DerIn-Circuit-Test (ICT) ist einPrüfverfahren in derElektronikfertigung, um die korrekte Funktionelektronischer Baugruppen nachzuweisen. Beim ICT steht die Prüfung derBauelemente und derelektrischen Verbindungen einerbestücktenLeiterplatte im Vordergrund. Dabei wird jede einzelne Leiterplatte mit einem speziellen Prüfadapter auf Fehler in derLeiterbahnführung (wieKurzschlüsse oder Unterbrechungen),Löt- und Bauteilefehler geprüft. Auch ganze Schaltungsblöcke (Cluster) können getestet werden.

Das ICT-Testsystem kannanaloge Parameter von Bauteilen (Widerstand,Kapazität,Induktivität usw.) mit verschiedenenMessverfahren (wie z. B. Zweidraht-,Vierdrahtmessung usw.) ausmessen und so falsch bestückte oder defekte Bauteile erkennen. Für die Prüfungdigitaler Bauteile können definierte Prüfsignale eingespeist und deren Auswirkungen mit zuvor definierten Mustern verglichen werden.

Wenn ein ICT-Testsystem nur auf die Messung von analogen Bauteilen beschränkt ist, spricht man auch von einem MDA (manufacturing defect analysis).

Der Test von Leiterplatten (nochkein IC-Test) wird meist direkt nach ihrer Herstellung oder unmittelbar vor ihrem Bestücktwerden durchgeführt. Hierbei handelt es sich meist um einen Go-/NoGo-Test, bei dem die fehlerhaften Leiterplatten ausgesondert werden.

Der IC-Test von bestückten Baugruppen kann direkt nach dem letzten Bestück- und Lötschritt erfolgen, noch bevor die Baugruppe erstmals einer Funktionsprüfung unterzogen oder an dieBetriebsspannung gelegt wird. Beim IC-Test der bestückten Baugruppen wird ebenfalls eine Go-/NoGo-Prüfung durchgeführt, wobei bei nicht funktionsfähigen Baugruppen die Fehler angezeigt werden können. Bei der Baugruppe können diese Fehler (z. B. Bauelementfehler, fehlende Lötstelle oder Lotbrücke zwischen zwei benachbarten Netzen, …) repariert werden. Anschließend wird die Baugruppe zum Nachweis einer erfolgreichenReparatur noch einmal geprüft.

Anders verhält es sich bei demFunktionstest einer Baugruppe, bei welcher weniger das Messen einzelner Bauteilwerte im Vordergrund steht, sondern die Gesamt- oder Teilfunktion derSchaltung. Wird ein Funktionstest im ICT integriert, so steht hierbei häufig nur eine bestimmte Teilfunktion der Gesamtschaltung im Fokus.

Manchmal wird im Rahmen der ICT-Prüfung auch noch dieProgrammierung von Bauteilen der Baugruppe oder die Verwendung vonBoundary Scan vorgenommen.

Die Zuführung der Leiterplatten oder Baugruppen zum Testsystem kann auf verschiedene Arten erfolgen:

• manuell, vor allem bei langen Testzeiten oder kleinerenSerien
• fürStandalone-Maschinen:
  • aus demMagazin
  • aus Trays
• Inlinesystem, vor allem bei größeren Serien mit verketteten Prozessschritten
• inWerkstückträgern, welche aus Magazinen oder einem Inlinesystem angeliefert werden.

Das Magazin- und Trayhandling kann wahlweise in der Maschine integriert oder mit einem angebautenHandlingsystem realisiert werden.

Die elektrischen Netze werden durch einen Adapterkontaktiert. Dazu werden spezielle gefederte Prüfstifte (auch als Prüfnadeln bezeichnet) mit verschiedenen Kopfformen verwendet. Diese treffen auf bestimmteLötstopplack-freie Flächen auf der Platine, dieTestpunkte.

Die Kontaktiereinheit kann mit verschiedenen Kontaktierarten und Adaptern (s. u.) aufgebaut sein.

Häufig erfolgt die Kontaktierung mit Unterstützung einesVakuums oder mitDruckluft; beimVakuumadapter z. B. wird die Baugruppe durch denUnterdruck gegen das Nadelbett gedrückt. Ebenfalls ist eine rein mechanischeKlemmung der Leiterplatten oder Baugruppen möglich.

