Procedimientos y estrategias prácticas para mejorar la capacidad de prueba en el diseño de circuitos PCB

Con los continuos avances en la tecnología electrónica, en particular la aparición de componentes miniaturizados y altamente integrados, la separación del aislamiento entre conductores en microcircuitos integrados (CI), como los encapsulados BGA, se ha reducido a 0,5 mm. Estas innovaciones tecnológicas han incrementado la complejidad del diseño y las pruebas de circuitos en productos electrónicos. Este artículo presenta varios procedimientos de diseño y estrategias prácticas para mejorar la testabilidad de las PCB, lo que ayuda a reducir los costes de las pruebas de producción y a mejorar la calidad del producto.

1. ¿Qué es el diseño para testabilidad (DFT)?

La testabilidad se refiere a la capacidad de verificar la funcionalidad y el rendimiento de los componentes mediante métodos de prueba sencillos, garantizando su correcto funcionamiento. En el diseño de circuitos impresos (PCB), mejorar la testabilidad implica:

Simplificar el proceso de prueba: garantizar que los métodos de prueba sean sencillos para que los ingenieros puedan verificar rápidamente los componentes del circuito.

Acelerar el desarrollo de programas de pruebas: permitir la creación rápida de programas de pruebas para ahorrar tiempo y costos.

Diagnóstico integral de fallas: identificación y diagnóstico rápido de defectos en el circuito.

Acceso cómodo a los puntos de prueba: diseño de puntos de prueba de fácil acceso para pruebas posteriores.

Para lograr una testabilidad óptima, es necesario considerar los requisitos de diseño mecánico y eléctrico durante la fase de diseño. Si bien implementar la testabilidad puede conllevar costos, aumenta significativamente la eficiencia de la producción, reduce los gastos de pruebas y reparaciones, y es crucial para el éxito de la fabricación.

2. ¿Por qué adoptar un diseño de circuito PCB fácil de realizar pruebas?

Históricamente, si un producto no superaba las pruebas, los problemas solían posponerse para etapas posteriores. La filosofía de diseño moderna enfatiza la detección y resolución tempranas, en particular de defectos identificables durante las pruebas de producción, para evitar que se pasen por alto en las pruebas funcionales o de sistema.

Los productos modernos son muy complejos, y ciertos defectos de fabricación pueden pasar desapercibidos incluso durante las pruebas funcionales. Por ejemplo, los componentes que requieren preprogramación, como la memoria flash o los dispositivos programables en el sistema (ISP), deben abordarse durante la fase de diseño. Un diseño que facilita las pruebas ayuda a identificar y resolver estos problemas con antelación, evitando gastos adicionales de producción y reparación.

Si bien un diseño que facilita las pruebas puede conllevar algunos costos iniciales, facilita la detección temprana de fallas, lo que a la larga genera un ahorro sustancial en gastos posteriores. En la práctica, los costos de las pruebas aumentan exponencialmente con cada nivel de prueba adicional, pudiendo multiplicarse por diez por nivel. Por lo tanto, un diseño que facilita las pruebas reduce significativamente los gastos generales de pruebas.

3. ¿Cómo afectan los materiales de documentación a la capacidad de prueba del circuito?

La testabilidad del diseño de circuitos depende en gran medida de una documentación de desarrollo completa y de las especificaciones funcionales de los componentes. Los ingenieros de pruebas requieren un conocimiento detallado de las especificaciones y funciones de los componentes para desarrollar procedimientos de prueba eficaces. La estrecha colaboración entre las fases de diseño y prueba es crucial para garantizar la integridad de la documentación de pruebas.

La documentación necesaria para las pruebas incluye:

Lista de materiales (BOM): enumera todos los componentes y conjuntos.

Esquemas de diseño de circuitos (por ejemplo, datos CAD): proporcionan información detallada sobre el diseño y las conexiones de los componentes.

Documentación funcional del componente (por ejemplo, hojas de datos): ayuda a los ingenieros de pruebas a comprender la funcionalidad y el funcionamiento de cada componente.

Para componentes programables (p. ej., FPGAs, PLDs, memoria flash), la preprogramación dentro del sistema de prueba es un paso crucial para mejorar la testabilidad. Garantizar la integridad de los datos de programación previene fallos de prueba causados por conflictos de datos.

4. ¿Cómo el diseño de PCB que facilita las pruebas reduce los costos?

Si bien invertir más recursos en un diseño que facilite las pruebas durante la fase de diseño del circuito puede aumentar los costos iniciales, reduce la complejidad de las pruebas durante la producción y disminuye los gastos generales de pruebas y reparación. El diseño que facilita las pruebas permite líneas de producción más eficientes y ayuda a las empresas a minimizar los costos de reparación derivados de la detección tardía de defectos.

Al adherirse a las directrices de diseño de testabilidad, los ingenieros pueden identificar posibles problemas con antelación y abordarlos rápidamente mediante procedimientos de prueba precisos. Este enfoque no solo mejora la calidad del producto a largo plazo, sino que también incrementa significativamente la eficiencia de la producción.

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