¿Qué es el Burn-in testing para electrónica?

Zachariah Peterson
|  Created: May 6, 2020  |  Updated: December 18, 2020
¿Qué es el Burn-in testing para electrónica?

Una vez que se está en la etapa de planificación para la producción de una nueva tarjeta, lo más probable es que también estés planificando una batería de pruebas para el nuevo producto. Estos test suelen enfocarse en la funcionalidad y, para tarjetas de alta velocidad/alta frecuencia, la integridad de la señal y de la potencia. Sin embargo, es posible que desee que su producto funcione continuamente durante un período de tiempo sumamente prolongado, con lo que necesitarás algunos datos para establecer un límite mínimo para la vida útil del producto.

Además de realizar in-circuit test (o ICT), pruebas funcionales y posiblemente también pruebas mecánicas, los componentes y las tarjetas per se también pueden beneficiarse de la realización de burn-in test. Si la idea es producir a gran escala, lo ideal es realizar este test antes de incrementar el volumen de producción.

¿Qué es el Burn-in Testing?

Durante el burn-in testing, los componentes en una tarjeta especial (llamada "tarjeta de burn-in") se someten a pruebas de estrés por encima de sus condiciones nominales de operación para eliminar cualquier componente que pudiese fallar prematuramente antes del fin de su vida útil nominal. Estas condiciones de operación pueden incluir la temperatura, el voltaje / corriente, la frecuencia de operación o cualesquiera otras condiciones de operación que estén especificadas como límite superior. Estos tipos de pruebas de estrés a veces se llaman pruebas de vida útil acelerada (un subconjunto de las pruebas HALT/HASS), puesto que simulan la operación de un componente durante un período de tiempo extendido y bajo condiciones extremas.

El objetivo de estas pruebas de fiabilidad es recopilar un conjunto de datos lo suficientemente amplio como para trazar una "curva de bañera" (se muestra un ejemplo a continuación). La porción inicial de la curva, denominada (de manera un tanto dramática) "mortalidad infantil", está compuesta por las fallas de los componentes debido a defectos de fabricación. Estas pruebas se suelen realizar a 125ºC

Bathtub curve in burn-in testing
Curva de "bañera" que ilustra la fiabilidad de un producto

Los test de burn-in y pruebas de estrés ambientales se pueden realizar con una tarjeta prototipo a 125ºC o a temperaturas superiores a la temperatura de transición vítrea para el material de sustrato deseado. Esto suministra algunos datos extremos acerca de fallos por estrés mecánico para la tarjeta, además de los datos de los fallos de los componentes. El burn-in testing comprende dos tipos de pruebas diferentes:

Pruebas estáticas

Una prueba de burn-in estática implica la aplicación de temperaturas y/o voltajes extremos a cada componente sin aplicar señales de entrada. Esta es una prueba de vida útil acelerada sencilla y de bajo coste. Lo único que hace falta es introducir las sondas en una cámara para pruebas ambientales, llevar la cámara a la temperatura deseada y aplicar el voltaje al dispositivo. Este tipo de prueba es particularmente eficaz como prueba térmica para simular el almacenamiento a temperaturas extremas. La aplicación de un voltaje estático durante la prueba no activa todos los nodos del dispositivo, así que no brinda una visión exhaustiva de la fiabilidad del componente.

Pruebas dinámicas

Este tipo de pruebas conllevan la aplicación de señales de entrada a cada componente mientras que la tarjeta de burn-in se expone a temperaturas y voltajes extremos. Esto brinda una visión más amplia de la fiabilidad de los componentes, porque permite evaluar la fiabilidad de los circuitos internos de los CI. El rendimiento puede monitorizarse durante una prueba dinámica, lo que ayuda a determinar qué puntos exactos de la tarjeta son más vulnerables ante fallas.

Cualquier burn-in test que produzca una falla debe ser motivo de la realización de una cuidadosa inspección. Esto es especialmente aplicable en las pruebas de estrés para tarjetas prototipo. Estas pruebas pueden ser largas y costosas en términos de los materiales y tiempo invertidos, pero son fundamentales para maximizar la vida útil de su producto y para calificar las decisiones de diseño. Estas pruebas abarcan mucho más que los test in-circuit y las pruebas funcionales, puesto que llevan al nuevo producto hasta su límite o punto de inflexión.

Pruebas de fiabilidad a nivel de tarjeta vs. a nivel de componente

Los burn-in test  no se refieren específicamente a las pruebas de estrés con tarjetas prototipo. A estos normalmente se les denominan ensayos HALT/HASS. Los test de burn-in, junto con otras pruebas de estrés/ambientales, pueden revelar tanto fallas a nivel de la tarjeta como fallas a nivel de los componentes. Estas pruebas se pueden realizar exactamente en las condiciones de operación especificadas, o por encima de estas.

Algunos diseñadores de tarjetas pueden mostrarse reacios a aceptar los resultados de los test de burn-in y otras pruebas de estrés realizadas por encima de las especificaciones de los componentes, o fuera de las condiciones de operación para la tarjeta y/o los componentes. La lógica detrás de esto es que la tarjeta y/o los componentes nunca estarán expuestos a tales condiciones de operación en el entorno previsto, de modo que los resultados no se consideran válidos. Esto demuestra una falta de comprensión del objetivo de los burn-in test y las pruebas de estrés en general.

Burn-in and stress testing
Las pruebas de estrés a nivel de la tarjeta pueden evitar este tipo de desastres en un nuevo diseño.

La ejecución de estas pruebas por encima de las especificaciones permite localizar una mayor cantidad de puntos de falla. La ejecución de múltiples pruebas en serie permite apreciar cómo van surgiendo estos puntos de falla con el tiempo, lo que a su vez ofrece una idea mucho más clara de la fiabilidad. La operación por encima de las especificaciones brinda una mayor aceleración de la vida útil de su producto y ofrece una mejor visión de la curva de "bañera".

El poder trabajar en los puntos de falla identificados durante una prueba por encima de las especificaciones, permite incrementar significativamente la vida útil de la tarjeta terminada. Si se tiene acceso a los datos de la cadena de suministro en el software de diseño, se pueden intercambiar muy fácilmente los componentes por otros con una mayor vida útil nominal. Todos estos pasos contribuyen considerablemente a incrementar la vida útil del producto final.

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Zachariah Peterson cuenta con una amplia experiencia técnica en el mundo académico y la industria. Antes de trabajar en la industria de PCB, enseñó en la Universidad Estatal de Portland. Realizó su investigación en Física MS sobre sensores de gas quimisortivo y su doctorado en Física Aplicada sobre teoría y estabilidad del láser aleatorio. Su experiencia en investigación científica abarca temas en láseres de nanopartículas, dispositivos semiconductores electrónicos y optoelectrónicos, sistemas ambientales y análisis financiero. Su trabajo ha sido publicado en varias revistas revisadas por pares y actas de conferencias, y ha escrito cientos de blogs técnicos sobre diseño de PCB para varias empresas. Zachariah trabaja con otras compañías en la industria de PCB proporcionando servicios de diseño e investigación. Es miembro de IEEE Photonics Society y de la American Physical Society.

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