eng
Выпуск #8/2025
Ю. Анисимов
Измерительная и испытательная оснастка. Программно-аппаратные комплексы от проектирования до контроля качества
Измерительная и испытательная оснастка. Программно-аппаратные комплексы от проектирования до контроля качества
Просмотры: 761
DOI: 10.22184/1992-4178.2025.250.8.68.74
ООО «АйСи Сокет» разрабатывает и производит измерительную и испытательную оснастку, в том числе контактирующие устройства любой сложности. В статье описываются различные типы такой оснастки, включая платы функционального контроля, электротермотренировки, платы-носители и платы-формирователи.
Ключевые слова: измерительная и испытательная оснастка, контактирующие устройства, тестовые станции, программное обеспечение
ООО «АйСи Сокет» разрабатывает и производит измерительную и испытательную оснастку, в том числе контактирующие устройства любой сложности. В статье описываются различные типы такой оснастки, включая платы функционального контроля, электротермотренировки, платы-носители и платы-формирователи.
Ключевые слова: измерительная и испытательная оснастка, контактирующие устройства, тестовые станции, программное обеспечение
Измерительная и испытательная оснастка. Программно-аппаратные комплексы
от проектирования до контроля качества
Ю. Анисимов
Современная микроэлектроника развивается стремительными темпами. Микросхемы становятся все более сложными, компактными и производительными – от простых логических элементов до многоядерных процессоров и систем на кристалле (SoC), объединяющих миллиарды транзисторов. Однако рост сложности требует и роста точности, надежности и контроля на всех этапах жизненного цикла изделия – от проектирования до постпродажного обслуживания.
Ключевую роль в обеспечении качества микросхем играет измерительная и испытательная оснастка. Это не просто приспособления – это высокотехнологичные инженерные решения, без которых невозможно ни валидировать дизайн, ни протестировать партию микросхем, ни подтвердить соответствие стандартам надежности. Наша компания разрабатывает
и производит измерительную и испытательную оснастку для различных задач. Рассмотрим подробнее, что она из себя представляет.
Измерительная оснастка – это вспомогательное оборудование (тестовая плата, контактирующее устройство и т. д.), обеспечивающее подачу, контроль и измерение электрических параметров до, во время и после воздействия внешних факторов на объект испытаний/измерений, разработанное в соответствии с техническими условиями для электронной компонентной базы отечественного производства и информационно-справочными материалами фирм-изготовителей для ЭКБ импортного производства.
Испытательная оснастка – это вспомогательное оборудование, предназначенное для передачи внешних воздействующих факторов на объект испытаний по средствам механического крепления объекта испытаний к испытательному оборудованию и обеспечивающее (при необходимости) подачу, контроль и измерение электрических параметров до, во время и после воздействия внешних факторов на объект испытаний/измерений.
Иными словами, измерительная и испытательная оснастка (ИИО) – это совокупность механических, электрических и программных средств, обеспечивающих физическое и электрическое соединение микросхемы с тестовым оборудованием (ATE – Automatic Test Equipment) для проведения измерений, функциональных и параметрических тестов.
В данной статье под микросхемой или объектом тестирования предлагаем понимать любое изделие электронной компонентной базы, для которого требуется оснастка. Это может быть как полупроводниковый прибор, так и пассивный компонент.
Важно не путать ИИО с самим тестовым оборудованием. ATE – это «мозг», генерирующий сигналы и анализирующий ответы, а ИИО – это «руки и нервы», которые доставляют эти сигналы к микросхеме и обратно, минимизируя искажения и потери.
Зачастую мы объединяем оснастку в комплексы и стенды с испытательным оборудованием, средствами измерения и комплексным программным обеспечением под специальные потребности для автоматизации тестирования.
С каждым годом микросхемы становятся сложнее – это напрямую влияет на сложность разработки оснастки. Специалисты компании «АйСи Сокет» понимают, что сегодняшнему производителю недостаточно печатной платы с набором пассивных компонентов. Современной электронике требуются комплексные системы, включающие специализированное программное обеспечение.
В этих условиях разработчикам и производителям микросхем тяжело выделить ресурсы для создания современной испытательной инфраструктуры. Для наших заказчиков мы накапливаем опыт внедрения испытательных стендов для различного измерительного оборудования, что позволяет предлагать оптимальные по стоимости
и срокам решения.
