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Testlösungen für Feldrückläufer Bernd Hauptmann, Seica Deutschland, Benediktbeuren

Ausfallen, wenn sie gebraucht werden
Testlösungen für Feldrückläufer Bernd Hauptmann, Seica Deutschland, Benediktbeuren

Gedruckte Schaltungen (PCB) werden entwickelt, gefertigt, getestet, in das Zielsystem installiert, an den Einsatzort im Feld versandt und dann… fallen sie manchmal aus. Test und Reparatur der Feldrückläufer ist ein Problem mit Herausforderung. Die Variation der PCB-Typen in kleinen Stückzahlen, diversen Technologien, schlechte oder fehlende Dokumentation und ein limitiertes Budget, all das trägt dazu bei, Testlösungen für Feldrückläufer schwierig zu machen. Daraus resultieren Reparatur-Verzögerungen und Frustration bei den Mitarbeitern.

Es ist eine Vielzahl von Testtechnologien verfügbar, die einen effizienten Test der Feldrückläufer und deren Reparatur ermöglichen. Am oberen Spektrum werden spezialisierte Testgeräte (STE) mit Prüfadapter und Testprogramm für ein bestimmtes Projekt entwickelt. Es wird einiger Aufwand getrieben, um Lösungen im Bereich automatische Testsysteme (ATE) zu verallgemeinern und auf kommerziell verfügbare Instrumentierung (COTS) zurückzugreifen, damit Verbreitung und Kosten für STE reduziert werden. In beiden Fällen geht ein großer Teil der Investition in die Programmentwicklung und in die Adapterkosten für jede zu testende Baugruppe. Die hohen Kosten sind durch die exzellente Fehlerabdeckung und Auffindung gerechtfertigt. Am unteren Spektrum, wenn die Budgets kleiner sind oder wenn an die Testfähigkeit der Baugruppe vorab nicht gedacht wurde, ist der Erfindungsgeist der Testingenieure gefragt, mit einfacheren Tischgeräten die Aufgabe zumindest für ältere Board-Technologien effektiv zu lösen.

