Plattform für integrierte Teststrategien

Beat Scheurer, Agilent Technologies, Böblingen

Basisstationen (Base Transceiver Stations, BST) sind elementare Bausteine der GSM-Mobiltelefon-Netzwerk-Infrastruktur. Der immense weltweite Erfolg der drahtlosen Telekommunikation hat zu einem enormen Bedarf an diesen Produkten geführt. Die Anzahl der installierten GSM-Basisstationen nimmt ständig zu, und die technischen Anforderungen – insbesondere hinsichtlich der elektronischen Umweltverträglichkeit – werden immer höher. Siemens zählt zu den Weltmarktführern bei Funknetz-Systemen. Durch die Übernahme von Italtel und den Ausbau seines Handy-Geschäfts konnte Siemens seinen Marktanteil in Italien deutlich steigern.

Die GSM-Basisstationen werden von Siemens ICN (Information & Communications Networks) in München entwickelt und in Produktionszentren in Deutschland, Italien, Spanien und China gefertigt. Die wichtigste Aufgabe des Produktionszentrums in Marcianise in der süditalienischen Provinz Caserta ist die Großserienproduktion von Basisstationen. Siemens unterhält in Marcianise außerdem ein regionales Logistikzentrum für den Vertrieb von Funknetz-Systemen und ein Reparaturzentrum, in dem defekte Baugruppen und Module aus der ganzen Welt in Stand gesetzt werden.

Dort ist Domenico Buono für die Produktionseinführung neuer Produkte und die Testentwicklung verantwortlich. Er erläutert, wie seine Techniker die Serienproduktion von Basisstationen der jüngsten Generation – die weltweit unter der Marke Siemens vertrieben werden – in den Griff bekommen haben: „Die Basisstationen, die wir hier bauen, werden in alle Welt verschickt, doch selbstverständlich ist auch der lokale Markt für uns sehr wichtig. Hier arbeiten etwa 700 Mitarbeiter in der Produktion sowie etwa 300 in Vertrieb und Verwaltung. Unsere Entwicklungsabteilung, deren Leiter ich bin, hat die Aufgabe, robuste Massenproduktionsprozesse zu entwickeln. Ein wichtiger Aspekt dabei ist die Testentwicklung. Unser Testentwicklerteam arbeitet eng mit unseren Forschungs- und Produktentwicklungsabteilungen zusammen, um die Effizienz unserer Testmethoden kontinuierlich zu verbessern und die Produktionsprozesse an den neuesten technischen Stand und die Funktionalität der Produkte anzupassen.“

Im Werk Marcianise wurde kürzlich mit der Großserienproduktion der neuen GSM-Basisstationen begonnen. Dazu soll die Produktion bis auf 12.000 Einheiten pro Monat hochgefahren werden. Dazu Bouno: „Parallel dazu wird die Produktion von Basisstationen der früheren Generation heruntergefahren. Die neue Produktgeneration brachte zahlreiche technische Herausforderungen mit sich. Eine der schwierigsten war die Entwicklung effizienter Testverfahren. Die Baugruppen der neuen Generation sind erheblich kompakter und komplexer als die früheren. Nur noch etwa 30 % der Schaltungsknoten sind unmittelbar zugänglich. Das bedeutet, dass mit herkömmlichen In-Circuit-Testverfahren keine ausreichende Testabdeckung mehr zu erzielen ist. Bei der vorigen Generation waren noch 90 % der Schaltungsknoten zugänglich. Durch die ständig zunehmende Integrationsdichte gehören diese Werte ein für allemal der Vergangenheit an.“

Bisher war die Elektronik einer Basisstation auf mehrere Module verteilt; heute sind die gleichen Funktionen in einem einzigen Modul integriert. „Unsere Testentwickler müssen mit dieser Tatsache leben und innovative Funktionstestlösungen finden, die eine ausreichende Testabdeckung gewährleisten. Unter diesem Aspekt ist es wichtig, im Rahmen eines unternehmensweiten Concurrent-Engineering-Konzepts auch die Produktentwicklungsabteilung an der Testentwicklung zu beteiligen. In unserem Fall ist das gelungen, obwohl die Kollegen von der Produktentwicklung 1500 km weit weg sind. Wir konnten zeigen, dass die vorgeschlagene Lösung tatsächlich der optimale Weg war, um unangenehme Überraschungen beim Start der Großserienprodukt zu vermeiden,“ erklärt er hierzu.

