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3-2013

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Fachzeitschrift für Elektronik-Produktion - Fertigungstechnik, Materialien und Qualitätsmanagement

Qualitätssicherung

Qualitätssicherung Schlüsselfertige Lösungen für komplexe Funktionstests Bild 1: Voraussetzungen und Ablauf für einen Funktionstest Die Fertigung von elektronischen Geräten steht gerade vor einer Umwälzung: Die Mobilfunktechnik entwickelt sich schnell weiter, und bisher analoge Geräte werden nunmehr digital, speziell in der Kommunikations- und der Speichertechnik. Dadurch verschmelzen bisher getrennte, ganz verschiedene Funktionen miteinander. Dies geschieht in der Medizin, der Unterhaltungselektronik, der Fahrzeugtechnik, den Medien, der Kommunikationsbranche, der Computer- und Sicherheitstechnik. Weitere große Trends in der Fertigerbranche (EMS, Electronic Manufacturing Services) sind das Erstarken „grüner“ Elektronikprodukte, die immer strengeren Umweltgesetzen entsprechen müssen, etwa RoHS (Restriction of Hazardous Substances) und WEEE (Waste Electrical and Electronic Equipment) und die immer kürzeren Produktlebenszyklen elektronischer Geräte. Um diesen Megatrends gerecht zu werden, muss die Autor: Adrian Ababa, Agilent Technologies Fertigerbranche ständig ihre Produktivität erhöhen und ihre Kosten verringern. Ein Gebiet, auf dem man sich im Wettbewerb abheben kann, ist die Messtechnik. Die richtige Strategie auf diesem Sektor verkürzt die Produktionszeit, erhöht die Ausbeute und spart dadurch Kosten. Will ein Lohnfertiger seine Messtechnik als ein strategisches Werkzeug nutzen, mit dem er sich vom Wettbewerb abheben kann, braucht er ein schlagkräftiges und kompetentes Team, muss in Prozesse und Technologie investieren und eine ganzheitliche Teststrategie entwickeln, die alle Herstellungsschritte und das gesamte Produktportfolio abdeckt. Dies ermöglicht dem Unternehmen eine schlanke Testentwicklung und sorgt dafür, dass vorhandene Tests in hohem Maß für viele Prozesse und Produkte wiederverwendet werden können. Will ein Hersteller effiziente Messtechnik aufbauen, muss er Kompetenzen und Fähigkeiten entwickeln, die den gesamten Produktlebenszyklus abdecken. Dies soll am Beispiel des Aufbaus einer Funktionsteststation (FCT) am Ende einer Produktionslinie demonstriert werden. Hierfür gilt es alle beteiligten Bereiche zusammenzuführen, von der Entwicklung über die Produktion bis hin zu Wartung und Support. Bild 1 verdeutlicht den Lebenszyklus eines FCT-Systems. Im ersten Schritt legen Testingenieure die Ziele und die Systemarchitektur des Testsystems fest. Diese hängen vom Produktionsumfeld und der jeweiligen Anwendung ab. In einem Produktionsumfeld mit großen Stückzahlen und nur wenigen unterschiedlichen Modellen ist das Hauptziel, Hunderttausende Testobjekte möglichst schnell und preisgünstig testen zu können. In einer Produktionsumgebung mit relativ geringen Stückzahlen, dafür aber vielen unterschiedlichen Modellen ist das primäre Ziel, die Teststation mit möglichst kurzer Umrüstzeit für möglichst viele Zwecke einsetzen zu können. Bild 2 zeigt den typischen Aufbau eines Testsystems. Ein Testingenieur muss hierzu folgende Komponenten festlegen: • Testgeräte (Stimulus und Messgeräte) • Computerausstattung (Computer, Software und Schnittstellen) • Schalter (Relais, die Messgeräte, Schnittstellen und ggf. Lasten ans Testsystem anlegen) • Mehrfachverbindungen zum Testobjekt • Stromversorgung des Testobjekts • spezifische Verbindungen zum Testobjekt (Lasten, Schnittstellen) Bei den Messgeräten gilt es, zwischen Einzelgeräten und modularen Geräten zu wählen. Erstere sind Standgeräte, die aus Platzgründen in ein Rack montiert und von außen durch einen PC gesteuert werden. Modulare Messgeräte sind Steckkarten, die in das zugehörige Grundgerät eingesetzt werden. Sie werden von einem eingebauten Controller oder einem externen PC gesteuert. Bei der Entscheidung für eine dieser Möglichkeiten spielen folgende Überlegungen eine Rolle: • vorhandener Messgerätebestand (Einzelgeräte oder modulare Geräte) • Wartungskosten (Reparaturkosten und Kosten für das Vorhalten von Ersatzteilen und -geräten) Testingenieure sollten prüfen, ob das steuernde Computersystem manuell bedient werden oder halb- bzw. vollautomatisch laufen soll. Weitere Überlegungen sind: • Einzelgerät oder Steckkarte • Braucht dieses Computersystem Erweiterungsmöglichkeiten? • Was kosten Upgrades und Wartung? Die Auswahl der geeigneten Schaltertypen und der geeigneten Schalttopologie beeinflusst Kosten, Geschwindigkeit, Lebensdauer, Sicherheit und Funktion eines Testsystems. Je nach Komplexität kann man die Schalter in drei Kategorien einteilen: • einfache Relais • Multiplexer und • Matrizen Welche Möglichkeit man hier sinnvollerweise wählt, hängt von der Zahl der Messgeräte und Messpunkte ab, ob die Verbindungen simultan hergestellt werden müssen oder nicht, von der notwendigen Testgeschwin- 6 3/2013

