Aufrufe: 0 Autor: Jun Balangue Veröffentlichungszeit: 08.07.2024 Herkunft: EE-Zeiten
Die Komplexität der Leiterplattenbestückung (PCBA) nimmt zu und damit auch der Bedarf an Tests zur Sicherstellung von Qualität, Zuverlässigkeit und Funktionalität in der Elektronikfertigung.
Da wir die Grenzen des Möglichen in der Elektronik immer weiter verschieben, wächst die Nachfrage nach zuverlässigen und leistungsstarken elektronischen Systemen weiter. Infolgedessen nimmt die Komplexität der Leiterplattenbestückung (PCBA) zu und damit auch der Bedarf an Tests zur Sicherstellung von Qualität, Zuverlässigkeit und Funktionalität in der Elektronikfertigung.
Mit fortschreitendem technologischen Fortschritt hat sich der Wunsch nach kompakten und aufwendig gestalteten Geräten deutlich verändert. Dies hat zu einer bedeutenden Weiterentwicklung des PCBA-Designs geführt, die durch zwei wichtige Entwicklungen gekennzeichnet ist:
Geräteminiaturisierung als Reaktion auf die wachsende Nachfrage nach immer kleineren und schnelleren Geräten. Infolgedessen erweitern Designer aktiv die Funktionalität der PCBA und erhöhen dadurch die Anzahl der Komponenten, die Testzugriff erfordern.
Es gibt ein hohes PCBA-Volumen, und obwohl die Zunahme des Testzugangs unvermeidlich ist, hat dieses Volumenwachstum zu einem Engpass bei In-Circuit-Testsystemen (ICT) geführt.
Um diese Herausforderungen zu bewältigen, müssen Technologien eingesetzt werden, die mehr Testknoten aufnehmen können. Letztlich bedeutet dies, die Kapazität zu erhöhen und die Bearbeitung größerer Platten zu ermöglichen.
Ein Kurztest ist ein Standardtest ohne Stromversorgung, der während der IKT durchgeführt wird. Dieser Test prüft auf unerwünschte Kurzschlüsse zwischen Komponenten auf einer PCBA. Der Kurztest trägt auch dazu bei, die Platine in der anschließenden Leistungstestphase vor Schäden zu schützen. Mit der Weiterentwicklung der Technologie hat die Verbreitung von Knoten mit hoher Impedanz zugenommen, was auf die wachsende Nachfrage nach Signalqualität, geringerem Stromverbrauch und verbesserter Funktionalität zurückzuführen ist.
Allerdings ist die kurze Testdauer für den Hochimpedanzknoten deutlich länger. Im Durchschnitt dauert das Testen eines Knotens mit hoher Impedanz dreimal so lange wie der Test eines Knotens mit niedriger Impedanz. Diese Diskrepanz beim Testen entsteht durch die einzigartigen Eigenschaften von Knoten mit hoher Impedanz, die aufgrund des geringen Stromflusses eine längere Stabilisierungszeit erfordern, und durch die Tatsache, dass geringe Rauschmengen die Messungen beeinflussen können. Daher müssen Tester das Testsignal über einen längeren Zeitraum anlegen, um die Spannung oder den Strom zu stabilisieren und genaue Messwerte zu gewährleisten. Auch die Kurzschlussisolierung ist komplex: Wenn ein Kurzschluss an einem Knoten mit hoher Impedanz erkannt wird, kann das Isolieren und Identifizieren der spezifischen kurzgeschlossenen Knoten ein komplexerer Prozess sein. Diese verlängerte Testzeit könnte möglicherweise den gesamten Testdurchsatz der Fertigungslinie beeinträchtigen und Herausforderungen für Effizienz und Produktionsgeschwindigkeit mit sich bringen.
Um den Herausforderungen beim Testen von Knoten mit hoher Impedanz gerecht zu werden, besteht der erweiterte Kurztest aus zwei Phasen: einer Erkennungsphase und einer Isolationsphase. Dieser neue Algorithmus wurde speziell entwickelt, um die Effizienz der Kurzschlusserkennung für Knoten mit hoher Impedanz zu verbessern. Er ist nicht auf Knoten mit niedriger Impedanz oder Knoten mit bekannten Kurzschlüssen anwendbar.
Abbildung 1: Hochohmige Knoten werden anhand der Binär-ID in Gruppen unterteilt und auf ihren Widerstand gemessen, um auf Kurzschlüsse zu prüfen.
Stellen Sie sich ein Szenario vor, in dem eine Platine 100 Knoten mit hoher Impedanz enthält. In diesem Fall hat jeder Knoten eine 7-Bit-Identifikatorlänge. Durch die Implementierung des erweiterten Kurztests wurde der Testprozess erheblich rationalisiert, sodass nur sieben statt 100 Iterationen zum Abschließen des Tests erforderlich waren. Folglich wird durch diese Reduzierung der Anzahl der Iterationen die Gesamttestdauer effektiv minimiert.
Wenn während der Isolationsphase ein Kurzschluss erkannt wird, verwendet die erweiterte Kurzschlusstestmethode die Halbierungstechnik, um die spezifischen Knoten zu lokalisieren, an denen der unerwartete Kurzschluss aufgetreten ist, und spiegelt damit den Standardalgorithmus wider. Ein wesentlicher Unterschied liegt jedoch in der Reihenfolge: Die kurzgeschlossenen Knoten werden zunächst von einer Gruppe und anschließend von der anderen identifiziert, wodurch die Effizienz des Identifizierungsprozesses optimiert wird.
