Elektronikfertigung und Test besser verzahnen

Die Produktion elektronischer Baugruppen ist in der Regel ein linearer Prozess, ein Schritt folgt dem anderen und am Ende hält man das fertige Produkt in Händen. Kommt es entlang der Kette aber zu Fehlern, ziehen sich diese bis zum Schluss durch. Daher ist es gut, Fehler frühzeitig zu entdecken, denn je später in der Wertschöpfungskette sie erkannt werden, desto teurer wird es. Entsprechende Tests helfen hierbei. Noch besser ist aber, wenn der gesamte Fertigungs- und Prüfprozess von einer übergeordneten Software überwacht wird, die es erlaubt, wiederkehrende Probleme zu erkennen und regelnd in den Fertigungsprozess einzugreifen. Eine solche Software kann darüber hinaus auch helfen, vorhandene CAD-Daten im Fertigungs- und Prüfprozess weiter zu nutzen und damit Zeit und bares Geld zu sparen.

Typische Fertigungs- und Prüfschritte beim Bestücken von Baugruppen

Welche Fertigungs- und Prüfschritte zur Herstellung einer elektronischen Baugruppe gehören, hängt sehr von der Komplexität und dem Wert des Produktes ab. So können alle der folgenden Schritte vorkommen oder nur Teile davon (Bild 1): Typischerweise beginnt alles am PC mit der CAD-Planung. Ist diese abgeschlossen, werden Leiterplatten gefertigt. Ein Schablonendrucker oder ein Dispenser bestreicht diese dann mit Lotpaste. Nach der Lotpasteninspektion geht es in die SMD-Bestückung mit anschließender automatischer optischer Inspektion (AOI) zur Bestückkontrolle aller SMD-Bauteile. Nach dem Löten stellt ein weiterer AOI-Prozess sicher, dass alle Lötverbindungen stimmen. Normalerweise gibt es an dieser Stelle einen  Sichtprüfungsplatz, der Pseudofehler ausschließt. Je nach Art der bestückten Bauteile kommt ein Röntgen-Test zum Einsatz, der auch unter die Bauteile blicken kann. Nun folgen die eigentlichen elektrischen Test wie Flying-Probe-, In-Circuit-, Funktions- und Boundary-Scan-Test. In manchen Fällen müssen Bauteile manuell bestückt werden. Diese Handbestückung kann sowohl vor als auch nach den elektrischen Tests stattfinden. Schließlich gibt es einen End-of-Line-Test, z.B. einen Funktions-, Stress- oder Dauertest, ehe die vollständig geprüfte Baugruppe das Haus verlässt.

Kommunikation entlang der Wertschöpfungskette

Entlang dieser Wertschöpfungskette werden bei der Produktion und den einzelnen Test auch jede Menge Informationen generiert und gespeichert. Für den gesamten Produktionsprozess ist es dabei ideal, wenn diese Informationen zwischen den einzelnen Stationen ausgetauscht werden können. Die Experten fürs elektronische Testen von Digitaltest aus Stutensee haben dazu zwei clevere Softwaretools entwickelt, die mit den marktüblichen CAD-Tools und Automaten zur Elektronikfertigung kommunizieren können. Ganz am Anfang, noch ehe ein greifbares Produkt in Sicht ist, entstehen in der Konstruktion CAD-Daten. Sie enthalten wichtig Informationen, die für viele Schritte entlang der Boardbestückungskette hilfreich sind. Lassen sich die CAD-Daten einlesen und weiter nutzen, erleichtert das die gesamte Produktion und alle Prüfungen. Hier setzt die CAD/CAM-Software C-LINK DTM an.

Sparen auch bei nachträglichen Änderungen

Die Software kann z.B. CAD-Daten aus der Planung verifizieren und vorab prüfen, ob eine spezielle Baugruppe generell automatisiert testbar ist. Zudem hilft sie bei der Definition von Testpunkten. Die gewonnen Informationen lassen sich einfach exportieren zur Weitergabe an den Hersteller der Prüfadapter. Darüber hinaus unterstützt die Software, wenn Änderungen an der Baugruppe vorgenommen werden, indem sie prüft, welche Testpunkte von der Änderung betroffen sind und ob man einen vorhandenen Prüfadapter unverändert oder durch kleinere Modifikationen weiter nutzen kann. Lässt sich durch diese Hinweise die Produktion neuer Prüfadapter vermeiden, sind die finanziellen Einsparpotentiale immens, liegen doch die Kosten für Prüfadapter oft im vier- oder fünfstelligen Euro-Bereich.

Auch für den Bau der Schablone zum Lotpastendruck lassen sich mit der Software die nötigen Informationen exportieren und an den entsprechenden Zulieferer weitergeben. Wird statt Schablonendruck mit einem Dispenser gearbeitet, liefert die C-LINK-Software auch hierfür die notwendigen Koordinaten. Für die Bestückung selbst ist es möglich, eine neutrale Bestückungsdatei zu generieren, die jeder marktübliche Bestückungsautomat nutzen kann.

