أهمية لوحات التحميل في اختبار أشباه الموصلات

لوحة التحميل (LB) هي لوحة دوائر مطبوعة مصممة خصيصًا لتكون بمثابة وصلة ميكانيكية وكهربائية بين جهاز التحليل الآلي (ATE) والجهاز قيد الاختبار. تمتلك لوحات التحميل أبعادًا مادية واضحة ويجب أن تناسب بدقة داخل جهاز التحليل. كقاعدة عامة، تتكون لوحة التحميل من نقطتي اتصال: وجه واجهة واحد يتجه لأعلى نحو وحدة المناولة في جهاز التحليل. المناولة هو وحدة آلية لالتقاط ووضع تزيل جهاز الاختبار قيد الاختبار من الصينية وتدخله في المقبس. نقطة الاتصال الثانية تتجه لأسفل نحو دبابيس جهاز التحليل الزنبركية. هذه هي منافذ الإدخال/الإخراج لجهاز التحليل، والتي تربط جهاز التحليل كهربائيًا بجهاز الاختبار قيد الاختبار.

خصائص لوحة التحميل

اللوحة المصممة جيدًا تكون غير محسوسة كهربائيًا ولا تضيف أي تشويه أو تأخير لإشارات جهاز الاختبار قيد الاختبار. يجب أن تكون لوحة التحميل قادرة على دعم جميع الاختبارات التي يجريها جهاز التحليل وأن تكون مرنة بما يكفي لاستيعاب الاختبارات المستقبلية (على سبيل المثال، من خلال توسيع حل الاختبار لتشمل اختبار التوازي الرباعي).

يهدف العديد من مهندسي الاختبار إلى إبقاء جميع المكونات النشطة خارج لوحة التحميل وأن تحتوي فقط على المكونات السلبية اللازمة لتمكين وظيفة الدارة المتكاملة الخاصة بالتطبيق. ينبع اتجاه تحسين لوحة التحميل من الرغبة في تقليل احتمالية حدوث عطل خلال مرحلة التصنيع، مما قد يتسبب في توقف خط الإنتاج. الوقت اللازم لإصلاح مشكلة ينشأ عندما تكون لوحة التحميل معقدة.

أجهزة الاختبار المختلفة (ATE) تحتاج إلى أحجام مختلفة للوحات التحميل. ومع ذلك، تتكون جميع لوحات التحميل من عناصر متشابهة:

• مقبس لدارة ASIC قيد الاختبار مع وسادات واجهة لجهاز التحليل
• المقوي يزيد القوة الميكانيكية.
• بعض المكونات بناءً على احتياجات جهاز الاختبار قيد الاختبار (مقاومات، مكثفات، إلخ.)
• موصلات لمرحلة التحقيق

في ظروف محددة، بالإضافة إلى كونها لوحة واجهة، قد تتضمن لوحة التحميل أيضًا قدرات اختبار على اللوحة. عندما لا يستطيع جهاز التحليل وحده دعم مهمة اختبارية محددة، يمكن إجراؤها مباشرة على لوحة التحميل.

قواعد التكوين للوحة التحميل

يمكن تصميم لوحة التحميل من قبل أي مصمم تخطيط أو مهندس لوحات دوائر مطبوعة تقريبًا؛ المطلوب الوحيد هو فهم أساسي لمفاهيم الاختبار ولوحة التحميل. غالبًا ما تتكون لوحة التحميل من مادة RF4 وهي سميكة للغاية، بحد أدنى 20 طبقة.

اعتبارات تصميم لوحة التحميل مماثلة لتلك الخاصة بلوحات الدوائر المطبوعة الأخرى. توزيع إمداد الطاقة، توجيه إشارة الساعة، توجيه نقل البيانات عالي السرعة، سلامة الإشارة، طول الأسلاك — تنطبق معايير التصميم هذه هنا أيضًا. في بعض الظروف، من الحكمة إجراء بعض المحاكاة الكهربائية، خاصة لضمان أداء إشارة الترددات الراديوية.

