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Durchgängig von der Konstruktion über die Elektronikprüfung bis zur Dokumentation: Ausgabe 09/2019, 31.05.2019

Nutzentests einfach und flexibel

Baugruppen im Nutzen zu bestücken hat sich in der Elektronikfertigung in den letzten Jahren durchgesetzt, nicht zuletzt weil es ressourcenschonend ist. Beim Test im Nutzen hielten sich viele jedoch zurück, solange beim Trennprozess wieder Fehler in die Baugruppe kommen konnten. Seit man das Trennen aber gut im Griff hat, setzen immer mehr Elektronikfertiger auch auf Nutzentests.

Autor: Martin Bader, Jürgen Holzinger, Olaf Rohrbacher, Digitaltest, Text und Bilder

Nutzentests erlauben unter anderem höhere Stückzahlen bei optimiertem Ressourceneinsatz, es lassen sich selbst kleine Baugruppen testen und Baugruppen werden über den Mehrfachnutzen verdrehsicher. Allerdings kämpfen Elektronikfertiger von der Konstruktion über die Testadapterproduktion und die eigentlichen Tests bis hin zur Dokumentation des Testprozesses noch mit zahlreichen Herausforderungen. Dabei gibt es dafür mittlerweile durchgängige Lösungen, die den Gesamtprozess erleichtern und flexibel anpassbar sind.

Nutzentest wird in der Fertigung oft zum Flaschenhals
Wer sich mit dem Thema Nutzentests befasst, kennt die lange Liste der zugehörigen Herausforderungen: schwierige und zeitaufwändige Nutzendefinition, zunehmende Komplexität beim Adapterbau samt komplizierter Adapterverdrahtung und aufwändiges TestprogrammDebugging. Zudem können Mischnutzen und die zugehörigen Tests meist nur manuell und mit viel Aufwand erzeugt werden. Oft wird der Nutzentest in der Fertigung zum Flaschenhals, der die gesamte Fertigungsgeschwindigkeit einschränkt.
Offensichtlich defekte Einzelschaltungen lassen sich schwer bis gar nicht vom Test ausschliessen. Hinzu kommt hoher Ausschuss, da sich Fehler oft nur dem ganzen Nutzen, nicht aber der einzelnen Baugruppe zuordnen lassen. Einzelschaltungen zu testen – zum Beispiel bei Rückläufern aus dem Feld – ist eine weitere Schwierigkeit ebenso wie fehlende Möglichkeiten zur Traceability. Verschiedene Software-Tools bringen hier aber mittlerweile nützliche Lösungen:

Nutzendefinition leicht gemacht
Bevor man Hardware im Nutzen testen kann, steht man vor der Herausforderung, einen Nutzen zu definieren. Welche Baugruppe soll wo und wie positioniert werden? Das war bislang aufwändige Handarbeit. Mit der Software-Lösung C-LINK DTM aus dem Hause Digitaltest lassen sich nun klassische CAD-Formate in einen Nutzen-Generator importieren. Einzelne Schaltungen können dann einfach per Mausklick auf dem Nutzen angeordnet werden. Dabei sind Rotationen in 0,1°-Schritten, Spiegelung sowie Kombination aus Spiegelung und Rotation ebenso denkbar wie das Generieren von Mischnutzen, also ein Nutzen mit verschiedenen Schaltungen. Die Software übernimmt dabei auch die Nummerierung der einzelnen Baugruppen. Um Traceability zu gewähren ist es wichtig, dass die Nummerierung der Einzelschaltungen im Nutzen bei allen Prozessschritten gleich ist. Zusätzlich ist es möglich den Nutzen über eine Mergefunktion zu einer Gesamtbaugruppe zu verschmelzen.

Einfaches und sicheres Testadapterdesign
Je mehr Baugruppen in einem Nutzen getestet werden sollen, desto aufwändiger wird das Design der jeweiligen Testadapter. Auch das war bislang Handarbeit oder man überliess es dem Adapterbauer, hatte dann aber keinen Einfluss z.B. auf die Vergabe von Kanalnummern (also die Nummerierung der Testnadeln). Testadapter kosten viel Geld, ihre Planung und Herstellung muss daher fehlerfrei erfolgen. C-LINK erleichtert signifikant die zuverlässige Planung eines Testadapters. Dieser lässt sich vollautomatisch oder teilmanuell erstellen.
Dazu kann z.B. eine Nadel des Testadapters manuell auf eine Baugruppe platziert und die Position anschliessend auf alle Baugruppen des Nutzens übertragen werden. Auch die Labelpositionen zu den Nadeln oder die Nadeleigenschaften selbst können auf einer Schaltungsinstanz einmalig angelegt und auf alle weiteren Baugruppen übertragen werden. So entstehen keine Redundanzen, die bei nachträglichen Änderungen zu ärgerlichen Fehlern führen könnten. Auch die Vergabe der Kanalnummern ist mit der Software flexibel und «lesbar» möglich – bei optimaler Ausnutzung der verfügbaren Testerhardware. Abschliessend wird eine Adapterdokumentation mit allen individuellen Kanalnummern des Gesamtnutzens erzeugt. Das erleichtert am Ende die Testdokumentation und die Traceability. Adapter, mit denen sich zusätzlich Einzelschaltungen testen lassen, also beispielsweise Rückläufer aus dem Feld, sind ebenfalls einfach zu planen.