Мы предлагаем следующие ключевые компоненты и виды оснасток:
контактирующие устройства (КУ) – электрические соединители для установки микросхемы;
платы функционального контроля – платы с соединителями для подключения средств измерения, для проведения параметрического и функционального контроля микросхем;
платы-формирователи – обеспечивают задание различных электрических режимов, тестовых цифровых и аналоговых последовательностей, электрических сигналов на объект испытаний;
платы-носители – содержат одно или несколько контактирующих устройств для установки микросхем и предназначены для подключения к плате-формирователю;
платы электротермотренировки – совместно с испытательным оборудованием (термоконтроллеры и камеры) обеспечивают задание температурных и электрических режимов;
кабели, разъемы, переходники – обеспечивают соединение между ATE и объектом испытаний.
Разберем подробнее основные типы изделий, которыми мы обеспечиваем испытательные центры и других наших партнеров.
Контактирующие устройства почти всегда используются при изготовлении оснастки и обеспечивают возможность электрически соединить микросхему с оснасткой и средствами измерения без пайки. По контактирующим устройствам ООО «АйСи Сокет» представлял отдельную статью в настоящем журнале [1]. Контактирующее устройство может быть изготовлено в различных форм-факторах под разные корпуса микросхем. При необходимости мы оснащаем контактирующие устройства радиатором, воздушным или жидкостным охлаждением для отвода тепла от микросхемы, а также кельвин-контактом для точных измерений.
Платы функционального контроля наши инженеры обычно снабжают контактирующим устройством для установки одного объекта испытаний, а также множеством соединителей для подключения средств измерений. Средства измерений обеспечивают подачу напряжений питания, измерение токов потребления, контроль логических уровней, быстродействия цифровых цепей, снятие и задание аналоговых сигналов. Также на платах устанавливается обвязка, необходимая для работы микросхемы согласно документации.
Платы-формирователи могут задавать электрические режимы с использованием встраиваемого ПО, в том числе для микроконтроллеров или ПЛИС, расположенных на формирователе. Платы-формирователи могут содержать в себе органы управления, такие как кнопки и переключатели, для выбора режима и настройки микросхемы, а также индикаторы, светодиодные или полноценные экраны для вывода статуса работы микросхемы. С помощью шлейфов или электрических соединителей к формирователям подключаются платы-носители. Сами платы-носители могут быть установлены в испытательной камере. Плата-носитель может быть выполнена под распайку микросхемы, если контактирующее устройство не обеспечивает необходимого качества проведения испытаний.
Платы электротермотренировки – наши решения для проведения испытаний микросхем под электрической нагрузкой при повышенной температуре, а также при воздействии других климатических факторов, например, повышенного давления или влажности. Эти платы обычно снабжаются большим количеством контактирующих устройств для размещения как можно большего количества микросхем в ограниченном объеме испытательной камеры. Такая оснастка применяется, например, при проведении технологического старения микросхем или ускоренного старения для подтверждения ресурсных характеристик. Данный вид оснастки должен выдерживать повышенную температуру и другие факторы, воздействию которых он может подвергнуться во время испытаний, поэтому при изготовлении используются специальные материалы.
По уровню автоматизации оснастки в нашей компании принято следующее условное деление:
ручная оснастка – для R&D (НИОКР), малых серий, лабораторий, прототипов. Проста в использовании, но медленна и подвержена человеческому фактору, все измерения проводятся вручную поочередно;
полуавтоматическая – оператор устанавливает микросхему и запускает тест;
автоматическая – полностью интегрирована в производственную линию. Микросхемы подаются из ленты или паллет, тест проходит без участия человека.
Полуавтоматическая оснастка зачастую разрабатывается под тестовые станции – комплексы различных средств измерения, имеющих свой формат подключения оснастки: с помощью определенных соединителей или поля контактов.
Существует ряд требований, которые мы должны реализовать при выполнении очередного заказа:
1. Каждая единица оснастки должна быть однозначно идентифицируема, иметь регистрационный номер.
