Die Sonde und die Pins: Ein Testdilemma in moderner Hardware

Unter Bester PCBA

Zuletzt aktualisiert: 2025-10-15

Für jedes Unternehmen, das ein physisches Produkt zum Leben erweckt, ist die Reise vom Design bis zum versandfertigen Gerät voller kritischer Entscheidungen. Wenige sind bedeutender oder missverstandener als die Wahl, wie die Integrität einer Leiterplatte überprüft wird. Diese Entscheidung, oft auf einen Wettstreit zwischen Flying Probe Testing (FPT) und In-Circuit Testing (ICT) reduziert, ist viel mehr als eine technische Fußnote. Es ist eine strategische Entscheidung, die den Cashflow eines Unternehmens, seine Produktionstempo und seine Fähigkeit zu innovieren direkt beeinflusst.

Obwohl beide Methoden existieren, um Herstellungsfehler zu finden, die eine Leiterplatte unbrauchbar machen können, repräsentieren sie zwei grundlegend unterschiedliche Produktionsphilosophien. Die eine ist ein Akt der dynamischen Untersuchung, die andere eine Aussage über Massenproduktion. Zu früh ICT zu wählen, bedeutet, ein junges Unternehmen an ein festes Design zu binden, das mit hohen Kapitalaufwendungen verbunden ist. Zu lange auf FPT zu setzen, schafft eine Produktionsflaschenhals, der das Wachstum erstickt, wenn es gerade beginnt. Die Frage ist nicht, welcher Test überlegen ist, sondern welcher mit der Realität eines bestimmten Produkts zu einem bestimmten Zeitpunkt in seinem Lebenszyklus übereinstimmt.

Die Physikalität eines Tests

Um die tiefgreifenden Unterschiede zwischen diesen beiden Ansätzen zu verstehen, muss man zunächst schätzen, wie sie physisch mit einer Leiterplatte interagieren. Der Unterschied liegt im Zugang, sequenziell versus parallel, und aus diesem einzigen Unterschied fließen alle anderen Konsequenzen in Bezug auf Kosten, Geschwindigkeit und Flexibilität.

Flying Probe Testing ist ein Akt roboterischer Präzision. Es arbeitet wie ein automatischer Multimeter, dessen zwei bis sechs Sonden mit unglaublicher Geschwindigkeit über die Oberfläche der Leiterplatte bewegen. Gesteuert durch Software, die aus den eigenen Design-Dateien der Leiterplatte abgeleitet ist, landen die Sonden auf Bauteilanschlüssen, Vias und Testpads in einer sorgfältig choreografierten Sequenz. Durch das Berühren mehrerer Punkte misst die Maschine Kurzschlüsse, Unterbrechungen und Bauteilwerte, die auf einen Herstellungsfehler hinweisen. Der gesamte Prozess ist vergänglich, eine Software-Konversation, die keine kundenspezifische Hardware erfordert.

In-Circuit Testing ist dagegen ein Akt des physischen Engagements. Es basiert auf einer maßgeschneiderten Vorrichtung, einem „Nagelbett“, das ein Schalen-ähnliches Gerät ist, das eine dichte Anordnung von federbelasteten Pogo-Pins hält. Diese Pins sind in einer einzigartigen Konstellation angeordnet, einem Spiegelbild aller Testpunkte auf der Unterseite der Leiterplatte. Wenn eine Leiterplatte in die Vorrichtung gedrückt wird, werden hunderte oder tausende Verbindungen gleichzeitig hergestellt. Dieser parallele Kontakt ermöglicht es dem System, jeden Netz auf der Leiterplatte in einer einzigen, schnellen Sequenz zu testen. Die Vorrichtung selbst ist jedoch ein Stück unveränderlicher Hardware, ein physischer Schnappschuss einer bestimmten Leiterplattenrevision. Jede Änderung am Layout, die einen Testpunkt verschiebt, macht dieses teure Werkzeug obsolet. Das macht ICT zu einem Tabu in der iterativen Produktentwicklung, bei der Designentwicklung nicht nur erwartet, sondern notwendig ist. Für ein Produkt, das noch im Fluss ist, ist die softwaredefinierte Flexibilität von FPT der einzige tragfähige Weg.