Bei der Prüfung einer unbestückten Leiterplatte können die Kontaktstellen der zu lötenden Bauelemente direkt als Prüfkontakt mit kontaktiert werden.

Die Kontaktierung bei einer bestückten Baugruppe kann prinzipiell auf zwei unterschiedliche Arten erfolgen:

• die Lötstellen der bestückten Bauelemente oder die Bauelemente selbst werden durch die Nadel kontaktiert, oder
• auf der Leiterplatte der Baugruppe sind zusätzliche Prüfpunkte enthalten. Hierbei handelt es sich um rechteckige, quadratische oder rundeKupferflächen ohne Lötstopplack, die zur Kontaktierung verwendet werden können.

Da beim ersten Verfahren Bauteile bzw. deren Lötstellen beschädigt werden können, wird in der Regel das zweite Verfahren angewendet.

Generell lassen sich zwei Sorten Prüfadaptern unterschieden: Federstift- und Starrnadeladapter.

Dieser Adapter wird in den meisten ICT-Testsystemen eingesetzt. Die Testpunkte und Bauteilpins werden direkt mitFederkontaktstiften kontaktiert und ausgemessen. In der Praxis können mit diesem Kontaktiersystem Kontaktierabstände von 0,8 mm realisiert werden. Durch das Taumelspiel der Federstifte sollten aber die Prüfflächen einen Durchmesser von mindestens 0,6 mm aufweisen. Spezielle Zusatzverfahren und Konstruktionsmerkmale ermöglichen auch kleinere Kontaktabstände und Prüfflächen, wobei dadurch die Kontaktierkraft und dieLebensdauer der Federkontaktstifte verringert wird. In derMassenfertigung werden Testpunkt-Durchmesser von 1,0 mm oder größer verwendet, um Messprobleme durch fehlerhafte Kontaktierung und somit notwendigeNacharbeit zu minimieren.

Die Federstiftadapter kann man unterscheiden inVakuumadapter, Druckluftadapter oder mechanisch-kontaktierende Adapter.

DerStarrnadeladapter kommt vor allem zum Einsatz, wenn auf sehr kleinen Strukturen kontaktiert werden soll (Testpunkte > 0,2 mm, Kontaktierabstände > 0,25 mm) oder ein Adapter mit sehr hohenStandzeiten gewünscht wird. Durch den komplexen Aufbau sind sie teurer als ein Federstiftadapter, doch lohnt sich diese Mehrinvestition recht schnell, da viel wenigerServicearbeiten und damit verbundene Anlagestillstandszeiten anfallen. Die vollen Vorteile dieser Adapter können nur ausgeschöpft werden, wenn die Lage des Substrates durch das ICT-Testsystem optisch erfasst und eine Lagekorrektur in X, Y und θ (Drehwinkel) durchgeführt wird.

Zur passenden Positionierung einer Leiterkarte in Relation zum ICT-Nadelbett sollten jeweils zweiasymmetrisch angeordnete Leiterplattenlöcher (Verdrehschutz) im Prüfling oder imNutzen vorhanden sein. Im Nadelbett werden dann zwei Positionierstifte eingebracht, welche die Leiterkarte in die optimale Prüfposition bringen.

Generell ist darauf zu achten, dass durch die Krafteinwirkung des Nadelbettadapters (Prüfnadeln, Auflagepunkte, Niederhalter usw.) der Prüfling nichtgebogen und damit beschädigt wird. Zur Abstützung der Leiterplatte sind also genügend viele und große Auflagepunkte vorzusehen, aber auch entsprechend viele Niederhalter als Gegenpart zu den Prüfnadelnzur optimalenKlemmung der Leiterkarte zum Nadelbett.

EinePositionierung des Prüflings über die Außenkontur der Prüflinge oder Nutzen ist zwar auch möglich, bringt aber eine geringerePositioniergenauigkeit mit sich (z. B. durch unsaubere Trennstege der Leiterplatte). Die Testpunkte auf dem Prüfling müssen dann entsprechend größer dimensioniert sein. Ferner muss bei einer Konturklemmung darauf geachtet werden, dass der Prüfling eine gewisse Stabilität aufweist, so dass er sich überhaupt klemmen lässt (besonders bei Baugruppen ohne Randstreifen).

