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Pioniere der Prüftechnik

20 Jahre Flying Probe Test
Pioniere der Prüftechnik

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Im Jahre 1987 stellte Takaya der Welt das erste Flying Probe Incircuit-Testsystem vor, eine Innovation, die nachhaltig die Prüfstrategien in fast allen Bereichen der Elektronikindustrie verändert hat. Zum ersten Mal war es möglich, bei Serien mit kleinen und mittleren Stückzahlen hohe Kostensenkungspotenziale zu erzielen und selbst Prototypen wirtschaftlich zu testen. Dabei wurden die Incircuit-Testsysteme über die Jahre konsequent weiterentwickelt.

Itochu SysTech, Düsseldorf

Takaya ist heute mit mehr als 1600 Systeminstallationen weltweiter Marktführer auf dem Gebiet der Flying Probe Technologie. Der Spezialist für die Prüfung von komplexen Baugruppen versteht sich als Partner der Kunden in der Elektronikindustrie.
Vorherige Incircuit-Tests erforderten die aufwändige Erstellung eines Adapters und eine langwierige Programmierung des Testdurchlaufes, die nur bei großen Serien rentabel waren. Der Flying-Probe-Test kommt ohne Adapter aus, und das Programm wird in sehr kurzer Zeit erstellt, was das Einsatzgebiet für dieses umfassende Testverfahren um eben die geringeren Losgrößen und sogar Prototypen erweitert. Damit steigert sich die Wertschöpfung dieses Verfahrens beim Anwender erheblich. Zusätzlich konnte aufgrund der hohen Positioniergenauigkeit der Nadeln auf die üblicherweise erforderlichen Testpunkte verzichtet werden. Gerade bei komplexen und hochintegrierten Baugruppen wird so die Testabdeckung entscheidend verbessert und der Aufwand für das „Design for Testability“ (DFT) verringert.
Was zuerst als Entwicklung für die eigenen Fertigungsstandorte des Unternehmens für den Geschäftsbereich Dienstleistungen in der Elektronikfertigung gedacht war, entwickelte sich schnell zum Selbstläufer. Seit 1989 gewann der Flying-Probe-Test auch in Europa zunehmend Interessenten. Der Vertrieb der Tester außerhalb Japans erfolgt über die Düsseldorfer Itochu SysTech GmbH. Der erste Flying-Probe-Tester APT-2200 war mit zwei verfahrbaren Proben ausgestattet und fand als Tischgerät in den Fertigungsstätten von Takaya Anwendung. Das System wurde schon bald zur APT-2200N weiterentwickelt und als kompaktes System mit drei verfahrbaren Proben ausgerüstet; die Messelektronik deckte den gesamten Bereich eines analogen Incircuit-Tests ab. Ausgestattet mit einem Z-80A-Prozessor als Herz des Flying-Probe-Testers konnte das System drei Messungen pro Sekunde vornehmen. Die X/Y-Achsen wurden von Schrittmotoren angetrieben, und das Verfahren in Z-Richtung erfolgte über Druckluftzylinder. Bereits diese ersten Testprogramme konnten anhand von CAD-Daten erstellt werden, allerdings setzten die meisten Anwender das „Teach In“-Verfahren ein. Die Koordinaten und die Messwerte wurden von einem Gut-Board eingelesen. Um diesen Prozess so einfach wie möglich zu gestaltet, bot man mehrere automatische Tools zur Programmgenerierung an.
Schneller und mehr getestet
In den Jahren 1992 und 1993 gab es gleich zwei Neuentwicklungen: APT 8300 als Flying-Probe-System mit drei, und APT 8400 mit vier verfahrbaren Proben, wodurch bis zu neun Messungen pro Sekunde durchführt werden konnten. Größere Verfahrbereiche, eine präzisere Messelektronik und eine sprichwörtliche Zuverlässigkeit im Produktionseinsatz der Systeme ermöglichten den Einzug in die führenden Elektronikfertigungen dieser Welt. Die APT-8400-Systeme wurden mit Visionsystemen ausgestattet, welche zuerst nur für die Lageerkennung der Leiterplatte eingesetzt wurden, aber schon bald auch um Visiontests erweitert wurden. Die Testabdeckung wurde erhöht, weil sich die Verfahren ergänzen: Optische Erfassung der Bauteile, die aufgrund der Schaltung nicht elektrisch getestet werden konnten.
Angetrieben von den Bedürfnissen der Elektronikindustrie wurden neue Messverfahren in Zusammenarbeit mit verschiedenen Partnern entwickelt. Einige dieser Verfahren erhöhten die Testabdeckung, während andere die Testzeiten weiterhin reduzierten. Bereits Anfang der 90-er-Jahre wurden intensive Überlegungen zur Integration von Boundary Scan (IEEE 1149) und Flying Probe angestellt. Im Jahre 1994 wurde in der Serie APT 8400 der Grundstein für die Verbindung von Boundary Scan und Flying Probe gelegt: In den Flying-Probe-Tester integrierte man das System von Göpel electronic. Die Kombination aus den beiden Testverfahren erhöhte die Abdeckung und verbesserte die Auslastung bei insgesamt höherer Prüfgeschwindigkeit.