2. Измерительная оснастка должна обеспечивать точную подачу, контроль и измерение электрических параметров и характеристик изделий до, во время
и после воздействия внешних факторов на объект испытаний/измерений/исследований в соответствии с методами (методиками) испытаний, установленными государственными и отраслевыми стандартами, нормативными документами и техническими условиями для ЭКБ ОП и информационно-справочными материалами фирм-изготовителей для ЭКБ ИП. Оснастка должна быть разработана с учетом исключения возможности внесения искажений в передаваемые сигналы.
3. Основные характеристики и параметры оснастки должны быть указаны в паспорте оснастки.
Качественная ИИО разрабатывается с учетом следующих требований:
Электрических:
минимальные паразитные емкости и индуктивности (особенно критично для ВЧ-сигналов);
согласование импеданса (50 Ом, 100 Ом, дифференциальные пары);
низкое контактное сопротивление (< 50 мОм);
экранирование от внешних помех.
Механических:
точность позиционирования;
износостойкость контактов;
плавный механизм КУ для защиты микросхемы.
Тепловых:
работа в широком температурном диапазоне;
отвод тепла от микросхемы при высоких токах;
минимальная тепловая инерция для быстрого
нагрева/охлаждения.
Надежность и повторяемость:
стабильность характеристик в течение всего срока службы;
возможность калибровки и замены изношенных элементов.
Совместимость:
со стандартными интерфейсами ATE (GPIB, PXI, LXI);
с программным обеспечением тестирования (TestStand, LabVIEW и др.).
Команда «АйСи Сокет» убеждена, что автоматизация начинается с программного обеспечения. Почти все наши решения включают программное обеспечение, необходимое для автоматизации управления средствами измерения, задания электрических режимов и контроля работоспособности во время испытаний. ПО может иметь различные конфигурации, с разными уровнями доступа, например, «инженер» и «оператор». Для подготовки испытаний мы предусматриваем интуитивно понятные инструменты: редактор тестовых последовательностей, редактор режимов работы. Для предоставления информации о тестировании применяются графические элементы для отображения состояния микросхем во время испытаний. Модуль создания протоколов тестирования позволяет сохранять результаты в требуемом заказчиком формате, а модуль просмотра журналов тестирования предназначен для глубокого анализа хода испытаний, в том числе он может выводить для наглядности графики различных параметров. Кроме того, наше ПО может быть использовано для вывода информации в базы данных предприятия, а также для обес-
печения возможности удаленного онлайн-мониторинга производства.
При разработке ПО мы учитываем не только минимально-достаточный функционал для проведения испытаний, но и пожелания наших заказчиков, с учетом особенностей их изделий и подходов к оценке результатов испытаний.
Наряду с оснастками для тестирования микросхем у нас есть возможность разработки тестовых стендов для проведения функционального контроля печатных плат
в сборе – компонентов различной радиоэлектронной аппаратуры. Для обеспечения электрического контакта можно использовать:
1. Тестеры типа «ложе гвоздей». Такие стенды могут осуществлять программирование микросхем на платах и проверку плат по методикам тестирования.
2. Специальные контактирующие устройства для печатных плат в сборе (при малом размере объекта тестирования).
Каждый проект для нас – это партнерство, мы начинаем с глубокого анализа потребностей клиента, выделяя для себя следующие этапы проектирования:
1. Формируем ТЗ и анализируем требования – сбор данных от разработчиков и инженеров-испытателей: тип корпуса и его размеры, диапазон частот и скоростей сигналов, требования к температуре, объем производства, бюджет изготовления и пр.
2. Подбираем или разрабатываем контактирующее устройство.
3. Разрабатываем схемы электрической оснастки.
4. Проводим моделирование – SI/PI-анализ, тепловое моделирование, анализ механической прочности, чтобы избежать ошибок до изготовления.
5. Разрабатываем топологию печатной платы.
6. Изготавливаем прототип – 3D-печать, ручная сборка, тестовые замеры.
7. Валидация – сравнение с эталоном, калибровка, тест на повторяемость.
8. Производство и внедрение – передача чертежей
в производство, обучение персонала.
Чтобы минимизировать срок запуска проекта изготовления тестовой оснастки в работу, необходимо принимать во внимание следующие аспекты:
1. Тип оснастки (измерительная/испытательная).
