Cours de la section AIE  

Moyens de Test des systèmes électroniques

par Jacques WEISS



Le test des systèmes est un maillon de la stratégie des fabricants, il permet de mesurer la qualité et la fiabilité des produits et donc de valider l'ensemble de la chaîne de production.

Compte-tenu de la complexité et des performances croissantes des systèmes, les équipements de test sont de plus en plus coûteux, ce qui impose des stratégies de conception facilitant le test pour en réduire le coût. Le test doit être réalisé à chaque étape de fabrication du produit (du composant intégré au système fini, en passant par la carte imprimée), les équipements et les stratégies de test seront alors adaptés au contexte; la caractérisation et la maintenance posent également des contraintes spécifiques.



Aperçu du Polycopié de J. Weiss (93)

1. PRELIMINAIRE : cercle de qualité

2. INTRODUCTION sur le test

2.1. Phases de réalisation d'un système
2.2. Intérêt du test
2.3. Que tester ?
2.4. Quand tester ?
2.5. Comment tester ?
2.6.Flux quantitatif de test
2.7. Types de test de systèmes logiques
2.8. Types de test de systèmes analogiques

3. BANC d'instrumentation

3.1. Principe
3.2. Bus IEEE 488/IEC 625
3.2.1. Organisation du bus
3.2.2. Protocole de dialogue
3.2.3. Structure du bus
3.2.3.1. Lignes de données
3.2.3.2. Lignes de contrôle
3.2.3.3. Lignes de poignée de main
3.2.4. Mise en ouvre
3.3. Bus VXI/MXI
3.3.1. Interface VXI
3.3.2. Organisation du banc VXI
3.3.3. Gestion du bus
3.3.4. Mise en oeuvre
3.3.5. Interface MXI

4. TEST de cartes imprimées

4.1. Etapes de réalisation d'une carte
4.2. Sources de défauts
4.3. moyens de test
4.3.1. Inspection visuelle
4.3.2. Test élément par élément
4.3.3. Test fonctionnel de la carte
4.3.4. Test par émulation de composant
4.4. testeurs in-situ
4.4.1.Constitution du testeur
4.4.2. Isolation électrique des composants
4.4.2.1. Composants analogiques
4.4.2.2. Composants numériques
4.4.3. Bilan du test in-situ
4.5. testeurs fonctionnels
4.6.Comparaison et efficacité des différents moyens de test

5. TEST de circuits intégrés VLSI

5.1. Introduction
5.1.1. Chaîne de conception, de fabrication et de test
5.1.2. Présentation de testeurs
5.2. Structure des testeurs avec contact
5.2.1. Organisation générale
5.2.2. Testeurs à ressources partagées
5.2.3. Testeurs à voies autonomes
4.2.3.1. Tête universelle
5.2.4. Système informatique
5.2.5. Testeurs et fabricants de testeurs
5.2.6. Précision et autocalibration
5.2.7. Evolutions et tendances
4.2.7.1. Les générations de testeurs
4.2.7.2. Evolution matérielle des testeurs

6. TEST de circuits intégrés analogiques

6.1. Introduction
6.2. Architecture des testeurs
6.3. Testeur de circuits mixtes analogique-numérique
6.3.1. Architecture générale
6.3.2. Têtes de test
6.3.2.1. Têtes analogiques
6.3.2.2. Têtes numériques
6.3.3. Mémoires
6.3.4. Capacité et performances

7. TEST sans contact

7.1. Principe de test par faisceau électronique
7.2. Techniques de test par faisceau électronique
7.3. Méthodologie générale
7.4. Techniques alternatives
7.5. Evolution des techniques de test sans contact

8. CAO et équipement de test

8.1. Conception des circuits en vue du test
8.1.1. Testabilité
8.1.2. Autotest

9. ANNEXES

9.1. Annexe 1 : Exemple de tests électriques
9.2. Annexe 2 : Présentation de quelques testeurs
9.3. Annexe 3 : Fonction des testeurs - illustration


1. PRELIMINAIRE : cercle de qualité

La notion de cercle de qualité du système fabriqué (composants, ensemble électronique, équipement électronique) occupe une place de plus en plus importante dans les industries : "bien faire du premier coup" ou "objectif zéro défaut" deviennent des leitmotiv pour les fabricants.