Diese Art von Systemen basieren auf einer Knotenimpedanzmessung am Prüfling. Eine automatisierte Nadel kontaktiert einzeln Punkt für Punkt am Prüfling, speist ein Spannungssignal an jeden Knoten ein und misst den Stromfluss gegen die Masse. Die Ergebnisse werden dann mit denen einer eingelernten Referenzbaugruppe verglichen. Viele katastrophale oder komponentenbezogene Fehler an diesen Knoten generieren eine unterschiedliche Impedanz-Signatur und werden so erkannt. Obwohl in vielen Fällen effektiv, detektiert diese Lösung ebenso viele „falsche Fehler”, bietet eine geringe Diagnoseauflösung und hat wenig oder keine Fehlerabdeckung bei ICs oder anderen aktiven Bausteinen.
Herausforderung Feldrückläufer
Die Situation bei Feldrückläufern zwingt die In-Circuit-Test-Technologie bei Fertigungstestern zu anderen Lösungen. Ein In-Circuit-Test am Prüfling wird durch Klemmen an jeder Komponente durch den Bediener ermöglicht. Die Benutzung von Klemmen vermeidet die Kosten und die Logistik für die Lagerung der Prüfadapter. Ein In-Circuit-Test von jeder Komponente mit angeschlossener Versorgung bietet eine höhere Abdeckung und Fehlerlokalisierung als der vorherige Ansatz. Dies ist effektiv bei „Dual-in-line“-Durchstecktechnologie der Baugruppe mit kommerziell verfügbaren Testbibliotheken. Diese Technik ist aber praktisch unmöglich an moderneren Leiterplatten, an denen das Anklemmen an Komponenten fast nicht machbar ist und Testbibliotheken (für kundenspezifische ICs, FPGA, ASIC Komponenten) nicht länger verfügbar sind.
Um die Vorteile von Einfachheit, leichter Bedienbarkeit sowie niedrigen Kosten bei verbesserter Testabdeckung und Diagnosemöglichkeiten für alte Technologie und moderne Baugruppen zu kombinieren, wurde eine neue Lösung entwickelt: Aerial, ein Flying-Probe-Tester für die Fertigung bietet Vorteile wie In-Circuit-Test-Techniken und ein ergonomisches Interface zum Testen von Feldrückläufern in der Depotumgebung, während die System- und Programmierungskosten auf einem niedrigen Level gehalten werden.
Innovationen des Flying- Probe-Testers
Gegenüber konventionellen Flying-Probern hat die Aerial eine Architektur mit einer vertikalen Positionierung der Baugruppen und zwei Konfigurationen. Eine hat zwei Flying Probes an einer Seite und die zweite, leistungsfähigere hat jeweils zwei Flying Probes an jeder Seite der Baugruppe. Die Anordnung bietet eine Reihe von Vorteilen in Bezug auf leichten visuellen und physikalischen Zugriff auf den Prüfling, die Genauigkeit der Kontaktierung (insbesondere, wenn die Probes auf beiden Seiten den Prüfling berühren) und eine reduzierte Standfläche des Systems. Ein Satz von acht festen Kanälen ist verfügbar, um die Baugruppe mit Masse und VCC zu verbinden.
Der Durchbruch bei der Software-Architektur und der Testsequenz basiert auf einer verbesserten analogen Netz-Signaturanalyse, genannt FNODE. Diese wird durch einen leistungsfähigen, auf DSP-Technologie basierenden Instrumenten-Satz möglich. Die Technik speist ein kontinuierliches Multiton-Analogsignal in jeden Knoten ein, und lernt von einem Referenz-Board die komplexe Impedanz ein. Die Daten erlauben eine schnelle und präzise Lokalisierung von Kurzschlüssen, offenen Verbindungen und fehlerhaften RLC- und Halbleiter-Komponenten auf dem Prüfling. Andere Fehlerklassen beziehen sich auf offene Pins oder Verbindungen in ICs oder auch an SMT-Steckern. Das System benutzt die Dual-Probe-Halbleiter-Testtechnologie (JSCAN) zu diesem Zweck oder alternativ dazu eine kapazitive Probe an einem der Flying Probe. Die letztere Technik, genannt Openfix, speist ein AC-Signal über die Probe an den Knoten ein und detektiert es mit einem Sensor an der Oberseite der Komponente. Die FNODE-Technik benötigt keine CAD-Daten und wird von einer Referenzbaugruppe eingelernt.
Eine weitere Fehlerklasse, die an Multilayer-Platinen gefunden wird, bezieht sich auf die große Variation bei den Impedanzen der Leiterbahnen und Durchkontaktierungen, die durch thermischen, hygroskopischen oder durch mechanischen Stress entstehen. Das System kann einen präzisen Durchgangstest über das gesamte Layout durchführen, sofern CAD-Daten vorhanden sind. Falls die Komponenten- und Netzlistdaten eingegeben werden oder von den CAD-Daten verfügbar sind, generiert das System automatisch einen In-Circuit-Test. Dies erhöht die Fehlerabdeckung an Komponenten und verbessert die Diagnoseauflösung.
Eine geeignete Kombination der genannten Techniken ermöglicht die Detektion der meisten Fehler bei den Feldrückläufern. Aber Fehler bei aktiven Komponenten wie digitalen, analogen oder Mixed-Mode integrierten Schaltungen können nicht effektiv ohne Versorgungsspannungen abgedeckt werden.
Die neueste Innovation der Aerial benutzt den Power-Monitor-Net oder auch PWMON-Technik. Der Prüfling wird vom System mit Spannungen versorgt und mit den automatisch generierten proprietären Stimulus/Messen-Tests verifiziert der Tester die Qualität der statischen oder dynamischen Signale an jedem Knoten. Stuck-at-faults, Tri-State-faults oder oszillierende Knoten werden automatisch ohne den Bedarf an Testbibliotheken oder manuellen Testaufwand detektiert. Weiterhin, mit der verfügbaren AC/DC Instrumentierung und den digitalen Drivers/Detectors an jeder Probe, kann der Benutzer spezifische Testsequenzen einfügen oder interaktiv während des Tests und der Reparatur ausführen. Eine leistungsfähige, interaktive Testsprache und grafische Werkzeuge machen es leicht, diese Aufgabe zu erfüllen.
Testgeneration
Die Testgeneration führt den Benutzer und optimiert die spezifischen Werkzeuge dort, wo sie effektiver sind. Auch werden Redundanzen sowie komplementäre Fähigkeiten gedrosselt. Dies vermeidet unnötige Debugging- und Testzeit ohne Kompromisse bei der Fehlerabdeckung und Diagnoseauflösung. Die Testtechniken haben den Vorteil, dass sie keine oder nur wenig Kenntnis über den Prüfling erfordern. Fehler können manchmal mehrfache Effekte haben. Falsche Fehler wegen der Toleranzen oder anderer Faktoren können zu einer Entscheidung führen, eine Komponente zu ersetzen. Zur Vereinfachung dieser Aufgabe hat die Reparaturstation-Software von Aerial die Möglichkeiten eines regelbestimmten Expertensystems. Es sammelt alle fehlerhaften Ergebnisse und erzeugt eine priorisierte Fehlerliste, basierend auf den Komponentenwerten und Toleranzen, Netzverbindungen, Fehleranteilen oder der Historie von vorangegangenen Aktionen. Dies führt den Techniker zu der notwendigen Aktion, um die Baugruppe zu reparieren. Werden erfahrene Techniker mit problematischen Fehlern konfrontiert, bietet das System ein voll interaktives Run-Time-Testszenario, um das korrekte Testprotokoll zu erhalten.
Zusammenfassung
Da die Packungsdichte auf der Leiterplatte, Technologie und die Komplexität steigen, verlieren konventionelle Testtechnologien die Effektivität bei den Kosten der Testprogrammgeneration und der Qualität der Ergebnisse. Die Kombination von power-off- und powered-Struktur-, parametrische-, In-Circuit- und Funktionstest-Techniken sind bei der Architektur des Flying Probers realisiert und damit eine attraktive Lösung. Durch hohe Fehlerabdeckung und geringen Aufwand bei der Programmerstellung und beim Debuggen eröffnen sich attraktive Möglichkeiten für Depots und Reparaturzentren.
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