Bevor Leiterplatten (PCBs) und bestückte Leiterplatten das Werk verlassen, werden sie strengen Tests unterzogen, um Probleme mit der Schaltung oder den elektrischen Verbindungen zu erkennen. Diese Tests tragen dazu bei, die Zuverlässigkeit und Leistung der Leiterplatten in den Endprodukten sicherzustellen. Viele Leiterplattenhersteller verwenden ein weit verbreitetes Testverfahren, den sogenannten Flying-Probe-Test. In diesem Artikel erkläre ich, was Flying-Probe-Tests sind, wie der Prozess funktioniert und welche anderen gängigen Testmethoden für Leiterplatten und PCBASchauen wir uns zunächst an, was bei einem Flying-Probe-Test genau passiert.
Was ist ein PCB-Flying-Probe-Test?
Beim Flying-Probe-Test werden bewegliche Sonden verwendet, die gleichzeitig mehrere Testpunkte auf der Platine kontaktieren können. Diese Methode nutzt bewegliche Sonden, die zu verschiedenen Stellen auf der Platine „fliegen“. Die Sonden kontaktieren sowohl die Ober- als auch die Unterseite der Platine, um die Testpunkte zu erreichen. Sie können sich bewegen, um verschiedene Leiter oder Komponenten zu testen, und sich anschließend zu einem anderen Bereich der Platine bewegen, um etwas anderes zu testen. Da die Sonden keinen eingeschränkten Zugang zur Platine haben und unzählige Anschlusspunkte testen können, bietet der Flying-Probe-Test eine kostengünstige Lösung für Platinen in der frühen Entwicklungsphase. Er führt stromlose Prüfungen von Kapazität, Diodenfunktion, Induktivität, Unterbrechungen, Widerstand, Kurzschlüssen und mehr durch.
Wie funktioniert der Flying-Probe-Test?
- Der Prüfingenieur nimmt die CAD-Daten der zu prüfenden Leiterplatte entgegen. Diese Daten werden in das Prüfprogramm eingegeben, wodurch die Prüfeinheit das Layout der Leiterplatte abbilden kann und PCB Komponenten. Und die Daten werden mit Spezifikationen für das Board kombiniert, um zu ermitteln, welche Bereiche getestet werden müssen.
- Der Prüfling wird über ein Förderband auf den Tester gelegt. Die Prüfspitzen sind so codiert, dass sie sich entlang der XY-Achse der Platine von Punkt zu Punkt bewegen. Dadurch können die Stiftleisten jeden Prüfpunkt einzeln kontaktieren.
- Sobald die Sonde Kontakt herstellt, leitet sie elektrischen Strom durch jede Verbindung. Der Strom fließt zurück durch ein Multiplexsystem und Sensoren, die das Signal messen. Nicht geprüfte Komponenten sind abgeschirmt, um Signalstörungen zu vermeiden. Die Messwerte erkennen Kurzschlüsse oder fehlerhafte Komponenten. Eine Kamera ermöglicht eine Nahaufnahme des Prüflings, um physikalische Probleme zu identifizieren.
Vorteile und Einschränkungs des Flying Probe Tests
Vorteile des Flying Probe Tests
- Keine benutzerdefinierten Vorrichtungen
Flying-Probe-Tests machen teure und zeitaufwändige Spezialvorrichtungen überflüssig. Die Sonden können so programmiert werden, dass sie jeden Testpunkt auf der Platine ohne Vorrichtungen ansteuern. Diese Flexibilität spart Zeit und Kosten im Vergleich zu Nagelbetttests, für die spezielle Vorrichtungen entwickelt und hergestellt werden müssen. Für Kleinserien- oder Prototypenplatinen ist ein Flying Probe die ideale Lösung für vorrichtungslose Tests.
- Schnelle Einrichtung
Einer der Hauptvorteile des Flying-Probe-Tests ist die Möglichkeit, den Testprozess relativ schnell einzurichten. Dabei kommen programmierbare Flying Probes zum Einsatz, die schnell konfiguriert werden können, um Kontakt mit Testpunkten auf einer Leiterplatte herzustellen.
