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使用覆盖扩展(Cover-Extend)技术解决在线测试中无测试点问题

使用覆盖扩展(Cover-Extend)技术解决在线测试中的受限接入问题――案例研究
作者:安捷伦科技公司技术营销工程师 Jun Balangue - Agilent Singapore
/使用覆盖扩展(Cover-Extend)技术解决在线测试中无测试点问题



背景
新一代中央处理单元CPU插槽和球栅阵列BGA器件具有更高的引脚数,因此,计算机行业正面临着主板制造测试方面的技术挑战。由于计算机主板的元器件的复杂性提高使得测试接入受到限制。而 Medalist VTEP v2.0Powered 非矢量测试套件中的覆盖扩展技术可以有效地解决这一难题。本案例将向您描述覆盖扩展技术如何解决测试接入问题。


制造过程中的测试挑战

CPU插槽和 BGA 器件上的引脚数增多以及高速差分信号的出现给现有的主机印刷电路板组件PCBA在制造过程中的在线测试带来了新的挑战。

这些挑战包括:
1. 新一代CPU 插槽含有大约55% 的信号引脚。这些信号引脚大多数是在进行 ict探测时不能接入的高速差分信号(见图 1)。
2.小巧型、低成本计算机也要求缩小主板尺寸,这样就会使印刷电路板尺寸受到限制进而给 ICT 接入带来困难。
3. BGA 器件或CPU 插槽下的ICT 探针太多,会导致焊珠裂开。(图 2
4.如何降低测试成本而不影响测试覆盖范围。


解决方案

安捷伦覆盖扩展技术是VTEP 和边界扫描的混合技术。它结合了 VTEP和边界扫描的优点并增强了安捷伦在线测试系统的总体功能。简言之,VTEP 和边界扫描是安捷伦覆盖扩展技术的主要组成部分即使是在目前测试接入点很少的这种情况下也能为制造商提供扩展的测试覆盖范围。


(非矢量测试扩展性能)

AgilentVTEP 非矢量测试方法使用一个激励信号该信号由在线测试探头驱动),通过传感器板来测量器件引脚之间或 BGA 球与印刷电路板PCB)焊盘之间的电容值。图 3 显示了使用 VTEP 测试方法时电路板上被测引脚的数量。
VTEP方法需要通过物理测试接入(例如测试探针)来提供激励信号。而覆盖扩展技术则是依靠边界扫描器件来提供激励信号。


边界扫描
边界扫描是全球标准化测试方法(IEEE1149.x 标准)。它具有受限接入能力,例如只使用测试接入端口上的四个引脚便能够控制各个引脚的I/O 功能 4 显示了使用边界扫描测试方法时电路板上被测引脚的数量。


安捷伦
覆盖扩展技术

覆盖扩展技术的工作原理:
1. VTEP传感器位于被测元件(例如连接器)上它能够根据激励信号捕获电容性。
2.边界扫描器件需要每个引脚上放置测试探针。
3.根据 IEEE1149.x 标准只使用测试接入端口,用户可以向连接器提供必要的激励信号。
4.边界扫描器件和 VTEP 传感器之间的路径缺陷(例如虚焊)将影响传送到传感器的激励信号。
5.  ICT 系统对结果进行捕获和诊断,因此会检测到缺陷。

覆盖扩展技术结合了 VTEP 和边界扫描测试方法使用蕞少的探针对 PCBA 进行测试(参见图 6 和表 1并且不会影响测试覆盖范围。 




应用


应用覆盖扩展技术对主板进行测试

新一代主板主要包括 CPU 插槽、输入/输出(I/O)、BGA 器件和电源电路,其中大约 50% 的被测引脚和焊珠是 CPU 插槽和连接器。在进行在线测试时,通常使用非矢量测试方法对 CPU 插槽和连接器进行测试。然而,由于工程师无法在主板的每个信号引脚和焊珠上放置测试点,所以这些测试方法正在迅速被淘汰,测试工程师不得不寻找其他测试方法。

7 显示了在 Agilent Medalist i3070 在线测试系统中使用覆盖扩展技术的研究结果。这些数据显示了焊接良好信号引脚与空焊引脚之间的差别。



笔记本主板

新一代笔记本主板的设计正在发生巨大变化,因此,制造商也将面临压缩成本、缩小尺寸以及延长电池寿命和提高性能等诸多挑战。笔记本主板PCB 尺寸将继续缩小,并且还要能够适应新一代 CPU BGA 器件,同时满足上述各种要求。

8 显示了使用覆盖扩展技术时被测引脚的数量,其中 45% 的引脚(370 ,总共是 818 个信号引脚 )位于连接器上。事实上,覆盖扩展技术所覆盖的引脚数不仅包括连接器引脚,还包括上游边界扫描器件用于在覆盖扩展测试过程中驱动信号的引脚。表 2 显示了与只使用 VTEP 的测试方法相比,使用覆盖扩展技术进行测试时移除的ICT 探针数。只使用VTEP 时,每个被测引脚都需要接入 ICT 探针。




服务器主板

由于服务器主板中含有大量的连接器引脚,因此使用覆盖扩展技术对服务器主板进行测试具有很大的潜力(参见图9)。





注:元器件信号引脚总数包括主板中所有元器件(电容、电阻、电感、二极管、晶体管、集成电路、BGA 器件和连接器)的信号引脚。

由于大多数 BGA器件不能用于边界扫描,因此当前的服务器主板设计仍不能将覆盖扩展技术的优势发挥到极致。如果服务器主板上的连接器全部使用覆盖扩展技术进行测试,那么测试范围将扩展到上游边界扫描器件中(参见图 10)。



使用覆盖扩展技术的另一个关键优势是显著降低测试所有电路板元器件所需的 ICT 探针数量(参见图 11)。由于测试服务器主板(超过 4,000 个结点)所需的混合卡数量减少,ICT 系统成本也将降低(参见图 12)。





注:假设一个(1ICT 探针的价格是5 美元(测试探针+ 插座+ 专用引脚+ 钻孔成本+ 布线和人工成本)



由于覆盖扩展技术所需的 ICT测试探针的数量将减少近一半,使 PCB 上的应力降到蕞低所以 BGA CPU 插槽的焊珠发生裂纹的可能性也会相应降低。

参考

  1. Agilent Medalist VTEP v2.0 Powered采用覆盖扩展技术
  2. 使用 AgilentMedalist VTEP v2.0 – VTEPiVTEP NPM 使测试范围蕞大化

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