Die Wirtschaftlichkeit der Verpflichtung

Die Finanzmodelle von FPT und ICT spiegeln ihre physische Natur direkt wider. Die Wahl stellt einen klassischen Kompromiss dar zwischen einer erheblichen Anfangsinvestition für niedrige Stückkosten und null Anfangsinvestition bei hohen Stückkosten. Für ein Startup ist dies keine buchhalterische Übung; es ist eine Aussage über die Kapitalallokationsstrategie.

FPT ist durch das Fehlen von Non-Recurring Engineering (NRE)-Kosten definiert. Da der Test aus Software entsteht, kann das Testen fast sofort beginnen, sobald die ersten Leiterplatten die Montagelinie verlassen, ohne Kapitalaufwand für kundenspezifische Werkzeuge. Diese Sofortigkeit ist für Prototypen und frühe Produktionsläufe unschätzbar. Der Preis für diese Flexibilität wird in der Zeit bezahlt. Die sequenzielle Natur des Tests bedeutet, dass jede Leiterplatte länger verarbeitet wird, was die Kosten pro Einheit erhöht.

ICT basiert auf einem gegenteiligen wirtschaftlichen Prinzip. Seine erheblichen NRE, die von einigen Tausend bis zu Zehntausenden von Dollar reichen können, stellen die Kosten für die Erstellung eines Präzisionswerkzeugs dar. Diese Investition ist nicht willkürlich. Sie deckt die komplexe Ingenieurarbeit für die Gestaltung der Vorrichtung, das präzise Bohren einer G10-Platte und die mühsame manuelle Arbeit beim Installieren und Verkabeln von Hunderten oder Tausenden einzelner Pogo-Pins an eine Schnittstelle. Diese hohen Anfangskosten werden dann auf die Produktionscharge verteilt. Sobald diese Investition getätigt ist, ist der Test selbst außergewöhnlich schnell, oft weniger als eine Minute, was die Kosten pro Einheit auf wenige Cent senkt. Das Modell ist für die Massenproduktion äußerst effizient, aber die anfängliche Barriere kann für ein Unternehmen, das Kapital sparen muss, prohibitiv sein.

Der Rhythmus der Produktion

Der Zeitplan des Testens entfaltet sich in zwei klaren Phasen: die Zeit bis zum allerersten Test und die Zeit pro Test danach. FPT bietet Sofortigkeit. ICT verspricht Durchsatz. Ein Produktionsleiter muss entscheiden, was in einem bestimmten Moment wertvoller ist.

Die „Zeit bis zum ersten Test“ für ICT wird in Wochen gemessen. Das Design, die Herstellung und die Validierung einer kundenspezifischen Vorrichtung sind ein bedeutendes Projekt für sich, was eine erhebliche Verzögerung zwischen dem Bau der Leiterplatten und ihrer vollständigen Überprüfung verursacht. Für einen Produktstart mit engen Fristen kann diese Verzögerung untragbar sein. Ein Flying-Probe-Programm kann hingegen aus CAD-Daten in wenigen Stunden erstellt werden. Dies ermöglicht es, das Testen am selben Tag zu beginnen, an dem die Leiterplatten die Linie verlassen, und liefert sofortiges Feedback an die Ingenieur- und Produktionsteams.

Sobald das System in Betrieb ist, kehren die Rollen jedoch dramatisch um. Die Fähigkeit eines ICT-Systems, eine Platine in weniger als einer Minute zu testen, macht es zu einer Effizienzmaschine. Es hält mit Hochgeschwindigkeitsmontagelinien Schritt und stellt sicher, dass Tests niemals zum Flaschenhals werden. Hier beginnt die FPT, ihre Grenzen zu zeigen. Wenn die Produktionsmengen in die Tausende steigen, kann die Minuten pro Platine-Testzeit eines Fliegenden Prüfgeräts einen erheblichen Engpass verursachen, der die Lieferungen verzögert und Kunden frustriert.

