A Importância das Placas de Carga na Testagem de Semicondutores

A Placa de Carga (LB) é uma placa de circuito impresso especialmente projetada que serve como uma conexão mecânica e elétrica entre o analisador (ATE) e o equipamento em teste. As Placas de Carga possuem dimensões físicas específicas e devem se encaixar com precisão dentro do analisador. Em geral, uma placa de carga consiste em dois pontos de conexão: Uma interface voltada para cima, conectada à unidade manipuladora do analisador. O manipulador é uma unidade automatizada de pegar e colocar que remove o DUT do suporte e o insere no soquete. O segundo ponto de conexão fica voltado para baixo, conectando-se aos pinos "pogo" do analisador. Estes são os portos de E/S do analisador, que conectam eletricamente o analisador ao DUT.

Propriedades da Placa de Carga

Uma LB bem construída é eletricamente imperceptível e não adiciona distorção ou atraso aos sinais do DUT. A Placa de Carga deve ser capaz de suportar todos os testes realizados no analisador e ser suficientemente versátil para acomodar testes futuros (por exemplo, ao estender a solução de teste para incluir testes quad de igualdade).

Muitos engenheiros de teste pretendem manter todos os componentes ativos fora da LB e ter apenas os componentes passivos necessários para habilitar a funcionalidade do ASIC. A tendência de simplificar a Placa de Carga surge do desejo de reduzir a probabilidade de uma falha durante a fase de fabricação, o que poderia parar a linha de produção. O tempo necessário para corrigir um problema surge quando a Placa de Carga é refinada.

Vários analisadores (ATEs) necessitam de tamanhos diferentes de LB. No entanto, todas as Placas de Carga consistem nos mesmos elementos:

• Soquete para o ASIC DUT com almofadas de interface para o analisador
• Reforço para aumentar a resistência mecânica.
• Alguns componentes baseados nas necessidades do DUT (R, C, etc.)
• Conectores para o estágio de Investigação

Em condições específicas, além de ser uma placa de interface, a LB também pode incorporar capacidades de teste na placa. Quando o analisador sozinho não consegue suportar uma tarefa de teste específica, ela pode ser conduzida diretamente na LB.

Regras de configuração para a placa de carga

Uma Placa de Carga pode ser projetada por praticamente qualquer engenheiro de layout ou PCB; o único requisito é um entendimento básico dos conceitos de teste e Placa de Carga. Uma LB é frequentemente composta de material RF4 e é extremamente espessa, com pelo menos 20 camadas.

As considerações de projeto da Placa de Carga são comparáveis às de outras PCBs. Distribuição da fonte de alimentação, roteamento do sinal de clock, roteamento de transmissão de alta velocidade, integridade do sinal, comprimento do fio — esses padrões de projeto também se aplicam aqui. Em certas condições, é prudente realizar alguma simulação elétrica, especialmente para garantir o desempenho do sinal RF.

Após o layout ser concluído, o passo seguinte é criar/fabricar os serviços da placa e montar a placa com os vários componentes passivos ou ativos e soquetes.

A placa de carga é um componente crucial do sistema de teste de ASIC. Faça um projeto robusto, porém simples, para garantir menos problemas de fabricação; mantenha uma placa de reserva se possível.

Embora sempre tenha havido uma necessidade de validação da placa de carga, a mudança para a tecnologia de montagem em superfície (SMT) aumentou a demanda. Soquetes de teste de CI com testes de mola introduziram um grande contato eletromecânico no conjunto do conector de teste, o que pode afetar negativamente a precisão e integridade do teste do pacote de CI.

Uma placa de carga, também conhecida como unidade de interface de teste ou placa de desempenho, conecta o circuito integrado em teste ao cabeçote de teste do analisador paramétrico ou equipamento de teste automatizado (ATE). Uma placa de carga é frequentemente feita de um soquete de teste ou contator que segura um CI e se conecta a uma placa de circuito impresso (PCB), também conhecida como placa DUT ou ATE, que se conecta ao cabeçote de teste de um ATE.

Preferencialmente, a placa de carga serve como um contato mecânico e elétrico basicamente simples entre o CI e o ATE. Isto permite uma avaliação precisa e confiável da integridade e desempenho do circuito do CI.

Testar uma placa de carga quanto à continuidade antes de usá-la para testar um circuito integrado pode economizar tempo e dinheiro.