بعد إنجاز التخطيط، الخطوة التالية هي إنشاء/تصنيع خدمات اللوحة وتجميع اللوحة مع المكونات السلبية أو النشطة المختلفة والمقابس.

لوحة التحميل هي مكون حاسم في نظام اختبار الدارة المتكاملة الخاصة بالتطبيق. اصنع تصميمًا قويًا وبسيطًا لضمان مشاكل تصنيع أقل؛ احفظ لوحة واحدة كنسخة احتياطية إذا أمكن.

بينما كان هناك دائمًا متطلبات للتحقق من لوحة التحميل، فإن التحول إلى تقنية التركيب السطحي (SMT) قد زاد الطلب. قدمت مقابس اختبار الدوائر المتكاملة ذات المسابر الزنبركية اتصالًا كهروميكانيكيًا كبيرًا لمجموعة موصل الاختبار، مما يمكن أن يؤثر سلبًا على دقة وسلامة اختبار حزمة الدائرة المتكاملة.

لوحة التحميل، والمعروفة أيضًا باسم وحدة واجهة الاختبار أو لوحة الأداء، تربط الدائرة المتكاملة قيد الاختبار برأس اختبار محلل المعلمات أو معدات الاختبار الآلي (ATE). غالبًا ما تتكون لوحة التحميل من مقبس اختبار أو ملامس يحمل الدائرة المتكاملة ويتصل بلوحة دوائر مطبوعة (PCB)، والمعروفة أيضًا باسم لوحة جهاز الاختبار قيد الاختبار أو لوحة ATE، والتي تتصل برأس اختبار معدات الاختبار الآلي.

يفضل أن تعمل لوحة الحمل كوصل ميكانيكي وكهربائي بسيط في الأساس بين الدائرة المتكاملة وجهاز اختبار المعدات الإلكترونية. وهذا يتيح تقييمًا دقيقًا وموثوقًا لسلامة وأداء دائرة الدائرة المتكاملة.

يمكن لاختبار لوحة الحمل للتأكد من استمرارية التوصيل قبل استخدامها لاختبار دائرة متكاملة أن يوفر الوقت والمال.

التحقق من لوحة الحمل

هناك ثلاث منهجيات رئيسية للتحقق من أداء لوحة الحمل. الطريقة الأكثر أساسية هي التحقق اليدوي. في هذا النوع من الاختبار، يبحث مقياس الأوم عن دوائر قصيرة أو مفتوحة بين وصلات مقبس الاختبار إلى الدائرة المتكاملة ووصلات لوحة الدوائر المطبوعة إلى جهاز اختبار المعدات الإلكترونية.

بينما لهذا الأسلوب من الاختبار حدود، إلا أنه يمكن أن يكون عمليًا للأجهزة ذات عدد دبابيس منخفض، عادة أقل من 50. ومع ذلك، فإن نهج الاختبار هذا ليس عمليًا ولا فعالًا من حيث التكلفة للأنظمة المعقدة ذات الوصلات الكثيرة.

على الطرف الآخر من الطيف، قد تستخدم نفس جهاز اختبار المعدات الإلكترونية البالغ قيمته مليون دولار الذي تستخدمه لاختبار الجهاز للتحقق من لوحة الحمل. هذه الطريقة مكلفة، غير فعالة، وقد تهدر موارد اختبار حرجة. حتى لو لم يكن جهاز اختبار المعدات الإلكترونية مستخدمًا بالكامل لاختبار الدوائر المتكاملة، فقد تكون هناك حاجة إلى برامج إضافية وتعديلات أخرى لدعم التحقق من لوحة الحمل.

الخيار الثالث يستخدم نظام اختبار محدد للوحة الحمل. يتمتع عمومًا بتكلفة أقل من جهاز اختبار المعدات الإلكترونية وبعملية اختبار أسرع وأكثر موثوقية من الاختبار اليدوي.

