Применение функционального контроля

История функционального контроля (ФК) печатных узлов (ПУ) содержит подъемы и спады. Это первый вид контроля, автоматизированный в конце 60-х годов прошлого столетия. С наступлением эпохи внутрисхемного контроля* в конце 70-х ФК казался обреченным, так как внутрисхемный обещал более легкое и быстрое программирование и диагностирование. Однако направление развития развернулось: внутрисхемный контроль приобрел серьезную проблему – доступ к контрольным точкам ПУ, и ФК снова стал важен.

Сегодня электронные узлы после процессов сборки и монтажа проходят внутрисхемный контроль, за которым следует стадия функционального контроля, осуществляющего проверку работоспособности изделия и идентификацию того, относительно небольшого, числа дефектов, что не были обнаружены при внутрисхемном контроле. Известные достоинства последнего позволяют промышленникам прогнозировать его жизнеспособность в будущем, однако путь развития технологии ИС и рост плотности монтажа ПУ требуют создания новых подходов в контроле ПУ в новом десятилетии.

Прогноз развития ИС указывает на быстрое увеличение приборов с возрастающим числом выводов. Так, к 2012 году электронная промышленность получит до 2690 выводов на компонент. Более того, рост выводов идет рука об руку с тенденцией сохранения размеров ИС всех видов – корпус с матрицей штырьковых выводов, квадратный плоский корпус, корпус с матрицей шариковых выводов (BGA), с матрицей микрошариковых выводов. Плотность в сотни выводов на квадратный сантиметр не дает возможности доступа к ним с помощью контактронов или создания требуемых контактных площадок.

Усложняет проблему контроля и соответственно растущая плотность ПУ: 4000, 7000, 8000 и больше узловых точек, до 20–30 тыс. паяных соединений. В результате сокращается физический доступ для внутрисхемного контроля, визуальный доступ для ручного контроля, усложняется производственный процесс, повышается стоимость незавершенного производства, контактирующих приспособлений и разработки программ, затрудняются внутрисхемный контроль, ФК и ремонт. Добавочным фактором является и усложнение дефектов.

Поэтому производители сейчас работают над стратегиями контроля, способными удовлетворить будущие запросы. В далекой перспективе контроль может пойти в направлении встроенного самоконтроля на уровне платы и системы совместно с самодиагностированием и авторемонтом. Но вряд ли встроенный самоконтроль сможет заменить верификацию производственного процесса и продукции, пока не появятся новые средства его проектирования.

Эффективная стратегия контроля должна стремиться к максимизации тестового покрытия при минимальных затратах. Максимум покрытия наблюдается при сочетании рентгеновского/внутрисхемного/функционального контроля. Возможны и другие сочетания, например, автоматизированный оптический/функциональный контроль, но почти в каждое сочетание входит ФК.

Применение функционального контроля

Обычно ФК применяется на завершающем этапе производственного процесса и служит для приемки или отбраковки готовых ПУ перед их отправкой заказчику. Тестеры ФК, как правило, подключаются к тестируемым изделиям через концевой соединитель или контрольные точки и моделируют электрический режим, в котором будет работать ПУ при эксплуатации. При ФК проверяются рабочие характеристики изделия, т.е. ФК представляет собой средство гарантии качества работы электронного узла.

Применение ФК растет на финальной стадии производства ПУ и даже как операционного контроля. Сегодня ФК необходим для верификации полной функциональности, калибровки, обеспечения данных для процедур ISO 9000 и сертификации приложений с высоким риском, таких как медицинские приборы.

Перед проведением ФК следует знать испытуемое изделие: тип продукции, конфигурацию, ТУ контроля, запланированные точки контроля, предполагаемый объем выпуска, ожидаемый спектр неисправностей. Важно определить стимулы, прикладываемые к входам образца и набор специфических данных, поступающих с выхода. Единственной проблемой должен быть доступ к выводам соединителей. Однако плотность компонентов на плате – все же фактор, поэтому нужно решить, необходим ли доступ к схеме для калибровки, критично ли диагностирование на уровне компонента или конкретной области ПУ, выполнять зондирование вручную или с помощью робота и т.п.

Во многих случаях ФК приспосабливают для процедур годен/не годен из-за его медлительности при диагностировании отказов. Однако на некоторых производствах его возвращают обратно в производственный процесс. Пример – производство сотовых телефонов, где часто проводят ряд критичных измерений на уровне ПУ до окончательной сборки. Это объясняется доступностью готовых телефонов, которые конструируются так, чтобы сборка была дешевой и чтобы она не повторялась. Поэтому проверка функциональности до финального контроля может сэкономить расходы на ремонт, а также сократить скрап.

При большом объеме выпуска необходимо рассмотреть возможности автоматизации процесса контроля. Добавление стоимости устройства управления обычно не учитывается из-за роста производительности контроля. Контактные приспособления в зависимости от производственных задач могут быть простыми, как соединительные кабели, и сложными, как полностью автоматизированный контактрон. В некоторых случаях требуется зонд-манипулятор.

Архитектура современной автоматизированной аппаратуры ФК базируется на методе разделенных (совместно используемых) ресурсов, что в основном касается тестирования аналоговых устройств. По всей системе контроля размещены специализированные тестовые ресурсы с тем, чтобы обеспечивать наибольшую доступность к интерфейсу этой КИА. Возможности моделирования сигнала ограничены характеристиками отдельного измерительного прибора и его размещением.

Общий контроллер имеет доступ к средствам контроля через одну шину или сочетание стандартных коммуникационных шин. HHP-IB, VME/VXI/MXI, PCI/C-PCI, SCSI, последовательные коммуникации и т.д. – все используются как межсетевые (управляющие) интерфейсы, что составляет основной архитектурный признак системы тестирования. Основные подсистемы включают подсистему стимулов, измерительную подсистему и подсистему управления/коммуникации. Каждая из этих подсистем создается на базе измерительных приборов, распределенных по большей части системы тестирования. Матричный переключатель обеспечивает соединение любого числа входов с любым или всеми выходами.

Идеально испытуемый ПУ вначале полностью квалифицируется с помощью верификации проекта и опытного образца. Процесс верификации затем точно настраивается на создание наиболее эффективных тестовых процедур, которые гарантируют работоспособность изделия в течение эксплуатации. И система тестирования, предназначенная для ФК, реализует эти процедуры.

Наиболее простая и широко распространенная форма ФК – нагруженная модель, которая просто проверяет, правильно ли работает ПУ. В ПК, например, непроверенные карта или устройство могут быть вставлены вместо работающего блока того же типа. Хотя нагруженная модель – относительно дешевое решение, оно требует много времени для обслуживания и высокой квалификации оператора при поиске неисправностей.

Другая форма ФК – встроенное ПО. В основе метода – тест нагруженной модели. При правильной разработке для встроенного самотестирования такое ПО обеспечит жизнеспособное решение для ФК изделий в условиях нагруженной модели.

И третья форма – шинная эмуляция, основанная на предпосылке, что испытуемому ПУ не требуется реальный режим для его ФК. Тест с шинной эмуляцией можно легко разработать как вспомогательный при проведении процесса локализации неисправностей и для снятия характеристик ПУ в проектной фазе. Совместно с правильным цифровым устройством ввода/вывода шинная эмуляция способна создать мощные экономически эффективные средства, которые легко отвечают любым требованиям контроля.