Warum eine modulare Prüflösung für elektronische Baugruppen hilfreich ist

Autor / Redakteur: Michael Kaltenbach und Nora Crocoll * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Modulare Prüfanlagen ermöglichen es, elektronische Baugruppen flexibel und günstig zu testen. Noch besser ist es, die angepasste Montagelinie mit Prüfanlage aus einer Hand zu beziehen.

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Test von elektronischen Baugruppen: 
Neben der Qualiät kommt es auf kurze Entwicklungszyklen an. Modulare Prüfanlagen haben die Nase vorn, da Entwickler schneller auf Änderungen reagieren können.
Test von elektronischen Baugruppen: 
Neben der Qualiät kommt es auf kurze Entwicklungszyklen an. Modulare Prüfanlagen haben die Nase vorn, da Entwickler schneller auf Änderungen reagieren können.
(Bild: Engmatec)

Bevor eine elektronische Baugruppe die Produktion verlässt, durchläuft sie typischerweise eine Vielzahl an Tests: Sichtprüfung, Automatische Optische Inspektion (AOI), elektrische Funktionstests, In-Circuit-Tests (ICT), Kombitests, End-of-Line-Test und viele mehr. Der Bau von Prüfanlagen und Produktionslinien ist daher sowohl komplex als auch aufwendig und erfordert jede Menge spezifisches Know-how. Die Verfahren für elektrische Tests von Baugruppen lassen sich im Wesentlichen unterteilen in End-of-Line, Funktions- und In-Circuit-Tests.

End-of-Line-Tests prüfen am Ende der Produktion die Funktionsfähigkeit von Platinen, Baugruppen und Endgeräten. Für einfache und kostengünstige Baugruppen können solche Tests allein ausreichend sein. Beim Funktionstest dagegen wird die Funktion einzelner Schaltungsblöcke oder der gesamten Schaltung geprüft, jedoch nicht die einzelnen Bauteile. Für einen Funktionstest wird die Schaltung genau wie im späteren Betrieb mit Spannung versorgt.

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Ein Blick auf die notwendige Testsoftware

Für den Test nutzt man die von außen verfügbaren Schnittstellen sowie weitere noch zugängliche Kontaktiermöglichkeiten, kann dadurch aber nur das messen, worauf zugegriffen werden kann. Die wesentliche Herausforderung beim Funktionstest ist die Entwicklung der notwendigen Testsoftware. Bei In-Circuit-Tests schließlich werden einzelne elektrische Bauelemente und bestückte Leiterplatten unter anderem auf Bestückungs-, Einpress- und Lötfehler geprüft. Dabei lassen sich beispielsweise Kurzschlüsse und Unterbrechungen in Leiterbahnen, defekte, falsche oder fehlende Bauelemente erkennen. Dazu werden bereits im Schaltungslayout entsprechende Testpunkte eingeplant. Mit speziellen Testnadeln kann man jeden Knoten in der Schaltung abgreifen und messen.

Die Testvorbereitungen für In-Circuit-Tests sind sehr zeit- und kostenaufwendig. Die Prüfadapter werden individuell auf die einzelne Baugruppe zugeschnitten. Kommt es während der Entwicklung zu Änderungen, muss der Adapter angepasst werden. Hier kommen Prüfspezialisten wie Engmatec ins Spiel, die eine große Fertigungstiefe bieten, um die notwendigen Tests mit wenig Aufwand und Zeitverlust zu realisieren.

Verschiedene Testverfahren kombiniert

Weil Leiterplatten heute immer dichter bestückt sind oder man bei Multilayer-Leiterplatten und integrierten Schaltungen nicht auf alle Kontakte zugreifen kann, stoßen In-Circuit-Tests immer wieder an ihre Grenzen. Hier setzen sogenannte Boundary-Scan-Tests an. Mit den standardisierten Verfahren lassen sich analoge und digitale Elektronikbausteine testen. Es kommt dann zum Einsatz, wenn Leiterplatten oder Elektronikbausteine ohne direkten physischen Zugang geprüft werden sollen.

Boundary-Scan-Tests lassen sich gut mit klassischen In-Circuit-Tests kombinieren. Bei technisch anspruchsvollen Baugruppen setzt man in der Regel auf eine Kombination aus Funktions-, In-Circuit- und End-of-Line-Tests. Während der End-of-Line-Test an der fertigen Baugruppe angewandt wird, können In-Circuit- und Funktionstests schrittweise mehrfach innerhalb der Produktion stattfinden, sinnvollerweise immer nach bestimmten Wertschöpfungs- oder risikobehafteten Produktionsschritten. So lässt sich vermeiden, dass an einer Baugruppe erst nach Aufbringen eines teuren Bauteils, wie eines Displays, ein Fehler erkannt wird, obwohl das Problem bereits zuvor verursacht wurde. Das kann beispielsweise durch einen Lötfehler der Fall sein.

Ein Komplettdienstleister unterstützt Kunden

Die Ansprüche an ein Testsystem in der Elektronikbranche werden komplexer und die Kundenanforderungen individueller. Flexible Stückzahlen und zunehmende Variantenvielfalt bestimmen häufig die Produktionsprozesse, vermehrt kommen Automatisierungssysteme zum Einsatz. Gleichzeitig steht die Forderung, dass die Entwicklung von Prüfanlagen möglichst wenig Zeit in Anspruch nehmen soll.