Mitte der 90-er-Jahre konnte durch die optionale Integration von Netztest die Testzeit vor allem von Baugruppen mit mehrheitlich digitalen Elementen deutlich reduziert werden. Auch die Prüftiefe erhöhte sich dank dieser Option deutlich. Im Vergleich zum Standardverfahren ist hier nur eine Kontaktierung je Netz notwendig. Außerdem kann ein Vier-Nadel-Tester drei Netze gleichzeitig prüfen. Dieser Zeitvorteil kann je nach Baugruppe bis zu 60 % betragen.
Im Jahre 1995 erhielt das Takaya-System die Auszeichnung „Innovation of the year“. Durch enge Partnerschaften zu den Kunden ergaben sich kontinuierlich weitere Anstöße für Entwicklungen, die zielstrebig realisiert wurden. Speziell für den europäischen Markt wurde das APT 9401 System entwickelt und 1999 vorgestellt. Durch die Integration von Spannungsversorgungen, Frequenzzählern und Oszilloskopen entstand eine offene Plattform, die problemlos mit externen Messgeräten kommunizieren konnte.
Der Standard Incircuit-Test wurde um Funktionstestelemente erweitert und neue Anwendungsbereiche erschlossen. Übergeordnet blieb stets der Anspruch, die Technologie der Flying-Probe-Tester federführend voranzubringen.
Nicht nur die Testsysteme selbst unterlagen permanenter Weiterentwicklung, sondern auch die zugehörige Generierung der Testprogramme. Heute steht eine leistungsfähige CAD Konvertierungssoftware zur Verfügung, die eine Fertigstellung des Testprogramms aus den CAD-Daten in kürzester Zeit realisiert. Bei dieser Entwicklung wurde darauf Wert gelegt, die Programmierung schnell und übersichtlich zu gestalten. Darüber hinaus sollte die Zeit des Debuggens am aktuellen Flying Probe Tester so gering wie möglich gehalten werden. Hier kommen intelligente Software Tools, wie z. B. Probe Permission zum Einsatz, eine Software, die unter Berücksichtigung der Bauteilbestückung der Leiterplatte die optimale Vergabe der Proben regelt. Dieses setzt intelligente Algorithmen voraus, welche speziell den Aufbau der Flachbaugruppe des Kunden berücksichtigen und auf die mechanische Konstruktion des Flying Probe Testers zugeschnitten sind.
Bereits im Jahre 2004 stellte das Unternehmen den Prototyp des APT 9600-Systems vor. Dieses Konzept beinhaltet zusätzlich zu den vier verfahrbaren Proben auf der Oberseite des Prüflings auch im Testablauf frei programmierbare Proben auf der Unterseite. Dieses neuartige System ermöglichte erstmals das gleichzeitige Testen von beiden Seiten der Flachbaugruppe. Durch zunehmend dicht und beidseitig bestückte Leiterplatten liegen die Vorteile klar auf der Hand, die sich aus dem gleichzeitigen Prüfen beider Seiten ergeben: Zeitreduzierungen und eine erhöhte Abdeckung. Zugleich ermöglichen mehrere integrierte Kamerasysteme eine hervorragende Abdeckung im optischen Bereich. Muster und Bauteilerkennungen von der Oberseite und der Unterseite der Baugruppe werden gleichzeitig durchgeführt. Seit 2006 ist dies System in Serie erhältlich.
Im Jahre 2005 wurde die APT 9411CE Serie vorgestellt, ein System, das neue Maßstäbe in der Funktionalität und der Modularität von Flying Probe Testern setzte. Ausgehend von einer Basisplattform kann das APT 9411CE mit den Anforderungen an zukünftige Bedürfnisse des Kunden wachsen. Ob zusätzliche Spannungsquellen, Kameras für die Data Matrix- und Barcode-Erkennung oder ganze In Line-Systeme benötigt werden, ist die Nachrüstung jeder dieser Zusatzfunktionen beim Anwender vor Ort ohne lange Ausfallzeiten möglich. Auch die frei verfahrbaren Moving Bottom Probes können problemlos in bestehende Anlagen der Serie 9411 nachgerüstet werden. Für den Anwender bedeutet das, er schafft ein Basissystem entsprechend den aktuell bestehenden Anforderungen an. Je nach künftiger Entwicklung seines Produktspektrums kann er bei Bedarf die benötigten Zusatzfunktionen nachrüsten. So sorgen die Systeme dank geringer Total Cost of Ownership und bewährter Zuverlässigkeit im Zusammenhang mit dem Vor-Ort-Support von Itochu SysTech für gute Testergebnisse, und das seit 20 Jahren.
Ausblick
Durch hochkomplexe Baugruppen mit immer kürzeren Produktlebenszyklen und einer hohen Typenvielfalt gewinnen flexible Teststrategien immer mehr an Bedeutung. Die enormen Kostensenkungspotenziale durch den Einsatz der Flying Probe Systeme und die hervorragende Testabdeckung führen zu einer stetig wachsenden Nachfrage. Die Zukunft der Flying Probe Technology im Hause Takaya sieht viel versprechend aus. Neue Entwicklungen sollen die Anwendungsbereiche erweitern und neue Märkte erschließen. Hierzu sollen neue Funktionen, eine erweiterte Produktpalette und der Ausbau von strategischen Partnerschaften entscheidende Impulse geben.
SMT, Stand 7-438
EPP 510
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