Baugruppentest Test-Wahl

Testsysteme für Flachbaugruppen werden häufig ganz spezifisch entwickelt und dann auch nur für eine bestimmte Baugruppe hergestellt. Da eine Losgröße von drei bis 500 Stück jedoch bei vielen Herstellern üblich ist, sind Testsysteme vorzuziehen, die hohe Flexibilität besitzen und für all diese Baugruppen zum Einsatz kommen.

Eine große Anzahl von Herstellern elektronischer Flachbaugruppen haben aufgrund der Typenvielfalt nur Stückzahlen, die typisch bei 100 oder etwas mehr liegen. Lassen diese dafür ein spezielles Testsystem entwickeln, kommen sie auf viele, viele Testsysteme, die auch nicht ganz billig sind, und wenn die Baugruppe obsolet ist oder durch andere Baugruppen ersetzt wird, unbrauchbar werden.

Eine spezielle Gruppe in diesem Bereich sind die Dienstleister, die Flachbaugruppen für Hersteller bestücken und aufgrund des Produkthaftungsgesetzes bei Fehlern voll in die Haftung genommen werden, sodass In-Circuit- und Funktionstest immer ein Muss sind. Vielen dieser Dienstleistern ist nicht bekannt, dass sie für Fehler bei der Bestückung und natürlich auch dem nachfolgenden Löten voll haftbar sind, denn wenn Testsysteme oder Testmethoden bekannt oder vorhanden sind und keine Verwendung finden, ist der Tatbestand der groben Fahrlässigkeit gegeben und die Produkthaftung tritt voll ein. Es ist leider auch nicht möglich, sich durch Verträge aus dieser Haftung zu befreien, sodass die Bestücker voll aktiv sein sollten, um Haftungsschäden zu vermeiden.

Ein weiterer Nachteil liegt bei Dienstleistern (Bestückern) noch darin, dass sie nie wissen, wie die Produkte in Zukunft aussehen werden und ob das vorhandene Testsystem diesen Aufgaben gewachsen ist oder ob es entsprechend erweitert werden kann, um auch zukünftige Aufgaben oder neue Produkte sicher abzudecken. Reinhardt konzentriert sich daher auf Universal-Testsysteme, wobei auch hier Entscheidungen zu treffen sind, welche die Universalität sicherstellen sollen.

Vom Speziellen zum Allgemeinen

Vieles, was dem Anwender als Spezialfall gilt, ist nicht wirklich einer, sodass bereits ausgereifte Lösungen zur Verfügung stehen. So gehört zu Reinhardts Testpalette neben dem In-Circuit- und Funktionstest auch ein eigener Boundary-Scan-Test. Optische Tests mit selbstentwickelter Sensorik prüfen Leuchtdioden in Intensität und Farbe, wobei gefederte Glasfaserverbindungen optimale Messungen an diesen Bauteilen sicherstellen sollen. Auch optische Anzeigen auf LED- und LCD-Basis lassen sich prüfen, wobei nicht nur die Segmente, Piktogramme oder eine Anzahl von Matrixpunkten auf Intensität, sondern auch auf Farbe getestet werden.

Mittlerweile gehört zu Modulen in der Industrie, besonders in der Automobilelektronik, die Aufgabe, Druckgeber einzubinden, die Drucksensoren auf den zu prüfenden Baugruppen linearisieren und austesten können. Auch um diese Baugruppen per Software auszutesten, gibt es spezielle Lösungen. Darüber hinaus stehen Wärmesensoren bis zu +200 °C zur Verfügung, um ICs, Umgebung und Bauteile zu prüfen. Für die Lötfehlerprüfung von LSIs in »BeamLead«-Technik steht eine eigene Lösung zur Verfügung, die anschlussgenau Fehler finden soll.

Auch Polaritätstests an Aluminium-Elektrolytkondensatoren, ob radial oder axial, sind notwendig, da sie vom Hersteller zwar beschriftet sind, aber bereits in einer Größenordnung von 2,6% leider falsch herum. Wenn beim Einsatz von Aluminium-Elektrolytkondensatoren Quellimpedanzen unter 1 Ω bestehen, ist mit Sicherheit die Explosion des Elektrolytkondensators die Folge. Liegen aber von der elektronischen Schaltung Quellimpedanzen im Bereich von mehreren Ohm an, kann die Explosion beziehungsweise der Kurzschluss des Elektrolytkondensators erst nach Stunden, Tagen, Wochen oder Monaten auftreten. Wird hingegen ein Polaritätstest durchgeführt, kann man sicherstellen, dass diese Früh- oder auch Spätausfälle eher selten vorkommen.

