Blitzschneller Test mit elektrischer Fotografie senkt Kosten
Zeit ist eine knappe Ressource. Die “elektrische Fotografie“ (engl. „electrical imaging“) hilft, Zeit in Form des patentierten EFx-Systems zu schonen – und ist damit eine Alternative zum verbreiteten In-Circuit-Testverfahren.
Bei dem heute noch allgemein weitverbreiteten In-Circuit-Testverfahren (ICT), der weltweit populärsten Prüfmethode für Elektronikbaugruppen, wird jedes Bauteil sequenziell elektrisch stimuliert und die Reaktion darauf nach der nötigen Settingzeit ausgewertet. Ein klassischer In-Circuit-Tester mit vielen Messkanälen ist abhängig von der Komplexität des Boards und kann damit durchaus Minuten für einen Test beanspruchen. Bei der neuartigen elektronischen Fotografie, auf der die patentierte Efx-Lösung der ATEip GmbH beruht, sind bei Baugruppen mit vergleichbarer Komplexität nur noch nur wenige Millisekunden für eine einzige, umfassende Daten-Aufnahme und Auswertung einer kompletten Baugruppe nötig. Die beim Efx-System angewandte Methodik der mathematischen Berechnung von Messdaten in diesem Schnappschuss-Verfahren ist in der Theorie seit Jahren bekannt. Bisher haben jedoch die geringe kostengünstig verfügbare Rechnerleistung sowie die ebenfalls eingeschränkte Integrationsdichte der Komponenten eine sinnvolle praktische Umsetzung in Baugruppen-Testsystemen verhindert. In Zukunft wird aber die Fortentwicklung bestehender Messtechniken verbunden mit Methoden von KI im Board-Test sukzessive zu einem grundlegenden Paradigmenwechsel führen.
So funktioniert das System
Bei der elektronischen Fotografie werden alle kontaktierbaren elektrischen Netze der Baugruppe gleichzeitig mit einer Reihe von rasch wechselnden Signalen stimuliert. Die sich dadurch in der Schaltung ergebenden Spannungsverhältnisse sowie der in das Netz fließende Strom werden aufgezeichnet und bilden eine elektronische Momentaufnahme der gesamten Baugruppe.
"Die damit erzielte Prüftiefe ist erheblich höher als mit dem „klassischen" In-Circuit-Test und das bei deutlich geringerem Aufwand."
Bild 1: Ein 19" Einschub mit 1000 Testkanälen, 100 Testsysteme (400 Interfacekontakte) über 40 Drahtbus gemultiplext (Bild: ATEip GmbH)
Mit dieser Prüftechnik werden in einem Prüfdurchgang viele Schichten analoger Messwerte einer Baugruppe abgebildet, digitalisiert und die Daten zur Analyse gespeichert. Jede der synchron aufgenommenen Schaltungsschichten kann nach Bedarf auf einzelne Messpunkte sowie auf alle Messpunkte insgesamt umgehend ausgewertet werden. In der folgenden Analyse aller synchron abgebildeten Schichten ergeben sich dann die berechneten elektrischen Netzwerke, die mit den Vorgaben zum jeweiligen Prüfobjekt verglichen werden. Dabei werden alle elektrischen Parameter zwischen allen Messpunkten zeitgleich ermittelt. Die Messwertausbeute je Pin und je aufgenommenen Parameter wächst dabei mit jeder Aufnahme bzw. jedem Test zum Quadrat der genutzten Messwertpunkte (Auflösung) der elektrischen Fotografie. Bei drei zeitgleich aufgenommenen Parametern entspricht der EFx-Tester (Bild 1) mit einer Auflösung von 64 Messpunkten einem klassischen ICT-System mit maximal 12.288 Testkanälen (64 x 64 x 3). Je nach Bestückung des Efx-Testers und abhängig von der Ausführung des Prüfadapters lassen sich auch in diversen Nutzen gefertigte Baugruppen parallel messen – ein weiterer Vorteil, der den Durchsatz des Testers und damit seine Wirtschaftlichkeit steigert. Funktionsprüfungen sind zudem auch über Boundary-Scan entsprechend IEEE-Standard 1149.1 (JTAG) möglich.
Breites Testspektrum
Bild 2: Zwei 19" kombinierte Racks für EFx-, InCircuit- und Funktionstest (Bild: ATEip GmbH)
Die neuartige, potenzialfreie Testsystemarchitektur kommt grundsätzlich ohne die – sonst übliche und zudem wegen ihrer Kreuzmatrix-Architektur anfällige – Relaismatrix aus. Damit ist eine hohe Systemzuverlässigkeit gegeben. Allerdings ist als Option auch eine zuverlässig arbeitende Relais-Kanalumschalteinheit verfügbar. Mit dieser werden jedoch nur die vier Kontakte eines Prüfkanals an- und abgeschaltet, keine stark belastenden Kreuzmatrix-Umschaltungen.
Die Tests mit den unterschiedlichen Bursts laufen auf allen Kanälen parallel ab. Für jedes Paar der Testkanäle werden Abbilder der Impedanzen sowohl von den einzelnen Bauteilen als auch ganzen Schaltungsclustern gewonnen und in den Einheiten Widerstand, Kapazität und Induktivität berechnet. Für Messungen unter Betriebsbedingungen (Funktionstest) steht an jedem Testpunkt ein Scope zur Verfügung. In üblichen Power-up-Prozeduren wird jeder Testpunkt der Baugruppe unter Betriebsbedingungen aufgenommen. Separate Tests der Kontaktierungen seitens der Adaptierung (Kontakt- und Kurzschlussdiagnose) entfallen grundsätzlich, weil solche eventuellen Fehler vom EFx-System sofort erkannt und angezeigt werden.
Fazit
Bild 3: Komplexes Test Signal für den Test an 16 Schaltungsknoten in 9,4 ms (Bild: ATEip GmbH)
Das System (Bild 2, 3) benötigt so nur sehr wenig Testpunkte für differenzierte Aussagen über das Prüfobjekt. Wie der von unabhängigen Stellen vorgenommene Proof-of-Concept ergab, werden damit stabile und jederzeit zuverlässig reproduzierbare Messergebnisse der Baugruppen erzielt. Aufgrund der nur noch wenig nötigen Messpunkte ist der Aufwand im Vorfeld der Prüfungen deutlich reduziert. Damit gehören die langen Zeiten für Test und Programmierung sowie Debugging der Vergangenheit an. Die Prüfprogramme werden – wie sonst auch üblich - aus den vorhandenen CAD-Entwicklungsdaten des Boards gewonnen, wie auch die Fertigungsdaten für die Adapter.
Dieses Testsystem erlaubt die wirtschaftliche und effiziente Überprüfung komplexer Baugruppen – gefertigt sowohl separat als auch im Nutzen. Zudem lassen sich alle heute relevanten Möglichkeiten der Integration in Fertigungsumgebungen realisieren. Das Investitionsvolumen für ein EFx-Prüfsystem ist vergleichbar mit dem eines In-Circuit-Testers. Die neue Technologie bietet aber sowohl bei den Kosten als auch im Zeitaufwand bei der Programmierung sowie im laufenden Systembetrieb (Cost-of-Ownership) deutliche Vorteile.
Kontakt
Frank Grossmann,
ATEip GmbH | CCO | Sales & Support Manager
Dipl.Ing. Communication Technology, f.grossmann@ateip.de