Superkondensatoren, oft auch als SuperCaps bezeichnet, sind Kondensatoren, die sich durch ihre hohe Kapazität im Bereich von 1 Farad bis 100 Farad auszeichnen. Kondensatoren sind im Allgemeinen elektrochemische Geräte, die dazu dienen, Energie in Form elektrostatischer Energie zu speichern.
Die außergewöhnliche Energiespeicherkapazität von Superkondensatoren macht sie für eine Reihe von Anwendungen besonders wertvoll, beispielsweise für die Unterstützung von Elektro- und Hybridfahrzeugen (EVs/HEVs) und Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeugen (PHEVs). Sie werden für Stopp-Start-Funktionen, schnelle Beschleunigung und regenerative Bremsvorgänge eingesetzt.
Zusätzlich zu ihren Anwendungen im Automobilbereich dienen Superkondensatoren als sekundäre Stromquelle und versorgen kritische Systeme im Falle eines Ausfalls oder während Startvorgängen mit Notstrom. Darüber hinaus spielen sie eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung stabiler Spannungsniveaus im elektrischen System eines Fahrzeugs und verbessern so die Stromqualität. Diese Stabilität stellt sicher, dass empfindliche elektronische Komponenten eine konsistente und zuverlässige Stromversorgung erhalten, was zur Zuverlässigkeit und Leistung des Gesamtsystems beiträgt.
Daher ist es wichtig, Superkondensatoren präzise zu laden, zu testen und zu entladen.
Abbildung 2: SuperCap-Testverbindung
Die Leck- und Ruheströme spielen eine entscheidende Rolle für die Leistung verschiedener Geräte, darunter mobile Geräte, medizinische Geräte und Automobileinheiten. Diese Ströme sind besonders wichtige Indikatoren für den Energieverbrauch eines Geräts und geben Aufschluss darüber, wie lange die Batterie den Betrieb aufrechterhalten kann, bevor sie aufgeladen oder ausgetauscht werden muss.
In Automobilanwendungen verdeutlichen Motorsteuergeräte (ECUs), wie wichtig die Bewältigung von Leck- und Schlafströmen ist. Steuergeräte überwachen kritische Funktionen im Motorbetrieb, wie z. B. Klimatisierung, Airbag-Management und Antiblockiersysteme. Eine ineffiziente Handhabung dieser Ströme innerhalb von Steuergeräten kann zu einer unnötigen Belastung der Batterie führen, was zu einer verkürzten Batterielebensdauer und möglichen elektrischen Fehlfunktionen führen kann.
Abgesehen von Effizienzbedenken stellen Leckströme auch ein erhebliches Sicherheitsrisiko dar. Durch diese Ströme verursachte Fehlfunktionen können dazu führen, dass sich sicherheitskritische Schaltkreise in Steuergeräten unvorhersehbar verhalten, was möglicherweise zu gefährlichen Situationen führt. Beispielsweise könnten fehlerhafte Sicherheitssysteme dazu führen, dass Airbags bei einem Aufprall nicht ausgelöst werden. Angesichts dieser potenziellen Risiken sind sorgfältige Schwachstrommessungen unerlässlich.
Um eine umfassende Prüfung einer PCBA mit hoher Dichte zu erreichen, müssen Testpunkte an jedem elektrischen Knoten im gesamten Schaltkreis positioniert werden, damit der In-Circuit-Tester gründliche Komponenten- und Verbindungstests durchführen kann. Die Unterbringung von Testpunkten an allen elektrischen Knoten innerhalb einer dicht gepackten PCBA ist jedoch unpraktisch. Diese Einschränkung bei der Testpunktzuordnung führt zu einer Verringerung der Testabdeckung für eine PCBA mit hoher Dichte.
Dies kann durch die Einführung einer automatisierten Clusterbildung und Testgenerierung für diese Cluster behoben werden. Eine automatisierte Funktion berechnet die äquivalente Impedanz des passiven Analogclusters und vergleicht sie mit Messergebnissen. Anschließend Erstellung eines umfassenden Testplans, der auf die Messung von Clusterkomponenten auf dicht gepackten PCBAs zugeschnitten ist. Dies reduziert den Engineering-Aufwand, der für die manuelle Identifizierung von Clustern und die Generierung von Tests erforderlich ist, erheblich.
Abbildung 3: Gerätetypen und welche Geräte für den Clustertest akzeptiert werden.
Der erweiterte Cluster-Testalgorithmus wird im High-Density-In-Circuit-Tester eingeführt und stellt eine automatisierte Lösung für die Erstellung zuverlässiger passiver Gerätecluster und die Generierung von Testplänen dar. Durch die Nutzung der Leistungsfähigkeit eines Algorithmus aus der Advanced Cluster Library (ACL) wird eine effiziente Clusterbildung gewährleistet. Nachfolgende Phasen umfassen eine strenge Validierung der Hardwareanforderungen und tragen dazu bei, zuverlässige Cluster für Testzwecke zu identifizieren. Durch die Rationalisierung des Prozesses können selbst unerfahrene Testingenieure Tests effektiv durchführen. Diese Weiterentwicklung bietet Kunden das Potenzial, von einer verbesserten Testgenauigkeit, einer schnelleren Testdurchführung und einer höheren Zuverlässigkeit ihrer Produktionsprozesse zu profitieren, was alles durch den automatisierten Cluster-Testalgorithmus ermöglicht wird.
Um die heutigen Herausforderungen bei PCBA-Tests zu bewältigen, ist es wichtig, die Anzahl der Iterationen zu reduzieren und damit die Testdauer für PCBAs mit hoher Dichte zu verkürzen. Durch die Ermöglichung kürzerer Testzeiten und die Neugestaltung der Testabdeckung können Hersteller die Komplexität bewältigen.
Quelle: EE Times