Dans une entreprise, le cercle de qualité est la structure opérationnelle qui doit organiser la mise en place de cet objectif zéro défaut. Ce résultat ne peut être obtenu que par une maîtrise parfaite des différents procédés intervenant au cours de la fabrication ; cela conduit à un engagement à priori et à une pratique du test tout au long de la fabrication, le tout associé à des réflexions et des remises en cause du système en fonction des diagnostics réalisés.

Le cercle de qualité a pour objectif de résoudre l'ensemble des problèmes de test ; il définit un plan d'actions "testabilité" :
- les objectifs
- la stratégie
- les tactiques

Les parties prenantes doivent être animées, coordonnées et soutenues par la direction de l'établissement, ces parties sont les suivantes : - le marketing besoins du client
- les études conception du produit
- les méthodes choix du procédé de fabrication
- le test moyens et procédés de contrôle
- les approvisionnements politique d'achat
- le service après vente contraintes de maintenabilité
- la qualité satisfaction du client
- le financier gestion des flux monétaires

Le secteur du test jouera, dans l'avenir, le rôle de maillon d'autocorrection de la ligne de production car il permettra d'effectuer un suivi de la production.


2. INTRODUCTION sur le test

2.1. Phases de réalisation d'un système

La réalisation de tout système, qu'il soit électronique ou non, se déroule, schématiquement en 5 phases :

Cahier des Charges

- au départ, il y a établissement d'un cahier des charges, définissant la fonction et les caractéristiques du système,

Conception

- la phase de conception consiste à définir l'architecture et la technologie les mieux adaptées au contexte ; lors de cette phase, le concepteur peut utiliser des outils logiciels pour simuler le système et en vérifier le bon fonctionnement,

Fabrication

- la fabrication du système correspond au passage de l'étude à la réalisation physique du système,

Test

- une fois le produit réalisé, il faut définir s'il fonctionne et, pour cela, plusieurs étapes de vérification et de test sont réalisées pour valider le procédé de fabrication et la conception,

Produit Final

- si toutes les étapes précédentes se sont bien déroulées, le produit, arrivé en phase finale, peut être implanté dans son environnement. Tout au long de la durée de vie du produit, il doit être possible de contrôler son bon fonctionnement et, éventuellement, de le réparer ; ces opérations sont regroupées sous l'appellation :

Maintenance

L'objectif de ce document est de décrire les équipements de test de systèmes électroniques, lesquels doivent avoir certaines caractéristiques électriques et résister à certaines contraintes mécaniques et thermiques (vieillissement et déverminage, par exemple) ; on ne s'occupera que de l'aspect électrique du test.

2.2. Intérêt du test

L'intérêt du test est multiple, d'une part il permet de fournir des systèmes opérationnels et d'autre part, il permet, grâce au diagnostic, de remettre en cause les parties défaillantes ou les erreurs de conception pour "corriger le tir" de manière à augmenter le rendement de la production ; un aspect non négligeable est la maintenance des systèmes, qui se fait généralement sur site, l'équipement de test employé est la plupart du temps "léger", c'est-à-dire de moindre puissance et pas forcément optimisé pour cette opération.
Le test des systèmes électroniques se fait à différents niveaux d'accès et d'analyse suivant les moyens mis en oeuvre et la précision désirée :

Ensembles

Sous cette appellation, on regroupe les systèmes électroniques complets, insérés dans un châssis pour lesquels on vérifie la fonctionnalité par l'intermédiaire des organes d'entrées/sorties ; philosophiquement parlant, on analyse une "boîte noire".

Cartes

Il s'agit de cartes imprimées sur lesquelles sont soudés des composants électroniques, discrets ou intégrés ; le test peut alors se dérouler comme précédemment, c'est-à-dire de manière fonctionnelle, ou par analyse de chacun des éléments constitutifs de la carte ; on parlera, dans ce dernier cas de test in-situ ou in-circuit. Composants Les éléments à tester, transistors ou circuits intégrés, ont pour caractéristique importante, vis à vis du testeur, de mettre en oeuvre des géométries très fines (submicroniques, pour les composants VLSI) ; ce fait va proscrire toute intervention mécanique (pose d'une sonde, par exemple) à l'intérieur du composant ; le test ne pourra se faire qu'à partir des broches d'entrées/sorties du composant, sans analyse directe des organes internes. Par ailleurs, la complexité et la vitesse de circuits intégrés ne font que s'accroître, ceci fait que les testeurs sont de plus en plus puissants et coûteux.


Une petite description d'un testeur de cartes optique : SCHUH