Wirtschaftlicher Einsatz von Flying Probe Integration von ICT, FKT, BScan
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- Kilian Voss
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1 Wirtschaftlicher Einsatz von Flying Probe Integration von ICT, FKT, BScan Martin Bader Sales- & Customer Support Digitaltest GmbH. GmbH. All rights All reserved. rights reserved. 1
2 Testen: ja oder nein? Muss ich überhaupt testen? Diese Frage stellt sich zuerst in Verbindung mit meinem Produkt und meinem Kundenkreis Sicherheitsrelevante Produkte: Automotive, Medizin, Militär, Luft-und Raumfahrt, etc. Ja, möglichst vollständig Maschinenbau: Anlage für steht auf Grund eines defekten 10 Teiles: erhebliche Servicekosten, Reputationsverluste Konsumer Elektronik: höherwertige Produkte erheben höheren Anspruch, niedrige Preisklasse verzeiht eher einen Fehler? 2016 Digitaltest GmbH. All rights reserved. 2
3 Testen: ja oder nein? Was will/muss ich testen: Diese Frage stellt sich in erster Linie in Bezug auf Bauteil- und Prozessqualität Bauteilfehler: Prozessfehler: Produktionsfehler: Funktionsfehler: Designfehler: Anlieferqualität der Bauteile? Welche Prozesse, Maschinenabhängigkeit? Kurzschlüsse, Bestückung, Lötfehler! Dynamik, Zusammenspiel und Umgebung Nicht im Serientest! Tatsächliches Fehlerspektrum ermitteln und betrachten: Welche Maschinen habe ich im Einsatz? Gibt es vorgelagerten AOI? 2016 Digitaltest GmbH. All rights reserved. 3
4 Testen: ja oder nein? Was will/muss ich testen: Wenn die ersten beiden Fragen beantwortet sind, stellt sich die Frage nach der Testabdeckung Schutzbeschaltungen: EMV, PullUp, serielle Terminierung, Schutzbeschaltungen: nur im ICT vernünftig testbar Teil-ICT / Cluster-ICT + Cluster-FKT: z.b. bei eingeschränkter Kontaktierbarkeit, Vereinfachung / Standardisierung von Tests, Kostenreduktion (Adapter, Testprogrammerstellung, etc.) Produktinnovation: Design oft basierend auf vorhandenen Clustern (Schema/Layout...) Wenn konstante Layout- Cluster warum nicht auch konstante Test-Cluster (Schaltungsstruktur, Testpads,...) Adapter weiter verwendbar? 2016 Digitaltest GmbH. All rights reserved. 4
5 Testabdeckung Welche Fehlerabdeckung erwarte ich? So ermittle ich meine Testtiefe und Fehlerabdeckung Fehlerabdeckung: (der tatsächlich möglichen / vorkommenden Fehler) ICT: BScan: FKT: Aussage relativ leicht möglich Aussage gut zu ermitteln für reine Scan-Cluster, sonst schwierig Aussage nur sehr schwierig zu ermitteln 2016 Digitaltest GmbH. All rights reserved. 5
6 < Testverfahren Erkennen und lokalisieren von Bestückfehlern Lötfehlern Mechanischen Attributen Offenen Lötstellen bei IC s Lötfehlern Falschen IC s (sofern die IC s Bscan-fähig sind) Optische Inspektion AOI Boundary Scan In-Circuit Test Funktions- Test System (Echtzeit) Test Falschen oder fehlerhaften Bauelementen (statisch) Kurzschlüssen, Opens Pullup/Pulldowns, Schutzelementen Polarität von Bauelementen Funktionsfehlern Interaktiven Problemen Unter echten Spannungswerten Dynamischen Fehlern Systemorientierter Test Echte Umgebungsparameter 2016 Digitaltest GmbH. All rights reserved. 6
7 < Testverfahren ICT & FKT In-Circuit Test (ICT) (Testen von Bauteilen in einer Schaltung) Analoge und digitale Bauelemente werden auf deren Werte/Funktion hin geprüft. Dabei werden die Bauteilparameter, die Polarität, die Kontaktierung der Bauelemente sowie die Kurzschlussfreiheit unter den elektrischen Netzen geprüft. Das Prüfen einzelner Bauelemente innerhalb einer komplexen Schaltung wird durch elektrisches Isolieren (Guarding) der Bauelemente erreicht. Funktionstest (FKT) (Testen der Funktion einer Schaltung oder von Schaltungsteilen) Durch Anlegen von digitalen und/oder analogen Stimuli an den Eingängen einer Schaltung und Überprüfen der Ausgangsparameter wird die Funktion der Baugruppe verifiziert. Dadurch wird das Zusammenspiel der einzelnen Bauteile der Schaltung geprüft und die richtige Funktion der Schaltung ermittelt Digitaltest GmbH. All rights reserved. 7
