In-Circuit-Testsystem - Design für Testbarkeit - Berchtesgadnerstr. 10, A-5083 Gartenau/Salzburg Tel. 06246/8966-0 Fax: 06246/8966-10
(Hinweis: Diesem Informationsmaterial liegt die Broschüre Design for Testability der Fa. Reinhardt System- und Messelectronic GmbH zugrunde, die in kompletten Auszügen kopiert und zitiert wird.) Die folgenden Regeln für ein testbares Design (ICT bzw. Funktionstest) sollen zu einer engeren Zusammenarbeit zwischen den Entwicklern beitragen und dem Prüffeld helfen: 1. Für einen Incircuittest sollten alle Netze erreichbar sein. Dazu müssen alle Netze (Leiterbahnzüge) sicher kontaktiert werden. 2. Für den Funktionstest (optional) können die gleichen Punkte genutzt werden. Je nach Testaufgabe und Teststrom sollten jedoch mehrere Nadeln genutzt werden. 3. Fangbohrungen Um den Prüfling für die Kontaktierung sicher zu führen, sind Fang- oder Führungsbohrungen unverzichtbar. Dabei sollten die Bohrdurchmesser 2,0 mm bis 3,5 mm betragen. Für ein sicheres und nicht verpolbares Einlegen der Baugruppe empfiehlt es sich, die Fangbohrungen asymmetrisch anzuordnen. Außenkanten sollten möglichst nicht genutzt werden, da diese in den meisten Fällen gesägt oder geschlagen und nur selten gefräst sind. Die Fangbohrungen müssen im selben Prozeß wie die eigentlichen Bauteilbohrungen hergestellt werden. 2
4. Fine Pitch Ics Große Fine Pitch ICs bzw. BGAs (Ball Grid Arrays) sollten Sie auf der Oberseite positionieren, da das Anbringen der Probes leichter und kostengünstiger ist. 5. Durchkontaktierungen Durchkontaktierungen, die nicht zugedruckt werden dürfen und damit im Lötprozeß verzinnt werden, können ebenfalls zur Kontaktierung verwendet werden, vorausgesetzt, der Durchmesser entspricht den jeweiligen Leiterplattengrößen (siehe Punkt 7). 6. Kontaktierung Die einseitige Kontaktierung ist die kostengünstigste Kontaktierung. Sie sollten dazu mit Hilfe von Durchkontaktierungen die Netze auf der Oberseite der der Leiterplatte zur Unterseite bringen. Achten Sie darauf, daß bei beidseitiger Bestückung die einseitigen Prüfflächen nicht durch Bauteile verdeckt werden. Versuche Sie niemals, auf IC-Anschlußbeinen oder auf Bauteilen zu kontaktieren, da diese keine sichere Kontaktierung bieten und durch den Versatz dieser Teile zu Problemen führen. Beidseitige Kontaktierung ist auf jeden Fall möglich, sie ist jedoch doppelt so teuer. 7. Prüfflächen 7.1 Prüfflächen-Größe Leiterplatten werden mit einer gewissen Toleranz in der X- und Y-Achse gefertigt. Die Leiterplattenindustrie garantiert allgemein eine Genauigkeit von 350µ bei 10 cm. Bei einer Leiterplatte von 30 cm kann folglich die Genauigkeit um den Faktor 3 höher bei 2,1 mm liegen. Bei der Verwendung von Prüfflächen müssen also diese Fertigungstoleranzen eingeplant werden. Die Größe der Prüfflächen muß bei 10 cm großen Baugruppen 0,8 mm Durchmesser, bei 20 cm großen Baugruppen 1,5 mm und bei 30 cm großen Baugruppen 2,2 mm Duchmesser betragen, um die Fertigungstoleranzen auszugleichen. Beachten Sie außerdem, daß die gefederten Kontaktstifte ein Taumelspiel haben, so daß die o.g. Werte bei einer sicheren Kontaktierung nicht unterschritten werden sollten! 3
7.2 Prüfflächen-Abstände (zu Prüfflächen): Für kostengünstige, robuste und langlebige Adapter haben sich 100 mil Nadeln bewährt. Die Prüfflächen sollten daher so plaziert werden, daß die Abstände von Prüffläche zu Prüffläche 2,54 mm bzw. 1/10 inch betragen, um diese Nadeln problemlos einzusetzen. 75 mil und 50 mil Nadeln können zwar auch verwendet werden, haben aber höhere Preise, größere Streuungen in den Abmessungen und eine wesentlich kürzere Lebensdauer. 7.3 Prüfflächen-Abstände (zu Bauteilen): Durch die Leiterplatten- und Bestückungstoleranzen sollten Prüfflächen für die Prüfnadeln mindestens 1,5 mm von den typischen Bauteilkanten entfernt liegen. 8. Randstreifen Da viele Baugruppen in größeren Stückzahlen produziert werden, sollte man bedenken, daß auch Inlinesysteme Verwendung finden. Die Kanten, an denen die Baugruppen durch das Inlinesystem geführt wird, sollten daher bauteilfrei sein, d.h. daß die Außenkanten mind. 3,5 mm nutzbaren Randstreifen haben. 