¿Qué es el "Burn in testing" en electrónica?

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

Además de realizar pruebas en circuito, pruebas funcionales y posiblemente también pruebas mecánicas, los componentes y las placas pueden beneficiarse de la realización de un "burn-in test" también llamadas pruebas de rodaje. Si la idea es producir a gran escala, lo ideal es realizar el burn-in test antes de aumentar el volumen de producción.

¿Qué es el Burn-in Testing?

Durante el "burn-in test", los componentes en una placa de circuito especial de rodaje o "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, la tensión / corriente, la frecuencia de operación o cualquier otra condición de operación que se especifique 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 el funcionamiento de un componente durante un período de tiempo prolongado y/o en 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" (a continuación, se muestra un ejemplo). La porción inicial de la curva, denominada (de manera un tanto dramática) "mortalidad infantil", está compuesta por los fallos de los componentes debido a defectos de fabricación. Estas pruebas se suelen realizar a 125ºC, que casualmente es el límite superior de los semiconductores de alta fiabilidad. La prueba podría realizarse a diversas temperaturas mientras se opera eléctricamente para obtener una visión completa de la fiabilidad del producto.

Las pruebas de burn-in y de estrés ambientales pueden realizarse con una tarjeta prototipo a 125ºC, o a temperaturas superiores a la temperatura de transición vítrea para el material de sustrato deseado. Esto proporcionará algunos datos extremos sobre fallos por estrés mecánico de la placa, además de los datos de los fallos de los componentes. El burn-in testing comprende dos tipos de pruebas distintas:

Pruebas estáticas de "burn-in"

Una prueba o test de burn-in estática implica aplicar temperaturas y/o tensiones extremas a cada componente sin aplicar señales de entrada. El burn-in test estático 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, la cámara se calienta y el dispositivo se somete a la tensión deseada. Este tipo de prueba es particularmente eficaz como prueba térmica para simular el almacenamiento a temperaturas extremas. La aplicación de una tensión estática durante la prueba o "burn-in" no activará todos los nodos del dispositivo, por lo que no ofrece una visión completa de la fiabilidad del componente. 

Pruebas dinámicas de "burn-in"

Este tipo de prueba dinámica de burn-in consiste en aplicar señales de entrada a cada componente mientras que la placa de burn-in se expone a temperaturas y tensiones extremas. Así se obtiene una visión más completa de la fiabilidad de los componentes, ya que permite evaluar la fiabilidad de los circuitos internos de los circuitos integrados. El rendimiento puede monitorizarse durante una prueba dinámica, lo que permite saber exactamente qué puntos de la placa son más vulnerables a los fallos. 

Cualquier burn-in test que provoque un fallo debe ir seguida de una inspección exhaustiva. Esto es especialmente aplicable en las pruebas de estrés de placas prototipo. Estas pruebas pueden ser largas y costosas en tiempo y materiales, pero son fundamentales para maximizar la vida útil de su producto y cualificar las decisiones de diseño. Estas pruebas van mucho más allá que las pruebas en circuito y las pruebas funcionales, ya que ponen a prueba un nuevo producto hasta su punto de ruptura.

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

Los burn-in test no se refieren específicamente a las pruebas de estrés con placas prototipo, que suelen denominarse ensayos HALT/HASS. Los test de burn-in, junto con otras pruebas ambientales y de estrés, pueden revelar tanto fallos a nivel de la placa como fallos a nivel de componentes. Estas pruebas se pueden realizar exactamente en las condiciones de funcionamiento especificadas, o por encima de estas.

Algunos diseñadores de placas 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 funcionamiento previstas para la placa y/o los componentes. La lógica detrás de esto es que la placa y/o los componentes nunca estarán expuestos a tales condiciones de funcionamiento cuando se desplieguen en el entorno previsto, de modo que los resultados de la prueba no se consideran válidos. Esto demuestra una falta de comprensión del objetivo de los burn-in test y las pruebas de estrés en general.

La ejecución de estas pruebas por encima de las especificaciones permite localizar más puntos de fallo. La ejecución de múltiples pruebas en serie permite apreciar cómo van surgiendo estos puntos de fallo a lo largo del tiempo, lo que a su vez ofrece una visión mucho más clara de la fiabilidad. Ejecutar por encima de las especificaciones simplemente proporciona una mayor aceleración de la vida útil del producto y ofrece una mejor visión de la "curva de bañera".

El poder trabajar en los puntos de fallo identificados durante una prueba de especificaciones excesivas, permite incrementar significativamente la vida útil de la placa 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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