Weist die Leiterplatte nur Testpunkte auf einer Seite auf und ist luftdicht, so kann sie mit einemVakuumtisch und einer entsprechend angepassten Negativdichtung angesaugt werden.

Weist der Prüfling dagegen viele Löcher auf oder man will sich die spezielle Anfertigung einer Dichtung sparen, so ist ein Vakuumadapter mit Haube vorzusehen. In der Haube sind entsprechende Niederhalter vorzusehen. Die Leiterplatte sollte dabei über Positionierstifte aufgenommen und geführt werden.

Müssen Leiterplatten von beiden Seiten mit Nadeln kontaktiert werden, so kann man nicht mit einer Vakuumdichtung arbeiten. Bei einem Vakuumadapter ist dann ein Haubenadapter mit integriertem zweiten Nadelbett und Niederhaltern aufzubauen oder ein rein mechanischer Adapter mit unterem und oberen Nadelbett. Die Leiterkarte muss über Positionierstifte zum Nadelbett zentriert und auch das obere Nadelbett mit dem unteren zentriert werden, damit eine optimale Kontaktierung gewährleistet ist.

Beim Einhubsystem findet der Kontaktiervorgang mit einemHub statt, d. h. die Leiterplatte wird im Kontaktiersystem positioniert, und der Adapter fährt auf die Leiterplatte herunter. Treffen die Testpins auf die Leiterplatte, so wird mit dem restlichen Hub die nötige Kontaktierkraft aufgebaut.

Ein Zweihub- bzw. Doppelhubsystem wird dann eingesetzt, wenn man den Prüfling nicht mit dem vollen Nadelbett kontaktieren darf, um eine spezielle ICT-Messung durchzuführen. Dazu werden Prüfnadeln mit unterschiedlichen Längen eingesetzt:

• nur die längeren kontaktieren den Prüfling im ersten Hub
• im zweiten Hub kontaktieren sowohl die längeren als auch die kürzeren Prüfnadeln den Prüfling.

Ein gutes Einsatzbeispiel ist, den ICT bei komplett kontaktiertem Nadelbett durchzuführen und danach mit reduzierten Nadelkontakten einen kleinen zusätzlichen Funktionstest bzw. eine Programmierung von Bauteilen durchzuführen.

Die verschiedenen ICT-Testsysteme bieten oft die Möglichkeit, auch einen Zweikammer/Doppelkammer-Adapter für die Baugruppe aufzubauen. Die Bearbeitungszeit für das Einlegen einer Baugruppe in einePrüfkammer kann dann komplett aus der Prüfzeit eliminiert werden, weil das Testsystem in dieser Zeit die Baugruppe in der anderen Kammer prüft.

Die analogen Bauteilmessungen bei ICT-Testern werden typischerweise mit niedrigenSpannungen undStrömen durchgeführt:

• standardmäßig werden Spannungen von 0 V bis 1,0 V eingesetzt. Größere Messspannungen sind häufig nicht zulässig, weil ansonsten andere Bauelemente beschädigt oderDiodenstreckenleitend werden können, so dass nicht mehr vernünftig innerhalb der Schaltung einer Baugruppe gemessen werden kann. Bei ICT-Testsystemen wird typischerweise verwendet:
  • Gleichspannung zur Messung vonWiderstandswerten
  • Wechselspannung zur Messung vonKondensatoren undSpulen.
• Die Messströme liegen typischerweise im Bereich von wenigenMikroampere bis zu wenigen Milliampere. Sie sind nach oben begrenzt durch dieStrombelastbarkeit der Bauelemente und derLeitungen auf der Leiterplatte.

Die meisten ICT-Testsysteme können typischerweise folgende Messungen an analogen Bauteilen durchführen:

Die jeweils zu messenden Bauelemente besitzen alleToleranzen.

Betrachten wir z. B. die Toleranzgrenzen eines elektrischen Widerstands mit einemNennwert von 10 kΩ beiRaumtemperatur und einer Toleranz des Widerstandswerts von ±1 % des Nennwerts. Der tatsächliche Widerstandswert kann also liegen zwischen

• einer oberen Grenze von 10,1 kΩ und
• einer unteren Grenze von 9,9 kΩ.