9. Teststecker Bei Kleinserien haben sich besonders im Funktionstest Teststecker (Pfostenverbinder) ideal bewährt, da man damit viele Testpunkte für den Funktions-Clustertest angehen und die Verbindung auch ohne Prüfadapter nur über die Schnittstelle und den Teststecker herstellen kann. Für Serien über 500 Stück sind Teststecker unwirtschaftlich und sollten durch Prüfflächen und Nadeladapter ersetzt werden. 10. Prüfnadel-Anordnung Wenn Sie einen Nadeladapter verwenden, achten Sie darauf, daß die Prüfnadeln möglichst gleichmäßig über den Prüfling verteilt sind, so daß Sie auch einen gleichmäßigen Andruck erhalten. 11. Batterien: Batterien müssen für den Incircuittest abtrennbar sein, so daß sie den eigentlichen Prüfprozeß nicht beeinflussen. 4
Ergänzungsteil Funktionstest (optional) Bemerkung: Ein Funktionstest mittels Incircuit-Tester ist bei Digital Elektronik derzeit noch nicht möglich. Eine Nachrüstung mit den erforderlichen Testmitteln (Netzgerät, Transientenrekorder, Analog- bzw. Digitalmess- Karten usw.) kann jedoch bei Bedarf durchgeführt werden. Bitte um Anfrage! Im Anhang finden Sie eine Liste mit den Testmitteln, die von der Fa. Reinhardt-Messelectronic angeboten werden. 1. Strombelastung Wenn Sie bei einem Funktionstest höhere Ströme (>0.5A) anlegen, sollten Sie nicht größere Nadeln, sondern mehrere Nadeln verwenden, um teuerere Sondernadelgrößen zu vermeiden. Außerdem können die Standardgrößen (100 mil Prüfnadeln) vollautomatisch bestückt werden. 2. Schaltungs-Applikation Für den Funktionstest (optional) sollte die Baugruppe so konstruiert werden, daß Trennmöglichkeiten zwischen analogen und digitalen Schaltungsteilen bestehen, um diese einfach und mit geringem Aufwand testen zu können. Sorgen Sie bei komplexen digitalen Schaltungen für Resetmöglichkeiten bzw. Autoresetmöglichkeiten, um die aufwendige Initialisierung der Baugruppe einzusparen. Das erhöht die Prüfschärfe und reduziert den Programmieraufwand. Selbst wenn dabei weitere Hardware und Steckverbinder oder Zinnbrücken notwendig werden, ist bei einem späteren Test eine gravierende Kostenersparnis gegeben. 3. Prozessoren: Achten Sie beim Test von Mikroprozessor- oder Mikrocomputer-Baugruppen darauf, daß von der Entwicklungsseite ein Selbsttest des Prozessors vorgeplant wird. So kann über einen speziellen ROM-Bereich und eine Brücke ein Einsprung geplant werden, damit ein Selbsttest für den verbleibenden ROM-Bereich als CheckSum-Test und für den Speicherbereich als Read-Write-Test vollkommen selbständig erfolgen kann. Der so vorgeplante Test sollte sogar so weit gehen, daß unter Verwendung von Kurzschlußsteckern an den Ports selbst der Porttest vollautomatisch erfolgt. Für den verbleibenden Analogtest empfiehlt es sich, den Mikroprozessor in Tristate zu schalten, so daß über digitale Kanäle die Ansteuerung der Digital-zu-Analog oder Analog-zu-Digital Wandler oder weiterer Module erfolgen kann. 4. Quarze und Oszillatoren: Im Funktionstest sind viele Quarze oder Quarzoszillatoren im Einsatz, die selbständig ihre Frequenzen erzeugen, welche durch die meisten Testsysteme nicht verarbeitet werden können. Deshalb empfiehlt es sich auf jeden Fall, eine Trennungsmöglichkeit in Form einer Brücke oder weiterer Schaltungstechnik von diesen Quarzoszillatoren zu schaffen. Werden dazu Eingänge zu Prüfflächen oder Teststeckern geführt, ist der Test der vielen Teilerketten wesentlich vereinfacht und kann schnell und unter geringem Aufwand realisiert werden. 5
5. Impedanzen und Frequenzen: Beim kombinierten Test von Incircuit und Funktion ist es nur bei einem Teil von Baugruppen möglich, die Pins (Prüfpins) zur gleichen Zeit angeschaltet zu lassen. Erfahrungsgemäß können etwa 50 bis 60 % der Baugruppen so getestet werden. Aufgrund der verwendeten Frequenzen, aber auch Impedanzen, besteht die Gefahr, daß die angeschalteten Nadeln mit ihren Verbindungsdrähten bis zur Matrix übersprechen, schwingen oder Nicht-Funktion zur Folge haben. Die Prüfung kann dann nur über einen Zweistufenadapter erfolgen, der die überwiegenden Nadeln abklemmt, um eine Beeinflussung zu vermeiden. Achten Sie daher während der Entwicklung darauf, daß die Impedanzen so niedrig wie möglich