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Prüfadapter für elektronische Flachbaugruppen : Ausgabe 04/2015, 05.03.2015

Das Rundum-sorglos-Paket

Baugruppen nach der Fertigung zu prüfen ist ein Muss, es geschieht über Prüfadapter. Zu Zeiten des Funktionstests fand die Kontaktierung des Prüflings über die Steckerleiste statt. Heute werden praktisch alle Baugruppen mit Kleinsteckern kontaktiert. Die Firma Reinhardt bietet ein Rundum-sorglos-Paket an, bestehend aus automatischem Testsystem, Flachbaugruppenadapter und Adaptererstellungscenter.

In den frühen Tagen der Elektronik gab es Baugruppen in Europaformat, Doppeleuropaformat und bei Grossfirmen wurden Leiterplatten auch in einem eigenen Format mit einem oder mehreren Steckern entwickelt. Zu Zeiten des reinen Funktionstests geschah die Kontaktierung des Prüflings über die Steckerleiste. Später machte es der Incircuit-Test notwendig, jede Leiterbahn mindestens einmal zu kontaktieren. Heute werden über 90 Prozent der Baugruppen kaum mit Steckerleisten, sondern vielmehr mit einzelnen Verdrahtungen, das heisst, mit Kleinsteckern kontaktiert. Fehlerhafte Baugruppen müssen ausgemustert werden.

Prüfungen sind für die Sicherheit der Baugruppe zwingend

Dazu stellt der Prüfer die Kontaktierung zu den Leiterbahnen mithilfe von gefederten Kontaktstiften her und erkennt Fertigungsfehler, die anschliessend behoben werden können. Viele Industrien, beispielsweise der Automotive-Bereich, erlauben teilweise keinerlei Instandsetzung von Baugruppen, sondern zwingen den Hersteller, die fehlerhaften Baugruppen auszumustern. Dabei sind Prüfungen zwingend, die für die Baugruppe ein Optimum an Sicherheit ergeben.

Das heisst, es dürfen keine Kurzschlüsse von Leiterbahnen existieren, und jedes Bauteil muss im richtigen Wert an der richtigen Stelle und in der richtigen Richtung vorhanden sein. Der anschliessende Funktionstest gewährleistet eine möglichst hohe Funktionssicherheit der Baugruppe. Bei vielen Produkten ist es ausserdem notwendig, die im Prozess aufgebrachten Mikroprozessoren mit den notwendigen Programmierungen durchzuführen und die Grundfunktion sicherzustellen, die dann im Funktionstest geprüft wird.

Das Paket erlaubt die Erstellung wirtschaftlicher Adaptionen

Viele Firmen haben sich auf die Erstellung von Prüfadaptern für die verschiedenen Testsystemhersteller spezialisiert und für diese Testsysteme und den jeweiligen Prüfling die Adaptions- und Testlösung erarbeitet. Die Firma Reinhardt, Hersteller von Testsystemen für Incircuit- und Funktionstest, bietet ein Rundumpaket an. Dieses umfasst ein automatisches Testsystem, einen Flachbaugruppenadapter und ein Adaptererstellungscenter. Dank diesem Paket lassen sich auch für kleinere Baugruppenserien wirtschaftliche Adaptionen erstellen – auch für einen Incircuit-Test. Für die verschiedenen Anforderungen sind die Prüfadapter in unterschiedlichen Grössen lieferbar. Das Adaptionskonzept bietet auch eine beidseitige Kontaktierung von elektronischen Flachbaugruppen.

Der Prüfadapter senkt die Baugruppe parallel auf das Nadelbett ab. Daraus resultieren eine zuverlässige Kontaktierung und ein geringer Verschleiss der gefederten Kontaktstifte. Die Adaption besteht aus einer 8 mm starken Kunststoffplatte aus FR4- oder CEM1-Composite-Material mit Übergabesteckern und Beschlägen. An den Punkten, an denen später der Leiterbahnkontakt stattfindet, werden die Stifte in zuvor gefertigte Bohrungen eingesetzt.

Diese Arbeiten erfolgen im Adaptererstellungscenter mit einer Genauigkeit von 10 bis 20 µm. Nachdem die Maschine Bohrungen für die gefederten Kontaktstifte mit Hülse erstellt hat, setzt sie in einem zweiten Prozess vollautomatisch die Kontaktstifte mit einem Setzwerkzeug. Die Daten für das Adaptererstellungscenter werden aus den Gerberdaten der Baugruppen errechnet. Diese Berechnungssoftware ist beim Incircuit-Funktionstestsystem im Grundpaket enthalten.

In über 95 Prozent der Fälle reichen zwei Kopfformen

Die Software liest die Daten ein und nimmt die Berechnung der Prüfpunkte vor. Optional können über die D-Codes die jeweiligen Testpunkte vorgewählt, platziert und damit ein Bohrprogramm erstellt werden. Der Techniker legt mit dieser Software auch fest, ob ein spitzer Kontaktstift (Speer bzw. Dolch) oder ein Kontaktstift mit Krone verwendet wird. Die gefederten Kontaktstifte sind weltweit von rund 30 Herstellern erhältlich. Jeder bietet wieder eine Auswahl von mehreren Tausend an. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, dass in über 95 Prozent der Fälle zwei Kopfformen des 100-mil-Kontaktstifts ausreichen. Dabei handelt es sich um den Speer- und den Kronenkopf. Auch in den Fällen, wo ein 75-mil-Kontaktstift oder ein 50-mil-Kontaktstift unumgänglich sind, herrschen diese beiden Kopfformen vor.

