Produkthaftungs-Prüfadapter Test von elektronischen Flachbaugruppen

Elektronische Flachbaugruppen können nicht fehlerfrei gefertigt werden, da immer wieder der Mensch Fehler verursacht. Ein tiefgehender Funktionstest ist also unabdingbar, doch ist es der vergleichsweise aufwendige In-Circuit-Test ebenfalls? Wer die volle Sicherheit seines Produkts gewährleisten will, kommt kaum darum herum.

Seit 1990 gibt es europaweit das Produkthaftungsgesetz. Hat man als Baugruppen-Entwickler die Wahl, beschränkt man sich gerne auf den Funktionstest. Tatsache ist, dass heute ohne In-Circuit-Test in Kombination mit dem Funktionstest die Sicherheit des Produktes nicht garantiert werden kann. Es können durchaus Bauteile falsch eingesetzt sein, sodass Frühausfälle, thermische Ausfälle und spannungsbedingte Ausfälle entstehen können.

Wird zum Beispiel beim Ausfall einer elektronischen Baugruppe oder eines Moduls im Nachhinein festgestellt, dass eine Fehlbestückung vorliegt, ist der Tatbestand der groben Fahrlässigkeit gegeben und der Bestücker voll dafür haftbar. Verträge über zurzeit geltendes Recht sind unwirksam und die Illusion, dass der Auftrag nur auf Bestückung lautet und ein Test nicht Vertragsgegenstand ist, ist ebenfalls ungültig, denn bei Ausfall dieser Baugruppe wird die Produkthaftung voll wirksam. Es ist also mehr oder weniger ein Muss, In-Circuit- und Funktionstest durchzuführen, um dem Gesetz der Produkthaftung zu entsprechen.

100% gibt es nur bei Verkäufern und Ignoranten

Bevor die SMD-Baugruppen beinahe zum Standard wurden, gab es bedrahtete Baugruppen, die man relativ unproblematisch mit Prüfstiften sicher kontaktieren konnte, wobei damals Abstände von 50 mil noch nicht üblich waren. Prüfadapter konnten beispielsweise mit dem automatischen Adaptererstellungssystem von Reinhardt recht einfach erstellt werden.

Der Vakuumadapter war über viele Jahre die Standardlösung und wurde meist für den In-Circuit-Test von elektronischen Flachbaugruppen verwendet. Eine ganze Industrie ist daraus entstanden, die speziell nur Adapter mit den entsprechenden Stiften erstellt und die nötigen Dichtungslippen produziert hat, um eine einigermaßen sichere Kontaktierung zu ermöglichen.

Dieses Verfahren war leider sehr kostspielig und mit einigen anderen Problemen behaftet, wie zum Beispiel der kürzeren Lebensdauer der gefederten Kontaktstifte durch das Ansaugen von Lötabrieben in den Hals der Stifte. Ein weiteres Problem ist die gefederte Vorspannung des Vakuumadapters, die in einer nichtlinearen Kurve die Kontaktierungsgeschwindigkeit senkte, sodass Kontaktpro-bleme bei größeren Baugruppen eher die Regel als die Ausnahme waren. Zurzeit gibt es keine Möglichkeit, diese Kontaktierungsgeschwindigkeit vollkommen gleichmäßig zu machen und so die Kontaktierung insgesamt zu verbessern.

Das Adapterkonzept

Bei Reinhardt hat man sich von Beginn an auf Niederhalteradapter spezialisiert, bei denen die Leiterplatte auf ein Nadelbett gedrückt wird und bei denen gefederte Fangstifte für die sichere Kontaktierung sorgen (Bild 1). Die Niederhalter können beliebig justiert werden, durch einen Universalniederhalter-Adapter oder durch eine Platte, die von oben auf den Prüfling drückt und mit beliebig vielen, fest positionierten Niederhaltern ausgestattet ist.

Früher wurde für jede elektronische Flachbaugruppe eine komplette Adaptereinheit aus Mechanik und Kontaktierfeld erstellt, was enorm hohe Kosten verursachte. Das von Reinhardt entwickelte Adapterkonzept beruht auf einem Adapterkasten, der mit 18 nutzbaren VG-Leisten, durchaus auch dreireihig, mit dem Testsystem in einem Einmalsteckvorgang verbunden wird.

Noch heute ist es bei namhaften Firmen die Regel, dass bei einem Produktwechsel die Testadapter mit Flachbandkabeln und vielen, vielen Steckern von Hand ab- und wieder angesteckt werden müssen. Bei den hier behandelten Adaptern besteht eine Verbindung zwischen den 18 VG-Leisten und der Adapterschublade. Der mechanische Grundadapter lässt eine Prüflingsgröße von 230 mm x 360 mm zu.

Beim Produktwechsel von elek-tronischen Flachbaugruppen wird nur noch die Adapterschublade gewechselt, eine 8 mm starke F4-Basisplatte mit Steckerleisten und den Prüfstiften. Nachdem als Steckermedium die VG-Leiste, zwei- oder dreireihig, Verwendung findet, ist beim Ausfall oder Defekt einer solchen Steckerleiste immer ein Opferstecker zwischengesteckt, der sich innerhalb weniger Minuten wechseln lässt, ohne dass bemerkbare Kosten entstehen.

