Testen ist unerlässlich Peter Reinhardt, Reinhardt GmbH, Diessen

Auch die elektronischen Bauteile müssen den Parameter Außenmaße erfüllen, aber je nach Bauteil sind die Anforderungen wesentlich höher. Bis vor zehn oder 15 Jahren wurde bei elektronischen Bauteilen noch eine sehr eingehende Wareneingangsinspektion betrieben, heute dagegen werden nur noch wenige Bauteile vor dem Einbau in elektronische Flachbaugruppen und Hybride geprüft. Die meisten Bauteile werden erst nach erfolgreicher Bestückung geprüft und dann die Fehler festgestellt und das ist nicht der Idealweg. Da wir heute Prüfwerkzeuge wie Automatische Optische Inspektion (AOI), In-Circuit-Test, Boundary Scan- und Funktionstest haben, sollten für ein Optimum an Sicherheit möglichst alle diese Testarten eingesetzt werden. Da seit 1990 das Produkthaftungsgesetz in Europa verbindlich ist, stellt sich nicht mehr die Frage, welches Testsystem man benutzt: Jeder Hersteller von elektronischen Flachbaugruppen muss diese so herstellen, dass später weder Mensch noch Sache zu Schaden kommen und dazu müssen die heute üblichen Testverfahren eingesetzt werden. Der In-Circuit-Test und der Funktionstest ist also mehr oder weniger ein Muss, denn sonst können trotz eines erfolgreichen Funktionstests Bestückungsfehler vorhanden sein, die früher oder später zu Ausfällen führen. Wird dann im Schadensfall nachgewiesen, dass Bestückungsfehler vorliegen und es wird nicht nachgewiesen, dass ein In-Circuit-Test erfolgt ist, ist der Tatbestand der groben Fahrlässigkeit gegeben und der Hersteller muss für die Schäden an Mensch oder Sache voll aufkommen. AOI- und Boundary Scan-Test sind Testverfahren, die zum großen Teil, außer der Lötqualität, bereits durch den In-Circuit- und Funktionstest abgedeckt werden.

Die Prüfung einer elektronischen Flachbaugruppe, eines Hybrids oder eines Moduls mit Hilfe des In-Circuit-Tests und des Funktionstests ist also zwingend notwendig. Mit den genannten Testverfahren werden bestenfalls 97 % der Fehler gefunden; 100 % sind erfahrungsgemäß nur im Traum jedes Qualitätsverantwortlichen oder bei einem tüchtigen Verkäufer möglich. Da Fehlerraten von 2 bis zu 40 % üblich sind, müssen 100 % aller hergestellten Baugruppen, Hybride und Module getestet werden. Natürlich klingt es von vornherein sehr aufwändig, diese beiden Testmethoden einzusetzen, über die Jahre hat es sich jedoch herauskristallisiert, dass die beiden Testmethoden, die die Adaption des Prüflings voraussetzen, heute durchaus wirtschaftlich machbar sind, um Fertigungsprobleme und defekte Bauteile zu erkennen.

Im In-Circuit-Test werden die Leiterbahnen auf Kurzschlüsse und Unterbrechungen überprüft und im Bauteiltest wird festgestellt, ob die Bauteile im richtigen Wert in der richtigen Richtung am richtigen Platz positioniert wurden. Mit dieser Testmethode werden typischerweise 90 % der Fehler erkannt. Wenn dann noch ein Testsystem wie das ATS-KMFT 670 von Reinhardt eingesetzt wird, lassen sich diese Fertigungsfehler vollgrafisch auf dem Bildschirm oder optional auf dezentralen Reparaturstationen anzeigen. Dazu muss der Prüfling mit Hilfe eines Prüfadapters ein- oder beidseitig mit gefederten Kontaktstiften kontaktiert werden. Diese Adaption stellen wir ebenfalls her – mit individuellen Kosten für jede zu testende Baugruppe zwischen 300 und 600 Euro, bei beidseitiger Kontaktierung das Doppelte. Diese Adaptionen können mit unserem Bohrzentrum erfahrungsgemäß auch ohne große mechanische Kenntnisse in drei bis fünf Stunden selbständig im eigenen Haus erstellt werden.

Der Funktionstest setzt ebenfalls eine Kontaktierung voraus. Zu 90 % kann dafür schon die In-Circuit-Adaption genutzt werden, in die für die Funktionsadaptierung noch 10 bis 30 weitere Verbindungen eingebaut werden müssen. Im Funktionstest wird der Prüfling mit den entsprechenden Betriebsspannungen versorgt und die Stromaufnahme jeder dieser Quellen überprüft. Danach werden die Fest- und Referenzspannungen gemessen. Dafür werden die für den In-Circuit-Test verdrahteten gefederten Kontaktstifte genutzt. Die Baugruppe wird initialisiert, d. h. in einen Grundzustand gebracht, so dass man von hier aus schon die entsprechenden Ausgänge und Signale mit den Messeinheiten für Gleichstrom, Wechselstrom, Gleichspannung, Wechselspannung, Spitzenspannung, Frequenz, Perioden, Anstiegszeit, Abfallzeit, Pulsbreite, Tastverhältnis, Laufzeiten zwischen zwei Kanälen, Phasenmessung usw. abmessen kann. Anschließend werden die Eingangssignale stimuliert, das können Spannungen, Ströme, Wechselspannungen, Wechselströme, Frequenzen, Impulse, serielle und parallele Daten sein. Diese Signale sind standardmäßig in unserem Testsystem vorhanden und können mit den Stimulierungsmatrixkarten an die jeweiligen Eingänge verschaltet werden. Bei Änderung der Eingangssignale entsteht auf jeden Fall eine Änderung an den Ausgangssignalen, die man zeit-echt messen kann. Für den zu ermessenden Parameter lassen sich symmetrische oder asymmetrische Grenzen setzen und die Messungen innerhalb dieser Grenzen durchführen. Falls die Grenze überschritten wird, wird das als Fehler dargestellt oder abgespeichert. Im beigefügten Blockschaltbild sind die Quellen, Stimulierungsmatrix, Messmatrix und Logikkanäle parallel oder seriell dargestellt.

Es gibt eine Reihe von Testsystemen, die eine sehr umfangreiche Software anbieten mit so gut wie jeder Möglichkeit, die Programme zu erstellen. Bei Reinhardt fließen mehr als 40 Jahre Prüferfahrung in die Testsysteme ein. Der Testsystemhersteller verwendet deshalb im In-Circuit-Test wie im Funktionstest eine Oberflächensoftware, die seine ganzen Erfahrungswerte beinhaltet: die ganzen Schaltaufgaben bzw. Quellenprogrammierung, die Möglichkeiten von Feldbussystemen wie CAN-Bus, Profibus, LIN-Bus, K-Bus, COM usw. Externe Stimuli- und Messgeräte können über IEC- oder IEEE-Schnittstelle genauso eingebunden werden wie über RS232, USB2 oder Ethernet-Schnittstelle. Diese Möglichkeiten sind teilweise standardmäßig vorhanden oder können für bestimmte Aufgaben optional eingebunden werden. Da der In-Circuit-Test mehr oder weniger bei allen Baugruppen in ähnlicher Form durchgeführt wird, hat das Unternehmen Automatismen entwickelt, um z. B. die Pin-Kontaktprüfung in wenigen Sekunden automatisch zu generieren. Auch ein Kurzschluss- und Unterbrechungstest wird in wenigen Sekunden automatisch generiert. Das trifft ebenfalls auf den SMD-Lötfehlertest für Fine-Pitch-ICs zu. Wenn die Bauteilliste (BOM – Bill of Materials) in das Gerät eingegeben wird, lässt sich das komplette Programm in weniger als einer Stunde automatisch generieren. Diese Prozesse können jederzeit auch von Hand erfolgen und jeder einzelne Wert lässt sich noch verändern. Für das Ablernen von Messwerten im Funktionstest stehen ebenfalls Automatismen zur Verfügung, so dass nur die Signale eingegeben werden müssen. Dann können die ermessenen Werte mit den Grenzwerten auch vollautomatisch erlernt werden. Auch hier kann jederzeit manuell eingegriffen werden. Die Testsystemphilosophie des Testsystemherstellers basiert nicht nur auf einem niedrigen Investitionspreis, sondern vor allen Dingen auf niedrigen Adaptions- und Programmierkosten. Hier sieht sich das Unternehmen als wettbewerbslos: Die Programmierarbeiten können von jedem Facharbeiter mit Elektronikausbildung und Erfahrung in der Windows-Bedienung in typischerweise sieben Stunden erlernt und dann können erfahrungsgemäß In-Circuit- und Funktionstestprogramme in ein bis maximal zwei Arbeitstagen erstellt werden.

Wie bereits erwähnt, steht eine ganze Reihe von Testsystemen zur Verfügung, welche in C++, Visual Basic und LabView programmiert werden. Diese sind extrem flexibel, was der Testsystemhersteller in keiner Form in Frage stellen möchte. Allerdings sind der Programmieraufwand, Änderungen, Protokollierungen, Datenübergabe, Statistik und Nutzung von dezentralen Reparaturstationen mit extrem hohem Aufwand verbunden, wenn erst alles aufwändig erstellt werden muss und Schulungen nur sinnvoll sind, wenn diese Software nahezu täglich genutzt wird. Bei den Kunden des Herstellers werden typischerweise bis zu 30 neue Programme pro Jahr erstellt, das bedeutet maximal 60 Tage Programmieraufwand ohne eine Softwareschulung wie bei der genannten Software, denn mit den Assistenten des Testsystemherstellers können sich Anwender beim Programmerstellen selbst nach Jahren noch durch die Software führen lassen. Service wird auch nach Ablauf der Garantiezeit noch innerhalb von 24 Stunden gewährt und heißt nicht nur, dass eine Reaktion erfolgt, sondern dass das Testsystem wieder voll einsatzfähig ist. Wenn bei den Testsystemen, die mit C++, Visual Basic und LabView arbeiten, überhaupt ein Service existiere, sei dieser bestenfalls in zwei bis drei Wochen zu erwarten. Da Reinhardt bis auf Rechner, Maus, Drucker und Bildschirm nur Eigenprodukte verwendet, ist die Verfügbarkeit binnen 24 Stunden auf jeden Fall gewährleistet, während Testsysteme, die aus diversen Messgeräten bestehen, nur den Service der Hersteller dieser Messgeräte bieten können und der liege in der Regel bei vier bis acht Wochen. Bei Karten im LabView-Bereich seien vier bis zwölf Wochen keine Seltenheit.

Es ist ein großer Vorteil, wenn man mit einem Testsystempartner zusammenarbeitet, dessen Testsysteme kontinuierlich auf die neuesten Prüftechnologien erweitert werden, dazu gehört natürlich die Betriebssoftware. Auch die Instandsetzung des Testsystems innerhalb von 24 Stunden auch noch nach 15 Jahren ist ein wichtiges Argument, ebenso die Schulung des Programmier- bzw. Anwenderpersonals zu jedem Zeitpunkt – auch noch nach 15 Jahren, beispielsweise nach einem Personalwechsel. Man sieht also, dass ein Partner für In-Circuit- und Funktionstestsysteme mit eigenem Adaptionskonzept, mit Beratung bei neuen Projekten, mit Reparatur und Weiterbildung der Mitarbeiter die richtige Lösung ist.

EPP 447