Einfache und flexible Test-Definition
Aufwändiges Testprogramm-Debugging wird auch oft als Herausforderung beim Nutzentest genannt. Hierbei hilft das Computer Integrated Test Environment (CITE) von Digitaltest. Auch hier werden auf einer Instanz alle Testparameter angelegt und dann automatisch auf alle Baugruppen des Nutzens übertragen. Wichtig ist dabei jedoch Offenheit und Flexibilität für Ausnahmen und Irregularitäten, beispielsweise wenn eine teurere Test-Ressource von allen Baugruppen nacheinander genutzt werden soll, z.B. eine Stromversorgung. Es ist auch flexibel wählbar, ob Tests für den gesamten Nutzen oder für jede einzelne Baugruppe separat dokumentiert werden sollen. Dazu wird ein Barcode auf dem Nutzen gescannt und über die Position jeder Baugruppe auf dem Nutzen eine eindeutige Kennung zugeordnet.
Das gesamte Konzept funktioniert auch bei Mischnutzen. Neben der Testsoftware lässt sich auch die Benutzeroberfläche des Testprogramms in CITE einfach an individuelle Bedürfnisse anpassen. Für die Traceability speichert die Software zudem alle Testdaten in einer Datenbank. Mit Hilfe der Software lässt sich so der Overhead für das Erstellen von Nutzentests im Vergleich zu Einzeltests deutlich reduzieren.

Parallelisierung eliminiert Flaschenhals Nutzentest Aber nicht nur die Planung von Tests und Testequipment sind herausfordernd, sondern auch die praktische Umsetzung der Tests. Werden alle Baugruppen im Nutzen in herkömmlicher Weise sequenziell getestet, kann dies die gesamte Produktionslinie ausbremsen. Bei Einsatz eines Testsystems mit mehreren Testköpfen (Lambda edition) lassen sich zwei oder mehr Baugruppen gleichzeitig parallel prüfen. Damit reduziert sich die Taktzeit und der Durchsatz am Tester erhöht sich entsprechend. Ein PC kann mehrere Testköpfe ansteuern, die über eine entsprechend angepasste Adaptierung mit dem Nutzen verbunden sind.
Die Software der Lambda edition stellt alle für die Ansteuerung eines derartigen Paralleltests benötigten Funktionen zur Verfügung. Dies umfasst sowohl die Kommunikation mit dem Bediener oder Handlingsystem als auch die Ansteuerung und gegebenenfalls Synchronisation der Prüfprozesse. Höchstmögliche Performance wird erzielt wenn alle Testschritte parallel ausgeführt werden. Darüber hinaus ist die Lambda edition sehr flexibel gestaltet, so können zum Beispiel bestimmte teure Hardware-Ressourcen nur einmal installiert sein, die Software koordiniert bzw. synchronisiert sequenziell die jeweilige Verwendung. Hiermit kann kosteneffizient das Optimum an Durchsatz erreicht werden.
Die Software der Lambda edition ist aufgeteilt in die eigentlichen Testprogramme und einen Koordinator, der die parallel ablaufenden Tests ansteuert. So lässt sich mit einem PC und zwei Testköpfen die Taktzeit der Teststation halbieren bzw. mit einem Vier-Kopf-System auf ein Viertel der sequenziellen Testzeit reduzieren. Sehr aufwändige bzw. rechenintensive Testprozesse lassen sich durch Einsatz eines zweiten PCs beschleunigen. Die Prüfprogramme werden automatisch vom Koordinator-PC auf die anderen Rechner übertragen und somit immer aktuell gehalten. Koordinator und Testprogramm basieren auf einem Baukastensystem, das sich an individuelle Anforderungen flexibel anpassen lässt.

Fehler finden und beheben
Werden beim Nutzentest Fehler gefunden, ist es wichtig, dass diese sich den korrekten Einzelbaugruppen zuordnen lassen. Hier übernimmt das Fehlerimport-Modul der Reparatursoftware QMAN über intelligente Verfahren die eindeutige Zuordnung von Fehlern zur jeweiligen Baugruppe. So kann sichergestellt werden, dass im Nutzentest erkannte Fehler auf der Einzelschaltung schnell gefunden und damit kostengünstig repariert werden können.
Es wird also deutlich: Die Testexperten haben die Herausforderungen am Markt gesehen und durchgängige Lösungen dafür entwickelt. Wichtig war ihnen dabei, dass diese gerade für Standard-Testaufgaben einfach per Knopfdruck anzuwenden sind. Gleichzeitig ist aber auch eine Lösung entstanden, die sich an individuelle Aufgaben äusserst flexibel anpassen lässt. Ob einfache oder komplexe Testanwendungen, das System unterstützt den Anwender beim gesamten Nutzentest von der Nutzenerstellung über das Testdebugging bis hin zu Tests einschliesslich abschliessender Dokumentation.

Infoservice
ad+t AG
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Nutzendefinition per Software (C-LINK DTM): Einzelne Schaltungen werden per Mausklick auf dem Nutzen angeordnet


Die Software C-LINK DTM unterstützt einfaches und zuverlässiges Testadapterdesign. Hier an den beiden Beispielen Boardnummerierung (oben) und Nadelpositionierung (unten)



Testdebugging leicht gemacht mit CITE. Das Testprogramm wird auf einer Instanz angelegt und auf alle anderen Baugruppen übertragen


Unterstützt wird bei C-LINK DTM auch die Planung von Testadaptern, mit denen sich zusätzlich Einzelschaltungen testen lassen


Paralleltests mit der Lambda edition


Martin Bader, Leiter Vertriebs-/Kundensupport


Jürgen Holzinger, Produktmanager CITE


Olaf Rohrbacher, Produktmanager C-LINK/QMAN