Im Werk Marcianise besaß man bereits Erfahrung mit Testsystemen der Serie 3070 von Agilent Technologies; sechs solcher Systeme sind dort schon seit längerem im Einsatz. Buono meint dazu: „Wir waren mit der Leistungsfähigkeit dieser Testsysteme bisher immer zufrieden gewesen, hatten aber zunächst ernsthafte Bedenken, ob Testsysteme dieses Typs generell den wesentlich höheren Anforderungen der neuen Baugruppengeneration gewachsen sein würden. Um ehrlich zu sein: unsere Entwickler waren ziemlich skeptisch. Eine sorgfältige Analyse ergab jedoch, dass die Plattform Agilent 3070 bei entsprechender Ausstattung und Programmierung die Anforderungen erfüllen oder gar übertreffen würde.“ Von den Gesamt-Herstellungskosten einer Basisstation entfallen etwa 80 % auf Arbeitskosten und nur etwa 20 % auf Materialkosten. Unter dem Aspekt der Rentabilität ist es daher äußerst wichtig, den Zeitbedarf zur Herstellung und Prüfung des Produkts zu minimieren. „Unser Ziele waren Durchsatzzeiten von fünf Tagen für die Produktion der Module und weitere drei Tage für die Konfiguration, Test und Auslieferung des Systems,“ erklärt er.

Das Werk besteht im wesentlichen aus zwei kaskadierten Produktionsstraßen mit einem Zwischenlager für Module, das von Kanban Technology verwaltet wird. Auf der ersten Straße werden die Module hergestellt, und zwar mit einer von der Planungsabteilung vorgegebenen Taktzeit. Auf der zweiten Produktionsstraße werden die Systeme nach den Wünschen der Kunden montiert; die Durchsatzrate dieser Straße ist von der jeweiligen Auftragslage abhängig. Die montierten Systeme verlassen das Werk in einem fertig konfigurierten und einsatzbereiten Zustand (Plug and Play).

Die kurzen Taktzeitvorgaben machten es erforderlich, nicht nur die Produktionsdauer, sondern auch die Testdauer auf ein Minimum zu reduzieren. Als maximale Testzeit (einschließlich Handhabung) für diese komplexen Baugruppen mit nicht weniger als 5000 Lötstellen waren fünf Minuten angesetzt. Die Siemens-Techniker in Marcianise erreichten dieses hoch gesteckte Ziel, indem sie das Baugruppentestsystem Agilent 3070 als Plattform verwendeten und es durch diverse Messgeräte für HF-Funktionstests ergänzten, die über einen GP-IB-Bus von der Plattform gesteuert werden.

„Das Problem der begrenzten Testzugriffsmöglichkeiten wurde durch massiven Einsatz der Boundary-Scan-Prüftechnologie gelöst,“ berichtet Buono: „Diese ermöglicht es, komplexe Digitalbaugruppen, bei denen ein Großteil der IC-Anschlüsse nicht mit Prüfnadeln kontaktiert werden kann, dennoch gründlich zu testen. Darüber hinaus wurde der Funktionstest auf die HF-Baugruppen erweitert. Die Steuerung der HF-Messgeräte erfolgt durch das gleiche Programm, das auch die In-Circuit- und Boundary-Scan-Tests steuert. Bereits vor den elektrischen Tests werden die Baugruppen einer Röntgen-Inspektion unterzogen. Dies ist ein wichtiger Bestandteil unserer integrierten Teststrategie. Bei der Röntgen-Inspektion werden die häufigsten Produktionsfehler wie beispielsweise defekte Lötstellen, Kurzschlüsse und Unterbrechungen erkannt. Das bedeutet, dass solche Strukturfehler bei den nachfolgenden elektrischen Tests außer Acht gelassen werden können. Man braucht dann nur noch nach komplexeren Fehlern zu suchen, die aufwendige Funktions- und In-Circuit-Tests tatsächlich erfordern.“

Seit kurzem werden im Siemens-Werk Marcianise noch zwei weitere Testsysteme Agilent 3070 zum Testen von Basisstationen eingesetzt. Buono bemerkt dazu: „Dieses Projekt ist zu unserer Zufriedenheit gelaufen. Wir konnten zeigen, dass wir die richtige Lösung gewählt und die erwarteten Ergebnisse erzielt haben. Auch mit unserem Lieferanten Agilent Technologies sind wir zufrieden. Die Ingenieure von Agilent haben sich als echte Partner erwiesen, sind uns auch in den schwierigen Phasen des Projekts zur Seite gestanden und haben uns beraten, mit welchen Prüftechnologien wir die diversen Probleme am besten in den Griff bekommen können. Dennoch haben sie uns stets die Projektleitung überlassen. Unsere Techniker in Marcianise sind heute in der Lage, die Testprogramme und Testadapter je nach Bedarf zu modifizieren. Wir wissen es sehr zu schätzen, mit einem Lieferanten zusammenzuarbeiten, der sich als Partner begreift. Eine solche Zusammenarbeit ist für beide Seiten erfolgreich.“

EPP 192