8 < Vorteile der Verfahren In-Circuit Test (ICT) Bauteilwerte werden überprüft. Fertigungsfehler werden erkannt. Im Fehlerfall wird in der Regel direkt auf das falsche/defekte Bauteil hingewiesen. Mittels dieser Diagnose ist die Reparatur der Baugruppe einfach, auch von angelerntem Personal, möglich. Einfache automatische Erstellung des Prüfprogramms durch Einlesen von CADund Stücklistendaten. Automatische Programmgeneratoren (APG) erstellen daraus ein Prüfprogramm mit allen notwendigen Parametern für den Test der einzelnen Bauelemente. Die Testzeit ist sehr gering, somit kann eine hohe Taktrate erreicht werden. Funktionstest (FKT) Die Funktion der gesamten Baugruppe und/oder einzelner Schaltungsteile/ Bauteile wird geprüft. Durch entsprechendes Variieren der Eingangsparameter ist das Verhalten der Baugruppe innerhalb einer gewissen Toleranz nachprüfbar. Mit funktionalen Tests können eventuell auch Entwicklungsfehler (grenzwertige Dimensionierungen von Bauteilen) erkannt werden. Ein Funktionstest kann auch als dynamischer Test, bis hin zum Echtzeittest, realisiert werden. Ein Funktionstest benötigt in der Regel keine komplexen Adaptionen und kann häufig auch allein über die Peripherie- Stecker durchgeführt werden Digitaltest GmbH. All rights reserved. 8
9 < Nachteile der Verfahren In-Circuit Test (ICT) Für einen kompletten ICT wird ein Adapter mit Kontaktnadeln an jedem elektrischen Knoten benötigt. Diese Adaptionen können recht hohe Kosten verursachen. Der Einsatz eines Flying Probers könnte die erhöhten Adaptionskosten eliminieren. Wirklich dynamische Tests sind weitgehend nicht machbar. Entwicklungsfehler werden in der Regel nicht erkannt. Funktionstest (FKT) Das Erstellen des Prüfprogramms kann nicht automatisch erfolgen und benötigt in ein großes Know-how und Verständnis über die Funktionsweise der Baugruppe. Bei Fehlern kann in der Regel nicht direkt das betreffende Bauteil ermittelt werden. Die Diagnose und somit die Reparatur der Baugruppe ist recht schwierig und aufwendig. Somit ist auch an dieser Stelle hoch qualifiziertes Personal notwendig. Trotz einwandfreier Funktion können falsche Bauteile bestückt sein, die später zu Frühausfällen führen können. Die Prüfzeit kann sehr hoch sein Digitaltest GmbH. All rights reserved. 9
10 Beispiel ICT (1) Einfache Diagnose und somit kostengünstige und schnelle Reparatur. Die erhaltenen Daten können sehr schnell zur Prozessoptimierung herangezogen werden. Der Test zeigt direkt auf defekte Strukturen und somit können alle grafischen Hilfsmittel eingebunden werden. Layoutanzeige verweist auf mögliche Kurzschluss-Orte und bietet somit eine schnelle Lokalisierung bzw. direkter Verweis auf defekte Bauteile 2016 Digitaltest GmbH. All rights reserved. 10
11 Beispiel ICT (2) Einfache Diagnose und somit kostengünstige und schnelle Reparatur. Die erhaltenen Daten können sehr schnell zur Prozessoptimierung herangezogen werden. Der Test zeigt direkt auf das defekte Bauteil und somit können alle grafischen Hilfsmittel eingebunden werden. Anzeige des Stromlaufplanes mit direkter Zuordnung zum defekten Bauteil und dessen Umgebung Digitaltest GmbH. All rights reserved. 11
