UNIVERSITATEA DIN ORADEAFacultatea de Inginerie Manageriala si Tehnologica

Specializarea – Master Mecatronica Aplicata

Materia: Maşini şi sisteme de fabricatie integrateProfesor: Prof.dr.ing. Ganea Macedon

ProiectTestarea in circuit a plăcilor electronice

Masterand: Coste Raul IoanSpecializarea: Mecatronica Aplicata (gr.

1251)An studiu: Master, anul II

Testarea in circuit a plăcilor electronice

Testul in-circuit este o metodă de testare standard a plăcilor electronice, şi face parte din sistemul de calitate al tuturor producătorilor de plăci electronice populate.

Această metodă permite testarea individuală a componentelor electronice care sunt deja plantate pe placa electronică. Informaţia despre defect este furnizată la nivel de pin de componentă sau componentă pentru a facilita repararea rapidă a plăcilor cu defecte.

Testul in circuit permite detectarea următoarelor erori: scurt circuite, întreruperi de trasee electrice, componente lipsă, avariate sau defectuos plasate, componente cu parametri în afara limitelelor de toleranţă, componente incorect programate, măsuratori de timp/frecvenţă în afara limitelor de toleranţă, teste analogice şi digitale eronat realizate cu placa electronică alimentată.

Tester ICT Teradyne

Ca şi tipuri de componente, pot fi măsurate in-circuit toate tipurile de componente pasive (rezistori, capacitori, inductori, diode, tranzistori etc.) circuite integrate analogice (amplificatoare operaţionale, comparatoare etc) circuite hibride (CAN, CNA-uri, regulatoare de tensiune etc.) circuite electronice digitale.

Până la 30% din plăcile electronice manufacturate pot avea erori la nivel de componentă, aceste erori trebuie diagnosticate şi reparate rapid şi eficient. Testul in-circuit testează componentele de pe placa elelectronică pe rând, timpul de testare al plăcii fiind foarte mic.

Astfel, pentru o placă electronică cu 500 de noduri electrice şi 1000 de componente, timpul de testare este mai mic de 30 secunde.

Ca principiu, conexiunea electrică este făcută între fiecare nod electric al plăcii electronice şi interfaţa standard a maşinii de testare pentru a permite testarea individuală a componentelor.

Adaptor tip pat de cuie: principiu şi exemplificare

practică

Conceptul maşinii de test in circuit (ICT) Teradyne ce foloseşte o interfaţă standard, contactul între placa electronică şi maşină realizându-se prin intermediul unui adaptor de testare cu pat de cuie (fixture) specific fiecărei plăci.

Avantajele acestui tip de ICT: testarea este foarte rapidă, avem acces simultan pe pad-urile de testare (nodurile electrice ale plăcii electronice).Aceste conexiuni electrice sunt făcute prin intermediul unui adaptor individualizat denumit FIXTURE ce conţine pini mecanici acţionaţi de arcuri în exterior şi o structură de fire de legătură în interior.

Fixture

Există o multitudine de tipuri de pini utilizaţi pentru a accesa placa electronică. Accesul prin pinii de test se poate realiza numai dacă layout-ul plăcii electronice are prevăzute pad-uri de testare adăugate special în faza de design.

Pinii diferă prin formă (ascuţiţi, cu cap tip coroană, tip cupă etc.) şi prin dimensiune (100 mils, 75mils, 50 mils).

Tipuri de pini utilizaţi în fixture

Semnalele de input/output sunt colectate/direcţionate de echipamentul de testare in-circuit prin intermediul unor plăci de multiplexare numite UltraPIN. Capacitatea de analiză a unui tester ICT Teradyne ajunge la un maximum de 7680 de noduri electrice/ placă electronică.

Transmisia de date între hardware şi computer se face prin intermediul unei magistrale rapide de tip MXI II.

Sistemul permite utilizarea a maximum 14 surse DC programabile în curent sau tensiune prin GPIB, de 7V/15A, 20V/8A, 60V/2.5A. Aceste surse pot fi conectate în serie sau paralel folosind instrucţiuni software şi permit limitarea în curent sau în tensiune.

Card Ultrapin II

Capacitatea de calcul este de maxim 100 000 de eşantioane de semnal pe secundă şi se asigură o sincronizare a măsurătorilor analogice cu testele digitale.

Schema bloc a echipamentului de test ICT

Teradyne

Alte tipuri de instrumente electronice ce pot fi adăugate în sistem ca şi carduri opţionale sunt:

1. System Frequency/Time Meter (SFTM) are abilitatea de a măsura frecvenţa şi timpii în spectrul 100Hz - 100MHz;

2. Deep Serial Memory (DSM) - permite înscrierea, verificarea, ştergerea rapidă a unei cantităţi de date până la 1GB. Este utilizată la programarea memoriilor flash şi a microprocesoarelor;

3. Clock/SyncTrigger (CST) - furnizează semnale de timp sau generează semnale de tact pentru placa de testare până în 25MHz

Dezavantaje: - necesită dezvoltarea unui adaptor de test pentru fiecare produs în parte, lucru care nu este eficient atunci când volumele de producţie sunt mici (între 1 şi 10 000) de plăci electronice de acelaşi tip/an)

1. dezvoltarea unui program de test ICT necesită un design al plăcii electronice ce trebuie să prevadă pad-urile de testare, datorită faptului că PCB-ul este accesat prin intermediul unor pini de test. Pad-urile SMD şi vias-urile nu pot fi folosite ca puncte de acces, ceea ce poate reduce dramatic testabilitatea plăcii electronice.

