Vertrauen ist gut – prüfen ist besser

Aemtec, Berlin/Adlershof & Dr. Eschke, Berlin

„Wir sind auf zuverlässige Tests mit exakten Messergebnisse angewiesen“, stellt Matthias Lorenz, Key Account Manager, die Anforderungen der AEMtec eindeutig klar. „Doch das ist nur eine Seite der Medaille, Schnelligkeit die andere. Und da hatten die Testsysteme der Dr. Eschke Elektronik ganz klar die Nase vorn.“

Inspizieren, Prüfen und Testen im Rahmen des Fertigungsflusses sind für einen Teil der gesamten Produktionskosten verantwortlich. Deshalb spielt im Vorfeld die Planung eines intelligenten Testablaufs eine wichtige Rolle. Bevor mit dem eigentlichen Testen gestartet wird, prüfen die Testspezialisten erst einmal die Basisleistungen der Systeme und deren Möglichkeiten. Da logischerweise mit einem System nicht alle Tests gefahren werden können, müssen Kombinationen herhalten. Doch alle anfänglich individuell erstellten Testaufbauten hielten den Anforderungen an Testpräzision und Testgenauigkeit nicht mehr stand. Neue Systeme mussten zur Dokumentation der Produktqualität her. Die Wahl fiel auf die Tester der Dr. Eschke Elektronik GmbH. Klar, neben den eindeutigen technischen Vorzügen spielte die räumliche Nähe zum Hersteller eine Rolle. Das Unternehmen kann speziell beim Thema Kalibrieren auf die Erfahrungen und langjährigen Kenntnisse des Geräteherstellers zurückgreifen.

Auch bei AEMtec ist die Tendenz zu kleinen Auflagen und großer Typenvielfalt nicht zu übersehen. Gleichzeitig verkürzen sich die Entwicklungsintervalle und parallel nimmt das Niveau an Komplexität permanent zu. So sind heute die Produkte des Unternehmens hochkomplex und extrem dicht bepackt. COB Chip on Board, Flip Chip, SiP System in Packages und andere Verfahren werden vermehrt gefordert. Deshalb werden im Vorfeld jeder Aufgabenstellung mit dem Auftraggeber diverse Konzeptentwicklungen diskutiert. Exakte Spezifikation, Machbarkeit und mehrere Varianten an Risikoanalysen bilden dann die Basis für sichere und zuverlässige Entscheidungen. Denn das Unternehmen betreut ein Produkt quasi von der Idee bis zum Einsatzort. Und übernimmt meist auch einen qualifizierten Kundendienst, sowie Service und Wartung. Nur so lassen sich die Verantwortlichkeiten belegen und im Ernstfall auch exakt zuordnen. Erste Prototypen müssen sich peniblen Modular Tests, Integrationstests sowie Systemtests unterziehen. Eingebettete Baugruppen durchlaufen durchdachte Entwicklungsstufen, um Fehlentwicklungen bereits von Anfang auszuschließen. Die Nähe zur finalen Anwendung legte die Entwicklung mechanischer Geräte und intelligenter Software nahe. Über allem steht der Anspruch, auf allen Entwicklungsstufen und damit am Ende der Produktionskette alles punktgenau produzieren und auch prüfen zu können. Dafür stehen präzise interne Vorgaben für die Herstellung der Produkte sowie Designregeln für das Testen. Dabei wird für jedes Produkt bereits in der Entwicklungsphase sowohl die optimale Produktion als auch die beste Testmöglichkeit entwickelt.

Dabei fällt der Entwicklung ein wichtiger Part am kostengünstigen Aufbau der Prüfanwendung zu. In der Designphase lassen sich durch Einhaltung der DFT Design for Testability Regeln die optimalen Testverfahren für eine Baugruppe vorbereiten. Mitunter ist es sinnvoll, eine Platine nach zu entwickeln, um Test- und Kontaktierfähigkeit zu optimieren. Im Unternehmen steht fest, ein Testverfahren allein entdeckt nicht alle Fehler auf einer Baugruppe. Dazu sind die verschiedensten Testverfahren erforderlich, die bereits während des Entwicklungsprozesses in die Teststrategie einfließen. Letzten Endes müssen sich Wirtschaftlichkeit und Fehlerabdeckraten optimal ergänzen. Jedes Testverfahren erfordert andere DFT Regeln. Nur so lassen sich Entwicklung und Testbarkeit unter einen Hut bringen. An dieser Stelle ist die Entwicklung gefordert; denn sie muss sicherstellen, dass in der Produktion mit ihren Vorgaben wirtschaftlich getestet werden kann. Zusammen mit dem Kunden werden die Besprechungen frühzeitig aktiviert, dass zu diesem Zeitpunkt weder Kosten für fehlende, prozessbedingte Entwicklungsarbeiten, Adapterlösungen noch Prüfprogramme angefallen sind. Dazu gibt es zu den verschiedensten Projektphasen Abstimmungsgespräche, in denen die technischen Rahmenbedingungen kommuniziert werden. Das alles läuft in Übereinstimmung mit den geltenden CE und FDA Richtlinien.