Weil die zu prüfende Baugruppe nicht nur auf den Kontaktstiften liegen kann, muss sie auch in die richtige Position gebracht werden. Dafür sind gefederte Präzisionsfangstifte mit einer Führungstoleranz von etwa 30 µm vorgesehen, die möglichst mit 4 Bohrungen den Prüfling in der richtigen Position halten. Falls diese Führungsbohrungen nicht vorhanden sind, bietet Reinhardt Führungsecken oder Führungskanten an, um die zu prüfende Baugruppe optimal zu führen. Führungsleitbleche erleichtern das korrekte Einlegen der elek-tronischen Flachbaugruppe und reduzieren so die Umbauzeit. Um die zu testende Baugruppe mithilfe der Führungsstifte beziehungsweise Führungsecken auf die gefederten Kontaktstifte zu drücken, gehört zur Grundausstattung jedes Adapters ein Universalniederhalter, der je nach Bedarf und Baugruppengrösse justiert wird. Durch die Verwendung einer weiteren Kunststoffplatte mit einer Dicke von 8 mm ist es auch möglich, Niederhalter fest zu positionieren und in der Tiefe einzustellen, um dann Andruckkontaktierungen durchzuführen.

Fehler lassen sich grafisch darstellen

Die Andruckplatte kann beliebig gewechselt und für jeden neuen Prüfling neu erstellt werden. Da die Testadapter für beidseitige Kontaktierungen konstruiert sind, lassen sich die oberen Adapterplatten selbstverständlich auch mit Kontaktstiften besetzen, damit die Oberseite der zu testenden Baugruppe kontaktiert werden kann. Wieder können Niederhalter gesetzt werden, die den Druck herstellen und durch Eindrehen der Kunststoffschrauben (Niederhalter) die optimalen Kontaktpositionen wählen. Es können auch kapazitive Probes gesetzt werden, um SMD-Lötfehler zu erkennen. Das heisst, der Prüfer kann mit einer kapazitiven Messung sicherstellen, ob gerade bei Beam-Lead-ICs, Ball-Grid-Arrays oder Flip-Chip-ICs eine Kontaktierung erfolgt ist.

System erkannte bereits zur Zeit des Tests die Fehlpolarisierung

Bei den Reinhardt-Testsystemen lassen sich diese Fehler grafisch darstellen und das eben auch bei Ball-Grid-Arrays oder Flip-Chips. Danach folgt der Polaritätstest meist von Aluminium-Elkos, aber auch von Tantal-Elkos, wobei eine weitere kapazitive Probe die Polarisierung erkennt. Aus Kundengesprächen weiss man, dass bis zu 2,6 Prozent der Aluminium-Elkos falsch bedruckt sind, dass sie nach bestem Wissen und Gewissen eingebaut wurden und dennoch fehlerhaft sind. Bei dem hier vorgestellten Testverfahren wird bereits zur Zeit des Tests die Fehlpolarisierung erkannt.

Mithilfe des Adaptererstellungscenters lassen sich innerhalb von 2 bis 4 Stunden die Gerberdaten bearbeiten, der Adapter bohren, die Kontaktstifte setzen und eventuell Ausfräsungen vornehmen. Das Verbinden mit den Teststeckern des Prüfgeräts erfolgt nur durch das Verdrahten eines freien WireWrap-Drahtes von den vorgewrappten Steckern mit einem beliebigen Kontaktstift. Über eine Suchprobe wird der fertig verdrahtete Adapter nach Vorgabe der Software vom Testsystem grafisch auf dem Bildschirm angezeigt. Der Operator muss dazu nur diesen Stift berühren, damit das Testsystem und seine Software die Verdrahtung exakt erkennen. Aufgrund der Führung durch das Testsystem dauert diese Zuordnung der Kontaktstifte bei einem Prüfadapter mit etwa 300 Kontaktstiften typisch 20 Minuten.

Erstellung der Prüfadapter dauert einen Arbeitstag

Nachdem für den Funktionstest nur noch die Betriebs- und Steuerspannungen sowie Steuersignale angelegt werden müssen – typischerweise handelt es sich dabei um 25 Verbindungen –, können diese gezielt verdrahtet und so der Adapter auch für den Funktionstest vorverdrahtet werden. Die Erstellung von Prüfadaptern ist also bei der Reinhardt GmbH in typisch einem Arbeitstag machbar, und der Kunde kann dies von seinen Prüftechnikern selbst durchführen lassen, sodass in kürzester Zeit und zu geringsten Kosten Adapter für die Fertigung zur Verfügung stehen.

Infoservice


Reinhardt System- und Messelectronic GmbH
Bergstr. 33, DE-86911 Diessen-Obermühlhausen
Tel. 0049 8196 934 100, Fax 0049 8196 7005 info@reinhardt-testsystem.de
www.reinhardt-testsystem.de



Mit diesem Adaptererstellungscenter AAE-CNC 2 mit Bohrmaschine, Setzwerkzeug und Magazin lässt sich ein Nadelbettadapter innerhalb eines halben Tages erstellen


Prüfadapter Typ 42 für den Incircuit- und Funktionstest von elektronischen Flachbaugruppen mit Wechselplatte


Individuelle Adaption mit fertig verdrahteter Wechselplatte