Dispositivo de prueba de un circuito y procedimiento de puesta en práctica.

Dispositivo de prueba (1) de un circuito (2) configurado a partir de un circuito impreso (3) que mediante unionesde soldadura (7) lleva ensamblados unos componentes (5),

preferentemente ficticios, que incluye

- un recinto (8) para someter el circuito (2) a un histórico de tensiones termomecánicas y/o vibratorias,

- una parte de soporte físico (9) que incluye puentes (10) de resistencias eléctricas (11, 12), con el fin de medir laresistencia eléctrica (12) global de varias uniones de soldadura unidas eléctricamente entre sí, en serie,

- una parte de soporte lógico (13) que incluye medios (16-23) para fijar un criterio de detección representativo dela degradación de una o varias uniones de soldadura que realizan el ensamble de un componente electrónico (5)sobre un circuito impreso, y para visualizar los resultados de la prueba,

- una interfaz de entrada/salida (14) para convertir cada medida de resistencia eléctrica (12) de las cadenas deuniones de soldadura (7) sometidas a prueba a un dato tratable mediante la parte de soporte lógico (13),

- unos medios de ajuste (24-29) para modificar un criterio de detección de la degradación de las unionessoldadas,

caracterizado porque incluye:

- unos medios para inicializar parámetros de detección de degradación de las uniones de soldadura,

- unos medios para detectar y registrar cambios de estado de la resistencia eléctrica de una o varias uniones desoldadura que se van a someter a prueba, que se caracteriza por picos de resistencia eléctrica de una duracióncomprendida entre 250 ns y 1 μs,

- unos medios para transmitir los cambios de estado a la parte de soporte lógico para su análisis,

- unos medios para determinar si se ha detectado una fisura sobre una de las cadenas de uniones de soldadurasometidas a prueba y unos medios para registrar la ubicación sobre el circuito del componente que presenta esafisura y de la cadena de uniones soldadas asociada.

Dispositivo de prueba de un circuito y procedimiento de puesta en práctica La presente invención concierne a un dispositivo de prueba de un circuito electrónico y al procedimiento para su puesta en práctica. Trata de un dispositivo de detección de fisuras en uniones de soldadura que realizan el ensamble de componentes electrónicos sobre un circuito impreso. La invención concierne asimismo al procedimiento de funcionamiento de este dispositivo. La invención tiene por finalidad permitir que un usuario cualifique un circuito de este tipo, es decir, que detecte de manera rápida y simple fisuras incipientes que se encuentren en uniones de soldadura de componentes electrónicos ensamblados sobre un circuito impreso.

En el estado de la técnica, los componentes electrónicos pueden experimentar tensiones ambientales y mecánicas, constantes o cíclicas, muy fuertes, como por ejemplo en medios de transporte del tipo avión, tren o barco. En los citados medios de transporte, las temperaturas pueden variar de −55 °C a 125 °C, el porcentaje de humedad relativa de un armario en el que están situados estos componentes electrónicos puede alcanzar aproximadamente el 80 %.

Por lo tanto, es importante, por razones de seguridad de funcionamiento, verificar que el ensamble de los componentes electrónicos ensamblados sobre un circuito impreso soporta tales tensiones. Para ello, generalmente se utilizan bancos de pruebas para detectar eventuales fisuras incipientes en las uniones de soldadura que se encargan de la conexión eléctrica y de la unión mecánica entre el componente y el circuito impreso. Estos bancos de pruebas se utilizan en ensayos de envejecimiento acelerado termomecánico o vibratorio. Para realizar los ensayos de envejecimiento acelerado termomecánico o vibratorio se utilizan componentes ficticios (es decir, sólo las cajas con chips ficticios) , pues en este caso sólo se someten a prueba las uniones de soldadura. Se designa con «cadena daisy» (cadena en margarita) la asociación de un cierto número de uniones de soldadura, unidas eléctricamente entre sí, en serie, de un mismo componente. El conjunto conforma una resistencia eléctrica global medible. La utilización de los componentes ficticios daisy encadenados permite al usuario concentrar su estudio en los fallos que intervienen en las uniones de soldadura. Esta técnica permite asociar una medida resistiva con un estado de daño de las uniones soldadas.

Para cualificar un circuito, se mide el tiempo de fallo de sus uniones de soldadura y, por tanto, la vida útil de su ensamble. A continuación, se deduce una fiabilidad del ensamble que se deriva de un estudio estadístico. En otras palabras, es necesario someter a prueba numerosos componentes de un mismo tipo para contar con resultados significativos. Por lo tanto, es importante disponer de un dispositivo que incluya un importante número de canales de medición para poder seguir, simultáneamente, un gran número de componentes.