2. o schimbare de design minoră a PCB-ului poate însemna schimbarea poziţiei câtorva pini de acces generând fie modificarea mecanică a adaptorului (dacă este posibil), fie realizarea unui alt adaptor. În ambele cazuri acest lucru înseamnă costuri suplimentare.

În anul 1987 firma japoneză Takaya a început o activitate de pionierat, prin inventarea conceptului de sistem de testare cu probe mobile, combinând tehnicile de testare avansate cu sistemele mecanice de precizie.

Echipamentul Takaya 820S-

CE

Situaţia pieţei de Flying Probe

Datorită densităţii plăcilor electronice accesul la nodurile electrice este foate dificil (existând posibilitatea testării numai pe vias-uri sau pad-uri SMT) ceea ce face ca maşina de test Flying probe să fie singura soluţie de testare viabilă.

Principiul de măsură: se utilizează 4-6 probe mobile independente, de mare viteză, care se deplasează simultan pe axele x, y, şi z. Aceste probe mecanice sunt conectate la instrumentaţia de măsură a testerului, fiind folosite atât ca stimuli cât şi ca receptori.

Se pot executa în medie 300 paşi de test/minut, viteza de lucru în cazul în care punctele de test sunt la 2.5mm fiind de 1200 paşi de test/minut.

Accesul la placa electronică se face principial de pe o singură parte (top) cu 4 probe mobile, dar există posibilitatea de accesare simultană a PCB-ului şi de pe partea de jos (bottom) folosind un kit de 2 probe mobile reducând astfel dramatic timpii de test. Aceste probe rezistă în medie la 500,000 de atingeri ale plăcii electronice.

Principiul de măsură utilizat

Accesul la PCB-ul testat

Probele sunt acţionate de un sistem de servomotoare de înaltă precizie şi au un mecanism de atenuare, anti-vibraţie în momentul atingerii PCB-ului. Se pot accesa puncte de test de până la 25 mil (0.65mm) şi pad-uri până la 20 mil (0.5mm).

Măsurători analogice permise de testerul Takaya 9411/9611 CE

În momentul anterior atingerii PCB-ului mişcarea probei este încetinită pentru a asigura un contact fără stress. Suplimentar, baza sistemului de axe (x, y, z) este montată pe un soclu masiv de granit ce asigură stabilitatea sistemului la vibraţii.

Poziţionarea probelor fixe

Precizia sistemului pe sistemul de axe x-y este de 1.25um, iar pe axa z de 50um, ajungând la o precizie combinată X-Y-Z de 35um. Pe lângă acurateţe, la fel de importantă este repetabilitatea măsurătorilor, unde Takaya este lider incontestabil.

Limitele de curenţi / tensiuni

AC/DC

Caracteristici sistem - Măsurători optice

Ca şi măsurători de bază, se poate executa toata gama de măsurători analogice: R, L, C, măsurare diode, tranzistori bipolari / FET, diode Zener, optocuploare, măsurare curenţi, tensiuni în curent continuu sau alternativ. Avem ca opţiune folosirea surselor de tensiune programabile cu care să alimentăm relee sau plăci adiţionale de aplicaţie.

Testerul Flying Probe are încorporat un sistem optic 2D de înaltă performanţă care asigură testarea optică a componentelor putând astfel detecta prezenţa/absenţa, polaritatea, rotaţia şi recunoaşterea caracterelor (OCR) - vezi figura 9. De un mare folos este citirea automată a codurilor de bare 2D şi posibilitatea folosirii celei de-a 2-a camere ce permite vizualizarea componentelor mari dintr-o singură achiziţie de imagine.

Referitor la testarea IC-urilor, IC OPEN este o metodă prin care putem detecta pinii ce nu sunt lipiţi (nu fac contact) ai circuitelor integrate prin măsurarea diodelor interne de protecţie ai pinilor la GND sau VCC (prima metodă).

A doua metodă constă în injectarea unui semnal AC de frecvenţă variabilă pe un pin al IC-ului şi măsurarea semnalului printr-o probă capacitivă ce este mobilă şi se poziţionează deasupra pinului testat. Dacă cuplajul capacitiv (tradus într-o tensiune AC) este mai mic decât cel măsurat pe un PCB de referinţă avem o întrerupere, iar dacă este mai mare de un anumit prag avem un scurtcircuit între 2 pini.

Referitor la poziţionarea sistemui Flying Probe pe linia de ansamblare, există posibilitatea de a fi folosit offline, în laboratorul de reparaţii/testări, în varianta cu conveior de intrare-ieşire sau in-line. Din punct de vedere logistic, este bine de ştiut că sistemul Takaya 9411/9611 CE necesită NUMAI o simplă alimentare la 220V (nu utilizează vacuum şi/sau aer!), este foarte silenţios şi ocupă o arie de 1,7m² (1370 x 1270mm).

În concluzie, putem spune că sistemul de tip Flying Probe este un echipament care îmbină eficient metodele de testare electronică cu flexibilitatea necesară în procesul de producţie al PCB-urilor populate.

Testarea circuitelor integrate folosind metoda IC OPEN