Direkt und ohne weitere Anschlussdrähte wird der Chip beim Flip Chip Verfahren Face Down mit dem Trägermaterial verbunden. Neben den konventionellen Verfahren wie Löten und Kleben wird auch das Thermokompressionsbonden als Fügeverfahren genutzt. Allerdings ist bei diesem Verfahren intensiv auf die Temperatur zu achten. Zu hohe Temperaturen können den Ausfall von Bauteilen heraufbeschwören. Geschätzt wird die Flip Chip Montage wegen ihres geringen Raumbedarfs. Konsequenterweise stehen auch andere Verfahren zur Auswahl. Isotropes (ICA) Isotropacally Conductive Adhesive, anisotropes (ACA) Anisotropacally Conductive Adhesive und (NCA) Non Conductive Adhesive Kleben und auch Copper Pillar zum Beispiel. ICA, ACA und NCA unterscheiden sich durch verschieden hohe oder wie bei NCA gar keine Anteile an leitenden Füllstoffen. Copper Pillar dagegen sind zylinderförmige Anschlüsse aus Kupfer mit einer Spitze aus Lot und sollen konventionelle Solder Ball Bumps ersetzen. COB Chip on Board wird als weitere Alternative angeboten. Ungehäuste ICs werden auf das Trägermaterial geklebt und per Drahtbonden mit dem Leiterbild verbunden. Das Bonden ähnelt in etwa dem Schweißen und macht Unterschiede zwischen Ultrasonic Bonden mit Aluminiumdrähten und Thermosonic Bonden mit Golddrähten. Das mit diesem Verfahren verknüpfte 3D-Packaging spart Platz durch das Stapeln einzelner Chips in einem einzigen Gehäuse. Bei dieser als SiP / System in Package oder CSMCM / Chip Stack Multi Chip Module bekannten Technik kommunizieren die einzelnen ICs außerhalb des Chips über elektrische Signale, als wenn sie in unterschiedlichen Gehäusen auf eine Leiterplatte montiert seien.

Im erweiterten Kompetenzbereich des Unternehmens tritt das Handling mit SMD Bauteilen zutage. Die derzeit kleinsten Bauelemente 01005 erinnern mehr an Vogelfutter denn an SMD-Chips. Um diese Bauteile korrekt und zuverlässig zu verarbeiten bedarf es schon an Erfahrung und Können. Und das ist im Unternehmen aufgrund der technologischen Vorbelastungen zweifelsfrei vorhanden. Denn hier stimmt die interdisziplinäre Zusammenarbeit. Das gilt sowohl für Substrate wie FR4, Starrflex, Flex oder auch Keramik Ganz besonderes Augenmerk legt das Berliner Unternehmen auf die Montage optischer Komponenten. Für die gewünschte Funktionssicherheit ist eine exakt punktgenaue und gewissenhafte Montage unerlässlich. Optische Komponenten wie zum Beispiel Laserdioden oder Pindioden erfordern ein extrem genaues und sorgfältiges Handling. Mit einer der Gründe, warum alle kritischen Arbeitsschritte unter strengsten Reinraumkonditionen erfolgen.

Stück für Stück müssen die Baugurppen sich einem kombinierten Incircuit- und Funktionstest unterziehen. Mit der Automatischen Optischen Inspektion für unbestückte Leiterplatten geht man in Kombination mit AXI und dem kombinierten Incircuit- & Funktionstest nahezu jedem Fehlerrisiko aus dem Weg. Für die beiden letztgenannten Tests hat sich das Berliner Unternehmen für die Systeme der Dr. Eschke Elektronik entschieden. Als der entscheidende Pluspunkt wird der direkte Zugriff auf den Hersteller am Ort gewertet. Obendrein sind auch die Benchmarks klar für den Berliner Hersteller ausgefallen. Der CT250 Meteor hat in Punkto Preis und Leistung eindeutig überzeugt.