2. Схема включения микросхемы, необходимые электрические параметры для измерения, какие режимы задавать во время испытаний.
3. Требуется ли автоматизация измерительного стенда, какой объем компонентов необходимо испытать.
4. Требуется ли организация рабочего места под ключ, либо заказчик предоставляет средства измерений.
5. Есть ли необходимость разработки оснастки под какую-либо конкретную тестовую станцию.
Все эти моменты мы заранее обсуждаем и согласовываем с заказчиком перед запуском разработки оснастки.
Проблемы и ограничения
Разработка оснастки – задача нетривиальная, наши специалисты сталкиваются с рядом вызовов:
Паразитные параметры – на высоких частотах даже 1 нГн индуктивности может исказить сигнал. Требуется тщательное моделирование.
Разброс размеров корпуса может потребовать изготовления нескольких сменных вставок контактирующего устройства.
Точность позиционирования – для микрокорпусов с шагом 0,3 мм погрешность в 10 мкм уже критична.
Стоимость – разработка оснастки на заказ может стоить существенных сумм.
Совместимость с новыми технологиями – 3D-чипы, чиплеты, оптические интерфейсы требуют принципиально новой оснастки.
Затраты на закупку высококачественной измерительной и испытательной оснастки часто воспринимаются как «дополнительные расходы». Однако, анализируя показатели на реальных производственных линиях, мы наблюдаем обратное: качественная оснастка снижает стоимость, сокращает брак, увеличивает скорость тестирования, уменьшает простои. Таким образом, грамотно выбранная оснастка – не статья расходов, а инструмент повышения OEE (Overall Equipment Effectiveness) и ROI.
Рынок оснастки активно развивается, подстраиваясь под новые вызовы, из перспективных направлений развития для себя мы выделяем следующие:
высокочастотная оснастка – для 5G, Wi-Fi, автомобильных радаров (77 ГГц). Используются коаксиальные контакты, волноводы, материалы с низкими потерями;
оснастка для 3D-чипов и SiP – требует вертикального доступа к контактам, многоуровневых пробников;
AI и машинное обучение – для анализа данных тестирования, предсказания износа контактов, оптимизации параметров теста;
цифровые двойники – виртуальное моделирование оснастки в САПР (ANSYS, HFSS, CST) до изготовления. Позволяет сократить цикл разработки и избежать ошибок;
экологичность – переход на перерабатываемые материалы, увеличение срока службы, модульность для замены только изношенных частей.
Из сложных кейсов по части тестовых решений мы выполняли следующие:
разработка и изготовление контактирующих устройств с датчиком температуры для термо-
контроля;
разработка и изготовление устройств контактных фиксированных (проб-карт) для контроля на зондовых установках при тестировании кристаллов полупроводниковых пластин;
создание программно-аппаратного комплекса для проведения нескольких видов испытаний по стандартам JEDEC: высокоускоренных стресс-тестов, термоциклирования, ресурсных испытаний при повышенной температуре. В ходе испытаний было задействовано специфическое испытательное оборудование. Комплекс позволяет одновременно проводить испытания до 240 чипов, при этом постоянно собирая информацию о ходе испытаний, включая сведения об ошибках, отказах. В процессе испытаний температуры достигают 150 °C.
Сегодня ИИО эволюционирует вместе с микросхемами: становится точнее, быстрее, умнее. В будущем мы увидим оснастку для квантовых чипов, оптических интерфейсов, нейроморфных систем. Инженеры, проектирующие микросхемы, должны уделять оснастке не меньше внимания, чем самому кристаллу – ведь даже самый совершенный дизайн окажется бесполезным, если его нельзя корректно измерить и протестировать.
Измерительная и испытательная оснастка – это невидимый, но критически важный элемент микроэлектронной индустрии. От ее качества зависит, будет ли микросхема работать в смартфоне, автомобиле или спутнике. Это сложный, междисциплинарный продукт, требующий знаний в электронике, механике, материаловедении
и программировании.
В нашей компании мы серьезно относимся к соблюдению строгих требований к нашей продукции, тщательно подходим к выбору материалов и конструкторских решений, опираемся на свой многолетний опыт и опыт наших коллег и заказчиков.
