L'Importanza delle Load Board nei Test dei Semiconduttori

La Scheda di Carico (LB) è un circuito stampato appositamente progettato che funge da collegamento meccanico ed elettrico tra l'analizzatore (ATE) e il dispositivo in fase di test. Le Schede di Carico hanno dimensioni fisiche precise e devono adattarsi perfettamente all'interno dell'analizzatore. In genere, una scheda di carico è composta da due punti di interfaccia: Un'interfaccia è rivolta verso l'unità manipolatrice dell'analizzatore. Il manipolatore è un'unità robotizzata pick-and-place che rimuove il DUT dal vassoio e lo inserisce nel socket. Il secondo punto di interfaccia è rivolto verso il basso, verso i perni a molla (pogo pins) dell'analizzatore. Questi sono le porte di I/O dell'analizzatore, che collegano elettricamente l'analizzatore al DUT.

Proprietà della Scheda di Carico

Una LB ben costruita è elettricamente impercettibile e non aggiunge distorsioni o ritardi ai segnali del DUT. La Scheda di Carico dovrebbe essere in grado di supportare tutti i test eseguiti sull'analizzatore ed essere sufficientemente versatile da accogliere test futuri (ad esempio, estendendo la soluzione di test per includere test paralleli quadrupli).

Molti ingegneri di test mirano a mantenere tutti i componenti attivi fuori dalla LB e avere solo i componenti passivi necessari per abilitare la funzionalità dell'ASIC. La tendenza a semplificare la Scheda di Carico nasce dal desiderio di ridurre la probabilità di un guasto durante la fase di assemblaggio, che potrebbe causare l'arresto della linea di produzione. Il tempo necessario per risolvere un problema emerge quando la Scheda di Carico è complessa.

Vari analizzatori (ATE) richiedono dimensioni diverse per la LB. Tuttavia, tutte le Schede di Carico sono costituite dagli stessi elementi:

• Socket per l'ASIC DUT con pad di interfaccia per l'analizzatore
• Rinforzo per aumentare la resistenza meccanica.
• Alcuni componenti in base alle esigenze del DUT (R, C, ecc.)
• Connettori per la fase di Probe

In condizioni specifiche, oltre ad essere una scheda di interfaccia, la LB può anche integrare capacità di test sulla scheda stessa. Quando l'analizzatore da solo non può supportare un determinato compito di test, questo può essere condotto direttamente sulla LB.

Regole di configurazione per la scheda di carico

Una Scheda di Carico può essere progettata da praticamente qualsiasi progettista di layout o PCB; l'unico requisito è una comprensione di base dei concetti di test e della Scheda di Carico. Una LB è spesso composta da materiale RF4 ed è estremamente spessa, con almeno 20 strati.

Le considerazioni di progettazione della Scheda di Carico sono paragonabili a quelle per altri PCB. Distribuzione dell'alimentazione, instradamento del segnale di clock, instradamento di trasmissione ad alta velocità, integrità del segnale, lunghezza dei tracciati — questi standard di progettazione si applicano anche qui. In alcune condizioni, è prudente eseguire alcune simulazioni elettriche, specialmente per garantire le prestazioni del segnale RF.

Dopo che il layout è completato, il passo successivo è creare/fabbricare i servizi della scheda e assemblare la scheda con i vari componenti passivi o attivi e i socket.

La scheda di carico è un componente cruciale del sistema di test ASIC. Realizzare un progetto solido ma semplice per garantire meno problemi di assemblaggio; se possibile, conservare una scheda di riserva.

Sebbene ci sia sempre stata la necessità di convalidare la scheda di carico, il passaggio alla tecnologia a montaggio superficiale (SMT) ha aumentato la domanda. I socket per test IC con sonde a molla hanno introdotto un grande contatto elettromeccanico nell'insieme del connettore di test, che può potenzialmente influire negativamente sulla precisione e sull'integrità del test del package IC.

Una scheda di carico, nota anche come unità di interfaccia di test o scheda di prestazione, collega il circuito integrato in fase di test alla testa di test dell'analizzatore parametrico o dell'apparecchiatura di test automatizzata (ATE). Una scheda di carico è spesso costituita da un socket di test o contattore che trattiene un IC e si collega a un circuito stampato (PCB), noto anche come scheda DUT o ATE, che a sua volta si collega alla testa di test di un ATE.

Preferibilmente, la scheda di carico funge da contatto meccanico ed elettrico sostanzialmente semplice tra l'IC e l'ATE. Ciò consente una valutazione precisa e affidabile dell'integrità e delle prestazioni del circuito IC.