Mit der CAD/CAM-Software C-LINK DTM lassen sich CAD-Daten für die Fertigung und Prüfung nutzen, die Software QMAN importiert Daten aus diesen Prozessschritten. Hier am Beispiel von In-Circuit- und Flying-Probe-Tests

AOIs, sei es im Anschluss an die Bestückung oder den Reflow-Prozess, können mit Hilfe der Software ebenfalls von den ursprünglichen CAD-Daten profitieren. Das erleichtert das Erstellen von Testprogrammen deutlich. Schließlich profitieren auch die elektronischen Tests wie In-Circuit- und Flying-Probe-Test von der Software, weil sie automatisiert die Konstruktionsdaten aus dem CAD-System für beliebige Testsysteme übersetzt (Bild 2). Geeignete Koordinaten für Testnadeln oder Testpunkte, die angefahren werden müssen, werden von der C-LINK Software automatisch berechnet und können vom Anwender ohne Aufwand ausgegeben werden.

Den „Regelkreis“ schließen

Noch besser ist es, wenn man Prozesse nicht nur steuert, sondern auch regeln kann. Zu diesem Zweck haben die Experten fürs Prüfen mit QMAN eine zweite Software entwickelt. Sie sammelt die Informationen von den einzelnen Produktions- und Testschritten und gibt sie an die CAD-Software zurück. Sie importiert z.B. nicht nur die Testergebnisse der Lotpasteninspektion, sondern wertet sie auch statistisch aus. Häufen sich die Fehler, könnte z.B. eine Reinigung der Schablone notwendig sein. Dann gibt QMAN die entsprechende Warnung aus. Darüber hinaus speichert die Software alle Ergebnisse folgender Tests: AOI nach Bestückung sowie dem Reflow-Löten, Röntgen-, In-Circuit-, Flying-Probe-, Boundary-Scan- und End-of-Line-Tests. Mit den gesammelten Ergebnissen lässt sich statistisch beurteilen, ob es bei bestimmten Bauteilen immer wieder Probleme gibt. Es kommt durchaus vor, dass Baugruppen angepasst werden müssen, sei es, weil höhere Leistung oder ein geringer Stromverbrauch gefordert werden, Bauteile nicht mehr lieferbar sind oder aus anderen Gründen. Dann kann in diesem Zusammenhang auch mit den gesammelten Informationen anhand statistischer Auswertungen entschieden werden, wo es auf einer Baugruppe es öfter zu Problemen kommt und wo Designänderungen sinnvoll sind.

Knifflige Reparaturen wirtschaftlich machen

Gleichzeitig lässt sich die Qualitätssoftware auch als Wissensmanagement-Tool nutzen. Knifflige Reparaturen können mit ihr dokumentiert werden. War eine Reparatur wegen des hohen Aufwands bislang zu langwierig und damit zu teuer, wird sie nun wirtschaftlich durch die konsequente Dokumentation, die sich beim nächsten Auftreten desselben Fehlers einfach wieder abrufen lässt. Damit ist nun Reparatur in vielen Fällen eine wirtschaftliche Alternative zum Wegwerfen defekter Baugruppen, was letzten Endes kostbare Ressourcen schont und der Umwelt zugutekommt.

Durchgängige Kommunikation bis zum Schluss

„Regelkreis“ schließen: Reports von Qualitätsauffälligkeiten werden zurück ans CAD gegeben

Nach wie vor ist bei manchen Baugruppen auch manuelle Bestückung notwendig. Für diese Handarbeitsplätze generiert die QMAN-Software Checklisten samt  Informationen zur Bauteilplatzierung. Nach dem Bestücken wird ins System zurück geschrieben, wer wann welche Bauteile bestückt hat; für die Nachverfolgbarkeit eine wichtige Information. Abschließend folgt der End-of-Line-Test. Da jede Baugruppe über ihre Seriennummer eindeutig identifizierbar ist, prüft die Software danach nochmals, ob die jeweilige Baugruppe alle notwendigen Produktions- und Testschritte durchlaufen hat und ob diese erfolgreich waren. Hier wird nun der „Regelkreis“ geschlossen, indem die Software entsprechende Reports an das CAD-System zurück gibt (Bild 3). Damit sieht man schnell, wo Qualitätsauffälligkeiten auftreten und kann gezielt eingreifen.

Testgeräte, Software und Dienstleistungen aus einer Hand

Mehr als Prüfgeräte, Digitaltest bietet auch Prüfsoftware und verschiedene Dienstleistungen an. (Quelle Bilder: Digitaltest)

Viele verbinden Digitaltest mit Testsystemen, dabei kann das Unternehmen deutlich mehr bieten (Bild 4). Sein über die Jahrzehnte angesammelten Prüf-Know-how floss nicht nur in die beschriebenen Software-Tools, sondern auch in die Software CITE. Sie ist auf allen vom Unternehmen ausgelieferten Prüfgeräten installiert ist und wird z.B. zur automatischen Testprogrammerstellung mit interaktiver Debug-Schnittstelle zum Layout- bzw. Schaltplan-Viewer verwendet. Aber auch Dienstleistungen sind im Angebotsspektrum wie zum Beispiel Testapplikationen erstellen. Unter dem Stichwort „Digitizer Service“ hilft das Unternehmen bei der Rekonstruktion fehlender CAD-Daten. Wer also Lösungen rund ums Prüfen elektronischer Baugruppen sucht, ist hier bestens aufgehoben.

Weitere Informationen zum Thema: http://www.digitaltest.de/page,produkte-ate-testsysteme-baugruppentest-automatisierte-testsysteme-in-circuit-test-ict-flying-probe-test.htm

Autoren: Olaf Rohrbacher, Software Product Manager C-LINK/QMAN Digitaltest GmbH und Dipl.-Ing. (FH) Nora Crocoll, Redaktionsbüro Stutensee