В «АйСи Сокет» мы убеждены: качество микросхемы начинается с качества ее проверки. Наша миссия – дать вам инструмент, который не просто «работает», а дает уверенность в каждом выпущенном компоненте.
«АйСи Сокет» – ваш надежный партнер в мире точного тестирования.
ЛИТЕРАТУРА
Капшунова Ю., Колочков С. Контактирующие устройства для тестирования и испытаний ЭКБ – надежные решения от компании «АйСи Сокет» // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2024. № 3. С. 128–130.
от проектирования до контроля качества
Ю. Анисимов
Современная микроэлектроника развивается стремительными темпами. Микросхемы становятся все более сложными, компактными и производительными – от простых логических элементов до многоядерных процессоров и систем на кристалле (SoC), объединяющих миллиарды транзисторов. Однако рост сложности требует и роста точности, надежности и контроля на всех этапах жизненного цикла изделия – от проектирования до постпродажного обслуживания.
Ключевую роль в обеспечении качества микросхем играет измерительная и испытательная оснастка. Это не просто приспособления – это высокотехнологичные инженерные решения, без которых невозможно ни валидировать дизайн, ни протестировать партию микросхем, ни подтвердить соответствие стандартам надежности. Наша компания разрабатывает
и производит измерительную и испытательную оснастку для различных задач. Рассмотрим подробнее, что она из себя представляет.
Измерительная оснастка – это вспомогательное оборудование (тестовая плата, контактирующее устройство и т. д.), обеспечивающее подачу, контроль и измерение электрических параметров до, во время и после воздействия внешних факторов на объект испытаний/измерений, разработанное в соответствии с техническими условиями для электронной компонентной базы отечественного производства и информационно-справочными материалами фирм-изготовителей для ЭКБ импортного производства.
Испытательная оснастка – это вспомогательное оборудование, предназначенное для передачи внешних воздействующих факторов на объект испытаний по средствам механического крепления объекта испытаний к испытательному оборудованию и обеспечивающее (при необходимости) подачу, контроль и измерение электрических параметров до, во время и после воздействия внешних факторов на объект испытаний/измерений.
Иными словами, измерительная и испытательная оснастка (ИИО) – это совокупность механических, электрических и программных средств, обеспечивающих физическое и электрическое соединение микросхемы с тестовым оборудованием (ATE – Automatic Test Equipment) для проведения измерений, функциональных и параметрических тестов.
В данной статье под микросхемой или объектом тестирования предлагаем понимать любое изделие электронной компонентной базы, для которого требуется оснастка. Это может быть как полупроводниковый прибор, так и пассивный компонент.
Важно не путать ИИО с самим тестовым оборудованием. ATE – это «мозг», генерирующий сигналы и анализирующий ответы, а ИИО – это «руки и нервы», которые доставляют эти сигналы к микросхеме и обратно, минимизируя искажения и потери.
Зачастую мы объединяем оснастку в комплексы и стенды с испытательным оборудованием, средствами измерения и комплексным программным обеспечением под специальные потребности для автоматизации тестирования.
С каждым годом микросхемы становятся сложнее – это напрямую влияет на сложность разработки оснастки. Специалисты компании «АйСи Сокет» понимают, что сегодняшнему производителю недостаточно печатной платы с набором пассивных компонентов. Современной электронике требуются комплексные системы, включающие специализированное программное обеспечение.
В этих условиях разработчикам и производителям микросхем тяжело выделить ресурсы для создания современной испытательной инфраструктуры. Для наших заказчиков мы накапливаем опыт внедрения испытательных стендов для различного измерительного оборудования, что позволяет предлагать оптимальные по стоимости
и срокам решения.
Мы предлагаем следующие ключевые компоненты и виды оснасток:
контактирующие устройства (КУ) – электрические соединители для установки микросхемы;
платы функционального контроля – платы с соединителями для подключения средств измерения, для проведения параметрического и функционального контроля микросхем;
платы-формирователи – обеспечивают задание различных электрических режимов, тестовых цифровых и аналоговых последовательностей, электрических сигналов на объект испытаний;
платы-носители – содержат одно или несколько контактирующих устройств для установки микросхем и предназначены для подключения к плате-формирователю;
платы электротермотренировки – совместно с испытательным оборудованием (термоконтроллеры и камеры) обеспечивают задание температурных и электрических режимов;
кабели, разъемы, переходники – обеспечивают соединение между ATE и объектом испытаний.
