La Importancia de las Placas de Carga en las Pruebas de Semiconductores

La Placa de Carga (LB) es una placa de circuito impreso especialmente diseñada que actúa como una conexión mecánica y eléctrica entre el analizador (ATE) y el equipo que se está probando. Las Placas de Carga tienen dimensiones físicas específicas y deben encajar con precisión dentro del analizador. Por regla general, una placa de carga consta de dos puntos de interfaz: Una interfaz mira hacia arriba a la unidad manipuladora del analizador. El manipulador es una unidad robótica de pick-and-place que retira el DUT del soporte y lo inserta en el zócalo. El segundo punto de interfaz mira hacia abajo a los pines "pogo" del analizador. Estos son los puertos de entrada/salida del analizador, que conectan eléctricamente el analizador al DUT.

Propiedades de la Placa de Carga

Una LB bien construida es eléctricamente imperceptible y no añade distorsión o retraso a las señales del DUT. La Placa de Carga debe ser capaz de soportar todas las pruebas realizadas en el analizador y ser suficientemente versátil para acomodar pruebas futuras (por ejemplo, ampliando la solución de prueba para incluir pruebas cuádruples en paralelo).

Muchos ingenieros de pruebas pretenden mantener todos los componentes activos fuera de la LB y tener solo los componentes pasivos necesarios para habilitar la funcionalidad del ASIC. La tendencia de simplificar la Placa de Carga surge del deseo de reducir la probabilidad de una falla durante la etapa de fabricación, lo que podría detener la línea de producción. El tiempo que lleva solucionar un problema surge cuando la Placa de Carga es compleja.

Varios analizadores (ATEs) necesitan diferentes tamaños de LB. Sin embargo, todas las Placas de Carga constan de elementos similares:

• Zócalo para el ASIC DUT con almohadillas de interfaz para el analizador
• Refuerzo para incrementar la resistencia mecánica.
• Algunos componentes según las necesidades del DUT (R, C, etc.)
• Conectores para la etapa de Investigación

En condiciones específicas, además de ser una placa de interfaz, la LB también puede incluir capacidades de prueba en la propia placa. Cuando el analizador por sí solo no puede soportar una tarea de prueba específica, esta puede llevarse a cabo directamente en la LB.

Reglas de configuración para la placa de carga

Una Placa de Carga puede ser diseñada por prácticamente cualquier ingeniero de diseño o de PCB; lo único necesario es un conocimiento básico de los conceptos de prueba y de Placa de Carga. Una LB a menudo está compuesta de material RF4 y es extremadamente gruesa, con al menos 20 capas.

Las consideraciones de diseño de la Placa de Carga son comparables a las de otras PCBs. Distribución de la fuente de alimentación, enrutamiento de señales de reloj, enrutamiento de transmisión de alta velocidad, integridad de la señal, longitud del cableado — estos estándares de diseño también se aplican aquí. En ciertas condiciones, es aconsejable realizar alguna simulación eléctrica, especialmente para garantizar el rendimiento de la señal RF.

Después de que se completa el diseño, el siguiente paso es crear/fabricar los servicios de la placa y ensamblar la placa con los diversos componentes pasivos o activos y zócalos.

La placa de carga es un componente crucial del sistema de pruebas de ASIC. Cree un diseño sólido pero simple para garantizar menos problemas de fabricación; guarde una placa como respaldo si es posible.

Aunque siempre ha existido la necesidad de verificar la placa de carga, la transición a la tecnología de montaje superficial (SMT) ha aumentado la demanda. Los zócalos de prueba de CI con puntas de resorte han introducido un gran contacto electromecánico en el conjunto del conector de prueba, lo que puede afectar negativamente la precisión e integridad de la prueba del paquete del CI.

Una placa de carga, también conocida como unidad de interfaz de prueba o placa de rendimiento, conecta el circuito integrado bajo prueba al cabezal de prueba del analizador paramétrico o del equipo de prueba automatizado (ATE). Una placa de carga a menudo está hecha de un zócalo de prueba o contactor que sostiene un CI y se conecta a una placa de circuito impreso (PCB), también conocida como placa DUT o ATE, que se conecta al cabezal de prueba de un ATE.

Preferiblemente, la placa de carga sirve como un contacto mecánico y eléctrico básicamente sencillo entre el CI y el ATE. Esto permite una evaluación precisa y confiable de la integridad y el rendimiento del circuito del CI.

Probar una placa de carga en busca de continuidad antes de utilizarla para probar un circuito integrado puede ahorrar tiempo y dinero.