Ein weiterer Fehlerbereich beim In-Circuit-Test und der bleifreien Lötung ist das Entstehen von Mikrorissen an Chipwiderständen, aber auch an Halbleitern jeder Art, die dann auch zu Früh- oder Spätausfällen führen können. In diesem Fall empfiehlt es sich, die Baugruppe vor dem Löten einige Stunden bei etwa +60 °C oder +70 °C vorzusintern, um die Feuchte aus Widerständen, Halbleitern und der Leiterplatte zu entfernen und so die Gefahr von Mikrorissen zu minimieren.

Sollen Schaltfunktionen auf der Baugruppe ihren Platz finden, besonders solche mechanischer Art, bietet Reinhardt Vorrichtungen, um diese Schaltaufgaben vorzunehmen. Das gilt auch für Drehschalter, Schiebeschalter oder Tastendrücker, wobei der Schaltvorgang mechanisch oder per Relaiskontakt ausgeführt werden kann. Eine optische Auswertung kann auch an Tachometern, Geschwindigkeits- und Drehzahlmessern sowie Tank- und Temperaturanzeigen erfolgen.

Programmierung

Mehrfachnutzen können im In-Circuit- und Funktionstest ebenfalls geprüft werden. Dabei genügt es, das Programm für ein Modul zu pflegen und es automatisch in die verbleibenden Module kopieren zu lassen. Danach zeigt der Bildschirm die einzelnen Module bei erfolgreichem Test in grün und bei fehlerhaftem in rot an, wobei für die spätere dezentrale Reparatur alle Parameter zu jedem Modul zur Verfügung stehen. Eine umfangreiche Statistik zeigt an, inwieweit die vorgegebenen Parameter erreicht werden. So ist über die Qualität des Produktes einzeln, aber auch per Fertigungslos oder sogar für mehrere Jahre eine statistische Auswertung möglich. Mit der optionalen ODBC-Schnittstelle (Open Database Connectivity) ist es möglich, beliebige Daten und Prüfergebnisse des Testsystems einer Datenbank zur Verfügung zu stellen (Bild 1). So lassen sich auf diesen Datenbanken die Prüfergebnisse abspeichern, verwalten und in einem Qualitätsmanagementsystem auswerten.

Nach einem erfolgreichen In-Circuit-Test können in das Testsystem eingebundene Programmer On-Board-programmierbare Bauteile wie Mikroprozessoren über COM oder JTAG flashen oder programmieren. Im Funktionstest ermittelte Parameter für Stützpunkte kann das Testsystem auch in ein EEPROM schreiben (Bild 2). Das Boundary-Scan-System des Herstellers erfordert keine Kenntnisse von C++ oder anderen Programmiersprachen, im Allgemeinen genügt eine Schulung von zwei bis drei Stunden. Das Testsystemkonzept hat die Möglichkeit, auch Ausgänge, die nicht mit einem Boundary-Scan-fähigen Bauteil verbunden sind, mit Standardmodulen des Testsystems zu prüfen. 

Darüber hinaus lassen sich Funktionstests über den Boundary-Scan-Kanal vorprogrammieren, um dann etwa D/A-Wandler und die nachfolgende Elektronik auf Funktion testen zu können. Dabei ist es möglich, den auf Baugruppen intern gerne verwendeten SPI-Bus über die Boundary-Scan-Zelle zu stimulieren.

Da es kein Testsystem gibt, das Eingangsimpedanzen von Gigaohm, Kapazitäten von 0 pF oder Induktivitäten von 0 mH hat und Übersprechen nicht kennt, müssen gewisse Signale mit kleinen Hilfsmodulen so hochimpedant gemacht werden, dass kein Funktionsfehler entstehen kann, das Signal gepuffert wird und ohne Belastung gemessen werden kann. Zahlreiche Module, etwa zur Spitzenspannungsmessung an DC/DC-Wandlern, Generatoren für Sinus von 0 kHz bis 65 kHz, Spannungs- und Stromquellen mit 12 Bit Auflösung, Leistungsrelais, Prescaler zum Reduzieren von 2 GHz auf 25 MHz, ein Modul zum Auswerten akustischer Signale und andere sind Teile des Testsystems – teilweise als Standard, teilweise optional.

Über den Autor:

Peter Reinhardt ist Geschäftsführer von Reinhardt Testsysteme.