Erfahrungsgemäß ist für eine so zu erstellende Adapterschublade mit Selbstkosten ein Preis zwischen 400 € und 600 € durchaus realistisch. Die Besonderheit ist, dass das Einschieben der Adapterschublade nicht nur eine Rüstzeit von wenigen Minuten bedeutet, vielmehr befindet sich auf diesem Adapter über einen Zwischen-stecker auch noch ein EEPROM, das nach dem Einsetzen der Adapterschublade gleichzeitig das jeweilige Prüfprogramm lädt, und zwar immer die aktuelle und richtige Version.

Das EEPROM hat darüber hinaus die Möglichkeit, die Tests, die über diese Adapterschublade gelaufen sind, zu dokumentieren. So lässt sich jederzeit feststellen, wann die Prüfstifte (gefederte Kontaktstifte) gewechselt werden müssen. Da alle gefederten Kontaktstifte in Hülsen eingesteckt sind, können die Prüfstifte ohne große Lötarbeiten herausgezogen und neue eingesetzt werden. Oftmals sind die Punkte auf der Leiterplatte der elektronischen Flachbaugruppe mit Flux (Lötpaste) verschmutzt, sodass sich aufgrund der Kombination von Zinn und Flux die Kontaktierung verschlechtert, weil die Spitzen der Prüfstifte dementsprechend abgenutzt sind. Auch hier gibt das EEPROM eine sichere Auskunft.

Genauigkeit der Adaption

Es ist ein absolutes Muss, die zu prüfende Flachbaugruppe sicher und wiederholbar auf die Prüfstifte abzusenken. Dabei helfen Fangstifte, die eine sichere Führung im Bereich von 10 µm bis 20 µm garantieren. Die absolut parallele Führung des Niederhalters beziehungsweise des Adapters, wenn er von oben und unten kontaktiert, lässt sich mit vier Säulen erreichen.

Die Genauigkeit liegt ebenfalls im Bereich zwischen 10 µm und 20 µm, um auch viele tausende von Kontaktierungen sicher zu gestalten. Bei Nicht-Parallelität werden die Prüfstifte mechanisch sehr stark beansprucht, was ihre Lebensdauer enorm verkürzt, besonders bei 75-mil-, 50-mil- und 30-mil-Prüfstiften. Für eine langfristige Genauigkeit sind alle Gelenkpunkte jetzt mit Kugellagern ausgestattet, sodass von dieser Seite mehr als 1 Million Schließungen möglich sind.

Beidseitige Kontaktierung bedeutet, dass die Prüfstifte von der Unterseite der elektronischen Flachbaugruppe und von der Oberseite auf die elektronische Flachbaugruppe kontaktiert werden. Alle Reinhardt-Adapter, ob manuell oder pneumatisch, können beidseitig kontaktieren. Wichtig ist jedoch zu wissen, dass beidseitige Adapter die doppelten Adaptionskosten zur Folge haben und in gewissem Sinne nicht ganz unproblematisch sind. Wenn sich auf der zu testenden elektronischen Flachbaugruppe Bauteile über 15 mm auf der oberen und unteren Seite befinden, sind für diese Bauteile Ausfräsungen zu erstellen, damit eine Kontaktierung möglich wird. Erfahrungsgemäß gilt, dass auf der Seite mit den niedrigsten Bauteilen kontaktiert werden sollte.

Praktische Tipps:

  • Baugruppen sind so zu konstruieren, dass die Prüfflächen sich immer auf der unteren Seite befinden, um so den oberen Adapter nicht benutzen zu müssen.
  • SMD-Durchkontaktierungen sollten von oben nach unten laufen, sodass die Kontaktierung über eine einzige von unten kontaktierbare Arbeitsfläche läuft.

Obwohl Reinhardts Prüfadapter zu 85% mechanisch von Hand geschlossen werden, existieren natürlich auch pneumatische Prüfadapter, die automatisch geschlossen werden. Das hat zur Folge, dass andere Sicher-heitsbestimmungen wie das Maschinenschutzgesetz und die Maschinenrichtlinie gültig werden. Die manuellen Adapter haben den Vorteil, dass der Operator auf die Schließgeschwindigkeit des Adapters Einfluss nehmen und damit die Kontaktierung verbessern kann.

Der Anschluss der In-Circuit-Testkanäle über ihre Bedrahtung, die Stecker und den Kapazitäten des Testsystems kann zur Nichtfunktion im Rahmen des Funktionstests führen. Erfahrungsgemäß können etwa 70% bis 73% aller Baugruppen mit ein paar Tricks über das Adaptionskonzept geprüft werden. Für besonders hochfrequente oder hochimpedante Baugruppen ist ein Zweistufenadapter empfehlenswert, der unter Nutzung unterschiedlich langer Prüfstifte in einem Adapter Verwendung finden kann.

Wird also die Baugruppe auf die mehrheitlich eingesetzten kürzeren Stifte gedrückt, kann der In-Circuit-Test ausgeführt werden; für den Funktionstest lässt sich die Baugruppe um 5 mm nach oben fahren und mit den längeren Stiften, die ausschließlich dem Funktionstest dienen, der Funktionstest ausgeführt werden. Wenn unbedingt separate Prüfadapter für den In-Circuit- und den Funktionstest notwendig sind, gerade bei Baugruppen im Funkbereich, so ist ein Faradayscher Schutz um den Adapter anzubringen, um Störungen von anderen Quellen beziehungsweise vom eigentlichen Prüfling zu anderen Messeinrichtungen zu unterbinden (Bild 2).

Über den Autor:

Peter Reinhardt ist Geschäftsführer von Reinhardt System- und Messelectronic.