Qualitätssicherung Bild 2: Grundsätzlicher Aufbau eines Testsystems digkeit und von den Kosten und anderen Faktoren. Braucht ein Testobjekt viele Verbindungen zum Messsystem, nutzt man zweckmäßig einen speziellen Testadapter (z.B. einen Nadelbettadapter), der das Testobjekt sicher fixiert und alle nötigen Verbindungen gleichzeitig und kontaktsicher herstellt. Die richtige Wahl der Stromversorgung kann den Durchsatz eines Testsystems gravierend beeinflussen, weil Wartezeiten bis zur Stabilisierung von Versorgungsspannungen in einem typischen Testplan in vielen Fällen die größten Zeitfresser sind. Einige wesentliche Überlegungen zur Auswahl einer Stromversorgung sind: • Einschwingzeit • Störspannungen am Ausgang • Reaktion auf schnelle Transienten • schnelle Programmierung • externer Spannungsfühler, mit dem man den Spannungsabfall auf den Versorgungsleitungen kompensieren kann • interne, genaue Messfunktion für Spannung und Strom oder Digitalisierung der Strom- und Spannungsverläufe • Triggeroptionen • Überspannungs- und Überstromsicherung An die Ausgänge mancher Testobjekte muss man spezielle Bauteile anschließen, damit das Testobjekt in geeigneter Weise belastet wird. Das kann eine ohmsche Last sein, wie etwa eine Glühlampe, aber auch ein Motor oder eine komplexe Last, beispielsweise ein Elektromagnet, dessen Stromaufnahme sich dynamisch ändert. Im ersten Schritt der Entwicklung einer Teststation müssen die Testingenieure eines Fertigungsbetriebs folgende Fragen beantworten: 1. Einzelmessgeräte oder modulare Messgeräte? 2. Eingebauter oder externer PC zur Steuerung des Systems? 3. Welche Schalter werden eingesetzt? 4. Sind Mehrfachverbindungen nötig? Wenn ja, soll ein Testadapter eingesetzt werden? 5. Welche Energiequellen und -senken werden gebraucht? 6. Welche Stimulus- und Messgeräte passen am besten in die Anwendung? 7. Wie minimiert man Hardwarekosten und Entwicklungszeit? 8. Wie erreicht man den maximalen Durchsatz? Im zweiten Schritt werden die Testingenieure • das Testsystem aufbauen, • Testplan und Testsoftware entwickeln, • Testadapter entwickeln und herstellen und • eine Dokumentation erstellen. Im dritten und letzten Schritt sind folgende Punkte zu erledigen (je nach Einsatzort): • Sicherheitsbestimmungen (z.B. EMV, elektrische Sicherheit) • Inbetriebnahme des Testsystem, Schulung des Personals vor Ort, wenn das System anderswo installiert wird • Erstellung von Schulungsunterlagen, mit deren Hilfe der Endnutzer anderswo das FCT-System bedienen und warten kann Aus den dargestellten Überlegungen folgt, dass man erhebliches Fachwissen und etliche Ressourcen braucht, um ein stabiles Testsystem aufzubauen. Statt dass