Mit dazu beigetragen haben die integrierten Features; die Flexibilität, die Mixed Signal Eigenschaften, schnelle Testverfahren, sehr gute Messgenauigkeiten sprechen für sich. Die Testsysteme sind modular, skalierbar, hoch integriert und vor allem auch leicht zu bedienen. Insgesamt ist eine Palette von Modultypen verfügbar. Das System ist erweiterungsfähig, Zusatzgeräte lassen sich über Standard Interfaces vollständig einbinden. Aufgrund seiner Architektur zählt es mit zu den schnellsten Testsystemen der Industrie. Die Testermodule weisen zudem eine ganze Reihe Merkmale auf. Allen voran das zentrale Steuermodul SM2-4 im Testsystem ist mit einem 32 Bit RISC / DSP mit Realtime Kernel, einem wirklichen Echtzeitprozessor, ausgestattet. Der stellt die schnelle Kommunikation mit dem Steuer PC, die Testerparametrierung, die Steuerung des Testablaufs inklusive Taktgenerierung und den Tester Selbsttest sicher. Dieses Modul bietet vier Versorgungsspannungen, eine komfortable Schnittstelle zur externen Testersynchronisation und ein frei programmierbares Handler Steuer Interface mit 16 Optokoppler Eingängen und 16 Optokoppler Ausgängen bereit.

Das zentrale analoge Messmodul AM2 (System PMU), enthält ein Digital Scope, einen Arbitrary Generator, zwei 4-Qudrantenquellen, 2 AD-Wandler-Kanäle für Standardmessungen, einen Frequenzzähler und 2 Guarding-Verstärker. Ideal für die Tester ist, dass an jeden Testpunkt im Adapter über die Scanner-Matrix das Digital Scope der zentralen analogen Messeinheit geschaltet werden kann. Bandbreite und Geschwindigkeit sind gefragter denn je. Patternraten bis maximal 300 MSteps pro Sekunde oder 1 GS/s ermöglichen es, den Anforderungen moderner Testobjekte zu folgen und entsprechende volldynamische Tests mit Echtzeitbewertung der Signalverläufe durchzuführen. Tests, die die reale Einsatzumgebung nachbilden, sind damit sehr gut möglich. Bemerkenswert ist, dass an den Digitalmodulen bidirektionale analoge und digitale Messungen an ein und demselben Pin durchgeführt werden können. Bei den Testsystemen beginnt die Messung von Strömen im Bereich von 1 nA und reicht gegenwärtig über die Nachbildung der Bord-Stromversorgung des Airbus A380, mit einer Generatorleistung von 6 KW, und der zugehörigen Messung sehr großer Ströme. Mit von der Partie ist das analoge Hochkanal Messmodul AM4–24, das über 32 Stimuli- und 64 Acquisition Kanäle mit 24 Bit Auflösung verfügt. Zusätzlich verfügt das Testsystem CT300 Meteor über ein High Power Analogmodul mit der Möglichkeit der Polaritätsumschaltung, galvanischer Trennung und elektronischer Sicherung. Innovative und hochintegrierte Scanner-Module SC3 mit modernen Solid State Relais gehören bereits seit drei Jahren zur Standardausrüstung der Tester. Die bekannten aufwändigen und eigentlich unvermeidlichen Reparaturen an elektromechanischen Scannern mit den üblichen Reed-Kontakten entfallen. Zudem sichern automatische Abgleichfunktionen für die Testermodule einen stabilen Einsatz der Testsysteme. Mit den Modulen DM300–64HV können sogar High Pegel bis zu 30 V mit einer Patternrate von 2 MSteps/s generiert und analysiert werden. Über die verschiedenen digitalen Scopes kann der Anwender komfortabel mit wenigen Mausklicks parametrierbare Signal-Einhüllende definieren. Der Vorteil für die schnelle Erstellung der Tests durch Teachin von Gut-Signalen und die volldynamische Testung liegen auf der Hand. Der Verlauf auch komplizierter Signale kann exakt überprüft werden. Selbst die Bestimmung der Linearität eines Signalanstiegs über 10 ms mit 1000 Abtastwerten oder gar von 1 µs mit 1000 Abtastwerten ist möglich. Warum also sollten sich Anwender mit weniger zufrieden geben?

Electronica, Stand A6.311 + A1.615

www.aemtec.com; www.dr-eschke.de