Das ICT-Testsystem ist ebenfalls nicht nullfehlertolerant, daher muss seine Toleranz zur eigentlichen Bauteiltoleranz hinzu addiert werden. Weist das ICT-Testsystem also z. B. für eine Messung eines Widerstandes im Bereich 10 kΩ eineMesstoleranz von ±0,8 % auf, so muss in diesem Fall derMessbereich für den Test des Widerstandes eingestellt werden mit

• einer oberen Grenze von 10,18 kΩ
• einer unteren Grenze von 9,82 kΩ.

Verschiedene elektrische Größen können mit ICT-Testsystemen nicht oder nicht richtig erfasst werden.

Größere ICT-Testsysteme können neben den reinen analogen Bauteiltest oftmals auch noch die zu prüfende Baugruppe mit Spannung versorgen und weitergehende Prüfungen durchführen. Das reicht vom einfachen digitalen ICT, bei dem Eingangspins eines Bauteiles stimuliert und die erwarteten Signale an den Ausgangspins des Bauteils beobachtet werden, bis hin zum (umfangreichen) Funktionstest.

• Entladeroutine, speziell zumEntladen vonElektrolytkondensatoren (dient zur Sicherheit von Baugruppe und Testsystem sowie zur Messstabilität; dieser Schritt wird immer als erst durchgeführt)zu
• Kontakt-Test (zum Überprüfen, ob das Testsystem korrekt mit der Baugruppe verbunden ist)
• Kurzschluss-Test (Test auf Lötfehler)
• analoger Bauteiletest (Test aller analogen Komponenten auf Vorhandensein und Wert)
• Vergleichstest von ICs auf Vorhandensein und korrekte Lötung
• Test zur korrektenPolarität vonKondensatoren
• Baugruppe mit Betriebsspannung versorgen; folgende eingerückte Schritte finden unter Betriebsspannung statt:
  • Powered Analog-Test (Test von analogen Bauteilen, die dafür Betriebsspannung benötigen, z. B.Relay)
  • Powered Digital-Test (Test von digitalen Komponenten: Stimulierung von Eingangspins,Monitoren der Ausgangspins; Vergleich mitSollwerten)
  • Boundary Scan Tests
  • Programmierung vonFlash,ISP und weiterer Bauteile
• Baugruppe von Betriebsspannung nehmen
• Entlade-Routine, um Baugruppe spannungsneutral zu übergeben (wie am Anfang).

Während die meisten typischen ICT-Testsysteme über entsprechendesEquipment im System verfügen, um die o. g. Prüfungen durchzuführen, sind für spezielle Zusatzprüfungen oftmals weitere Hardware-Komponenten notwendig:

• Kamerasystem zum Prüfen von Vorhandensein und Polarität von sonst nicht messbaren Komponenten
• Photodetektoren zum Testen von LEDs: Farbe,Intensität,Homogenität
• externeFrequenzmessgeräte zum Test sehr hoherFrequenzen
• Zusatzequipment zur Analyse desMesssignals, z. B. aufFlankensteilheit oderHüllkurven (FA08 Karte Aeroflex)
• externes Equipment für Hochvolt-Messungen (z. B. > 100 V DC) oderWechselspannungsquellen.

• Hewlett-Packard -Agilent Technologies -Keysight Technologies
• Teradyne
• Seica
• SPEA
• TRI
• Digitaltest

Weitere Prüftechniken, die oft in der Elektronik-Produktion angewendet werden:

• AXIAutomatische Röntgen-Inspektion
• AOIAutomatische optische Inspektion
• FKT Funktionstest / Endprüfung
• Boundary-Scan.

In einigen Fällen gelingt es, auf einemNagelbettadapter Testverfahren zu kombinieren oder den In-Circuit-Test mit der Programmierung vonMikrocontrollern zu kombinieren.

• ICT Tutorial, Juni 2021
• Überblick über die Testverfahren und Testanbieter, Juni 2021
• Kombination von Test- und Programmierverfahren, Juni 2021

• Aufbau- und Verbindungstechnik der Elektronik
• Elektrische Messtechnik
• Prüfverfahren