Il contesto tecnologico è caratterizzato da una continua evoluzione che vede l'aumento di potenza dei dispositivi elettronici mantenendo o addirittura riducendo le dimensioni. Una situazione questa che rende sempre più difficile l'accesso ai punti significativi per eseguire il test elettrico. L'alta densità di componenti e piste, unitamente alla loro continua miniaturizzazione, rende difficoltoso al progettista disporre opportuni test pad. Difficoltà spesso esasperate dall'aumento delle frequenze operative, che detta rigide regole di layout, limitando i punti di accesso e i fori di via che possono interferire con l'integrità del segnale. La differenziazione di mercato, la competizione, vedono vincenti quelle aziende capaci di offrire il prodotto migliore differenziato per fasce di consumatori e caratterizzato dalla più alta velocità di innovazione. Le priorità cambiano continuamente e rapidamente, la produzione si va trasformando sempre più passando dai medi ai piccoli volumi, ma si continua a chiedere che tutti i sistemi, dalla produzione al test, siano dotati di un basso tempo di sviluppo dei programmi e del relativo set-up, e per l'area test spesso senza neppure disporre della scheda campione. Questo perché il mercato chiede di mantenere un'incidenza sui costi di produzione sempre più contenuta, ma parallelamente vuole anche i tassi di difettosità in continua discesa.
Investire nel test elettrico
Dovendo decidere un investimento per un sistema di test che risponda appieno alle richieste che il mercato del PCB pone come principali obiettivi, si deve tener conto di alcuni importanti aspetti quali la flessibilità operativa, la scalabilità e la manutenibilità.
La scelta deve essere fatta da chi è chiamato a decidere sul come e su cosa collaudare in seno al processo produttivo e l'esito di questa scelta dipende strettamente dal tipo di produzione elettronica.
Produrre schede per telefonia consumer, per impieghi industriali, automotive o medicali, comporta scelte di collaudo tra loro differenti. Se nel settore consumer un'ispezione ottica seguita da un test funzionale potrebbero essere ritenuti sufficienti perché è accettabile un certo tasso di difettosità, per altri tipi di produzione dove entra in gioco la sicurezza, come nel caso dell'automotive un test In-Circuit seguito da un test funzionale diventano un punto fermo. Nel caso di un componente BGA, l'ICT potrà accedere solo attraverso test pad mentre in ogni caso nulla potrà un'ispezione ottica, in questo frangente è possibile ricorrere al Boundary Scan o al test funzionale. Le moderne schede utilizzano spesso componenti complessi quali CPLD, Flash e FPGA che è possibile programmare direttamente a bordo scheda con un sistema di test elettrico, per poi verificare direttamente che la programmazione sia stata eseguita correttamente. Il processo di test può essere organizzato a seconda delle situazioni in più stazioni, ciascuna in grado di eseguire uno o due tipi di collaudo. Nel caso si voglia utilizzare una stazione di test capace di applicare tutte le tecniche di collaudo di cui la scheda necessita, si ricorrerà all'utilizza di un ATE polifunzionale. I sistemi polifunzionali integrano in un unico modulo la strumentazione per effettuare il test elettrico, il funzionale, la programmazione a bordo scheda e l'ispezione ottica automatica.
Definire il livello di copertura guasti significa identificare la difettosità residua tollerata. Malgrado l'elevato livello di affidabilità raggiunto da molti sistemi AOI, soltanto il test elettrico è capace di isolare difetti quali diodi di protezione interrotti o di tipo diverso, valori errati di resistenze di pull-up, condensatori di tipo diverso o interrotti, la presenza di un cortocircuito non visibile….
Ogni sistema automatico di test è caratterizzato da specifiche tecniche che ne descrivono le condizioni di funzionamento, indicano le grandezze misurabili e il grado di accuratezza (errore commesso durante la misura), ovvero i limiti entro cui possono essere effettuate. Queste specifiche sono garantite in determinate condizioni di lavoro, sistema perfettamente calibrato con precisi livelli di temperatura ambiente e umidità. A livello operativo queste condizioni ideali non sono sempre garantite, molto spesso possono variare anche nell'arco della stessa giornata, influenzando fixture ed elettronica di misura. A prescindere dalla bontà del sistema di test, si rischia di introdurre valori parassiti che interferiscono sulla misura e di cui l'operatore deve tenerne conto nella valutazione della bontà del collaudo
Strategie di collaudo
Si riscontra una tendenza da parte delle aziende produttrici a ricercare un sempre più elevato livello di qualità delle schede elettroniche per ridurre i ritorni dal campo, portando in alcuni settori la conta dei difetti da parti per milione a parti per miliardo.
