Die richtige Strategie zahlt sich aus! Maren Witt, SPEA, Buseck

SPEA hat seinen Flying-Probe-Tester SPEA 4040 konsequent für die Anforderungen beim Test von Backplanes und Motherboards weiterentwickelt. Der SPEA 4040 MB (Motherboard) wurde speziell für diesen Bereich konzipiert und beinhaltet Hard- und Softwarekomponenten, die die besonderen Anforderungen beim Test von Backplanes berücksichtigen. Nach wie vor ist der SPEA 4040 das einzige System mit Linearmotoren und luftgelagerten Achsen. X-, Y- und Z-Achse können frei programmiert werden. Das garantiert neben einem verschleißfreien Antrieb die unerreicht schnelle und präzise dreidimensionale Kontaktierung. Der Tester kontaktiert auf beliebigen Lötflächen mit einer Mindestgröße von 200 µm. Die Berücksichtigung unterschiedlicher Höhenprofile ermöglicht den problemlosen Test der bis zu 20 mm erhöhten Steckerpins.

Neben SMD- und anderen Bauteilen müssen auch die Pins von Steckern und Connectoren präzise kontaktiert werden. Steckerpins können allerdings nur dann korrekt kontaktiert werden, wenn neben der Änderung der Kontaktierhöhe in Z-Richtung auch die Anfahr-Koordinaten der Probes in X- und Y-Richtung entsprechend angepasst werden (tangens d). Nach Programmierung der Probes in Z-Richtung auf die erforderlichen Höhen berechnet die Systemsoftware ATOS Fly automatisch die zugehörige X-Koordinate. Der Kontaktierlevel ist im Bereich von 0 bis 20.000 µm (20 mm) programmierbar. Kontaktiert wird präzise auf die Stiftspitzen. Für den Test werden spezielle Probes verwendet, die an ihrer Spitze eine Innenwölbung aufweisen. Dabei wird nicht nur getestet, ob der Pin vorhanden ist, sondern auch, ob er die angegebene Länge aufweist oder verbogen ist. Weiterhin erfolgt ein Test auf Kurzschlüsse und die korrekte Verbindung der Pins. Der Kurzschlusstest wird mit Hilfe von NET-Test durchgeführt. Das erhöht die Testtiefe und reduziert die Testzeit. Buchsen werden mit Electro Scan getestet. Bei diesem Verfahren kommen zwei Electro-Scan-Sonden zum Einsatz, die die Signale aufnehmen. Diese werden direkt an der Achse verstärkt, so dass kein Signalverlust entsteht. Wie bei den Steckern wird auf korrekte Verbindung und Vorhandensein getestet. Zusätzlich zum elektrischen Test führt der SPEA 4040 MB einen optischen Test mit der eingebauten Kamera durch. Nicht elektrisch testbare Komponenten werden so auf Anwesenheit, korrekte Platzierung und Codierung überprüft.

Backplanes zeichnen sich dadurch aus, dass sie zum größten Teil aus Steckverbindern bestehen. Der Hauptteil des Prüfprogramms besteht damit aus dem Test auf Kurzschlüsse (Shorts) und Verbindungen. Der „konventionelle“ Kurzschlusstest beruht darauf, dass jedes Netz gegen jedes getestet wird. Den vollständigen Test aller Netze können jedoch nur Boardtester mit Adapter in einer angemessenen Zeit durchführen. Beim Flying-Probe-Test muss gezwungenermaßen eine Auswahl der zu testenden Netze getroffen werden, da der Test aller Netze aufgrund der Verfahrwege untragbar lange Testzeiten in Anspruch nehmen würde. Üblicherweise erfolgt die Auswahl der zu testenden Netze in Abhängigkeit ihres Abstands zueinander. Je näher die Netze beieinander liegen, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit für eine ungewollte Verbindung. Unterschreitet der Abstand der Netze zueinander einen bestimmten Wert, wird automatisch der Kurzschlusstest durchgeführt. Dieser Wert kann individuell eingestellt werden. Bei diesem Verfahren muss jedoch immer ein Kompromiss zwischen Testzeit und Prüftiefe gemacht werden. Je größer der „Sicherheitsabstand“ gewählt wird, desto mehr Netze werden getestet. Die Testtiefe wird erhöht, aber auch die Testzeit. Wählt man einen kleineren Abstand, geht das zu Lasten der Testtiefe, reduziert aber die Testzeit. Dabei spielt die Anzahl der zur Verfügung stehenden Nadeln so gut wie keine Rolle. Der Kompromiss zwischen Prüftiefe und Testzeit bleibt.

NET-Test ermöglicht die Durchführung „konventioneller“ Kurzschlusstests auch auf dem Flying Probe-Tester. Durch Einsatz dieses Verfahrens werden die Prüfzeiten um bis zu 40% reduziert. Im Gegensatz zu einem System mit Adapter wird aber nicht jedes Netz gegen jedes geprüft, sondern jedes Netz gegen ein Referenznetz, in der Regel Masse. Bei dem Verfahren „jedes Netz gegen jedes“ müssten bei 1000 Netzen 499.500 Tests durchgeführt werden. NET-Test benötigt 1000 Tests. Eine Backplane, die bei Pin-zu-Pin-Messungen ca. 60.000 Einzelmessungen und damit etwa eine Stunde Prüfzeit benötigen würde, wird mit NET-Test in maximal 7 Minuten getestet. Dabei beschränkt sich die Überprüfung jedoch nicht nur auf Kurzschlüsse – für jedes Netz werden die charakteristischen Eigenschaften gemessen und ausgewertet. Dazu werden induktive, kapazitive Widerstands- und Halbleitertests durchgeführt. Geprüft wird mit sogenannten „Active Probes“ zur direkten Signalaufnahme, d.h. die Übermittlung des Messsignals über die Leitungslänge zum Messmodul entfällt. Dies garantiert hochgenaue Impedanzmessungen bis zu 0,1 pF und einem Messbereich bis über 1 MOhm.

Der Test von Backplanes und Motherboards ist mit hohen Kosten für die Adaptererstellung verbunden. Selbst bei Großserien amortisieren sich diese Kosten nicht immer. Flying-Probe-Tester sind hier klar im Vorteil. Einschränkungen gab es bisher bei der Testzeit und der Kontaktiermöglichkeit der Steckverbindungen. SPEA bietet mit dem Flying-Probe-System SPEA 4040 MB die bessere Alternative. Die freie Programmierbarkeit aller drei Achsen und des Kontaktierlevels garantiert die präzise Kontaktierung aller Steckverbindungen. Adapterkosten gibt es nicht, und die Testzeiten werden mit Hilfe von NET-Test auf ein Minimum reduziert. Der größte Teil des Testprogramms entfällt auf den Kurzschluss- und Verbindungstest. Herkömmliche Flying-Probe-Tester führen aufgrund der Verfahrwege immer einen reduzierten Kurzschlusstest durch. Mit NET-Test werden, wie bei Systemen mit Adapter, alle Netze auf Kurzschluss überprüft und gleichzeitig die Testzeit reduziert. Der SPEA 4040 MB testet Baugruppen mit Abmessungen von bis zu 685 x 610 mm. Er kann sowohl stand-alone als auch in der Linie eingesetzt werden.

EPP 475

SPEA 4040 MB auf einen Blick

– Linearmotoren und luftgelagerte Achsen – Closed loop – Testbereich 685 x 610 mm – Frei programmierbare X-, Y- und Z-Achsen – Hochpräzise Kontaktierung sämtlicher Steckver binder – Einsatz von NET-Test – Active-Probes für hochgenaue Messungen – Electro Scan – Integrierter optischer Test