Разберем подробнее основные типы изделий, которыми мы обеспечиваем испытательные центры и других наших партнеров.
Контактирующие устройства почти всегда используются при изготовлении оснастки и обеспечивают возможность электрически соединить микросхему с оснасткой и средствами измерения без пайки. По контактирующим устройствам ООО «АйСи Сокет» представлял отдельную статью в настоящем журнале [1]. Контактирующее устройство может быть изготовлено в различных форм-факторах под разные корпуса микросхем. При необходимости мы оснащаем контактирующие устройства радиатором, воздушным или жидкостным охлаждением для отвода тепла от микросхемы, а также кельвин-контактом для точных измерений.
Платы функционального контроля наши инженеры обычно снабжают контактирующим устройством для установки одного объекта испытаний, а также множеством соединителей для подключения средств измерений. Средства измерений обеспечивают подачу напряжений питания, измерение токов потребления, контроль логических уровней, быстродействия цифровых цепей, снятие и задание аналоговых сигналов. Также на платах устанавливается обвязка, необходимая для работы микросхемы согласно документации.
Платы-формирователи могут задавать электрические режимы с использованием встраиваемого ПО, в том числе для микроконтроллеров или ПЛИС, расположенных на формирователе. Платы-формирователи могут содержать в себе органы управления, такие как кнопки и переключатели, для выбора режима и настройки микросхемы, а также индикаторы, светодиодные или полноценные экраны для вывода статуса работы микросхемы. С помощью шлейфов или электрических соединителей к формирователям подключаются платы-носители. Сами платы-носители могут быть установлены в испытательной камере. Плата-носитель может быть выполнена под распайку микросхемы, если контактирующее устройство не обеспечивает необходимого качества проведения испытаний.
Платы электротермотренировки – наши решения для проведения испытаний микросхем под электрической нагрузкой при повышенной температуре, а также при воздействии других климатических факторов, например, повышенного давления или влажности. Эти платы обычно снабжаются большим количеством контактирующих устройств для размещения как можно большего количества микросхем в ограниченном объеме испытательной камеры. Такая оснастка применяется, например, при проведении технологического старения микросхем или ускоренного старения для подтверждения ресурсных характеристик. Данный вид оснастки должен выдерживать повышенную температуру и другие факторы, воздействию которых он может подвергнуться во время испытаний, поэтому при изготовлении используются специальные материалы.
По уровню автоматизации оснастки в нашей компании принято следующее условное деление:
ручная оснастка – для R&D (НИОКР), малых серий, лабораторий, прототипов. Проста в использовании, но медленна и подвержена человеческому фактору, все измерения проводятся вручную поочередно;
полуавтоматическая – оператор устанавливает микросхему и запускает тест;
автоматическая – полностью интегрирована в производственную линию. Микросхемы подаются из ленты или паллет, тест проходит без участия человека.
Полуавтоматическая оснастка зачастую разрабатывается под тестовые станции – комплексы различных средств измерения, имеющих свой формат подключения оснастки: с помощью определенных соединителей или поля контактов.
Существует ряд требований, которые мы должны реализовать при выполнении очередного заказа:
1. Каждая единица оснастки должна быть однозначно идентифицируема, иметь регистрационный номер.
2. Измерительная оснастка должна обеспечивать точную подачу, контроль и измерение электрических параметров и характеристик изделий до, во время
и после воздействия внешних факторов на объект испытаний/измерений/исследований в соответствии с методами (методиками) испытаний, установленными государственными и отраслевыми стандартами, нормативными документами и техническими условиями для ЭКБ ОП и информационно-справочными материалами фирм-изготовителей для ЭКБ ИП. Оснастка должна быть разработана с учетом исключения возможности внесения искажений в передаваемые сигналы.
3. Основные характеристики и параметры оснастки должны быть указаны в паспорте оснастки.
