EMS Dienstleister setzt auf Test-Kombination Prozesssichere elektronische Baugruppen - EPP

EMS Dienstleister setzt auf Test-Kombination

Prozesssichere elektronische Baugruppen

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Das einzigartige Testverfahren das alle Fehler findet, die auf einer Baugruppe auftreten können, gibt es nicht. Aber der EMS-Dienstleister Kraus Hardware GmbH kommt als KMU der Forderung nach höchstem Stand der Produktqualität schon sehr nahe. Mit der richtigen Prüfstrategie sind Einsparungen zu erzielen und die Prüftiefe zu erhöhen.

Karl-Uwe Siegler, freier Fachjournalist für Kraus Hardware, Großostheim

Da keine Baugruppe gleich ist, muss die Teststrategie für jede Baugruppe neu geprüft und dabei Doppelprüfungen natürlich vermieden werden. Ideal ist es, wenn die Teststrategie im Prototypenstatus überprüft werden kann bzw. bei der Entwicklung, beim Schaltplan, beim Layout, dem VDHL bis zur Mechanik berücksichtigt wird. Jede Teststrategie sollte bereits im Prototypenstatus geprüft werden und das Design zum Testen von Baugruppen beitragen. Prinzipiell gilt dazu, dass das vom Management über die Entwicklung bis zur Fertigung die gesamte Mannschaft hinter der Unternehmensphilosophie steht und ein Gespür für etwaige Fehler und die Auswirkungen geweckt wird.
Der Dienstleister Kraus präsentiert sich mit zwei Unternehmensbereichen am Markt: Einmal als reiner EMS-Dienstleister mit weitem Spektrum und zum anderen als Entwickler und Hersteller von MSR-Systemen. Für beide Bereiche werden optische (MOI und AOI) Inspektionen, Endoskopie und Röntgeninspektion mit höchster Auflösung und Schrägdurchstrahlung auch Flying Probe ICT, Boundary Scan und Funktionstests sowie bestimmte EMV- und Klimaprüfungen einschließlich Burn-in eingesetzt. Mit den optischen Tests wird die Verarbeitungsqualität der Elektronikbaugruppe geprüft und beurteilt. Es wird dabei davon ausgegangen, dass die Baugruppe aufgrund korrekter Fertigung funktioniert. Bei den elektrischen Tests wird dagegen die Funktion der Baugruppe geprüft. Bei positivem Resultat funktioniert die Baugruppe zwar, Verarbeitungsqualität und Zuverlässigkeit sind jedoch unbekannt. Um das zu erkennen, setzt das Unternehmen seit Jahren erfolgreich auf die Kombination der Einzeltests bis hin zur hochdynamischen Radioskopie HDR
Der ICT Test
Der ICT testet einzelne Bauteile und Netze separat. Da die Gesamtfunktion der BG nicht beachtet wird, können Fehler an einzelnen Bauteilen oder Netzen schnell festgestellt werden. Weiter ist beim ICT vorteilhaft, dass dem Prüfer nicht die vollständige Funktion der BG bekannt sein muss – es werden ja nur jeweils ganz spezifische Netze und Bauteile überprüft. Dazu lassen sich analoge und auch digitale Baugruppen gleichermaßen prüfen. Außerdem sind die Baugruppen beim Testen ohne Spannung, deshalb gibt es beim Fehlerfall keine Schädigung der Baugruppe oder der Bauteile. Ein weiter Vorteil des ICT liegt in der Erzielung hoher Testtiefen bei Netzen und Bauteilen. Zunehmende Miniaturisierung und verdeckte Lötverbindungen erfordern vom Prüfer eine zunehmende Professionalität.
Flying Prober ICT mit Knotenimpedanzanalyse
Nach der Knotenimpedanzanalyse werden die charakteristischen Kennlinien in Netzen, die Signaturen zur Prüfung der Baugruppen genutzt. Die Netze werden dazu mit verschiedenen Spannungen und Frequenzen angeregt. Für die Bestimmung der Netze und Testpunkte werden die CAD-Daten eingelesen, hierzu stehen die Schnittstellen zu 30 CAD-Systemen zur Verfügung. Dieses Testsystem findet typische Fertigungs- und Bauteilfehler und bietet unter anderem folgende Vorteile:
  • Einfache und schnelle Programmierung
  • kein Testadapter
  • Prüfung ist unabhängig von der Technologie wie SMT oder THT.