Verificación de la Placa de Carga

Existen tres enfoques principales para verificar el rendimiento de la placa de carga. El método más básico es la verificación manual. En este tipo de prueba, un óhmetro busca cortocircuitos o circuitos abiertos entre las conexiones del zócalo de prueba al CI y de la PCB al ATE.

Aunque esta estrategia de prueba tiene limitaciones, puede ser rentable para dispositivos con un bajo número de pines, generalmente menos de 50. Sin embargo, este enfoque de prueba no es ni práctico ni rentable para sistemas complejos con muchas conexiones.

En el extremo opuesto del espectro, se podría utilizar el mismo ATE de un millón de dólares que se usa para probar dispositivos para validar la placa de carga. Este método es costoso, ineficiente y puede desperdiciar recursos críticos de prueba. Incluso si el ATE no se utiliza completamente para pruebas de CI, podrían requerirse software adicional y otros cambios para respaldar la verificación de la placa de carga.

Una tercera opción utiliza un sistema de prueba de placas de carga específico. Generalmente tiene un costo menor que el ATE y un proceso de prueba más rápido y confiable que la prueba manual.

Un sistema de prueba específico, al igual que la verificación manual o con ATE de la placa de carga, monitorea la resistencia y las corrientes de fuga para garantizar que no haya circuitos abiertos o cortocircuitos en el hardware de interfaz. Un sistema específico monitorea la resistencia del circuito, las corrientes de fuga y la capacitancia, y los compara con valores conocidos.

El sistema de prueba también evalúa el rendimiento de varios diodos rectificadores, diodos Zener y combinaciones de buses. Además, las opciones del sistema pueden respaldar la prueba de relés y componentes de alto voltaje que podrían incluirse en el hardware de la placa de carga.

Un punto frecuentemente solicitado es si la impedancia debe evaluarse como parte de la prueba de la placa de carga. La impedancia y los retrasos de propagación son resultado del proceso de diseño de la placa del DUT, que incluye pruebas utilizando reflectómetros en el dominio del tiempo.

La flexibilidad de un sistema de prueba de placas de carga específico para emular diferentes cabezales de prueba es una característica clave. Debe proporcionar una amplia gama de emuladores de cabezal de prueba para verificar con precisión el rendimiento de las placas de carga para diferentes tipos de ATE.

La flexibilidad y adaptabilidad de un sistema de prueba están estrechamente ligadas a la rapidez y facilidad con que un emulador de cabezal de prueba puede ser reemplazado por otro. Un sistema de prueba específico se instala en el departamento de mantenimiento del fabricante en lugar de en la sala de pruebas, por lo que las herramientas y otro equipo de diagnóstico están fácilmente accesibles, ahorrando aún más tiempo.

Un sistema de prueba de placas de carga específico también ofrece varias posibilidades de emulación. Se puede colocar un test en un contactor o zócalo de prueba para realizar una prueba de resistencia punto a punto entre los contactos del zócalo y los contactos del cabezal de prueba de la PCB. Este enfoque garantiza un buen extremo de zócalo a PCB, lo cual es especialmente crítico cuando el zócalo está conectado a la PCB.

Alternativamente, se instala un dispositivo en cortocircuito en el zócalo. Este enfoque utiliza una prueba de resistencia de ruta de retorno equivalente para verificar la continuidad. Finalmente, un emulador de dispositivo personalizado, a menudo proporcionado por el fabricante del CI, puede verificar la continuidad utilizando una prueba de resistencia en cadena.

Un sistema de prueba de placas de carga específico también es útil para evaluar y reemplazar contactores de resorte en zócalos SMT. Las interfaces SMT pueden probarse utilizando un dispositivo de resistencia de contacto antes de unirse a la placa de carga. El dispositivo también permite el diagnóstico fuera de línea y el reemplazo de contactores de resorte defectuosos.

A medida que los diseñadores de semiconductores continúan integrando circuitos integrados que alojan más hardware en espacios más reducidos, con un mayor número de pines y distancias más estrechas, verificar el rendimiento del encapsulado de los CI se volverá cada vez más difícil. Confirmar la placa de carga antes de utilizarla para pruebas de CI puede ahorrar tanto tiempo como dinero. Utilizar equipos de prueba dedicados para placas de carga también permite verificar el rendimiento de diferentes diseños de placas de carga con un rango de medición más amplio. Finalmente, esto facilitará el almacenamiento y la comparación de datos de medición para establecer programas de mantenimiento y reemplazo de placas.