Качественная ИИО разрабатывается с учетом следующих требований:
Электрических:
минимальные паразитные емкости и индуктивности (особенно критично для ВЧ-сигналов);
согласование импеданса (50 Ом, 100 Ом, дифференциальные пары);
низкое контактное сопротивление (< 50 мОм);
экранирование от внешних помех.
Механических:
точность позиционирования;
износостойкость контактов;
плавный механизм КУ для защиты микросхемы.
Тепловых:
работа в широком температурном диапазоне;
отвод тепла от микросхемы при высоких токах;
минимальная тепловая инерция для быстрого
нагрева/охлаждения.
Надежность и повторяемость:
стабильность характеристик в течение всего срока службы;
возможность калибровки и замены изношенных элементов.
Совместимость:
со стандартными интерфейсами ATE (GPIB, PXI, LXI);
с программным обеспечением тестирования (TestStand, LabVIEW и др.).
Команда «АйСи Сокет» убеждена, что автоматизация начинается с программного обеспечения. Почти все наши решения включают программное обеспечение, необходимое для автоматизации управления средствами измерения, задания электрических режимов и контроля работоспособности во время испытаний. ПО может иметь различные конфигурации, с разными уровнями доступа, например, «инженер» и «оператор». Для подготовки испытаний мы предусматриваем интуитивно понятные инструменты: редактор тестовых последовательностей, редактор режимов работы. Для предоставления информации о тестировании применяются графические элементы для отображения состояния микросхем во время испытаний. Модуль создания протоколов тестирования позволяет сохранять результаты в требуемом заказчиком формате, а модуль просмотра журналов тестирования предназначен для глубокого анализа хода испытаний, в том числе он может выводить для наглядности графики различных параметров. Кроме того, наше ПО может быть использовано для вывода информации в базы данных предприятия, а также для обес-
печения возможности удаленного онлайн-мониторинга производства.
При разработке ПО мы учитываем не только минимально-достаточный функционал для проведения испытаний, но и пожелания наших заказчиков, с учетом особенностей их изделий и подходов к оценке результатов испытаний.
Наряду с оснастками для тестирования микросхем у нас есть возможность разработки тестовых стендов для проведения функционального контроля печатных плат
в сборе – компонентов различной радиоэлектронной аппаратуры. Для обеспечения электрического контакта можно использовать:
1. Тестеры типа «ложе гвоздей». Такие стенды могут осуществлять программирование микросхем на платах и проверку плат по методикам тестирования.
2. Специальные контактирующие устройства для печатных плат в сборе (при малом размере объекта тестирования).
Каждый проект для нас – это партнерство, мы начинаем с глубокого анализа потребностей клиента, выделяя для себя следующие этапы проектирования:
1. Формируем ТЗ и анализируем требования – сбор данных от разработчиков и инженеров-испытателей: тип корпуса и его размеры, диапазон частот и скоростей сигналов, требования к температуре, объем производства, бюджет изготовления и пр.
2. Подбираем или разрабатываем контактирующее устройство.
3. Разрабатываем схемы электрической оснастки.
4. Проводим моделирование – SI/PI-анализ, тепловое моделирование, анализ механической прочности, чтобы избежать ошибок до изготовления.
5. Разрабатываем топологию печатной платы.
6. Изготавливаем прототип – 3D-печать, ручная сборка, тестовые замеры.
7. Валидация – сравнение с эталоном, калибровка, тест на повторяемость.
8. Производство и внедрение – передача чертежей
в производство, обучение персонала.
Чтобы минимизировать срок запуска проекта изготовления тестовой оснастки в работу, необходимо принимать во внимание следующие аспекты:
1. Тип оснастки (измерительная/испытательная).
2. Схема включения микросхемы, необходимые электрические параметры для измерения, какие режимы задавать во время испытаний.
3. Требуется ли автоматизация измерительного стенда, какой объем компонентов необходимо испытать.
4. Требуется ли организация рабочего места под ключ, либо заказчик предоставляет средства измерений.
5. Есть ли необходимость разработки оснастки под какую-либо конкретную тестовую станцию.
Все эти моменты мы заранее обсуждаем и согласовываем с заказчиком перед запуском разработки оснастки.