Actualmente existen diferentes dispositivos que permiten efectuar estas pruebas. Un ejemplo de tal dispositivo se encuentra descrito en el documento «ROHS/ELV recycling constraints: a lead Free electronics qualification procedure for automotive and industrial quality and reliability» (Philippe Prieur et al., 4th International Electronics Conference, 26 de abril de 2006, Malmo, Suecia) . Este documento presenta un banco de pruebas que realiza un seguimiento eléctrico en paralelo de los diferentes componentes sometidos a prueba.

Otro ejemplo de dispositivo se describe en el documento «Application of FPGA units in combined temperature cycle and vibration reliability tests of lead free interconnections» (Przemyslaw Matkowski et al., 2nd Electronics Systemintegration Technology Conference, IEEE, Piscataway, NJ, Estados Unidos, 1 de septiembre de 2008, páginas 1375-1380) . Este documento presenta un dispositivo de adquisición, que supervisa un conjunto de canales en paralelo.

La técnica anterior conoce asimismo, por la solicitud de patente estadounidense n.° US 2007/199386, un dispositivo de medida de la resistencia.

No obstante, con los dispositivos presentados en la técnica anterior, una fisura o un fallo son detectados tan sólo cuando hay una ruptura total de la unión de soldadura. Además, es necesario duplicar el dispositivo de prueba en su totalidad, por cada placa electrónica sometida a prueba y cambiar el dispositivo para cada ensayo realizado. En efecto, el dispositivo de prueba va embarcado en la placa electrónica que se va a someter a prueba y experimenta las mismas tensiones termomecánicas o vibratorias que los componentes electrónicos bajo prueba. Esta duplicación origina un sobrecoste bastante notable, por los riesgos de medidas no pertinentes y por el deterioro precoz del circuito que realiza las medidas.

Adicionalmente, otro inconveniente de la técnica anterior es la detección tardía de eventos de cambio de estado, o picos (variación fuerte del valor resistivo en un tiempo muy corto) de la resistencia eléctrica de un cierto número de uniones de soldadura unidas eléctricamente entre sí, en serie, de un mismo componente (una cadena daisy) . Además, tales dispositivos de la técnica anterior precisan de muchos recursos en cuanto a energía eléctrica para alimentar al mismo tiempo varios circuitos lógicos programables.

Los dispositivos conocidos aplican la norma IPC-SM-785 o no detectan más que los primeros picos de resistencia eléctrica también denominados evento. Ahora bien, esta norma, por sí sola, está mal adaptada en algunos casos a la detección de los fallos, ya que como criterio de fallo adopta sucesiones temporales de picos que se ajustan a un modelo temporal y resistivo dado. Ahora bien, este modelo o protocolo puede conducir a conclusiones desacertadas.

Típicamente, es una conclusión desacertada el no detectar la ruptura de un circuito sometido a prueba porque se aplica estrictamente el anterior modelo. Como consecuencia de ello, se dará por destruido un circuito al cabo de N ciclos, mientras que en la práctica quedará defectuoso mucho antes. Para solucionar este problema, en la invención, más que seguir imperativamente los criterios (patrones temporales y/o resistivos o protocolos) de la norma, se ha previsto modificar estos criterios preferentemente de una manera cuantificada, para adaptarse así a los diferentes tipos de ensayos y mecanismos de degradación de las uniones soldadas asociadas. En definitiva, con la invención, cada criterio programado está adaptado a los ensayos que han de realizarse.

La invención soluciona así este problema proponiendo un dispositivo de detección de fisuras o fallos incipientes en las uniones de soldadura de componentes electrónicos ensamblados sobre un circuito impreso, según un criterio escogido y definido por el usuario.

La invención prevé la supervisión simultánea de un gran número de componentes para aplicar de manera automática un criterio de detección predeterminado por un usuario que caracteriza el fallo de una unión soldada. La invención permite obtener directamente resultados de medidas efectuadas sobre los componentes, evitando así todo procesamiento a posteriori.

La invención tiene pues por objeto un dispositivo de prueba de un circuito configurado a partir de un circuito impreso que mediante uniones de soldadura lleva ensamblados unos componentes preferentemente ficticios, que incluye

-un recinto para someter el circuito a un histórico de tensiones termomecánicas y/o vibratorias,

-una parte de soporte físico que incluye puentes de resistencias eléctricas con el fin de medir la resistencia eléctrica global de varias uniones de soldadura unidas eléctricamente entre sí, en serie,

-una parte de soporte lógico que incluye medios para fijar un criterio de detección representativo de la degradación de una o varias uniones de soldadura que realizan el ensamble de un componente electrónico sobre un circuito impreso, y para visualizar los resultados de la prueba,

-una interfaz de entrada/salida para convertir cada medida de resistencia eléctrica de las cadenas de uniones de soldadura sometidas a prueba a un dato tratable mediante la parte de soporte lógico, caracterizado porque incluye

-unos medios de ajuste para modificar un criterio de detección de la degradación de las uniones soldadas.