- Umfangreiche Testmöglichkeiten
Mit Flying Probes können in einem einzigen Durchgang zahlreiche Testarten durchgeführt werden, darunter Durchgangs-, Widerstands-, Kapazitäts-, Spannungs- und Funktionstests.
- Flexibilität
Ändert sich das Platinendesign, können die Flying Probes schnell und ohne Werkzeuganpassung auf das neue Layout umprogrammiert werden. Das reduziert Kosten und Verzögerungen.
Einschränkungen des Flying-Probe-Tests
- Unfähigkeit, Live-Schaltkreise zu validieren
Beim Flying-Probe-Test wird die Schaltung während des Tests nicht eingeschaltet. Dies verhindert die Validierung des voll funktionsfähigen Produkts. Die stromlose Ausführung ermöglicht nur eine teilweise Prüfung.
- Mögliche körperliche Schäden
Direkter Kontakt der Sonden kann die Via- und Pad-Oberflächen auf der Platine beschädigen. Manche Hersteller betrachten diese kleinen Dellen als Defekte, doch eine verbesserte Sondentechnologie könnte dieses Problem beheben.
- Risiko schlechter Lötstellen
Manchmal berühren die Prüfspitzen die Bauteilanschlüsse, anstatt auf den Testpads zu landen. Dieser Kontakt kann möglicherweise Lötverbindungen lösen oder schwächen.
- Nicht ideal für komplexe Platinen mit hohem Volumen
Die begrenzte Anzahl an Sonden muss alle Testpunkte auf großen, komplexen und volumenstarken Platinen abdecken. Diese umfangreiche Abdeckung ist im Vergleich zu Lösungen wie Fixture-Tests problematisch und ineffizient.
Flying Probe-Test vs. In-Circuit-Testing (ICT)
Beim Testen fertiger Leiterplattenbaugruppen müssen Hersteller zwischen zwei gängigen Methoden wählen: dem Flying-Probe-Test (FPT) und dem In-Circuit-Test (ICT). Beide Ansätze zielen darauf ab, die Gesamtfunktionalität der Leiterplatte zu überprüfen und etwaige Probleme bei der Leiterplattenmontage oder Komponentenfehler zu identifizieren. Dabei kommen jedoch unterschiedliche Techniken und Geräte zum Einsatz.
Was ist In-Circuit-Testing (ICT)?
In-Circuit-Tests (ICT) sind eine Methode, die auf maßgeschneiderten Vorrichtungen zur Prüfung montierter Leiterplatten basiert. Diese Vorrichtungen enthalten sorgfältig positionierte Sonden, um elektrische Verbindungen mit den Testpunkten auf der zu prüfenden Leiterplatte herzustellen. Die Vorrichtungen ermöglichen den Zugriff auf kritische Teile der Schaltung, sodass Testsignale eingespeist und Messungen zur Validierung der Baugruppe durchgeführt werden können. ICT-Systeme prüfen auf häufige Fehler in der Leiterplattenmontage wie Unterbrechungen oder Kurzschlüsse, fehlende oder falsch eingesetzte Komponenten und falsche Widerstands-/Kondensatorwerte. Durch die Entwicklung speziell auf eine PCB-Design, alle wichtigen Komponenten und Schaltungsknoten können effizient auf einmal getestet werden, um eine vollständige Testabdeckung zu erreichen.
Unterschiede zwischen Flying Probe-Test und In-Circuit-Test
Während ICT-Tests auf großen Racks mit komplexen Spezialvorrichtungen basieren, verfolgt das Flying-Probe-Testing einen flexibleren Ansatz mit Sonden, die sich über die Platine bewegen und die relevanten Punkte kontaktieren können. Anstatt kundenspezifische Werkzeuge zu entwickeln, basieren FPT-Systeme auf einer aus CAD-Daten entwickelten Programmierung, die die Sonden dynamisch zu den Zielpositionen auf jeder Platine führt. Obwohl beide Methoden Tests mit Sonden beinhalten, unterscheiden sich FPT und ICT in der praktischen Anwendung erheblich:
- Wirtschaftlichkeit
FPT vermeidet hohe Kosten für die Vorrichtung, indem es jedes Layout auf der Grundlage verfügbarer CAD-Daten programmiert.