يقوم نظام اختبار محدد، مثل التحقق اليدوي أو بجهاز اختبار المعدات الإلكترونية للوحة الحمل، بمراقبة المقاومة وتيارات التسرب لضمان عدم وجود دوائر مفتوحة أو قصيرة في أجهزة الواجهة. يراقب النظام المحدد مقاومة الدائرة، وتيارات التسرب، والسعة ويقارنها بخصائص معروفة.

يقوم نظام الاختبار أيضًا بتقييم أداء مختلف الثنائيات المعدلة، والثنائيات الزينرية، ومجموعات الناقل. علاوة على ذلك، يمكن لخيارات النظام دعم اختبار المرحلات والمكونات عالية الجهد التي قد تكون مدرجة في أجهزة لوحة الحمل.

نقطة يطلبها الكثير هي ما إذا كان يجب تقييم المعاوقة كجزء من اختبار لوحة الحمل. المعاوقة وتأخيرات الانتشار هي نتيجة لعملية تصميم لوحة الجهاز قيد الاختبار، والتي تشمل الاختبار باستخدام مقاييس عاكس المجال الزمني.

مرونة نظام اختبار لوحة الحمل المحدد في محاكاة رؤوس اختبار مختلفة هي ميزة أساسية. يجب أن يوفر مجموعة واسعة من محاكيات رأس الاختبار للتحقق بدقة من أداء لوحات الحمل لأنواع مختلفة من أجهزة اختبار المعدات الإلكترونية.

مرونة وقابلية تكيف نظام الاختبار مرتبطان ارتباطًا وثيقًا بمدى سرعة وكفاءة استبدال محاكي رأس اختبار بآخر. يتم وضع نظام اختبار محدد في منشأة الصيانة الخاصة بالشركة المصنعة بدلاً من أرضية الاختبار، لذا فإن الأدوات وغيرها من معدات التشخيص متاحة بسهولة، مما يوفر وقتًا إضافيًا كبيرًا.

يوفر نظام اختبار لوحة الحمل المحدد أيضًا بعض إمكانيات المحاكاة. يمكن وضع اختبار في جهاز التلامس أو مقبس الاختبار لإجراء اختبار مقاومة من نقطة إلى نقطة بين جهات اتصال المقبس وجهات اتصال رأس الاختبار في لوحة الدوائر المطبوعة. يضمن هذا المنهج نهاية جيدة للمقبس إلى لوحة الدوائر المطبوعة، وهو أمر بالغ الأهمية خاصة عند توصيل المقبس بلوحة الدوائر المطبوعة.

بدلاً من ذلك، قم بتركيب جهاز ذو دارة قصيرة في المقبس. يستخدم هذا النهج اختبار مقاومة مسار العودة المكافئ للتحقق من الاستمرارية. أخيرًا، قد يتحقق محاكي جهاز مخصص، غالبًا ما يوفره مصمم الدائرة المتكاملة، من الاستمرارية باستخدام اختبار مقاومة سلسلة متعاقبة.

يكون نظام اختبار لوحة الحمل المحدد مفيدًا أيضًا لتقييم واستبدال أجهزة التلامس الزنبركية في مقابس التثبيت السطحي. يمكن اختبار واجهات التثبيت السطحي باستخدام جهاز مقاومة التلامس قبل تركيبها على لوحة الحمل. كما يتيح الجهاز التشخيص المنفصل واستبدال أجهزة التلامس الزنبركية المعطلة.

مع استمرار مصممي أشباه الموصلات في دمج الدوائر المتكاملة التي تحمل المزيد من المكونات في مساحات أصغر مع عدد أكبر من المسارات وتباعد أضيق، فإن التحقق من أداء حزمة الدائرة المتكاملة سيصبح أكثر صعوبة. يمكن للتحقق من لوحة الحمل قبل استخدامها لاختبار الدوائر المتكاملة توفير الوقت والمال. كما أن استخدام معدات اختبار مخصصة للوحة الحمل يتحقق من أداء تصاميم لوحات الحمل المختلفة بنطاق قياس أوسع. وأخيراً، سيمكن ذلك من تخزين ومقارنة بيانات القياس لوضع جداول صيانة واستبدال اللوحة.