Eine 100%ige Prüfabdeckung erfordert jedoch eine relativ lange Prüfzeit oder weitere Tester bei entsprechendem Testvolumen oder zur Optimierung bzw. Kombinierung mit dem Boundary Scan Testverfahren wie es im Unternehmen eingesetzt wird.
Boundary Scan Testverfahren
Das Boundary Scan Testverfahren basierte auf dem Zugriff auf die Ein- und Ausgänge von Speicherzellen und wurde auf die Möglichkeit der Baugruppenprüfung ausgeweitet. Es handelt sich dabei zwar um ein digitales Verfahren, mit dem aber auch nicht nur digitale Systeme getestet werden können. Boundary Scan Tests laufen ohne physikalische Kontaktierung der Netze ab. Auf der zu prüfenden Baugruppe sind jedoch mindestens ein Boundary Scan-fähiges Bauteil, eine Spannungsversorgung sowie die funktionsfähige Boundary Scan-Kette auf der Baugruppe erforderlich. Die Länge der Testzeit ist hier abhängig von der jeweiligen Taktfrequenz. Dabei können alle Boundary Scan-fähigen Bausteine getestet werden. Problematisch für Tester wird es dann, wenn neben typischen Baugruppen auch zahlreiche nicht Boundary Scan-fähige Chips vorhanden sind wie Treiber, Logische Gatter oder AD/DA-Wandler sowie flüchtige Speicherbausteine. Hier ist dann die Qualität und Unterstützung durch den Systemlieferanten gefragt.
Funktionsprüfung (FKT)
Die Funktionsprüfung ist der realistischste Test, der die spätere Nutzung nachbildet bzw. prüft. Sie ist der erste Test der Baugruppe unter zusätzlichen Einflüssen wie Temperatur, Klima, Vibration und EMV-Störung. Die dabei festgestellten Funktionsausfälle werden im Unternehmen mit dem entsprechenden Prüfsystem protokolliert. Um den Funktionstest durchführen zu können, muss die Baugruppe funktionieren und beim Techniker sollte elektrisches Verständnis der Schaltung vorhanden sein. Sonst ist das Ergebnis nur eine Gut/Schlecht-Selektion. Fehler auf der Baugruppe lassen sich nicht klar lokalisieren. Deshalb wird der Funktionstest bei Kraus standardmäßig auch mit anderen Testverfahren kombiniert. Das Testsysteme ADwin ist ein Messdatenerfassungssystem für schnelle dynamische Prozesse, welches sich anbietet, die Schnittstellen nachzubilden. Dabei muss der Test präzise auf den Prüfling abgestimmt werden und es ist scherzustellen, dass alle Funktionen der Baugruppe getestet werden. Das erfordert von den Mitarbeitern Programmierkenntnisse sowie eine Adaptierung zu der Schnittstelle nach außen.
HDR-Inspektionssystem
Um den Fertigungsprozess sicherzustellen oder auch den Prozess zu optimieren, untersucht Kraus Hardware seit kurzem die Leiterplatten und verdeckten Lötstellen röntgentechnisch, womit eine nahezu hundertprozentige Fehlererkennung gesichert wird. Das neue HDR-Inspektionssystem stellt sowohl kleinste Details als auch massige Formen und Teile desselben Prüflings z.B. eine bestückte Leiterplatte ohne ständige Manipulationen des Röntgensystems in besonderer Brillanz dar.
Testverfahren-Kombination spart Zeit und Kosten
Aus der Praxis des Unternehmens: Baugruppen-Testbeispiel Nummer 1: Bei einem ICT-Test ergibt sich bei 505 Netzen und 25 (5 %) unkontaktierbaren Prüflingen eine Testzeit von 7 Minuten – in Kombination mit Boundary Scan eine Testzeit von 3,5 Minuten, also 50 % Zeitersparnis.
Testbeispiel Nummer 2: Bei 1.125 Netzen und 100 % Prüfabdeckung wird eine Prüfzeit von 15 Minuten benötigt – in Kombination mit Boundary Scan ergibt sich eine Einsparung von 50 bzw. 67 % unter Beachtung der spezifischen Gegebenheiten. Vorteilhaft ist diese Kombination auch beim Kalibrieren und bei Dauertests. Im Unternehmen ist deshalb entscheidend, welche Testverfahren ausgewählt werden und mit welcher Strategie geprüft wird, um die höchstmögliche Prüfabdeckung zu erzielen. „Mit der richtigen Prüfstrategie sparen wir so unseren Kunden bares Geld und erhöhen dazu die Prüftiefe“, stellt der geschäftsführende Gesellschafter Andreas Kraus unmissverständlich klar.


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