Multitalent Flying-Probe-Testsystem Reverse Engineering in der Praxis

Doppelseitiger Flying Prober mit acht Testköpfen
Doppelseitiger Flying Prober mit acht Testköpfen

Wer »exotische« Baugruppen, für die es keinerlei Dokumentation gibt, fertigen oder prüfen muss, steht meist vor einem Problem. Eine gängige Herangehensweise, diese Boards doch noch effizient handeln zu können, ist das Reverse Engineering mit einem Flying Prober. Doch wie läuft ein solcher Prozess eigentlich ab?

»Wenn wir über das Testen elektronischer Baugruppen mit ATE – Automatic Test Equipment – sprechen, sind normalerweise CAD-Daten mit den XY-Koordinaten der Testpunkte sowie Schaltpläne und Stücklisten gefordert, um ein Testprogramm automatisch generieren zu können«, erklärt Bernd Hauptmann, Geschäftsführer von Seica Deutschland. »Fehlt diese Dokumentation, kann ein Reverse-Engineering-Prozess helfen, genug Informationen von einem ‚Goldenen Board‘ zu extrahieren, um ein Testprogramm mit vernünftiger Testabdeckung zu generieren.«

Hier kommt der Flying-Probe-Tester ins Spiel: Dank der Kombination aus visuellen Inspektionsfähigkeiten und netzorientierten, vektorlosen Testmethoden eignet sich ein doppelseitiger Flying-Probe-Tester mit entsprechender Software sowohl für das Reverse Engineering als auch für den nachfolgenden Test der Prüflinge.

Mit Hilfe der in doppelseitigen Flying Probern auf jeder Seite integrierten Kameras können die XY-Zielkoordinaten für die einzelnen Testpunkte (TP) der Komponenten direkt eingelernt werden. Sind diese Koordinaten einmal bekannt, kann die Netzliste vom Flying Prober mit Hilfe spezieller Messverfahren direkt extrahiert werden.

Bei diesen so genannten netzorientierten Testmethoden ist keine Stückliste nötig, man braucht lediglich ein Golden Board. »Ein Reverse-Engineering-Programm lässt sich in sehr kurzer Zeit erstellen, auch ohne die Funktion des Prüflings genau zu kennen«, so Hauptmann. »Das kann sehr nützlich sein, um fehlerhafte Baugruppen, die vom Feld zurückkommen, zu reparieren oder in einer Lieferung gute von schlechten Baugruppen auszufiltern.«

Was sind »netzorientierte« Testmethoden?

Netzorientierte Flying-Probe-Testmethoden ermöglichen es, das UUT (Unit under Test) ohne CAD-Daten und Stückliste zu testen und nur mit den XY-Koordinaten und den Netzlisten auszukommen. Man unterscheidet FNODE und PWMON.

FNODE ist ein dynamisches Impedanzmessverfahren, das die analoge Netzsignatur an Bi-Polen erfasst. Sie wird verwendet, um die dynamische Impedanz eines unbekannten Bi-Pols zu messen, wobei Pin 1 ein Einzelnetz eines Prüflings und Pin 2 ein Referenznetz ist (typisch GND).

Weil die Bi-Pole am UUT unbekannt sind, wird ein Ablernverfahren am Golden Board verwendet, um das Verhalten des Bi-Pols in einem weiten Frequenzbereich zu erfassen. Ein Signalgenerator speist einen Frequenz-Sweep in Pin 1 ein, während Pin 2 auf GND angeschlossen ist. Die typische Eingangssignalamplitude ist 0,2 V, um unter der P-N-Übergangsschwelle zu liegen und nichtlineare Störungen sowie ein Guarding (elektrisches Isolieren der Netzumgebung zum Zwecke der Einzelmessung) zu vermeiden. Abhängig von der am Bi-Pol bzw. Knoten vorherrschenden Impedanz werden während des Frequenz-Sweeps die dort jeweils am besten geeigneten Frequenzen gespeichert und später beim Test der UUT verwendet. FNODE misst den Strom, der in den Bi-Pol fließt, dabei speichert das Testprogramm jeweils den Betrag und die Phase für jedes Netz.

»Die Vorteile von FNODE liegen auf der Hand«, so Hauptmann. »Es ist ein rein passives Messverfahren und ohne CAD-Daten generierbar. Ein manuelles Debugging entfällt, weil der Einlernprozess vollautomatisch abläuft. FNODE generiert einen vollen Kurzschlusstest, der eine höhere Fehlerabdeckung hat als die traditionellen Adjacency-Tests. Hinzu kommt, dass viele der ICT-Messungen bei gleicher Testabdeckung entfallen können.« Das bei diesem Verfahren eingesetzte Gerät ist eine DSP-basierende Multifunktionsmaschine, die einerseits die Signale generiert und andererseits die Messsignale digitalisiert. »Mit dem einmal erfassten Datensatz sind eine Vielzahl von Tests in rasender Geschwindigkeit durchführbar, weil alle Testmodelle hardwaremäßig emuliert sind.«

Nachdem mit FNODE die analoge Signatur an allen Knoten erfasst ist, braucht man eine Methode, um die Signaturen/Funktionen an den digitalen Komponenten zu erfassen. Dies geschieht mit dem PWMON-Verfahren. Es misst den Strom, der nötig ist, um eine logische 0 oder 1 an jedem Knoten (Eingangspin einer digitalen Komponente) zu erzeugen, wenn der Prüfling mit Versorgungsspannung beaufschlagt ist. Über die so erfasste Schwelle erkennt das System einen möglichen Fehler in einem Netz. Ein Einlernen von einem Goldenen Board ist nicht nötig.

»Ein wesentlicher Vorteil von PWMON ist, dass es ein vektorloses Verfahren zum Testen von ICs mit angelegter Versorgungsspannung ist und ohne CAD-Daten generiert werden kann«, führt der Experte aus. »Manuelle Eingriffe sind nicht nötig, weil es vollautomatisch abläuft. Zudem ist es unabhängig von den Booting-Konditionen des Prüflings beim Einschalten der Versorgung.«