Die Bedeutung von Prüfverfahren für eine
fehlerfreie Elektronikfertigung

Was sind eigentlich Prüfverfahren?

Prüfverfahren sind systematische Vorgehensweisen, mit denen Materialien, Bauteile oder ganze Systeme auf ihre Funktionalität, Qualität und Zuverlässigkeit überprüft werden. Sie umfassen sowohl manuelle als auch automatisierte Prozesse und können vor der Produktion, währenddessen oder auch danach initiiert werden. Das Ziel der Prüfverfahren besteht darin, Fehler möglichst frühzeitig zu erkennen, um Produktionsausfälle, Nacharbeiten oder Rückrufe möglichst zu verhindern. Darüber hinaus dienen Prüfverfahren dazu, die Einhaltung gesetzlicher Anforderungen und Industriestandards zu gewährleisten.

Die verschiedenen Arten von Prüfverfahren

Prüfverfahren lassen sich grundsätzlich in zerstörungsfreie und zerstörende Verfahren unterteilen. Zerstörungsfreie Verfahren prüfen die Bauteile bzw. Komponenten, ohne sie zu beschädigen. Sie eignen sich also z.B. besonders für die Abläufe in Serienproduktionen. Beispiele dafür sind optische Inspektionen, elektrische Tests oder Röntgenverfahren. Die sogenannten zerstörenden Verfahren werden oft für Stichproben verwendet, um die physikalischen Grenzen von Bauteilen oder Produkten zu testen. Dazu gehören mechanische Belastungstests, thermische Prüfungen oder chemische Analysen. Alle zusammen liefern wichtige Erkenntnisse über die Materialeigenschaften und die Belastbarkeit eines Produkts.

Spezielle Prüfverfahren in der Fertigung elektronischer Produkte

Für die Fertigung im Bereich der Elektronik kommen vor allem zerstörungsfreie Verfahren während der Abläufe in der Produktion zum Einsatz, da hier oft eine Prüfung zwischen den einzelnen Prozessschritten bei der Fertigung der Komponenten erforderlich ist. Zu den wichtigsten Methoden gehören:

• Automatische Optische Inspektion (AOI)
  Hierbei werden Leiterplatten mit Kameras auf Oberflächenfehler und falsche Platzierungen der Bauteile überprüft. Ausgefeilte Algorithmen und eine entsprechende Software erkennen Abweichungen von Sollwerten automatisch und dokumentieren sie.
• Automatische X-Ray Inspektion (AXI)
  Mit der Röntgentechnik lassen sich verdeckte Lötstellen und interne Strukturen prüfen. Diese Methode greift besonders bei der Analyse von Mehrschicht-Leiterplatten und schwer zugänglichen Bereichen.
  
• In-Circuit-Test (ICT)
  Dieser Test prüft mit Hilfe eines sogenannten Nadelkissenadapters die elektrischen Eigenschaften von Bauteilen, die bereits in die Schaltung eingebaut sind. Der ICT ist besonders effizient bei der Erkennung von Kurzschlüssen, Unterbrechungen und fehlerhaften Bauteilen.

• Flying-Probe-Test (FPT)
  FPT ist ein flexibles Verfahren, das mit beweglichen Tastköpfen elektrische Tests an Leiterplatten durchführt. Im Unterschied zum ICT erfolgt die Prüfung sequentiell. Es ist ideal für kleine Stückzahlen oder Prototypen geeignet, da keine speziellen Test-Adapter benötigt werden.

• JTAG/Boundary Scan
  Diese Methodik nutzt die seriellen Schnittstellen, um über eine Versorgungsspannung Fehler in Leiterplatten zu identifizieren. Sie erlaubt es, auch schwer zugängliche Verbindungen und Bauteile effektiv zu testen.

• Multifunktionstest (MFT)
  Diese Testanordnung kombiniert verschiedene Szenarien, um die Funktionalität und Qualität der Elektronik zu überprüfen. Dies kann elektrische, thermische und mechanische Prüfungen umfassen, um ein umfassendes Bild der Produktqualität zu erhalten.

Neben den genannten spezifischen Prüfverfahren wird in der Fertigung elektronischer Bauteile häufig eine Kombination aus Methoden eingesetzt, um eine möglichst hohe Testabdeckung zu erreichen. Dazu gehören z.B. visuelle Inspektionen, elektrische Tests und Umweltprüfungen.

Während durch Augenschein oder automatisierte optische Prüfungen äußere Mängel erkannt werden sollen, sorgen die elektrischen Tests für eine Überprüfung der Leitfähigkeit, der Spannungswerte und der elektrischen Widerstände. In Stichproben werden bei der Umweltprüfung extreme Bedingungen wie Hitze, Kälte oder Feuchtigkeit simuliert, um die Zuverlässigkeit der Bauteile sicherzustellen. Die in der jeweiligen Produktion bevorzugte Auswahl der Methoden hängt vom Aufbau und der Komplexität der Bauteile sowie den Anforderungen an ihre Zuverlässigkeit ab. Ein systematischer Ansatz soll sicherstellen, dass alle relevanten Qualitätskriterien erfüllt werden. Dazu wird die sogenannte Testabdeckung berechnet und herangezogen.

Testabdeckung und die sinnvolle Kombination der Prüfverfahren

Die Testabdeckung beschreibt, wie viele und welche Fehler-Möglichkeiten eines Produkts in welchem Maß durch die eingesetzten Prüfverfahren abgedeckt werden. Dabei geht es ebenso um die Gründlichkeit wie um die Wirtschaftlichkeit. Eine sinnvolle Kombination von Verfahren wie AOI, AXI und ICT kann die Abdeckung möglichst umfassend und gleichzeitig die Kosten möglichst gering halten. Erfahrene Ingenieure sorgen dafür, dass die Tests in den Gesamtplan integriert sind.

Der Qualitätskontrollplan

In diesem Gesamtplan kann z.B. die AOI als Vorprüfung dienen, während ICT und AXI spezifische Fehlerquellen gezielt adressieren. Daraus entsteht letztendlich der Qualitätskontrollplan. Ein gut durchdachter und umfassender Qualitätskontrollplan bildet die Grundlage für eine erfolgreiche Prüfstrategie. Damit werden die Risiken minimiert und dementsprechend die Effizienz der Fertigung gesteigert. Der Kontrollplan legt fest, welche Prüfverfahren zu welchem Zeitpunkt und in welchem Umfang durchgeführt werden. Zudem werden die jeweils Verantwortlichen benannt und zeichnen die Prüfschritte ab. Zu den wesentlichen Bestandteilen eines solchen Plans gehören

• die Definition der Prüfziele für welche möglichen Fehlerarten,
• die Festlegung der Prüfzeitpunkte (vor, während und nach der Produktion),
• die Bereitstellung der dafür nötigen Ressourcen an Geräten, Software und Manpower.

In der abschließenden Dokumentation erfolgt die systematische Erfassung aller Prüfprozesse und ihrer Ergebnisse mit im Vornherein festgelegten Konsequenzen und ggf. nötigen Eskalationsprozessen. Der Qualitätskontrollplan ist ein wesentlicher Bestandteil des Qualitätsmanagements in der Elektronikfertigung.