La invención incluye adicionalmente una de las siguientes características:

-los medios de ajuste permiten modificar un umbral de detección de un nivel de resistencia eléctrica del circuito bajo prueba;

-los medios de ajuste incluyen un potenciómetro para fijar el umbral de detección del nivel de la resistencia eléctrica del componente del circuito bajo prueba;

1. Dispositivo de prueba (1) de un circuito (2) configurado a partir de un circuito impreso (3) que mediante uniones de soldadura (7) lleva ensamblados unos componentes (5) , preferentemente ficticios, que incluye

-un recinto (8) para someter el circuito (2) a un histórico de tensiones termomecánicas y/o vibratorias,

-una parte de soporte físico (9) que incluye puentes (10) de resistencias eléctricas (11, 12) , con el fin de medir la resistencia eléctrica (12) global de varias uniones de soldadura unidas eléctricamente entre sí, en serie,

-una parte de soporte lógico (13) que incluye medios (16-23) para fijar un criterio de detección representativo de la degradación de una o varias uniones de soldadura que realizan el ensamble de un componente electrónico (5) sobre un circuito impreso, y para visualizar los resultados de la prueba,

-una interfaz de entrada/salida (14) para convertir cada medida de resistencia eléctrica (12) de las cadenas de uniones de soldadura (7) sometidas a prueba a un dato tratable mediante la parte de soporte lógico (13) ,

-unos medios de ajuste (24-29) para modificar un criterio de detección de la degradación de las uniones soldadas,

caracterizado porque incluye:

-unos medios para inicializar parámetros de detección de degradación de las uniones de soldadura,

-unos medios para detectar y registrar cambios de estado de la resistencia eléctrica de una o varias uniones de soldadura que se van a someter a prueba, que se caracteriza por picos de resistencia eléctrica de una duración comprendida entre 250 ns y 1 μs,

-unos medios para transmitir los cambios de estado a la parte de soporte lógico para su análisis,

-unos medios para determinar si se ha detectado una fisura sobre una de las cadenas de uniones de soldadura sometidas a prueba y unos medios para registrar la ubicación sobre el circuito del componente que presenta esa fisura y de la cadena de uniones soldadas asociada.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de ajuste (24-29) permiten modificar un umbral de detección de un nivel de resistencia eléctrica del circuito bajo prueba.

3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque los medios de ajuste (24-29) incluyen un potenciómetro (24) para fijar el umbral de detección del nivel de la resistencia eléctrica del componente (5) del circuito (2) bajo prueba.

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los medios de ajuste (24-29) permiten modificar un número que ha de detectarse de cambios de estado del circuito (2) bajo prueba para la validación del criterio escogido inicialmente por un usuario.

5. Dispositivo según la reivindicación 4, caracterizado porque los medios de ajuste (24-29) incluyen un selector

(27) para determinar un número de picos que han de detectarse para la aplicación del criterio de detección.

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque los medios de ajuste (24-29) permiten modificar un intervalo de tiempo entre dos detecciones de cambio de estado del circuito (2) bajo prueba.

7. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado porque los medios de ajuste (24-29) incluyen potenciómetros (25, 26) para determinar un intervalo de tiempo después de un pico para la detección de un pico siguiente.

8. Dispositivo según la reivindicación 6 ó 7, caracterizado porque el intervalo mínimo de tiempo entre dos detecciones de cambio de estado de componente (5) es de 250 ns.

9. Dispositivo según la reivindicación 1 a 8, caracterizado porque la duración de los picos de resistencia eléctrica que han detectarse es ajustable entre 250 ns y 1 μs.

10. Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque la duración entre el inicio de la prueba y el primer pico de resistencia eléctrica detectado parametrizada para el criterio deseado por el usuario es ajustable.

11. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la parte de soporte lógico (13) incluye unos medios de registro y de procesamiento (29) en tiempo real de los resultados.

12. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque la parte de soporte físico (9) se integra en una placa exterior al recinto (8) .

13. Procedimiento de puesta en práctica de un dispositivo de prueba (1) de un circuito (2) configurado a partir de un circuito impreso (3) que mediante uniones de soldadura lleva ensamblados unos componentes electrónicos (4) preferentemente ficticios, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque incluye las siguientes operaciones:

- se inicializan unos parámetros de detección de degradación de las uniones de soldadura,

-se detectan y registran cambios de estado de la resistencia eléctrica de una o varias uniones de soldadura que se van a someter a prueba, que se caracteriza por picos de resistencia eléctrica de una duración comprendida entre 250 ns y 1 μs,

-se transmiten los cambios de estado a la parte de soporte lógico para su análisis,

-se determina si se ha detectado una fisura en una de las cadenas de uniones de soldadura sometidas a prueba, y luego se registra la ubicación sobre el circuito del componente que presenta esa fisura y de la cadena de uniones soldadas asociada.