12 Beispiel ICT (3) Einfache Diagnose und somit kostengünstige und schnelle Reparatur. Die erhaltenen Daten können sehr schnell zur Prozessoptimierung herangezogen werden. Der Test zeigt direkt auf das defekte Bauteil und somit können alle grafischen Hilfsmittel eingebunden werden. Digitales Diagnosedisplay zeigt die Zustände der jeweiligen Treiber/Sensoren an und ermöglicht so eine Diagnose der digitalen Fehlern Digitaltest GmbH. All rights reserved. 12
13 Beispiel FKT (1) Überprüfen des Verhaltens der Baugruppe (oder von Schaltungsteilen) unter realen Spannungs- und Lastbedingungen: Sichere Funktion des Schaltreglers auch unter - Min/Typ/Max Last - Unter-/Überspannung 2016 Digitaltest GmbH. All rights reserved. 13
14 Beispiel FKT (2) Konfigurationsdaten bestimmen und Programmieren: - Bg abgleichen & Konfigurationsdaten bestimmen - in Prüflingsspeicher programmieren und verifizieren 2016 Digitaltest GmbH. All rights reserved. 14
15 Vorteile durch BoundaryScan Integration BScan und ICT/FKT < Nadeln des ICTs dienen als virtuelle BScan-Zellen Volle Integration Max. Flexibilität Min. Redundanzen Zusammenführung der Fehlermeldungen Vereinfachte Diagnose Zugriff auf Netze ohne Testpunkte Reduzierung der Anzahl Testpunkte / Adapterkosten OnBoard Programmierung unterschiedlicher Devices Integriert in Testablauf Kein zusätzliches Handling Kein zusätzliches Equipment 2016 Digitaltest GmbH. All rights reserved. 15
16 Test-Strategie Wie teste ich welches Produkt? < Analyse des einzelnen Produktes: Struktur, Einsatzfeld, Fehlerspektrum, Adaptierbarkeit, Stückzahl, Kosten,... Flexible Entscheidung für produktspezifische Strategie Benötigt: Flexibles Einzelsystem (Kombi-Testsystem) mit: wirklich integrierten Tools (HW & SW) Flexibler Tester-Pool mit: gemeinsamer HW-Plattform (Wartung, Ersatzteile,...) einheitliche SW-Plattform (Know-how, Bedienung,...) optimales Kosten-Nutzen-Verhältnis für alle Einsatzfälle 2016 Digitaltest GmbH. All rights reserved. 16
17 < Test-Strategie Ende Teil Digitaltest GmbH. All rights reserved. 17
18 Flying Prober oder Nadelbett-ICT? Fehlerabdeckung, Kosten, Taktzeit Fehlerabdeckung sollte immer optimal sein Kosten sollten am besten zum Produkt passen Taktzeit schnell genug um alle Produktionsbelange abzudecken 2016 Digitaltest GmbH. All rights reserved. 18
19 Beste Fehlerabdeckung Fehlerabdeckung Condor Flying Probe Nadelbett-Test Durch die unterschiedlichen Testmethoden und die Kontaktiergenauigkeit wird mit dem Flying Probe die höchste Fehlerabdeckung erzielt 2016 Digitaltest GmbH. All rights reserved. 19
20 Digitaltest Flying Probe Testmethoden Die Fehlerabdeckung wird bestimmt durch den physikalischen Zugriff auf das Board sowie die Möglichkeit der verwendeten Testmethoden In vielen Fällen führt mehr als eine Testtechnik zum Erfolg und ermöglicht eine hohe Fehlerabdeckung und Fehlerdiagnose Digitaltests Test Toolbox höchste Fehlerabdeckung 2016 Digitaltest GmbH. All rights reserved. 20
21 Standard 4 mil vs. 50 mil probing Genauigkeit m Auflösung 20 m Wiederholgenauigkeit Pads: 100 m vs. 0.8 mm Spacing: 100 m vs mm Probe Möglichkeiten: " " vs. fixe Nadel-Positionen 2016 Digitaltest GmbH. All rights reserved. 21
22 Adapter Hoher Aufwand für das Bohren und Platzieren der Federkontaktstifte. Dazu sind auf dem PCB Testpads notwendig. Hoher Verdrahtungsaufwand. Entsprechend hohe Kosten und Fehlermöglichkeiten. Leiterplattenstress wächst mit der Anzahl der Stifte und des daraus resultierenden Drucks auf die Leiterplatte Digitaltest GmbH. All rights reserved. 22
