Cos'è il test di burn-in per l'elettronica?

Una volta che stai pianificando la produzione di un nuovo circuito stampato, probabilmente stai anche pianificando una serie di test per il tuo nuovo prodotto. Questi test si concentrano spesso sulla funzionalità e, per schede ad alta velocità/alta frequenza, sull'integrità del segnale e dell'alimentazione. Tuttavia, potresti prevedere che il tuo prodotto debba funzionare per un periodo estremamente lungo, e avrai bisogno di alcuni dati per posizionare in modo affidabile un limite inferiore alla durata del tuo prodotto.

Oltre ai test in circuito, ai test funzionali e, possibilmente, ai test meccanici, i componenti e le schede stesse possono beneficiare dei test burn-in, ovvero i test di rodaggio. Se stai pianificando di produrre su larga scala, è meglio eseguire questi test prima di aumentare il volume di produzione.

Cosa sono i test di burn-in?

Durante i test di burn-in, i componenti su una scheda circuito speciale per il burn-in vengono sottoposti a stress pari o superiore alle loro condizioni operative nominali al fine di eliminare qualsiasi assemblaggio che potrebbe fallire prematuramente prima della durata nominale dei loro componenti. Queste varie condizioni operative possono includere temperatura, tensione/corrente, frequenza operativa o qualsiasi altra condizione operativa che è specificata come limite superiore. Questi tipi di test di stress sono talvolta chiamati test di durata accelerata (un sottogruppo di HALT/HASS), poiché imitano il funzionamento di un componente per un periodo di tempo prolungato e/o in condizioni estreme.

L'obiettivo di questi test di affidabilità è raccogliere abbastanza dati per formare una curva a vasca (un esempio è mostrato di seguito). La parte sfortunatamente denominata "mortalità infantile" comprende i fallimenti precoci dei componenti a causa di difetti di fabbricazione. Questi test sono normalmente eseguiti a 125 °C, che si trova essere il limite superiore per i semiconduttori ad alta affidabilità. Il test potrebbe essere eseguito a varie temperature mentre è operato elettricamente per ottenere una visione completa dell'affidabilità del prodotto.

I test di rodaggio e i test di stress ambientale possono essere eseguiti con un prototipo di scheda a 125 °C, o al di sopra della temperatura di transizione vetrosa per il materiale di substrato previsto. Questo fornirà alcuni dati estremi sulle rotture da stress meccanico per la scheda insieme a dati sulle rotture dei componenti. Il test di rodaggio comprende due tipi diversi di test:

Test statici

Un burn-in statico consiste semplicemente nell'applicare temperature e/o tensioni estreme a ciascun componente senza applicare segnali di ingresso. Si tratta di un test di durata accelerata semplice ed economico. Le sonde devono semplicemente essere inserite in una camera ambientale, la camera viene portata alla temperatura desiderata, e il dispositivo viene portato alla tensione applicata desiderata. Questo tipo di test è meglio utilizzato come test termico per simulare la conservazione a temperature estreme. Applicare una tensione statica durante il test non attiverà tutti i nodi nel dispositivo, quindi non offre una visione completa dell'affidabilità del componente.

Test dinamici

Questo tipo di test coinvolge l'applicazione di segnali di ingresso a ciascun componente mentre una scheda di burn-in è esposta a temperature e tensioni estreme. Questo fornisce una visione più completa dell'affidabilità del componente, poiché la circuitazione interna nei circuiti integrati può essere valutata per l'affidabilità. Gli output possono essere monitorati durante un test dinamico, fornendo una certa visione di quali punti sulla scheda sono più vulnerabili al fallimento.

Qualsiasi test di burn-in che porta a un fallimento deve essere seguito da un'ispezione approfondita. Questo è particolarmente vero nei test di stress per i prototipi di schede. Questi test possono essere dispendiosi in termini di tempo e materiali, ma sono fondamentali per massimizzare la durata utile del tuo prodotto e qualificare le tue scelte progettuali. Questi test vanno ben oltre i test in circuito e i test funzionali, poiché stressano un nuovo prodotto fino al suo punto di rottura.

Test di affidabilità a livello di scheda vs. a livello di componente

I test di burn-in non si riferiscono specificamente ai test di stress con schede prototipo—questi vengono normalmente denominati HALT/HASS. I test di burn-in, insieme ad altri test ambientali/di stress, possono rivelare guasti a livello di scheda e a livello di componente. Questi test possono essere eseguiti esattamente secondo le specifiche o al di sopra delle condizioni operative specificate.

Alcuni progettisti di schede potrebbero essere riluttanti ad accettare i risultati dei test di burn-in e altri test di stress che sono al di sopra delle specifiche dei componenti, o al di fuori delle condizioni operative previste per la scheda/i componenti. La logica dietro a questo è che la scheda e/o i componenti non incontreranno mai tali condizioni operative quando saranno dispiegati nel loro ambiente previsto, quindi i risultati dei test non devono essere validi. Questo perde di vista il punto dei test di burn-in e dei test di stress in generale che sono oltre le specifiche.

Eseguire questi test oltre le specifiche permette di localizzare più punti di fallimento. Eseguire più test in serie ti permette di vedere come questi punti di fallimento emergono nel tempo, offrendoti una visione molto più chiara della affidabilità. Eseguire test oltre le specifiche semplicemente fornisce una maggiore accelerazione della vita utile del tuo prodotto e ti dà una visione più approfondita della curva della vasca da bagno.

Se riesci a risolvere i punti di fallimento identificati durante un test sovradimensionato, puoi aumentare significativamente la durata della tua scheda finita. Se hai accesso ai dati della catena di approvvigionamento nel tuo software di progettazione, puoi facilmente sostituire i componenti con alternative adatte che hanno durate nominali più lunghe. Tutti questi passaggi contribuiscono notevolmente ad aumentare la durata del tuo prodotto finito.

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