gewählt werden und, wenn möglich, auch die Frequenzen nicht in unnütze Höhen gebracht werden. Besonders hochimpedante und hochfrequente Baugruppen werden häufig von Prüfbeschaltungen beeinflußt. In diesem Fall sollten pneumatische Prüfstifte verwendet werden, die nur während des eigentlichen Prüfprozesses per Luftdruck angeschaltet werden und für die weiteren Prozesse nicht kontaktiert sind. 6. Batterien: Werden Batterien auf einer Baugruppe verwendet, müssen diese Batterien für den Prüfprozeß für Meßaufgaben zugänglich, aber auch für den Incircuittest und den späteren Funktionstest abtrennbar sein, so daß sie den eigentlichen Prüfprozeß nicht beeinflussen. Diese Abtrennmöglichkeit hat auch den Vorteil, daß Baugruppen mit diesen Batterien beliebig lange gelagert werden können, bevor sie beim Kunden endgültig eingesetzt werden. 7. Boundary Scan: Aufgrund der immer dichter werdenden Baugruppen wird es immer schwerer, Prüfpunkte mit Nadeln zu kontaktieren. Der Boundary Scan bzw. JTAG-Test kann hier enorm Abhilfe schaffen. Dieses Testverfahren ermöglicht bei rein digitalen Baugruppen das Testen von Verbindungen zwischen den ICs, um auf diesem Wege sicher Unterbrechungen und Kurzschlüsse festzustellen. Dazu müssen jedoch alle Bauteile in diesem Bereich mit Boundary Scan-Zellen entwickelt sein, so daß sie mit Hilfe dieser Testmethode geprüft werden können. Es reicht nicht aus, boundaryscanfähige ICs zu verwenden. Es muß eine Teststruktur entwickelt werden, die die vier Leitungen, die für dieses Testverfahren benötigt werden, an alle boundaryscanfähigen ICs führt. Analoge Bauteile und passive Bauteile sind mit dieser Testmethode nicht testbar. Deshalb sollte diese Methode nur für reine digitale Baugruppen eingesetzt werden bzw. für Baugruppen, die extrem dicht bestückt sind, wo man über die Boundaryscan- Zellen und über die vier Anschlüsse Schaltungsteile abtrennen oder auch Testpunkte stimulieren oder auswerten kann, die man über Nadeln aus Platzgründen nicht erreichen kann. 6
8. Schaltpläne für den Incircuit- und Funktionstest Bei vielen Entwicklern ist es mittlerweile zum bequemen Standard geworden, eine Baugruppe mit bis zu 20 Einzelschaltbildern, die über Anschlußverweise miteinander verbunden sind, zu dokumentieren. Wenn Sie mit solchen Schaltungsunterlagen Incircuittest- oder Funktionstestprogramme erstellen wollen oder auch später eine Fehlersuche einleiten müssen, werden Sie feststellen, daß diese Unterlagen zwar korrekt sind, aber vollkommen unbrauchbar. Achten Sie auf übersichtliche, einfach verständliche Schaltungen, die die Programmerstellung für Incircuitest, Funktionstest und spätere Fehlerortung so einfach wie möglich machen. 9. Info über Testmethoden und Testsysteme: Informieren Sie sich über die Testmethoden Ihres Prüffeldes. Sie können so bereits im Entwicklungsstadium viele Tests für den Incircuittest, Funktionstest oder End-of Life-Test vorbereiten, so daß Sie für den eigentlichen Fertigungstest bereits komplette Testprogramme Ihrer Fertigung übergeben können, und damit aufwendige Programmier-, Adaptier- und Prüfkosten reduzieren. 1.500,00 20,00 0,10 1,00 3,00 Der reine Incircuittest stellt sicher, daß sich jedes Bauteil mit dem richtigen Wert in der richtigen Richtung am richtigen Platz befindet und daß keine Lötkurzschlüsse und keine Unterbrechungen vorliegen.. Die Wahrscheinlichkeit, daß die Baugruppe funktionssicher ist, ist dadurch sehr hoch. Bei einem erfolgreichen Funktionstest (ohne Incircuittest) können dagegen durchaus noch Bestückungsfehler vorliegen, die früher oder später zu Ausfällen führen können. Eine Kombination aus Incircuittest und Funktionstest bietet daher die höchstmögliche Sicherheit für die sichere Prüfung einer elektronischen Baugruppe. Dabei können die Kosten, die später durch Frühausfälle entstehen, nahezu auf Null reduziert werden und die tatsächlichen Fertigungskosten, zu denen später leider auch die Instandsetzungskosten gerechnet werden müssen, reduziert werden. Falls Sie Fragen zu Testmethoden und Testsystemen der Firma Digital Elektronik oder dem Schaltungsdesign für Incircuit-Testbarkeit haben sollten, wenden Sie sich an Ihren Kundenbetreuer. 7