Проблемы и ограничения
Разработка оснастки – задача нетривиальная, наши специалисты сталкиваются с рядом вызовов:
Паразитные параметры – на высоких частотах даже 1 нГн индуктивности может исказить сигнал. Требуется тщательное моделирование.
Разброс размеров корпуса может потребовать изготовления нескольких сменных вставок контактирующего устройства.
Точность позиционирования – для микрокорпусов с шагом 0,3 мм погрешность в 10 мкм уже критична.
Стоимость – разработка оснастки на заказ может стоить существенных сумм.
Совместимость с новыми технологиями – 3D-чипы, чиплеты, оптические интерфейсы требуют принципиально новой оснастки.
Затраты на закупку высококачественной измерительной и испытательной оснастки часто воспринимаются как «дополнительные расходы». Однако, анализируя показатели на реальных производственных линиях, мы наблюдаем обратное: качественная оснастка снижает стоимость, сокращает брак, увеличивает скорость тестирования, уменьшает простои. Таким образом, грамотно выбранная оснастка – не статья расходов, а инструмент повышения OEE (Overall Equipment Effectiveness) и ROI.
Рынок оснастки активно развивается, подстраиваясь под новые вызовы, из перспективных направлений развития для себя мы выделяем следующие:
высокочастотная оснастка – для 5G, Wi-Fi, автомобильных радаров (77 ГГц). Используются коаксиальные контакты, волноводы, материалы с низкими потерями;
оснастка для 3D-чипов и SiP – требует вертикального доступа к контактам, многоуровневых пробников;
AI и машинное обучение – для анализа данных тестирования, предсказания износа контактов, оптимизации параметров теста;
цифровые двойники – виртуальное моделирование оснастки в САПР (ANSYS, HFSS, CST) до изготовления. Позволяет сократить цикл разработки и избежать ошибок;
экологичность – переход на перерабатываемые материалы, увеличение срока службы, модульность для замены только изношенных частей.
Из сложных кейсов по части тестовых решений мы выполняли следующие:
разработка и изготовление контактирующих устройств с датчиком температуры для термо-
контроля;
разработка и изготовление устройств контактных фиксированных (проб-карт) для контроля на зондовых установках при тестировании кристаллов полупроводниковых пластин;
создание программно-аппаратного комплекса для проведения нескольких видов испытаний по стандартам JEDEC: высокоускоренных стресс-тестов, термоциклирования, ресурсных испытаний при повышенной температуре. В ходе испытаний было задействовано специфическое испытательное оборудование. Комплекс позволяет одновременно проводить испытания до 240 чипов, при этом постоянно собирая информацию о ходе испытаний, включая сведения об ошибках, отказах. В процессе испытаний температуры достигают 150 °C.
Сегодня ИИО эволюционирует вместе с микросхемами: становится точнее, быстрее, умнее. В будущем мы увидим оснастку для квантовых чипов, оптических интерфейсов, нейроморфных систем. Инженеры, проектирующие микросхемы, должны уделять оснастке не меньше внимания, чем самому кристаллу – ведь даже самый совершенный дизайн окажется бесполезным, если его нельзя корректно измерить и протестировать.
Измерительная и испытательная оснастка – это невидимый, но критически важный элемент микроэлектронной индустрии. От ее качества зависит, будет ли микросхема работать в смартфоне, автомобиле или спутнике. Это сложный, междисциплинарный продукт, требующий знаний в электронике, механике, материаловедении
и программировании.
В нашей компании мы серьезно относимся к соблюдению строгих требований к нашей продукции, тщательно подходим к выбору материалов и конструкторских решений, опираемся на свой многолетний опыт и опыт наших коллег и заказчиков.
В «АйСи Сокет» мы убеждены: качество микросхемы начинается с качества ее проверки. Наша миссия – дать вам инструмент, который не просто «работает», а дает уверенность в каждом выпущенном компоненте.
«АйСи Сокет» – ваш надежный партнер в мире точного тестирования.
ЛИТЕРАТУРА
Капшунова Ю., Колочков С. Контактирующие устройства для тестирования и испытаний ЭКБ – надежные решения от компании «АйСи Сокет» // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2024. № 3. С. 128–130.
Отзывы читателей