Die Suche nach Sicherheit

Obwohl beide Methoden bemerkenswert effektiv sind und oft über 95% gängige Herstellungsfehler erkennen, nehmen sie Fehler auf leicht unterschiedliche Weise wahr. Beide suchen nach Kurzschlüssen zwischen Leitungen, offenen Schaltungen und falschen oder fehlenden Komponenten, und für die meisten digitalen Platinen ist der Unterschied in der Abdeckung dieser kritischen Fehler vernachlässigbar.

Dennoch gibt es Nuancen. Da eine ICT-Halterung so gestaltet werden kann, dass Komponenten elektrisch vom umliegenden Schaltkreis isoliert werden, hat sie im Allgemeinen einen Vorteil bei der genauen Messung analoger Werte. Sie kann zuverlässiger bestätigen, dass ein Widerstand oder Kondensator innerhalb seiner spezifizierten Toleranz liegt. Ein Fliegendes Prüfgerät, das diese Messungen ebenfalls durchführen kann, hat manchmal Schwierigkeiten, auf einer dichten, komplexen Platine das gleiche Maß an Präzision zu erreichen. Im Gegensatz dazu macht die Methode der FPT, Netz für Netz zu testen, sie äußerst geschickt darin, physische offene Schaltungen zu erkennen, da sie eine direkte Überprüfung der elektrischen Kontinuität von einem Punkt zum anderen ist.

Ein Rahmen für eine strategische Entscheidung

Die Entscheidung geht dann über einen einfachen technischen Vergleich hinaus. Sie wird zu einer strategischen Kalkulation von Kosten, Volumen und Risiko. Die Logik kann durch die Bestimmung des Break-even-Punkts quantifiziert werden, also jenem Produktionsvolumen, bei dem die hohen Stückkosten der FPT den Gesamtkosten des ICT mit seiner großen Anfangsinvestition für die Halterung entsprechen. Dieser Wendepunkt, der oft zwischen 500 und 2.000 Einheiten liegt, ist der Punkt, an dem die finanzielle Logik zu verschieben beginnt.

Diese Berechnung ist jedoch keine absolute Regel. Für ein Medizinprodukt der Klasse III oder eine kritische Luft- und Raumfahrtkomponente sind die Kosten für einen einzigen Feldfehler so enorm, dass die NRE der ICT-Halterung einfach ein unverhandelbarer Bestandteil der Qualitätssicherung ist, unabhängig vom Volumen.

Für die meisten wachsenden Unternehmen ist die ausgeklügeltste Strategie eine, die beide Methoden in Folge nutzt. Sie beginnt damit, die Platine von der allerersten Revision an für ICT zu entwerfen, einschließlich eines vollständigen Satzes von Testpads, auch wenn diese zunächst ungenutzt bleiben. Dieser Weitblick, ein Kernprinzip des Design for Test (DfT), kostet in der Entwurfsphase wenig, bringt aber später enorme Vorteile. Die Produktion kann dann mit FPT beginnen, das seinen Vorteil durch null NRE nutzt, um das Design zu validieren und den Markt zu testen, ohne ein großes Kapitalrisiko einzugehen. Wenn die Marktnachfrage bewiesen ist und die Produktion auf ein Niveau skaliert, bei dem FPT zum Engpass wird, kann das Unternehmen selbstbewusst in eine ICT-Halterung investieren, da es bereits auf einen nahtlosen Übergang zum Hochgeschwindigkeitstest vorbereitet ist.

Letztendlich liegt das größte Risiko nicht darin, die „falsche“ Testmethode zu wählen. Die eigentliche Gefahr besteht darin, ganz auf robuste elektrische Tests zu verzichten oder eine Methode zu wählen, die ein lähmendes Geschäftsrisiko darstellt. Die frühzeitige Wahl der ICT verschwendet wertvolles Kapital. Zu lange bei FPT zu bleiben, bremst das Wachstum eines Unternehmens. Die richtige Entscheidung ist die, die die physische Realität der Fabrikhalle mit der finanziellen und strategischen Realität des Geschäfts in Einklang bringt.

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