Burn-In-Test zur Voralterung von elektronischen Baugruppen

Transkript

1 Burn-In-Test zur Voralterung von elektronischen Baugruppen Marco Weidmann Geschäftsführer ad+t AG

2 Agenda Themen Wer ist ad+t AG Definition: Burn-In-Test Prozess: Produkte Herstellung App.: Rüsten und Abrüsten der Baugruppen App.: Burn-In-Test zur künstlichen Alterung

3 ad+t AG Standorte Hauptsitz in Wetzikon (ZH) Zweigstelle in Graz (A) Geschäftsbereiche Prüftechnologie Leiterplattendesign Qualitätsmanagement Eigenes Produkt Modulares Funktionstest System

4 Produktsortiment - Prüfmethoden Prüftmethoden: ICT In-Circuit-Testsysteme Digitaltest GmbH S A FPT Flying-Probe-Tester Digitaltest GmbH S A BST JTAG/Boundary Scan Göpel electronic GmbH S A AOI Automatische optische Inspektion Göpel electronic GmbH S A AXI IBV ATS 3D Röntgen Inspektion Göpel electronic GmbH S A Industrielle Bildverarbeitung Göpel electronic GmbH S A P Automotive Test Solutions alphatester TM ad+t AG S A P FKT Funktionstest / End-Off-Line / BurnIn alphatester TM ad+t AG S A P S = Support, Wartung, Kalibrierung A = Applikationen (Testprogramme) P = Projekte, Systembau

5 Definition Burn-In-Test

6 Definition Burn-In-Test Simulation Dauertest Beim Burn-In werden die Baugruppen oberhalb der Betriebstemperatur betrieben Bauelemente welche von Anfang an versteckte Mängel haben werden ausfallen Einwandfreie Bauelemente überstehen den Burn-In-Test schadlos Mit dem Burn-In-Test wird der Dauerbetrieb unter hoher Belastung Temperatur simuliert. Überbrückung der Frühausfälle -> Badewannenkurve Künstliche Alterung

7 Badewannenkurve Frühausfälle Die Ausfallrate ist zu beginn besonders hoch -> angeschlagen Bauelemente Zufallsausfälle In diesem Zeitraum ist die Ausfallsrate niedrig und konstant. Verschleissausfälle Gegen ende des Lebenszyklus steigt die Ausfallrate wieder Die Badewannenkurve beschreibt die statische Verteilung von Bauteilausfällen über die Lebensdauer (Weibull-Verteilung)

8 Künstliche Alterung Langzeitdrift Durch die künstliche Alterung bei hoher Temp. Wird die Langzeitdrift verringert -> 125 C bei 100h Wirtschaftlichkeit Durch den Burn-In wird die Zeit zur Eliminierung der hohen Langzeitdrift verkürzt. Kalibrierung Die Applikation nach dem Burn-In-Test kalibrieren Durch den Burn-In-Test kann die Dauer zur Erreichung einer akzeptablen Langzeitdrift reduziert werden.

9 Prozess Produkte Herstellung

10 Applikations-Beispiel Rahmenbedingungen Elektronik Baugruppe muss künstlich gealtert werden. Temperatur (in der UUT) 125 C +/-2 C Dauer 96h (4T) Regelmässig Abfrage der UUTs über CAN Schnittstelle Kapazität Burn-In-Schränke ->1 750 UUTs Burn-In-Schrank 1: 250 UUTs Burn-In-Schrank 2: 750 UUTs Burn-In-Schrank 3: 750 UUTs Rüstplatz für die Ab- und Aufrüstung der Baugruppenträger (BT) Kapazität der (BT) 28 UUTs 2 geometrisch verschieden Baugruppen Typen Datenerfassung Prüfdatenablage, Rückverfolgbarkeit Schlechtteil Verfolgung (Fail-Ablage)

11 Prozess Produkt-Herstellung EMS (Baugruppen Bestückung) Bestücken und Löten Automatische Optische Inspektion In-Cicuit-Test Funktionstest Geräte Hersteller Burn-In Test (Voralterung) Abgleich der UUT Einbau in Endgerät End-Off-Line-Test des Endprodukt

12 APP. Rüsten und Abrüsten der Baugruppen

13 Hardwarekonzept PC Der PC steuert die gesamte Anlage und führt das Testprogramm aus. PXI-Module Das PXI-Datenerfassungssystem beinhaltet verschiedene Karten: 1x PXI-8512 CAN-Karte 1x PXI-2575 Multiplexer-Karten 1x PXI-6514 Digitale I/O-Karte 1x PXI-6602 Counter/Timer 2x USB Analog I/O-Karte

14 Ablauf Rüsten und Abrüsten Selbsttest Werkstückträger Vor dem Aufrüsten wird der Selbsttest für den WT durchgeführt. Rüsten Auf jedem WT werden 28 UUTs manuell bestückt. Nach erfolgter Bestückung wird ein Funktionstest durchgeführt Nachrüsten Fehlerhafte UUT müssenn nach bestückt werden. Abrüsten Fehlerhafte UUT werden eingescannt und in den FAIL-Behälter abgelegt. Die PASS-geprüfte UUT werden abgeglichen

15 Benutzeroberfläche LabVIEW Benutzeroberfläche TestStand Testsequenzer und Benutzer- Ablaufsteuerung

16 Von der Idee zur Realisierung Konzept für Angebot Realisierung

17 APP. Burn-In-Test zur künstlichen Alterung

18 Herausforderung 125 C Anforderung bei 125 C Betriebstemp. Hitzebeständige Komponenten Die meisten Komponenten vertragen max. 80 C Materialverträglichkeit -> Kontaktkorrosion V2A zu unlegiertem Stahl = 0,66mm/Jahr Kritische Bauteil-Betriebstemperatur Überwachung des Standby-Betriebs der Bauteil mit Betriebstemperatur < 125 C Burn-In Testdauer 96 Stunden (4 Tage) Überwachung des Burn-In-Tester durch kontinuierlichen Selbsttest-Rutine -> Bei Ausfall Behebung der Störung und Fortsetzung des Burn-In-Test

