Testfähigkeit lässt sich hinein designen Peter Reinhardt, Geschäftsführer und Inhaber, Obermühlhausen

Die erste und einfachste Antwort aus dem Unternehmen Reinhardt ist: Ein Entwickler von Elektronikbaugruppen, der heute in vielen Fällen auch der Designer der Leiterplatte ist, sollte erst einmal ein halbes Jahr in der Fertigung von Baugruppen (wozu Pastenauftrag, Bestückung sowie der Lötprozess und die eventuellen Reparaturmöglichkeiten gehören) als auch ein weiteres Jahr im Test der Elektronikbaugruppen tätig sein. Die damit erzielbaren Verbesserungen im Zeit- und Kostenaufwand sowie in der Zuverlässigkeit der Baugruppen durch besseres Verständnis und Umsetzen der Aufgaben können die Gestehungskosten solcher Schaltungen dann insgesamt um etwa 50 % reduzieren. Leider brauchen Entwickler mindestens 2 bis 3 Jahre, bis sie die technischen Topics, die sie in der Ausbildung gelernt haben, praktisch sinnvoll einsetzen und damit gut funktionsfähige Lösungen realisieren können.

Wenn es sich nicht um Schaltungssysteme handelt, die auf solchen Board-Standards wie Europa- oder Doppeleuropaformat aufbauen, ist in den meisten Fällen die Topografie der Baugruppe in den Formen und Abmessungen des Endproduktes bereits vorgegeben. Auch die technischen Limitierungen, aber auch Vorteile der Bestückungs- und Lötmaschinen sollten den Entwicklern bestens bekannt sein. Steckverbinder, Anschlussklemmen, Programmier- und Codierstecker müssen entsprechend der angestrebten guten Verarbeitung in der Bestückung und der leichten Zugänglichkeit von Testpunkten in ihrer Anordnung optimal definiert werden. Und es geht dabei natürlich nicht nur um die Bestückleistung der Systeme und um Zugänglichkeit von Prüfpunkten, sondern auch um die Gesamtkosten einer Schaltung und um die Verfügbarkeit von aktuellen technischen Lösungen.

Wichtig ist auch die Auswahl des Boards mit den jeweilig benötigten LP-Layern, die heute als ganzflächige Masselagen realisiert sind. Die Nutzung der Leiterbahnzüge, die Abstände der Leiter zueinander sowie die eventuell nötigen Abschirmungen entsprechen bei heutigen hochgetakteten Schaltungen stets den hohen Anforderungen aus der nach wie vor aktuellen, analogen HF-Technik. Hier kommen wir dann auch sehr schnell zu Überlegungen in puncto Multilayer-Ausführungen der Leiterplatte, die grundsätzlich in der nötigen Präzision und mit den passenden Leistungsparametern komplikationslos gefertigt werden können. Allerdings kommen bei Leiterplatten mit nur zwei Lagen nun auch sehr oft Hersteller aus dem osteuropäischen Ausland zum Zuge. Diese arbeiten jedoch oft mit relativ hohen Toleranzen und auch mit der Verzinnung der Flächen oder der Vergoldung der Kontakte wird fallweise immer wieder etwas abenteuerlich umgegangen. Man kann mit der LP-Zweilagentechnik etwas Geld einsparen. Wenn man jedoch diese annähernd in der hohen Genauigkeit fertigt und einsetzt, wie wir sie von der Multilayertechnik kennen, wird die Leiterplatte zwar in erster Annäherung momentan etwas teuerer, aber über die insgesamt höhere Qualität und Zuverlässigkeit der Baugruppen (höherer First-Pass-Yield in Fertigung, bessere Eigenschaften beim Anwender) spielen sich diese Kosten auf jeden Fall wieder herein.

Das Aufspannen bzw. Einlegen von Baugruppen im Testadapter sollte so gelöst sein, dass die Boards sicher mit stabilen Fanglöchern fixiert werden, die einen Durchmesser von 2 bis 4 mm aufweisen. Circa 4 bis 6 Fanglöcher garantieren eine sichere Führung der Baugruppe, wobei ein Stift asymmetrisch so gesetzt werden sollte, dass ein Verdrehen des Boards grundsätzlich nicht möglich ist und die Kontaktierung der Testpunkte absolut sicher erfolgt. Auf den seitlichen Kanten der Baugruppen und auch in den auf der Leiterplatte vorgesehenen freiliegenden Umrandungen der Fanglöcher sollten sich keinerlei Bauteile und Leiterbahnen befinden und mindestens ein Abstand zur Schaltung von 3 bis 5 mm vorgesehen sein.