Nel caso sia sufficiente contare il tasso di difettosità si imposterà un tipo di collaudo con test che mirano a verificare l'assenza dei guasti la cui probabilità di accader è superiore al livello di difettosità accettabile (la presenza di altri difetti a bassa probabilità è considerata trascurabile e quindi non verificata).
Nel caso si voglia assicurare la completa assenza di errori, innalzando il livello di affidabilità, bisogna attivare una fase di test capace di intercettare qualsiasi guasto che potenzialmente può verificarsi. In questo caso vanno individuate le criticità di componenti e circuiti. Le criticità si individuano stressando le schede durante la fase di test o simulando le condizioni di lavoro più sfavorevoli. I problemi di una scheda non nascono necessariamente dal solo ambiente produttivo, ma ci possono essere anche problemi riconducibili al progetto stesso; problemi di degrado nel funzionamento che nell'operatività ordinaria non emergono, ma che in circostanze particolari, sotto la concomitanza di determinati eventi risultano in tutta la loro criticità, e si possono manifestare in qualsiasi momento della vita del prodotto.
L'individuazione a priori delle criticità non è possibile, questa capacità deriva dall'esperienza accumulata e da una statistica dei ritorni difettosi. Esiste un insieme di difetti difficilmente individuabile tramite i tradizionali mezzi e metodi di collaudo ICT o funzionale, come quelli presenti sugli stadi di input/output degli integrati (dovuti a volte al verificarsi di cariche elettrostatiche), le dispersioni di corrente e le impedenze parassite; questi vengono rilevati con una tecnica basata sulla misura dell'impedenza dei nodi, che consente di individuare velocemente anche la presenza di cortocircuiti. Anziché eseguire un test parametrico su ogni componente e verificare estensivamente l'assenza di cortocircuiti e pin aperti, questo metodo consente di “leggere” che ogni singola net presenti un comportamento conforme a quello atteso, riducendo così enormemente i tempi di test. La tecnica di misura ai nodi permette di rilevare la presenza di eventuali difetti anche nelle porzioni di scheda non direttamente contattabili.
Boundary scan
Non esiste un unico modo per collaudare le schede elettroniche e l'elettronica in generale, è demandato all'ingegneria di collaudo scegliere quali test effettuare in risposta ad esigenze specifiche. Eseguire più passaggi di test non aggiunge valore aggiunto al prodotto, ma costituisce solo un costo; un test in meno del dovuto, al contrario non è un risparmio, ma una potenziale fonte di problemi di ritorno dal campo con la sicura insoddisfazione dei clienti. Da diversi anni dall'ingegneria di collaudo è arrivata l'indicazione di ampliare il processo di test introducendo il boundary scan. Il boundary scan è stato sviluppato per accedere ai punti più critici del circuito durante la fase di collaudo del PCB. Il gruppo che storicamente, parliamo della metà degli anni ottanta, lavorò allo sviluppo del boundary scan è conosciuto come Join Test Action Group (JTAG). Il principio di lavoro è concettualmente semplice. I tester boundary scan inviano una serie di segnali su porte designate all'ingresso di uno o più componenti e ne verificano l'integrità all'uscita. Questo strumento offre una soluzione complementare molto competitiva ai metodi tradizionali di controllo. Riduce in molti casi il costo delle attrezzature e offre una risposta veloce alle modifiche di progetto. I gruppi R&D, di engineering, industrializzazione, produzione e riparazione si trovano a condividere uno strumento comune e un ambiente capace di eseguire un gran numero di prove e funzioni. In produzione l'incisività di questo strumento di test si evidenzia nella capacità di verificare la bontà dell'assemblaggio e nella velocità di programmazione in linea di flash memory e PLD.
Con questa tecnologia di test le informazioni di ritorno aiutano a migliorare le prestazioni del processo, riducono il time-to-market e nel caso di problemi o inefficienze la riprogrammazione dei dispositivi è notevolmente più veloce. Il ricorso al boundary scan offre la potenzialità di un'estrema personalizzazione dei prodotti senza tempi e costi aggiuntivi.
