Снижение стоимости тестирования с помощью периферийного сканирования

Производители оригинального оборудования (OEM) и контрактные производители (CM) заинтересованы в снижении стоимости изготовления и монтажа печатных плат. Для повышения конкурентоспособности продукции на мировом рынке компании все чаще переносят производство в страны с более дешевой рабочей силой.

Важной частью технологического процесса является тестирование собранных печатных плат. На рис. 1 показаны все этапы сборки печатных плат, включая нанесение паяльной пасты на пустую плату и последующую скоростную автоматическую установку компонентов поверхностного монтажа. Плата с установленными компонентами проходит через печь, в которой пайкой оплавлением припоя создаются паяные соединения между компонентами и контактными площадками. Однако на каждой стадии могут появляться дефекты, связанные в том числе с человеческим фактором или оборудованием. Один из заключительных этапов сборки печатной платы — тестирование, необходимое для проверки правильности установки компонентов и надежности паяных соединений. И именно здесь можно обнаружить дефекты и устранить их перед тем, как отправить собранную печатную плату на следующую производственную операцию.

Рис. 1. Производственная линия по сборке печатных плат

В общем случае тестирование собранных печатных плат включает следующие этапы:

1. Внутрисхемное тестирование — проверка печатной платы на наличие обрывов и коротких замыканий, проверка номиналов и типов компонентов (резисторов, конденсаторов, дросселей, диодов, биполярных и полевых транзисторов), тестирование платы при подаче питания, в частности измерение напряжения в контрольных точках и проверка правильности функционирования отдельных цифровых компонентов. К производственным дефектам обычно относятся обрывы, короткие замыкания, а также неправильно установленные компоненты.
2. Функциональное тестирование — проверка правильности функционирования устройства, собранного на печатной плате, при подаче питания. Дефекты представляют собой отказ выполнения той или иной функции.
3. Ремонт (предусматривает внутрисхемное и функциональное тестирование) — устранение дефектов платы, обнаруженных при внутрисхемном и функциональном тестировании.

На этапе тестирования опытных образов изделий (Designed for Test — DFT) проводится периферийное сканирование, основанное на стандарте IEEE 1149.1, описывающем диагностический порт и архитектуру периферийного сканирования цифровых интегральных схем (ИС) при тестировании компонентов на печатной плате. Схема периферийного сканирования имеет сдвиговые регистры, называемые ячейками периферийного сканирования, которые включены между выводами ИС и внутренней логической схемой (рис. 2). Ячейки позволяют управлять и наблюдать за изменениями сигналов на каждом входном и выходном выводе диагностируемой ИС. Если эти выводы соединены с выводами других ИС, оснащенных схемой периферийного сканирования, можно проверить целостность соединений каждой ИС.

Рис. 2. Периферийное сканирование для тестирования ИС и контроля целостности соединений

Периферийное сканирование — это важное решение для тестирования собранных печатных плат с ограниченным доступом к расположенным на них компонентам. Области применения периферийного сканирования могут быть расширены для проверки цифровых ИС, не оснащенных схемой периферийного сканирования, таких как память DDR, или для программирования, например флэш-памяти, ЭСППЗУ и других ИС с интерфейсом SPI. Кроме того, данный вид проверки позволяет выполнять и другие тесты, определенные на языке описания периферийного сканирования (BSDL), включая подачу специальных команд, поддерживающих внутренние функции диагностируемой ИС, в частности встроенное самотестирование (BIST).

Правильное проектирование печатной платы с учетом выполнения периферийного сканирования, начиная с ранних этапов разработки, способствует повышению эффективности производства таких изделий. Следовательно, с самого начала необходимо прорабатывать стратегию тестирования собранной печатной платы, чтобы максимально увеличить тестовое покрытие. Периферийное сканирование является неотъемлемой частью стратегии тестирования — от этапа разработки опытного образца до внедрения нового изделия и запуска серийного производства — для увеличения тестового покрытия на каждом этапе изготовления печатных плат и одновременного снижения стоимости тестирования.

