-Reset auf dem Prüfling, werden die entsprechenden Ausgänge, die bereits für den Incircuit-Test verdrahtet wurden, ebenfalls zur Auswertung der Funktionssignale hinsichtlich Spannung, Strom, Frequenz, Impuls in seriellen oder parallelen Daten gesetzt. Diese Vorgaben sind durch den Entwickler vorgegeben, der Funktionstest misst und bestätigt diese lediglich. Es gibt viele Applikationen, bei denen nach erfolgreichem Funktionstest eine weitere Linearisierung erfolgt, Stützpunkte berechnet und dann dem Mikroprozessor übergeben werden. So können selbst komplizierteste Funktionen, die sich erst durch die Messparameter messen lassen, zur Programmierung verwendet werden.

In wenigen Sekunden automatisch erlernen

50 bis zu 500 verschiedene Typen lassen sich mit den Universal-Testsystemen von Reinhardt realisieren. Darüber hinaus ist es mit den Testsystemen möglich, LEDs in Farbe und Helligkeit zu erkennen und mit Lichtleitern, die mit eigenen Farbsensoren versehen sind, die Helligkeit und Farbtemperatur einer jeglichen Diode zu erkennen und abzumessen. Dieser Prozess wird in wenigen Sekunden automatisch erlernt. Da heute ein großer Teil der elektronischen Flachbaugruppen mit Masken-erstellten LEDs und LCDs, aber auch mit Matrix-LCDs ausgestattet ist, bieten die Testsysteme auch die Möglichkeit, beliebige Schriften, Zahlen und Piktogramme anzuzeigen, zu überprüfen und gerade Zahlen in numerische Werte umzuwandeln, um vollautomatisch Panelmeter und Funktionsanzeigen mit der notwendigen Steuerung aus dem Funktionsbereich zu überprüfen. Da sich besonders im Automobilbereich und in anderen Industriebereichen sehr oft Drucksensoren auf den elektronischen Flachbaugruppen befinden, bietet Reinhardt die Möglichkeit, Drücke mit einem eigenen Modul zwischen 250 und 5000 mbar zu erzeugen und die jeweiligen Messungen der Prüflinge im Rahmen der Funktionstests auszuführen. Des Weiteren wurde für die Messung von Dreiphasen-Wechselspannungsmodulen die Möglichkeit geschaffen, auch damit elektronische Prüfmodule zu testen.

Die Software wurde im eigenen Hause entwickelt, basiert auf einer C++-Entwicklung und bietet dem Bediener eine komplette Windows-Oberfläche zum Eintragen der Parameter, Bilder, Schaltpläne, Bestückungspläne und so weiter. Software-Wissen ist nicht erforderlich, ausgenommen die Bedienung von Windows XP, Windows 7 oder Windows 8. Eine Reihe von automatischen Programmgeneratoren wie die Nutzung von Stücklisten (BOM, Bills of Material) und die Umsetzung dieser Stücklisten in die Software ist hilfreich dabei, in sehr kurzer Zeit sehr umfangreiche Programme vollautomatisch zu erstellen, so dass innerhalb von etwa 30 Minuten ein lauffähiges Testprogramm erstellt werden kann.

Die Adapterkonzepte und die Gerbersoftware erlauben es, in wenigen Minuten die Adaptererstellung vorzubereiten, den Adapter in etwa zwei bis drei Stunden zu erstellen und mit der nachfolgenden WireWrap-Arbeit die Stifte zu setzen. Mit dem Adapter kann zu 95 Prozent frei verdrahtet werden, das heißt es muss nicht gezielt verdrahtet werden, sondern jeder Pin kann an einen freien Teststift gewrappt werden. Eine gezielte Verdrahtung ist nur bei der Spannungsversorgung, bei den Massen und Eingangssignalen notwendig. Dank dieses Konzepts ist es in den meisten Fällen möglich, in ein bis zwei Tagen Prüfadapter und Prüfprogramm zu erstellen.

Die Stimuli- und Messmodule der Testsysteme wurden mehrfach verbessert, so dass auch die neuesten Technologien wie ein standardmäßiger Transientenrecorder (Digitaloszilloskop mit automatisch erstellter Hüllkurve und einer sehr komfortablen Justierung der Hüllkurve für individuelle Kurvenformauswertung), Fourieranalyse und Klirrfaktormessung vorhanden sind.

(ah)