sich ein Hersteller mit diesen erheblichen Anforderungen selbst herumschlägt, kann er natürlich auch den kompletten Lebenszyklus eines Testsystems (Entwicklung, Inbetriebnahme, Support) extern vergeben. Spezielle Firmen verfügen dank des nötigen Fachwissens über die nötige Erfahrung auf diesem Gebiet und können damit einem Hersteller „aus dem Stand“ kompetente Ingenieurleistungen zur Entwicklung von Testsystemen anbieten. Man kann einen geeigneten Lieferanten solcher Leistungen anhand der folgenden Kriterien auswählen: 1. Hat der Anbieter die Fachkenntnis und die Erfahrung, ein Testsystem für die entsprechende Branche zu entwerfen, in Betrieb zu nehmen und zu warten? 2. Kann der Anbieter ein konsistentes Testsystem in einer Zeit aufbauen und in Betrieb setzen, dass der Kunde seinen Zeitplan einhalten kann? 3. Kann der Anbieter überall auf der Welt ein Testsystem bauen und in Betrieb nehmen, in gleichmäßiger Qualität, so dass es reproduzierbare Messergebnisse liefert? 4. Kann der Anbieter Testsysteme mit langer Lebensdauer liefern und auch den Support über diese lange Zeit garantieren? In manchen Branchen mit langen Produktlebensdauern wie Fahrzeugtechnik, Luftfahrt und Wehrtechnik ist lange Lebensdauer des Testsystems ein wesentlicher Entscheidungsgrund. 5. Verfügt der Anbieter über einen lokalen Support zwecks Reparatur und Rekalibrierung des Testsystems in allen geographischen Regionen, in denen das Testsystem betrieben werden soll, damit kurze Turnaround-Zeiten für Reparaturen und Kalibrierung sichergestellt sind? 6. Entwickelt der Anbieter seine Messgeräte selbst (und entwickelt sie auch weiter), damit sie mit der sich ständig weiterentwickelnden Technik Schritt halten können? Test- und Messgerätehersteller wie Agilent Technologies können alle obigen Kriterien erfüllen. Sie unterstützen Lohnfertigungsunternehmen dabei, ihre Messtechnik zu einem Wettbewerbsvorteil werden zu lassen und so ihr Geschäft auszubauen. Schlüsseltrends in der Fertigungsbranche, wie etwa neue Umweltgesetze für „grüne“ Elektronik und die Integration von immer mehr ganz verschiedenen Funktionen in immer kleinere, immer kompliziertere elektronische Geräte mit immer kürzeren Produktlebensdauern, setzen Lohnfertiger immer stärker unter Druck. Sie müssen ständig ihre Produktivität erhöhen und ihre Kosten senken. Die externe Vergabe von Ingenieurleistungen für die Messtechnik ist für Lohnfertiger ein zweckmäßiger Weg, um schnell Expertise auf diesem Sektor und damit einen Wettbewerbsvorteil zu erreichen und die Kosteneffizienz zu verbessern. Agilent Technologies www.home.agilent.com www.agilent.de 3/2013 7

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