Il collaudo, come ogni fase del processo di assemblaggio di una scheda a circuito stampato, può trarre benefici dall’adozione di pratiche di produzione lean ispirate a principi di riduzione degli sprechi, perfezionamento dei processi tramite continui miglioramenti, coordinare domanda e produzione in funzione esclusivamente della prima, ecc. Se i principi del lean manufacturing fossero applicati al test circuitale, quale sarebbe la strategia di collaudo e la piattaforma hardware a cui? Una possibile soluzione possibile potrebbe essere l’adozione dell’innovativa architettura Opbt (Open Platform Board Test).
L’evoluzione del collaudo
La necessità di migliorare i risultati pur avendo a disposizione meno risorse ha cambiato profondamente il collaudo. Tra la fine degli anni ‘70 e l'inizio degli anni ‘80, la comparsa di schede sempre più complesse, con microprocessori sempre più potenti, mise in evidenza i limiti del collaudo funzionale e decretò il successo del collaudo in-circuit, realizzato con sistemi meno costosi, più semplici da programmare e con una capacità di identificare i guasti (fault coverage) adeguata. Tuttavia gli ulteriori sviluppi tecnologici, con l’esigenza di utilizzare vettori digitali di prova sempre più sofisticati per il backdrive oppure con la comparsa di prove combinazionali, hanno complicato in termini di costo e di tempi di sviluppo anche il collaudo in-circuit; oggi queste piattaforme sono ancora le più diffuse ma forse la situazione economica attuale impone di pensare alla successiva evoluzione perché potremmo essere alla fine di un’era, come è successo per il collaudo funzionale, per varie ragioni. In primis, la difficoltà di accedere ai nodi del circuito elettrico, perché questo è il prezzo da pagare alla miniaturizzazione che prevede componenti sempre più complessi montati in spazi sempre più ridotti, con conseguenti problemi di contattazione per i letti di aghi e rischi di insufficiente copertura dei possibili guasti. Inoltre, i cambiamenti nella tipologia di guasti o errori da identificare, perché i progressi nelle tecnologie dei semiconduttori hanno reso i difetti dei componenti, in particolare quelli digitali, molto più rari rispetto al passato, mentre la diffusione di tecniche di assemblaggio automatico ha reso particolarmente importante il controllo degli eventuali difetti introdotti dai processi di saldatura o di montaggio. Infine, ma non meno importante, il fatto che le sono sempre più scarse le risorse economiche (e di conseguenza anche le risorse umane con competenze specifiche) disponibili per costituire gruppi di lavoro dedicate allo sviluppo delle metodologie di collaudo e alla gestione e programmazione di sistemi Ate complessi. Il risultato complessivo di tali fattori è la riduzione della copertura garantita dalle piattaforme di collaudo in-circuit tradizionali e la necessità quindi di passare a un approccio diverso, concentrato sulle fasi a maggior valore aggiunto. In particolare, nel caso del collaudo, focalizzando l’attenzione su due obiettivi, cioè utilizzare il collaudo come misura della qualità del processo di produzione a monte (in termini di resa cumulativa o first pass yield) e identificare la presenza di difetti diagnosticandoli efficacemente per adottare misure adeguate nelle successive fasi di processo, in modo da creare un valore aggiunto quantificabile anche durante le operazioni di test, nel minor tempo possibile e al minor costo possibile.
La strategia ideale in una piattaforma unificata
La strategia ideale sarebbe approntare un unico processo sfruttando quattro tipi di tecnologie: in-circuit, boundary scan, Structural Functional Test, collaudo funzionale di fabbrica. Il collaudo in-circuit rimane ancora per molte schede la soluzione più efficace per monitorare i difetti di produzione mentre il boundary scan (IEEE 1149.1) a sua volta pernmette di ovviare alla carenza di punti di test effettuando la scansione tramite interconnessioni (cortocircuiti o circuiti aperti) virtuali per identificare se i dispositivi sono presenti. Il collaudo strutturale funzionale (SFT) comprende una vasta categoria di collaudi delle funzioni di trasferimento, (stimolazione degli ingressi e misura dei valori in uscita di tensione, corrente, frequenza, per identificare difetti del circuito o di un dispositivo). Rispetto ad altre tecniche di test funzionale non prevede la verifica dei i parametri di funzionamento e dell’integrità della scheda completa, ma l’obiettivo è quello di individuare i difetti di componenti o circuiti che non potrebbero essere rilevati da Ict e boundary scan. Può essere difficile da attuare perché ogni circuito ha un diverso insieme di caratteristiche di funzionamento analogico o a segnali misti e spesso richiede una soluzione personalizzata (e quindi costosa) per l'aggiunta di strumentazione specializzata. Oltre ai problemi di implementazione, quasi tutte le misure Sfta frequenza superiori a pochi kilohertz non possono essere effettuate se la scheda è fisicamente collegato al letto d'aghi di un Ate per in-circuit, richiedendo quindi un doppio fixturing. Il test funzionale di fabbrica o di produzione consente invece di collaudare il prodotto dopo il montaggio e la programmazione di eventuali microprocessori, logiche programmabili e memorie flash, snellendo di fatto l’intero processo produttivo.
Un sistema di collaudo aperto
L’idea della piattaforma unificata risale all’introduzione dei sistemi Ate combinati, ma si è dimostrata difficilmente percorribile, proprio per le caratteristiche delle piattaforme; anche se i costruttori sostengono l’uso dei sistemi aperti, ad esempio utilizzando il sistema operativo Unix o strumentazione basata su VXI, nei sistemi rimangono sempre caratteristiche proprietarie tali da rendere quasi impossibili l’aggiunta di hardware o software di terze parti, anche perché il sistema operativo a livello macchina degli Ate è in genere fortemente dipendente dall’hardware senza interfacce che permettano l’integrazione di altri sistemi, le stesse architetture di commutazione di molti Ate male si adattano alle esigenze del collaudo funzionale e le architetture di sistema non prevedono spazi disponibili per aggiungere fixture, alimentazioni e altri add-on. Tuttavia, come è stato dimostrato dall’evoluzione degli Ate per semiconduttori, la definizione di una sistema di collaudo aperto è possibile se si seguono alcune linee progettuali che garantiscano riconfigurabilità architetturale di hardware, software e fixturing e la possibilità di aggiungere (o rimuovere) strumentazione, matrici di commutazione, letti di aghi, in modo rapido e semplice. Questo è il concetto che sta alla base dei sistemi Opbt proposti da CheckSum. Il collaudo in-circuit rimane fondamentale per la strategia Opbt e fornisce un’elevata copertura per le schede più complesse, ma l’architettura è tale da consentire l’integrazione di funzioni boundary scan e Sft oltre alle funzioni di programmazione on board; la piattaforma di test consente quindi di espandere i canali di collaudo in-circuit e dispone di un’interfaccia in grado di ospitare schede di praticamente ogni dimensione, è basata su un sistema operativo standard de facto come Windows XP, e permette di integrare software di altri fornitori o degli utenti. Moduli opzionali con matrici di commutazione per segnali e alimentazioni sono già disponibili da terzi; la console di sistema dispone di sufficiente spazio fisico per strumenti, schede e moduli, l’interfaccia della fixture di contattazione include i punti di contatti ausiliari disponibili per potenza e segnali di routing e la piattaforma include un sistema flessibile di azionamento a doppio livello di fixture: un livello per i contatti di prova per in-circuit e un secondo livello per boundary scan e test funzionale, nonché programmazione.