19 Herausforderung 125 C Anforderung bei 125 C Betriebstemp. Überwachung und Regelung der Bauteil Temperatur auf max. 130 C Die Baugruppen-Temperatur wird bei jeder UUT über die CAN-Kommunikation regelmässig abgefragt und die Schrank- Temperatur geregelt Wärmeausdehnung der verschiedenen Materialen Damit keine internen Material Verspannungen entstehen. Muss die Wärmeausdehnung der verschiedenen Materialien möglichst gleich sein.

20 Materialausdehnung Wärmeausdehnungskoeffizient: V2A a= PVDF a= FR4 a= Formel: L 125 C = a x L 25 C (T High T Low ) Gegeben: L 25 C = 600mm T High = 125 C T Low = 25 C V2A vs. PTFE: V2A = 1,038mm PTFE = 8,100mm L Diff. = 7,062mm V2A vs. FR4: V2A = 1,038mm FR4 = 0,900mm L Diff. = 0,138mm

21 19:17:35 19:40:22 20:03:08 20:25:55 20:48:42 21:11:29 21:34:17 21:57:04 22:19:52 22:42:38 23:05:26 23:28:12 23:51:00 00:13:48 00:36:35 00:59:22 01:22:09 01:44:56 02:07:43 02:30:30 02:53:17 03:16:05 03:38:52 04:01:39 04:24:26 04:47:13 05:10:00 05:32:47 05:55:34 06:18:21 06:41:07 07:03:55 07:26:41 07:49:29 08:12:16 Luftstrom Temperaturverhalten 87.0 C Ebene C Ebene 1 Ebene 2 Ebene 3 Ebene 4 Ebene 5 Ebene 6 Ebene 7 Ebene 8 Ebene 9 Ebene 1 76

22 Hardwarekonzept Steuerschrank PC Der PC steuert die gesamte Anlage und führt das Testprogramm aus. RS232 PS1 (UUT 1-84) RS485 MXI PS2 (UUT ) RS485 PS3 (UUT ) PXI-Module Das PXI-Datenerfassungssystem beinhaltet verschiedene Karten: 1x PXI-8512 CAN-Karte 3x PXI-2575 Multiplexer-Karten 1x PXI-6514 Digitale I/O-Karte 1x PXI-6602 Counter/Timer 2x USB Analog I/O-Karte 14,2V- + Sense 14,2V- + Sense 14,2V- + Sense AUUT 1 AUUT 2 AUUT 3 Steuerleitungen 2x28xCAN 2x28xCAN 2x28xCAN PXI DIO PXI-6514 Karte 1 CAN PXI-8512 MUX1-252 PXI-2575 Karte 2 Karte 3 Werkstückträger 1-3 Ofen Werkstückträger 4-6 Werkstückträger 7-9

23 Hardwarekonzept Steuerschrank Power Supply Insgesamt sind drei Power Supply zur Versorgung der 252 UUT eingebaut. Jedes Power Supply versorgt 84 UUT RS232 PS1 (UUT 1-84) RS485 MXI PS2 (UUT ) RS485 PS3 (UUT ) UUT-Ansteuerung Die AUUT-Karten übernehmen die Versorgung der UUT Die AUUT teilen die en auf je 6 Kanäle auf (14 UUT). Zusätzlich wird überwacht dass die Bauelement mit einer Betriebstemperatur <125 C in den Standby gesetzt sind. 14,2V- + Sense 14,2V- + Sense 14,2V- + Sense AUUT 1 AUUT 2 AUUT 3 Steuerleitungen 2x28xCAN 2x28xCAN 2x28xCAN PXI DIO PXI-6514 Karte 1 CAN PXI-8512 MUX1-252 PXI-2575 Karte 2 Karte 3 Werkstückträger 1-3 Werkstückträger 4-6 Werkstückträger 7-9 Ofen

24 Ablauf Burn-In-Test Selbsttest Burn-In-Tester Vor dem beladen wird der Selbst- Test des durchgeführt. Burn-In-Schrank beladen Der Burn-In-Schrank muss damit die Lufttemperatur möglichst homogen ist immer mit 250 UUTs bestückt sein. Funktionstest der UUTs Bevor der Test gestartet wird jede UUT auf eine fehlerfrei Funktion geprüft. Burn-In-Test Der Burn-In-Test wird gestartet, nach der Aufheiz-Zeit werden die UUTs während 96h bei 125 C UUT-Temperatur gealtert.

25 Ablauf Selbsttest Selbsttest - Power Supply Überprüfung Spannung und Strom Selbsttest - Auswerteeinheit Überprüfung Stromaufnahme Test Lese- und Schreibe-Kette Selbsttest CAN und Pin15 Test CAN- Multiplexer Test Standby-Überwachung Low Temperatur Bauteile

26 Ablauf Alterung 96h Burn-In Testlauf Dauer 96h mit zyklischer abfrage der UUT Temperatur und Systemselbsttest Fehlerhafter Selbsttest Fehler wurde behoben -> Test wird fortgesetzt Fehlerhafter Selbsttest Fehler konnte nicht behoben werden. -> 250 UUTs Ausschuss

27 Benutzeroberfläche LabVIEW Benutzeroberfläche TestStand Testsequenzer und Benutzer- Ablaufsteuerung

28 Vom der Idee zur Realisierung Konzept für Angebot Realisierung

29 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit