Ultimativer Ratgeber: Testverfahren elektronischer Baugruppen

Einleitung

Bevor die Lieferung von Leiterplatten bei Ihnen eintrifft, möchten Sie sicherstellen, dass Sie das erhalten, wofür Sie bezahlt haben – eine ordnungsgemäß bestückte, voll funktionsfähige Platine. Alles andere könnte Ihre Lieferkette gefährden. Das Versäumnis, Tests durchzuführen oder Prototypen zu erstellen, kann:

• Lieferzeiten verzögern
• Zusätzliche Kosten zur Behebung von Problemen verursachen
• Den Ruf Ihres Produkts und Ihres Unternehmens schädigen

Am Ende dieses Ratgebers sollten Sie ein klares Verständnis dafür haben:

• Warum Sie testen lassen sollten
• Welche Testoption am besten für Sie geeignet ist
• Wie Sie Tests reibungslos gestalten können

Testarten

Das Ziel der Prüfung von bestückten Leiterplatten (PCBAs) ist sicherzustellen, dass Sie eine qualitativ hochwertige PCB erhalten, die nicht dazu führt, dass Ihr Endprodukt eine verkürzte Lebensdauer hat oder von Anfang an ausfällt. Die Möglichkeiten, wie Ihr Elektronik-Auftragsfertiger (EMS) dies erreichen kann, sind zahlreich und können überwältigend wirken. Keine Sorge, wir haben hier alle wichtigen für Sie zusammengestellt.

Prüftiefe

Die Herausforderung im Prüfprozess besteht darin, die für das Projekt notwendigen Prüffaktoren optimal zu kombinieren. Die Prüftiefe wird durch verschiedene Faktoren bestimmt, wie das Risikoprofil der Baugruppe, das potenzielle Schadensrisiko und das potenzielle Ausfallrisiko. Aus der Tabelle wird ersichtlich, dass ein einzelnes Prüfverfahren nicht ausreicht, da es nur einen Teilaspekt der Fertigung abdeckt. Daher ist es notwendig, zwei oder mehr Prüfverfahren zu kombinieren, um die unterschiedlichen Prüfaspekte vollständig abzudecken.

Automatische Optische Inspektion

AOI verwendet eine (2D) oder zwei (3D) Kameras und eine Lichtquelle, um Fotos der Platine zu machen und diese mit einem Programm zu vergleichen. Wenn die beiden nicht in einem bestimmten Grad übereinstimmen, wird die Platine markiert und von einem Techniker manuell überprüft. 3D-Inspektionsmaschinen überprüfen echte profilometrische Formen, Verbindungen und Muster.

Vorteile von AOI

• Die Produktion kann schnell gestoppt werden, wenn ein kritischer Fehler auftritt.
• Früherkennung ermöglicht schnelleres Feedback.
• Kann 01005 und andere winzige Komponenten überprüfen.

Nachteile von AOI

• Versorgt die Platine nicht mit Strom.
• Möglicherweise keine 100%ige Abdeckung für alle Bauteiltypen.

IN-CIRCUIT-TEST

Ein In-Circuit-Test, auch bekannt als Bed-of-Nails-Test, verwendet feste Sonden in einem Design, das auf eine spezifische Leiterplatte zugeschnitten ist. Um Ihre Platine zu testen, drückt der Hersteller sie auf ein Bett von Sonden. Nadeln, die von unten durch vorgeplante Zugangsstellen in der Platine nach oben kommen, stellen eine Verbindung mit der Schaltung her. Der Tester verwendet diese Pins, um Werte zu messen.

Wenn ein Fehler auftritt, drucken viele ICT-Maschinen einen Bericht aus, der Ihnen mitteilt, wo Sie mit der Fehlersuche beginnen sollten. Zum Beispiel kann der Tester Ihnen sagen, ob ein Widerstand oder ein Kondensator einen niedrigen Messwert aufweist.

Der durchschnittliche Preis für einen ICT beträgt 20.000€, variiert jedoch je nach Größe und Komplexität der Platine. Je komplexer die PCB, desto höher die Kosten.

Vorteile von ICT

• Kann das Flying Probe Test und Funktionstests potenziell überflüssig machen, was langfristig Geld spart.
• Es ist nicht erforderlich, das Testverfahren im Voraus zu entwerfen.
• Konsistenz: Der gleiche Test wird jedes Mal auf die gleiche Weise durchgeführt.
• Jedes Bauteil wird einzeln getestet. Die Bauteile werden mit Strom versorgt, was bedeutet, dass Sie LEDs usw. testen können.
• Wartungsarm. Minimale Ausfallzeiten.
• Die Tests sind schnell.
• Wenig Raum für Bedienerfehler.
• Kann Ball Grid Array-Baugruppen (BGAs) testen.
• Kann On-Board-Verifikationen von FPGAs durchführen.
• Kann die Lötintegrität von Bottom Terminated Components (BTC) überprüfen.

