Bauteil abgekündigt? Reverse Engineering hilft!

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DB Fahrzeuginstandhaltung GmbH

Eine alternative Vorgehensweise ist eine manuelle Vermessung der Schaltungslogik mit Hilfe eines Standardmultimeters. Nachteil dabei ist der sehr hohe Zeitaufwand, die komplexe Dokumentation der Messergebnisse und der Nachweis der Fehlerfreiheit, alle Pins vermessen zu haben. Ein effizienteres Vorgehen nutzt ein In-Circuit-Testsystem. Es werden sowohl die Pins eines einzelnen Bauteiles mit Hilfe von Clips kontaktiert als auch alle verbleibenden Bauteile. Es wird dadurch ein Muster der Leiterplatte erstellt, aus der die Netzliste abgeleitet werden kann. Der Vorteil ist, dass zusätzlich die Bauteile und deren Parameter identifiziert werden. Eine wesentliche Voraussetzung ist jedoch, dass die Leiterplatte nicht belackt und auch nicht verschmutzt ist, sodass die einzelnen Pins der Bauteile zuverlässig kontaktiert werden können.

Automatisierte Prozesskette

Die im EZW aufgebaute Prozesskette unterscheidet sich stark von den bisher bekannten Verfahren und zeichnet sich durch eine hohe Automatisierung der Datenverarbeitung nach dem Prinzip der CAD-CAM-Verfahrenskette aus. Eine marktgängige E-CAD-Software hat das EZW mit einem Flying-Probe-Testsystem gekoppelt. Datenstrukturen werden entlang des Reverse Engineering Prozesses systematisch aufgebaut und zwischen den Systemen ausgetauscht. Als Ergebnis steht ein vollständiger Schaltplan und ein Leiterplattenlayout zur Verfügung.

Die Prozesskette besteht im Wesentlichen aus folgenden Schritten:

Erstens: Entlacken

Bei der Auswahl der Entlackungstechnik wurden bei der Auswahl der geeignetsten Technologie drei unterschiedliche Wirkprinzipien untersucht: Chemische Entlackung mit Hilfe von Lacklösern in einer Industriewaschmaschine, Sandstrahlung, ein abrasives Verfahren mit antistatischem Kunststoffgranulat, und Trockeneisstrahlen. Hier wird mit gefrorenen CO₂-Partikeln der Lack abgekühlt und durch nachfolgende Partikel aufgebrochen und entfernt. Mit Hilfe eines systematischen Vergleichs wurden in der ersten Stufe die Verfahren transparent verglichen. Alle Verfahren haben spezifische Vor- und Nachteile. In den Praxistests hat sich schnell gezeigt, dass das chemische Verfahren ungeeignet ist, weil keine erfolgreiche Entlackung durchgeführt werden konnte. Hingegen konnte festgestellt werden, dass sich die verbleibenden Verfahren insoweit ergänzen, indem die Entlackungsergebnisse sehr stark von physikalischen Eigenschaften des verwendeten Lackes abhängig sind.

Zweitens: der Digitalisierungsprozess

Im ersten Schritt werden Ober- und Unterseite der Leiterplatte optisch begutachtet. Dabei wird eine vollständige Liste der Bauteile erstellt. Durch Recherchen wird gleichzeitig der Verfügbarkeitsstatus der elektrischen Bauteile erarbeitet. Es entsteht dabei eine Übersicht über Bauteile die eventuell abgekündigt sind. Fallweise muss schon in der frühen Phase nach Substituten gesucht werden. In seltenen Einzelfällen muss in dieser Phase das Projekt abgebrochen oder geprüft werden, ob Eingriffe ins Design möglich sind, um alternative Layouts umzusetzen. Der Digitalisierungsprozess beginnt mit der Fotografie der Leiterplatte. Dazu werden die im Flying-Prober integrierten Kameras genutzt. Es wird die arretierte Leiterplatte in einzelnen Segmenten fotografiert und zu einem Bild zusammengesetzt. Es entstehen zwei Bilder für Ober- und Unterseite, die mit Positioniermarken zueinander in Verbindung stehen. Die im ersten Schritt aufgenommenen Bauteile werden nun auf den Fotos als Referenz platziert. Dieser Prozess beinhaltet meist noch das Anlegen neuer Bauteile und Footprints in der Bauteildatenbank der E-CAD-Software.