Hier setzt der Komplettdienstleister für Prüf- und Montagelinien Engmatec mit seinen modularen Systemen an (Bild 1). Mit ihnen soll es möglich sein, in verhältnismäßig kurzer Zeit Komplettanlagen mit In-Circuit-, Funktions- und End-of-Line-Test, Handlingsystem und Transportsystem zu entwickeln. Ob Stand-Alone-Systeme oder Inline-Anlagen, Groß- oder Kleinserienfertigung oder in Kombination mit weiteren Testtechniken wie Hochfrequenz- und Hochstromtest, optische Inspektion oder Run-In.

Dank modularer Konzepte lassen sich individuelle Kundenanforderungen in kurzer Zeit realisieren. Hinzu kommt, dass sich Tätigkeiten wie Flashen an der vom Kunden gewünschten Stelle ins Prüfsystem integrieren lassen. Bei den Inline-Test-Anlagen sind alle Komponenten des Modulsystems aufeinander abgestimmt und können miteinander und mit verschiedenen Produktionssystemen kombiniert werden.

Modulare Wechselsätze für Layoutänderungen

Vision Systeme, Scanner, Kennzeichnungsgeräte und viele weitere Funktionen sind integrierbar. Ein umfangreiches Boardhandling-Angebot ergänzt die Prüfanlagen. Die Produktpalette umfasst zahlreiche Handling- und Transportsysteme für Leiterplatten und Werkstückträger. Bei hoher Produktvarianz spielen modulare Wechselsätze für die unterschiedlichen Tests eine wesentliche Rolle (Bild 2). Anhand der finalen Daten der zu prüfenden Elektronikbaugruppen entwickeln die Prüfexperten den passenden Wechselsatz. Dabei profitieren Kunden von der hohen Fertigungstiefe der Prüfexperten von Engmatec: Hohe Verfügbarkeit benötigter Materialien und Halbzeuge sowie Spezialisten für Konstruktion, Montage und Verdrahtung im eigenen Haus sorgen für kurze Reaktionszeiten.

Es kann flexibler bei einzelnen Entwicklungsschritten eingegriffen werden und auch größere Layoutänderungen lassen sich schneller umsetzen. Beim Übergang von der Entwicklung zur Serienfertigung bringen die modularen Wechselsätze einen weiteren Vorteil: In vielen Fällen lassen sie sich mit wenigen Änderungen in Inline-Testsystemen weiter verwenden (Bild 3). Dazu hat Engmatec unter dem Namen Musketier spezielle Konzepte entwickelt.

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Nicht nur zuverlässiges Testen spielt eine große Rolle bei der Entwicklung von Elektronikkomponenten. Ebenso wichtig ist die Nachvollziehbarkeit: Welches Produkt wurde wie hergestellt und hat wann welche Tests durchlaufen? Deshalb sind den Radolfzellern auch Dokumentation und Traceability in ihren Anlagen wichtig. Sie unterstützen ihre Anwender bei der Integration in eine übergeordnete Steuerung und realisieren die Anbindung an Datenbanken bzw. ein MES (Manufacturing Execution System). Gleichzeitig bieten sie Beratung im gesamten Projektmanagement bei der Strukturierung und Dokumentation von Prozessen. Somit lassen sich Prüfergebnisse zentral speichern und verwalten.

Testexperten frühzeitig mit ins Boot holen

Wer ein gutes Produkt entwickeln und herstellen will, sollte den Experten für das Testen frühzeitig ins Boot nehmen. Hersteller elektronischer Produkte entwickeln ihre Prüfstrategien selbst und greifen auf die jahrelange Erfahrung der Prüfexperten zurück. So lassen sich gemeinsam abgestimmte Prüflösungen entwickeln. Darauf vertrauen mittlerweile viele Großunternehmer weltweit. Sie kommen aus ganz unterschiedlichen Branchen. Dazu gehören beispielsweise die Haus- und Medizintechnik oder die Automobil-, Consumer- und Industrieelektronik.

Die Vorteile des Prüfkonzepts „Musketier“

Das Prüfkonzept „Musketier“ basiert auf Standardgeräten von Engmatec (Bild 4). Dank des flexiblen Modulsystems lassen sich Wechselsätze für den In-Circuit-Test, Funktionstest und End-of-Line-Test von Leiterplatten und Flachbaugruppen sowohl in Handadaptern als auch in Inline-Kontaktiersystemen nutzen. Kosten sollen somit beim Produktionsstart gering gehalten werden. Höhere Investitionskosten fallen erst mit zunehmendem Produktionsvolumen an. Da sich die vorhandene Wechseleinheit weiter verwenden lässt, lässt sich der Inline-Adapter schneller erstellen, wenn höhere Stückzahlen in einer automatisierten Linie produziert werden sollen.

Ein zusätzlicher positiver Effekt der flexiblen Wechseleinheit ergibt sich aus dem sogenannten Aftermarket, also wenn das Produkt bereits erfolgreich etabliert wurde. Um bei geringeren Produktionszahlen die notwendigen Service-Dienstleistungen für Wartung und Reparatur von Produkten oder ihre Ersatzteile zur Verfügung zu stellen, kann problemlos auf den Handadapter umgestellt werden. Mit dem standardisierten Modulsystem ist es jetzt möglich, Anlagen schnell umzurüsten. Gerade bei unterschiedlichen Fertigungsstandorten hat das Wechselprinzip einen Vorteil. Die Wechseleinsätze können zu verschiedenen Produktionsstätten transferiert und je nach Automatisierungsgrad der Standorte dort manuell oder integriert in eine Fertigungslinie betrieben werden.

* Michael Kaltenbach arbeitet bei Engmatec als Vertriebsleiter und Nora Crocoll arbeitet im Redaktionsbüro Stutensee.

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