Prototypenserien oder Platinen in Kleinserien können ohne Investitionen in spezielle Vorrichtungen getestet werden. Bei sehr großen Stückzahlen mit unverändertem Design können jedoch die Kosten für Vorrichtungen von ICT gerechtfertigt sein.
- Zugänglichkeit
Die großen festen Pins einer ICT-Vorrichtung müssen für jede Platine individuell entwickelt werden und können physischen Zugangsbeschränkungen unterliegen. Im Gegensatz dazu verwendet der Flying-Probe-Test bewegliche Miniatursonden, die nahezu jede Stelle auf der Platine problemlos erreichen können.
- Flexibilität
Beim Wechsel zwischen verschiedenen Leiterplattendesigns müssen IKT-Testingenieure zeitaufwändige Umstellungsprozeduren durchführen, um die Pinbelegungen neu zu konfigurieren. Flying-Probe-Testsysteme hingegen ermöglichen eine schnelle Anpassung der Tests per Software an verschiedene Leiterplatten. Dadurch eignet sich FPT besser für die Produktion von High-Mix-Bauteilen mit geringen Stückzahlen.
- Testabdeckung
ICT-Tests nutzen ein paralleles „Nagelbett“, um viele Punkte gleichzeitig zu erreichen und die Leistung unter Spannung vollständig zu überprüfen. Flying-Probe-Testsonden sind zwar flexibel, doch aufgrund der sequentiellen Testweise können bestimmte Fehlerarten übersehen werden. Funktionsmängel sind ohne Stromzufuhr während des FPT zudem schwerer zu erkennen.
Andere häufig verwendete PCB-Testmethoden
Neben Flying-Probe-Tests und In-Circuit-Tests müssen Leiterplatten einer Vielzahl weiterer Tests unterzogen werden, um Leistung und Qualität umfassend zu bestätigen. Zu den weiteren häufig verwendeten PCB-Testverfahren gehören:
- Funktionstest
Funktionstests dienen der Überprüfung der ordnungsgemäßen Funktion der Leiterplatte und der Funktion aller Schaltkreise, Komponenten und Schnittstellen. Typischerweise wird die Leiterplatte dabei an eine Prüfvorrichtung angeschlossen und anschließend ihre Funktionalität geprüft.
- Visuelle Inspektion
Es handelt sich um den grundlegendsten Test, den Leiterplattenhersteller durchführen. Dabei wird die fertige Platine sorgfältig auf sichtbare Mängel oder Defekte geprüft. Bei der Sichtprüfung scannen Techniker alle Bereiche der Platine auf Probleme wie schlechte Lötstellen, falsche Bauteilplatzierung, beschädigte Leiterbahnen, Platinenverunreinigungen und mehr.
- Röntgeninspektion
Eine der fortschrittlicheren Testmethoden für Leiterplatten ist Röntgeninspektion.
Dadurch können Hersteller einen Blick ins Innere der Platine werfen und alle versteckten Probleme erkennen, die bei einer einfachen Sichtprüfung nicht erkannt werden können.
- EMI-Test
Leiterplatten sind oft ausgesetzt elektromagnetische Interferenz (EMI) Tests. Dadurch wird beurteilt, wie gut die Platine Umgebungen mit elektromagnetischem Rauschen und Störungen standhält und in diesen normal funktioniert.
- Elektrischer test
Ein wesentlicher Testsatz für Leiterplatten konzentriert sich auf die Validierung der wichtigsten elektrischen Eigenschaften der Platine selbst. Elektrische Prüfung umfasst Prüfungen auf Widerstand, Induktivität und Kapazität.
