Die Fehler- und Ausschussraten in modernen Herstellungsprozessen von Elektronikbaugruppen sind kontinuierlich gesunken. Dennoch sind Fertigungsfehler nie ganz auszuschliessen und Prüfungen zur Qualitätssicherung unabdingbar. Zur Bestimmung des Prüfaufwands ist vorrangig zwischen Fehlergruppen, Fehlerarten und ihrer Auftretenswahrscheinlichkeit zu unterscheiden. Die daraus resultierende Fehlerrate, gemessen in «defects per million» (dpm), gibt einen Hinweis, in welchem Umfang eine Prüfung des Elektronikbauteils erfolgen sollte.
Das passende Testverfahren finden
Aufgrund dieser Erkenntnis muss die Testtiefe bereits im Entwicklungsprozess definiert und das Design von Beginn an darauf ausgerichtet werden. Auf diese Weise lassen sich die Testkosten tief und die Produktionsqualität hoch halten. Schlussendlich kann man mit der richtigen Testwahl nicht nur Produktionsausschuss, sondern auch Fehlerfolgekosten vermeiden. Besonders beim Endanwender des Produkts verursachen Letztere hohe Kosten und nicht selten auch einen nachhaltigen Reputationsschaden.
Welches Testverfahren richtig ist, ist abhängig von verschiedenen Faktoren wie Bestückung, Produktionsprozess, Stückzahl, Handling und Produktanforderung. Die folgenden Abschnitte zeigen eine Auswahl an Testverfahren mit ihren jeweiligen Vor- und Nachteilen.
Automatische optische Inspektion –AOI – oder Sichtkontrolle
Dieses Verfahren wird in der Regel unmittelbar nach der Bestückung der Leiterplatte durchgeführt. Der Test ergibt eine klare Fehlermeldung und der vorgelagerte Prozess lässt sich kurzfristig optimieren. Die Fehlererkennung umfasst unter anderem mechanische Beschädigungen, fehlende oder verschobene Bauteile, die Lage von ICs, die Beschriftung und Anbringung von Labels und Seriennummern und in beschränktem Umfang die Lötstellenqualität. Die Vorteile der AOI liegen in den tiefen Initial- und Serienprüfkosten, elektrisch defekte Bauteile und Leiterplattenfehler können bei diesem Verfahren allerdings nicht erkannt werden.
Der Flying-Probe-Test – FPT
Mit einem FPT wird ein Produktionstest auf Leiterplattenebene in relativ kurzer Zeit und mit verhältnismässig tiefen Initialkosten realisiert. Diese Variante eignet sich speziell für komplexere Baugruppen und geringe Stückzahlen. Verschiedene, unabhängig voneinander bewegliche, multifunktionale Testnadeln kontaktieren den Prüfling oben und unten. Über eine Schnittstelle, welche fix mit dem Prüfling verbunden werden kann, wird eine Speisespannung angelegt. So werden unter anderem Unterbrüche und Kurzschlüsse durch Lötfehler, die Funktion passiver Komponenten, die korrekte Bestückung komplexer Komponenten und einfache Funktionen von analogen und digitalen Schaltungen getestet.
Bereits beim Design des Elektronikbauteils muss man den Kontakt möglichst vieler elektrischer Netze des Prüflings durch die Nadeln des FPTs sicherstellen. Da kein Testadapter notwendig ist, fallen die Initialkosten tief aus. Andererseits können komplexe Bauteile mit diesem Verfahren nicht geprüft werden und die Testzeiten sind relativ lang, was entsprechend hohe Serienprüfkosten verursacht.
In-Circuit-Test – ICT – mit Nadelbettadapter
Bei diesem automatisierten Produktionstest wird der Prüfling über einen fixen Nadelbettadapter mit dem Tester verbunden und mit verschiedenen Speisungen versorgt. Digitale Tests und Funktionstests von ICs sind ebenso möglich wie Frequenzmessungen. Verglichen mit dem FPT-Verfahren bietet der ICT kürzere Testzeiten. Die Initialkosten sind jedoch relativ hoch, da neben einem Testprogramm auch ein produktspezifischer Nadelbettadapter hergestellt werden muss. Darum eignet sich diese Testmethode vornehmlich für grosse Stückzahlen und komplexe Baugruppen.
Manueller oder automatisierter Funktionstest
Dieses Verfahren stellt sicher, dass die Baugruppe funktioniert und die für das Produkt geltenden Richtlinien und Normen eingehalten werden. Beim Funktionstest kann geprüft, programmiert, parametriert und kalibriert werden. Die Funktionalität der Elektronik wird garantiert und die Prüfungen erfolgen unter echten Spannungsverhältnissen sowie in Echtzeit. Die Prüfinitialkosten fallen bei diesem Verfahren tief aus, die Prüfzeiten sind allerdings aufgrund des umfassenden Handlings eher lang. Ein manueller Funktionstest eignet sich daher besonders für einfachere Baugruppen mit wenigen Prüfschritten und geringen Stückzahlen.
Boundary-Scan-Test – BST
Ein BST bietet sich speziell für komplexe Baugruppen an, bei denen die elektrischen Netze nicht mehr ohne Weiteres von aussen zugänglich sind. Geprüft wird über einen nach JTAG-Standard 1149 definierten Bus mit verschiedenen Signalen (TCK, TMS, TDI, TDO). Neben einzelnen ICs können auch ganze Funktionsblöcke getestet werden. Das Verfahren ist auch dann anwendbar, wenn eine Adaption über Testpunkte nicht möglich ist. Zur Anwendung dieser Testmethode müssen bereits früh die notwendigen Vorbereitungen im Schaltdesign getroffen werden. In der Baugruppe muss mindestens ein Boundary-Scan-fähiges IC vorhanden sein. Durch mehrere BST-kompatible Komponenten wird eine bessere Testtiefe erreicht.
Kombitest – ICT, FKT, BST und/oder Built-in-Selbsttest
Ein Kombitest vereint diverse der aufgeführten Produktions- und Funktionstests. Damit lässt sich im Produktionsprozess die Zahl der Prüfschritte reduzieren und die Initialkosten für Adapter fallen geringer aus. Der Kombitest reduziert das Handling und somit die Prüfkosten, da die Baugruppe nur noch einmal auf dem Adapter platziert werden muss.
In der Designphase an die Tests denken
Die Prüfkosten und -qualität Ihrer Elektronikkomponenten bestimmen Sie bereits in der Designphase. Daher muss man die Bedürfnisse der Prüfung frühzeitig erfassen und berücksichtigen. Lassen Sie sich ein Testkonzept erstellen, in welchem klar definiert wird, was, wie genau und wie oft geprüft werden soll. Besprechen Sie das Konzept mit Experten, definieren Sie die Testmethoden und optimieren Sie diese auf Ihre Bedürfnisse. Legen Sie bereits im Design die nötigen Massnahmen und technischen Merkmale wie Testpunkte, Fanglöcher, Passermarken, bauteilfreie Ränder, Test-Interfaces und Testhilfsmittel fest. Die Testspezifikation ist schlussendlich ein wesentlicher Bestandteil des Pflichtenhefts. Jede Testmethode hat ihre Stärken und Schwächen und die Initialkosten können je nach Prüfverfahren stark schwanken. Experten unterstützen Sie mit ihrer Erfahrung bereits in der Designphase mit Rat und Tat. Gemeinsam entwickeln Sie Ihr individuelles Testkonzept mit dem besten Kosten-Nutzen-Verhältnis. Damit haben Sie die Sicherheit, dass Ihre Produkte die hohen Qualitätsanforderungen Ihrer Kunden dauerhaft erfüllen.
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