23 Adapter Eine grobe Annäherung an die Kosten eines Adapters: Ca für das Grundkit Plus ca.10 pro Testpunkt Das macht für einen mittleren komplexen Adapter mit 800 Testpunkten etwa Digitaltest GmbH. All rights reserved. 23
24 Condor: mehr Zugriff und Durchsatz Probing Methoden 4 Active Heads 0 und 9 Hochauflösende R, L, C Messungen, OpensCheck an jedem Kopf Fixed Probes Automatischer Lift, reduziert die Kopfbewegungen und erhöht den Durchsatz Hat keine Limitierung für doppelseitiges Probing, Parallel Probing, Funktionstest Fixed Pins an VCC und GND ergibt eine Testzeitreduzierung bis 35 % Power Up Test, Flash Programmierung, Boundary Scan oder komplexe Funktionstests Echter und vollständiger ICT, analog und digital 2016 Digitaltest GmbH. All rights reserved. 24
25 Flying Probe Flying Probe kann ohne Adaption und ohne Testpads auf dem PCB testen Durch eine kleine zusätzliche Adaption können Testzeiten bis zu 20% reduziert werden und Funktionstest parallel zum ICT durchgeführt werden Digitaltest GmbH. All rights reserved. 25
26 Inline MTS 505 Condor Adapter 2016 Digitaltest GmbH. All rights reserved. 26
27 Geringste Kosten Kostenvergleich Condor Flying Probe Nadelbett-Test Wenn die Taktzeit erfüllt wird, ist der Flying Probe Test der klare Gewinner Digitaltest GmbH. All rights reserved. 27
28 Programmier- und Adapter Kosten Steigende Kosten und Verzögerung ICT Start Produktionstest Condor Flying Probe Start Produktionstest Der Flying Prober eröffnet viele Kostenvorteile Produktionstest oft schon am selben Tag Keine Adapterkosten, ICT-Adapter 5K bis 40K Keine Kosten für Transport, Verpackung und mögliche Beschädigung Keine Adapterwartung: Austausch der Nadeln im Condor kostet weniger als 50 und dauert weniger als 5 Minuten 2016 Digitaltest GmbH. All rights reserved. 28
29 Kompromiss zw. Durchsatz und Kosten Condor Flying Probe Nadelbett-Test Mehrere Flying Prober Keine Adapterkosten Hohe Fehlerabdeckung Hohe Adapterkosten Geringere Fehlerabdeckung In vielen Fällen können einzelne oder aber in Reihe geschaltete Prober die Kosten der Adaptionen und geringere Fehlerabdeckung ausgleichen, während beide Lösungen den Durchsatz gewährleisten 2016 Digitaltest GmbH. All rights reserved. 29
30 Höchste Fehlerabdeckung & geringste Kosten Kompromiss zw. Durchsatz und Kosten Condor Flying Probe Nadelbett-Test In vielen Fällen können die Kosten geringer und die Fehlerabdeckung höher sein 2016 Digitaltest GmbH. All rights reserved. 30
31 Kosten je Baugruppe bis Boards pro Linie und 512 Netzen, kann der Flying Prober durchaus Vorteile gegenüber dem ICT in allen Szenarien haben. * Low Mix = 4 New Products per Year Med Mix = 10 New Products per Year High Mix = 25 New Products per Year 2016 Digitaltest GmbH. All rights reserved. 31
32 Höchste Flexibilität und geringste Kosten Kompromiss zw. Durchsatz und Kosten Condor Flying Probe Nadelbett-Test Taktzeitoptimierung auf dem Flying Prober durch dynamische Test-Auswahl: z.b. jeder Bauteilnummer wird nur einmal repräsentativ auf dem Prüfling gemessen (z.b. über MES gesteuert anhand von AOI-Ergebnissen...) 2016 Digitaltest GmbH. All rights reserved. 32
33 Technologie-Vergleich Beide Verfahren, Nadelbett und Flying Probe, haben unterschiedliche Möglichkeiten und Vorteile Die Wahl ist simpel: Flying Probe Beste Fehlerabdeckung Geringste "Time-to-Market" Für alle High- und Medium-Mix Bedingungen In-Circuit Test mit Adapter High Volume Bedingungen 2016 Digitaltest GmbH. All rights reserved. 33
34 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 2016 Digitaltest GmbH. All rights reserved. 34
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