Nachteile von ICT

• Die Leiterplatte muss so gestaltet sein, dass sie zur Testvorrichtung passt.
• Der EMS kann kein bestehendes Design übernehmen und es nachträglich anpassen.
• Hohe Initialkosten.
• Längere Entwicklungszeit.
• Benötigt spezielle Werkzeuge und Programmierung.
• Kann keine Steckverbinder und nicht-elektrische Bauteile testen.
• Kann keine zusammenarbeitenden Bauteile testen.

Weitere Informationen gibt es in unserem Ratgeber: Was ist ein In Circuit Test (ICT) und was kostet er?

FLYING PROBE TEST

Der Flying Probe Test ist eine der bewährtesten Optionen für das Testen von bestückten Leiterplatten.

Flying Probe Tester führen Tests durch für:

• Aktive/Diskrete Bauteile
• Passive Bauteile

Wie funktioniert das? Die Maschine verwendet ein XY-Raster, das aus ODB Daten gewonnen wird. Ihr EMS programmiert die Koordinaten, um sie mit der Leiterplatte abzugleichen. Nadeln bewegen sich nach unten und kontaktieren die Bauteile.

Die Werte werden durch die Stückliste oder ein Lastenheft festgelegt. Dieser Wert wird dann von der Maschine überprüft.

Vorteile des Flying Probe Tests

• Geringere anfängliche Investitionskosten
• Kann Werte mit 99% Genauigkeit messen
• Es müssen keine Designentscheidungen mit Blick auf das Testen getroffen werden
• Kann doppelseitige Platinen testen
• Zukünftige Tests mit dem Prober erfordern nur kleine Anpassungen am Programm

Nachteile des Flying Probe Tests

• Baugruppe zu bestromen ist sehr aufwändig
• Ball Grid Arrays (BGAs) prüfen, ist nur möglich wenn sie über Netzlisten angesteuert werden können
• Möglicherweise nicht so kosteneffektiv für Großserienaufträge

Weitere Informationen gibt es in unserem Ratgeber: Was ist ein In Circuit Test (ICT) und was kostet er?

Funktionstest

Der Funktionstest einer bestückten Leiterplatte (PCBA) überprüft das Verhalten der Leiterplatte. Die Anforderungen, Entwicklung und Verfahren eines Funktionstests können je nach Leiterplatte und Endprodukt stark variieren.

Ein Funktionstest simuliert die Betriebsumgebung eines Produkts. "Umgebung" bezieht sich auf jedes Gerät, das mit dem Testobjekt kommuniziert, wie z. B. dessen Stromversorgung oder kritische Programmlasten. Funktionstester verbinden sich in der Regel über den Randstecker der Leiterplatte oder einen Testpunkt mit der Leiterplatte.

Diese Testmethode setzt die Leiterplatte einer Abfolge von Signalen und Stromversorgungen aus. Die Reaktionen werden an bestimmten Punkten überwacht, um die Funktionalität zu überprüfen. Der Testenieur des OEM (Original Equipment Manufacturer) legt in der Regel die Spezifikationen und Testverfahren für den EMS-Dienstleister fest.

Vorteile des Funktionstests

• Simuliert die Betriebsumgebung, wodurch die Kosten für den Kunden zur Bereitstellung von tatsächlichem Testequipment minimiert werden.
• Kann in einigen Fällen teure Systemtests überflüssig machen.
• Kann die Funktionalität des Produkts überprüfen – von 50 % bis 100 % des versendeten Produkts, je nachdem, wie viel Sie testen und debuggen müssen.
• Lässt sich gut mit anderen Tests wie ICT und Flying Probe kombinieren.
• Hervorragend geeignet zum Erkennen falscher Bauteilwerte, funktionaler Ausfälle und parametrischer Fehler.

Nachteile des Funktionstests

• Möglicherweise keine 100%ige Abdeckung aller Bauteile und Schaltungen.
• Möglicherweise werden keine Fehler erkannt, die eine visuelle Inspektion identifizieren könnte.

Röntgen

Röntgen (oder X-Ray) wird als ein Funktionstest betrachtet. Es überprüft die inneren Strukturen der Bauteile und Lötverbindungen.

Vorteile der Röntgeninspektion

• Fähigkeit, Elemente zu inspizieren, die normalerweise nicht sichtbar sind, wie z. B. BGAs und LGAs mit Lötverbindungen unter dem Chip-Gehäuse.
• Perfekt für die Inspektion von komplexen Platinen mit BGAs und HF-Abschirmungen.

Nachteile der Röntgeninspektion

• Bilder können subjektiv sein und erfordern geschulte, erfahrene Bediener, um sie zu interpretieren.