Confirmação da Placa de Carga

Existem três metodologias significativas para confirmar o desempenho da placa de carga. O método mais básico é a verificação manual. Neste tipo de teste, um ohmímetro procura por curtos-circuitos ou aberturas entre as conexões do soquete de teste para o CI e da PCB para o ATE.

Embora esta estratégia de teste tenha limitações, pode ser prática para dispositivos com baixa contagem de pinos, normalmente abaixo de 50. No entanto, esta abordagem de teste não é nem prática nem inteligente para sistemas complexos com muitas conexões.

No extremo oposto do espectro, pode-se usar o mesmo ATE de milhões de dólares usado para teste de dispositivos para validar a placa de carga. Este método é caro, ineficiente e pode desperdiçar recursos críticos de teste. Mesmo que o ATE não seja totalmente utilizado para testes de CI, podem ser necessários softwares adicionais e outras alterações para auxiliar na confirmação da placa de carga.

Uma terceira opção utiliza um sistema de teste de placa de carga específico. Geralmente tem um custo menor que o ATE e um processo de teste mais rápido e confiável do que o teste manual.

Um sistema de teste específico, como na confirmação manual ou por ATE, monitora a resistência e as correntes de fuga para garantir que não haja circuitos abertos ou curtos no hardware da interface. Um sistema específico monitora a resistência do circuito, correntes de fuga e capacitância, e os compara com valores conhecidos.

O sistema de teste também avalia o desempenho de vários diodos retificadores, diodos zener e combinações de barramentos. Além disso, opções do sistema podem suportar o teste de relés e componentes de alta tensão que possam estar incluídos no hardware da placa de carga.

Um ponto frequentemente questionado é se a impedância deve ser avaliada como parte do teste da placa de carga. A impedância e os atrasos de propagação são resultado do processo de projeto da placa do DUT, que inclui testes utilizando medidores de reflectometria no domínio do tempo.

A flexibilidade de um sistema de teste de placa de carga específico em emular diferentes cabeçotes de teste é uma característica fundamental. Ele deve fornecer uma ampla gama de simuladores de cabeçote de teste para verificar com precisão o desempenho das placas de carga para vários tipos de ATE.

A flexibilidade e adaptabilidade de um sistema de teste estão intimamente ligadas à rapidez e eficiência com que um simulador de cabeçote de teste pode ser substituído por outro. Um sistema de teste específico é instalado na oficina de manutenção do fabricante, e não na área de teste, portanto, ferramentas e outros equipamentos de diagnóstico estão facilmente acessíveis, economizando ainda mais tempo.

Um sistema de teste de placa de carga específico também oferece algumas possibilidades de simulação. Um teste pode ser colocado em um contator ou soquete de teste para realizar um teste de resistência ponto a ponto entre os contatos do soquete e os contatos do cabeçote de teste da PCB. Esta abordagem garante uma boa terminação soquete-PCB, o que é especialmente crítico quando o soquete está conectado à PCB.

Alternativamente, instala-se um dispositivo em curto no soquete. Esta abordagem utiliza um teste de resistência de caminho de retorno equivalente para confirmar a continuidade. Finalmente, um simulador de dispositivo personalizado, frequentemente fornecido pelo fabricante do CI, pode verificar a continuidade usando um teste de resistência em cadeia.

Um sistema de teste de placa de carga específico também é útil para avaliar e substituir contatores de mola em soquetes SMT. As interfaces SMT podem ser testadas usando um dispositivo de teste de resistência de contato antes de serem acopladas à placa de carga. O dispositivo também permite o diagnóstico offline e a substituição de contatores de mola com falha.

À medida que os designers de semicondutores continuam a incorporar CIs que carregam mais hardware em espaços mais modestos, com contagens de pinos mais elevadas e espaçamentos mais apertados, afirmar o desempenho do pacote de CI se tornará cada vez mais difícil. Verificar a placa de carga antes de usá-la para testes de CI pode economizar tempo e dinheiro. Utilizar equipamentos de teste dedicados para placas de carga também verifica o desempenho de diferentes projetos de placas de carga com uma faixa de medição mais ampla. Por fim, isso permitirá o armazenamento e a comparação de dados de medição para estabelecer cronogramas de manutenção e substituição das placas.