Периферийное сканирование на этапе разработки опытного образца

С точки зрения себестоимости выпуска продукции производителям будет выгодно выдвигать требования к разработчикам печатной платы, предусматривающие возможности ее периферийного сканирования еще на этапе создания опытных образцов, перед сборкой платы (рис. 3).

Рис. 3. Реализация периферийного сканирования от этапа разработки опытного образца до этапов внедрения нового изделия и запуска в производство

Это позволит разработчику печатной платы быть уверенным в том, что за счет максимального тестового покрытия возможные конструктивные дефекты платы будут выявлены. В результате сроки выхода на рынок готового изделия будут сокращены благодаря минимизации потерь времени на тестирование на этапах жизненного цикла продукции — выхода на рынок и серийного производства.

Еще одним преимуществом использования периферийного сканирования на этапе создания опытного образца станет возможность для разработчика определить, какие цепи платы не потребуют отдельных контрольных точек. Кроме того, инженер может заранее подобрать тесты, для выполнения которых необходимо периферийное сканирование, и одновременно назначать контрольные точки для других цепей, подлежащих только внутрисхемному тестированию.

Периферийное сканирование на этапе внедрения нового изделия

Успешная реализация периферийного сканирования при разработке опытного образца гарантирует его эффективное применение на этапе внедрения нового изделия. На этой стадии разрабатывается программа внутри-схемного тестирования как части общей стратегии тестирования, и изготавливается специальная тестовая оснастка. Использование периферийного сканирования в данном случае имеет ряд преимуществ:

1. Если программа тестирования методом периферийного сканирования создана и отлажена на этапе разработки опытного образца, это значительно сокращает время разработки внутрисхемного теста.
2. На этапе разработки опытного образца цепи, подлежащие тестированию методом периферийного сканирования, идентифицируются и рассматриваются отдельно от цепей, для которых требуется внутрисхемное тестирование. Уменьшение числа контрольных точек для внутрисхемного тестирования приводит к снижению его стоимости, поскольку для него требуется меньше аналоговых и цифровых линий ввода/вывода.
3. Стоимость тестовой оснастки снижается при уменьшении числа контрольных точек на печатной плате.
4. Сокращение общих расходов на разработку программы внутрисхемного тестирования за счет того, что программа тестирования методом периферийного сканирования уже создана на этапе разработки опытного образца.

Периферийное сканирование на этапе серийного производства

Программы тестирования методом периферийного сканирования, созданные на этапе разработки опытного образца и дополненные внутрисхемным тестированием на стадии внедрения нового изделия, можно использовать на различных участках в процессе серийного производства (рис. 4):

1. Станция внутрисхемного тестирования — тестирование методом периферийного сканирования по программе, созданной на этапе разработки опытного образца и этапе внедрения нового изделия, можно интегрировать в программу внутрисхемного тестирования.
2. Ремонтная станция внутрисхемного тестирования — ту же программу периферийного сканирования можно использовать для локализации дефектов в процессе ремонта.
3. Станция функционального тестирования — ту же программу периферийного сканирования можно интегрировать с программой функционального тестирования.
4. Ремонтная станция функционального тестирования — ту же программу периферийного сканирования можно применить для локализации дефектов в процессе ремонта.

Рис. 4. Периферийное сканирование на различных производственных участках

Заключение

Применение периферийного сканирования на всех этапах производства и тестирования изделий позволяет не только снизить стоимость тестирования за счет повторного использования контрольно-измерительного оборудования и программного обеспечения, но и увеличить тестовое покрытие. Использование одних и тех же программ периферийного сканирования на испытательных станциях гарантирует высокое качество тестирования на всех станциях. Оператор производственной линии и специалисты могут лучше анализировать дефекты, обнаруженные на разных станциях, и легко устранять их на всех этапах производственного тестирования.