Testare una scheda di carico per verificarne la continuità prima di utilizzarla per testare un circuito integrato può far risparmiare tempo e denaro.

Convalida della Scheda di Carico

Esistono tre approcci significativi per convalidare le prestazioni della scheda di carico. Il metodo più elementare è la verifica manuale. In questo tipo di test, un ohmmetro cerca cortocircuiti o interruzioni tra le connessioni del socket di test verso l'IC e quelle della PCB verso l'ATE.

Sebbene questa strategia di test abbia dei limiti, può essere conveniente per dispositivi con un basso numero di pin, tipicamente inferiore a 50. Tuttavia, questo approccio di test non è né praticabile né conveniente per sistemi complessi con molte connessioni.

All'estremo opposto dello spettro, si potrebbe utilizzare lo stesso ATE da milioni di dollari impiegato per il test dei dispositivi per convalidare la scheda di carico. Questo metodo è costoso, inefficiente e può sprecare risorse di test critiche. Anche se l'ATE non è completamente utilizzato per i test IC, potrebbero essere necessari software aggiuntivi e altre modifiche per supportare la convalida della scheda di carico.

Una terza opzione utilizza un sistema di test specifico per schede di carico. Generalmente ha un costo inferiore rispetto all'ATE e un processo di test più rapido e affidabile rispetto al test manuale.

Un sistema di test specifico, come nella convalida manuale o tramite ATE, monitora la resistenza e le correnti di dispersione per garantire l'assenza di circuiti aperti o cortocircuiti nell'hardware di interfaccia. Un sistema specifico monitora la resistenza del circuito, le correnti di dispersione e la capacità e li confronta con valori noti.

Il sistema di test valuta inoltre le prestazioni di vari diodi raddrizzatori, diodi Zener e combinazioni di bus. Inoltre, le opzioni del sistema possono supportare il test di relè e componenti ad alta tensione che potrebbero essere inclusi nell'hardware della scheda di carico.

Un punto spesso sollevato è se l'impedenza debba essere valutata come parte del test della scheda di carico. L'impedenza e i ritardi di propagazione sono una conseguenza del processo di progettazione della scheda DUT, che include test utilizzando riflettometri nel dominio del tempo.

La flessibilità di un sistema di test specifico per schede di carico nel replicare diverse test head è una caratteristica chiave. Deve fornire un'ampia gamma di emulatori di test head per verificare con precisione le prestazioni delle schede di carico per diversi tipi di ATE.

La flessibilità e l'adattabilità di un sistema di test sono strettamente legate alla velocità e alla facilità con cui un emulatore di test head può essere sostituito da un altro. Un sistema di test specifico è collocato nell'officina di manutenzione del produttore piuttosto che sul piano di test, quindi strumenti e altre apparecchiature diagnostiche sono facilmente accessibili, risparmiando ulteriore tempo significativo.

Un sistema di test specifico per schede di carico offre anche diverse possibilità di simulazione. Un test può essere inserito in un contattore o in un socket di test per eseguire un test di resistenza punto-punto tra i contatti del socket e i contatti della test head sulla PCB. Questa metodologia garantisce un buon collegamento fine-socket-PCB, particolarmente critico quando il socket è saldato alla PCB.

In alternativa, si installa un dispositivo in cortocircuito nel socket. Questo approccio utilizza un test di resistenza del percorso di ritorno equivalente per verificare la continuità. Infine, un emulatore di dispositivo personalizzato, spesso fornito dal produttore dell'IC, può verificare la continuità utilizzando un test di resistenza a catena margherita.

Un sistema di test specifico per schede di carico è utile anche per valutare e sostituire i contattori a molla nei socket SMT. Le interfacce SMT possono essere testate utilizzando un'apparecchiatura per la resistenza di contatto prima di essere montate sulla scheda di carico. L'apparecchiatura consente anche la diagnosi offline e la sostituzione dei contattori a molla difettosi.

Mentre i progettisti di semiconduttori continuano a integrare circuiti integrati che incorporano più componenti hardware in spazi più ridotti, con un numero maggiore di pin e passi più stretti, la verifica delle prestazioni del package degli IC diventerà progressivamente difficile. Verificare la scheda di carico prima di utilizzarla per i test degli IC può far risparmiare sia tempo che denaro. Utilizzare apparecchiature di test dedicate per le schede di carico consente inoltre di verificare le prestazioni di diversi progetti di schede di carico con una gamma di misurazione più ampia. Infine, ciò permetterà di archiviare e confrontare i dati di misurazione per stabilire programmi di manutenzione e sostituzione delle schede.