Drittens: Erstellen des CAD Modell – Rekonstruktionsphase

Sind alle Bauteile im Foto platziert, wird entschieden welche Bauteile zur Vermessung per Flying Probe entlötet werden müssen. Bei weniger komplexen Layouts mit Through Hole Technology (THT) Bestückung genügt es oft, nur ausgewählte Bauteile zu entlöten. Ist dies nicht der Fall und das Design der Platine entspricht zum Beispiel dem eines Multilayers, wird die Platine komplett entstückt. Die Positionsdaten der Bauteile werden nun zum Flying Probers transferiert und dort zu einem Messprogramm weiter verarbeitet. Nachdem die Leiterkarte eingespannt wurde, wird das Programm gestartet und alle elektrischen Verbindungen der Bauteile zueinander werden gemessen. Daraus entsteht eine Netzliste, welche die elektronischen Verbindungen der Pads zueinander abbildet. Die Netzliste wird nun ins E-CAD-Tool zurückgespielt. Mittels der im E-CAD-Tool im Standard implementierten Funktion Reverse–Engineer ist es nun möglich, daraus den Schaltplan der Platine zurück zu entwickeln. Die große Herausforderung besteht nun darin den Schaltplan so anzulegen und zu sortieren dass dieser nutzbar wird. Unter Nutzung des Expertenwissens des Elektronikzentralwerks der DB Fahrzeuginstandhaltung werden Bauteile und Schaltungstypen im neu entstehenden Schaltplan geliedert. So entsteht nach und nach wieder ein strukturierter und lesbarer Schaltplan, der die ursprüngliche Platine mit ihren elektrotechnischen Eigenschaften beschreibt. Der eigentliche Reverse Engineering Prozess ist damit abgeschlossen und es steht ein Schaltplan zur Verfügung der sowohl für den Nachbau aber auch für Fehlersuche in der Reparatur genutzt werden kann.

Viertens: Erstellen des Layouts, Qualifizierung und Produktion

Ist der zurück gewonnene Schaltplan erstellt, kann nun in klassischer Weise mittels E-CAD das Layout erzeugt werden. Die Gerberdaten zur Leiterplattenfertigung sowie auch die Bestückdaten können exportiert werden. Sie werden zur Fertigung von Prototypen genutzt. Das EZW hat hierzu ein Netzwerk von professionellen Dienstleistern. Die gefertigten Prototypen werden abschließend in Funktionstests und durch Messungen mittels Testprogramme auf dem Flying Prober verifiziert. In Abhängigkeit von den Anforderungen des Kunden werden die spezifizierten technischen Parameter durch Qualifizierungstests nachgewiesen. Auch hier bedient sich das Elektronikzentralwerk einem Netzwerk von Dienstleistern. Entsprechen alle erfassten Daten den Anforderungen, wird die Serienproduktion angestoßen. Im Produktsegment Schienenfahrzeugelektronik bestehen Serien jedoch meist aus kleineren Stückzahlen.

Die Zunahme von Abkündigungen erfordern neue, sichere Verfahren zur Lösung dieser Problemstellungen. Mit dem Reverse-Engineering-Prozess hat das EZW das Dienstleistungsportfolio um wesentliche Lösungsoptionen ergänzt. In Praxistests an Beispielprodukten konnte die Funktionalität und die Eignung nachgewiesen werden. Das Elektronikzentralwerk der DB Fahrzeuginstandhaltung entwickelt kontinuierlich weitere Lösungen um den Reverse-Engineering-Prozess voranzutreiben.

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