Zudem sollten Prüfflächen (Testpads) zur Verfügung stehen, die entweder alle auf der Unterseite platziert sind oder bei beidseitigen Baugruppen auf jener Bestückungsseite, welche die niedrigere Bestückungshöhe hat. Dabei ist darauf zu achten, dass die Prüfflächen galvanisch verzinnt oder vergoldet werden, auf keinen Fall sollte es eine Oberfläche mit Chemisch-Zinn Auflage sein. Der Pad-Durchmesser sollte zwischen 0,7 und 1 mm liegen, und wenn es die Topologie und die Bestückungsdichte der Baugruppe zulässt, sollten sie im Abstand von 2,54 mm (100 mil) zueinander angeordnet sein. Erfahrungsgemäß kann dann der gefederte Standard-Kontaktstift mit 1/10 Zoll (2,54 mm) optimal verwendet werden, je nach Pad-Ausführung mit spitzer Kopfform für ebene Prüfflächen oder mit kronenförmigem Waffelkopf für durchkontaktierte Drähte.

Schmälere Federkontaktstifte mit Durchmessern von 75 mil (1,9 mm) oder 50 mil (1,25 mm) sollten wirklich nur dann eingesetzt werden, wenn sie aus Gründen der reduzierten Abstände unerlässlich sind. Denn die dünneren Kontaktstifte sind einerseits teuerer und haben andererseits auch noch kürzere Standzeiten. Für Stromversorgungen und Masseleitungen bzw. bestimmte Testpunkte zur Leistungsmessung ist es je nach Strombelastung notwendig, mehrere Kontaktstifte auf einen Pad zu setzen. Erfahrungsgemäß dürfen 2 A für je einen Kontaktstift nicht überschritten werden.

Für Leiterbahnen, die nicht auf der Unterseite kontaktiert werden können, sind unbedingt Durchkontaktierungen vorzusehen, welche die einseitige Kontaktierung der Baugruppe sicher stellen. Das spart erhebliche Kosten in Fertigung bzw. Prüffeld und erhöht zudem die Prüfsicherheit. Die Bauteilbestückungshöhe sollte möglichst 12 mm nicht übersteigen. Falls jedoch höhere Bauteile verwendet werden, sind für die Kontaktierung der Schaltung Durchbrüche (Ausschnitte) in der oberen Adapterplatte unumgänglich – womit dann aber auch weitere Kosten entstehen.

Sollten tatsächlich kapazitive Proben für den SMD-Lötfehlertest an den Anschlüssen sowie Probes für den Polaritätstest an Komponenten benötigt werden, ist es vorteilhaft, diese mit Hilfe einer oben angebrachten Adapterplatte zu realisieren, die gleichzeitig die Niederhalterplatte im Adapter ist. Wenn jedoch weder SMD-Lötfehlertests noch Bauteil-Polaritätstests durchzuführen sind, kann die Kontaktierung einfach mit einem frei justierbaren Niederhalter vorgenommen werden, der Kosten einspart und für hohe Flexibilität sorgt. Die Bestückung der unteren Baugruppenseite sollte ebenfalls 12 mm nicht überschreiten, ansonsten können, wie bereits erwähnt, Durchbrüche notwendig werden, um auch hier eine sichere Kontaktierung zu realisieren.

Natürlich sollten dem Leiterplattenentwickler bei seiner Arbeit unbedingt das Blockschaltbild für die Kenntnis der Schaltungs-Grundfunktionen vorliegen, ergänzt um ein Schaltbild mit den eingezeichneten Testpunkten (Prüf-Pads). Ebenfalls ist eine kurze Beschreibung der Baugruppe in Textform grundsätzlich von großem Vorteil. Die Soll-Spannungen im Betrieb, falls notwendig mit den tolerierbaren Toleranzwerten nach Oben und Unten, sollten ebenso genannt werden wie die Stromaufnahme im normalen Betriebszustand sowie der maximal zulässige Betriebsstrom. Weiterhin müssen die Steckerpunkte bzw. Prüf-Pads eindeutig bezeichnet werden, an denen sich die einzelnen Spannungen oder Massepotentiale befinden und dort erfaßt werden können.

Eindeutig und klar sind auch die Signal- und Ausgangsspannungen zu definieren. Oft ist nämlich selbst für den Experten nicht sofort mit endgültiger Sicherheit aus der Schaltung zu entnehmen, wie hoch die Spannungen im Logikbereich, aber auch im Open-Kollektor-Betrieb sind. Testmethoden von automatischen Testsystemen unterscheiden sich sehr stark von Prüfmethoden, die im Labor manuell oder semiautomatisch ausgeführt werden. Daher sollte der Entwickler auch die langjährige Erfahrung und das Wissen des Messtechnikspezialisten im Hause nutzen.

Uns ist natürlich bewusst, dass es sich bei oben genannten Empfehlungen nur um einen Ausschnitt aus den insgesamt möglichen Anforderungen handelt. Die Komplexität der Ansprüche an die Testfähigkeit von Baugruppen ist noch wesentlich größer. Letztlich können die Anforderungen im spezifischen Einzelfall nur von Testexperten verstanden und eingeordnet werden, die seit vielen Jahren in diesem Bereich wertvolle Erfahrung gesammelt haben und praxisnah umsetzen.

www-reinhardt-testsystem.de

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