קליף הו, Agilent Technologies
בדיקת האמינות של רכיבים הנה בעלת חשיבות רבה במסגרת תהליך התכנון של רכיבים אלקטרוניים. היא מסייעת בזיהוי כשלי מוצרים בשלב מוקדם, בהבנת זמן הכיול/האחריות הסביר וכן בהבנת ביצועיו ארוכי הטווח של המוצר בתנאי קיצון וכד’. אמינות מובעת באמצעות Mean Time To Failure (), ותוחלת חיים. אלה מחושבים באופן סטטיסטי על סמך דגימת בדיקות סביבתיות שבוצעו בתנאי מעבדה מחמירים. תקני [1] ו- [2] נקבעו כתקנים מייצגים עבור בדיקות סביבתיות של רכיבים אלקטרוניים.
בעת ביצוע בדיקות סביבתיות מעין אלה על מוצרים אלקטרוניים, מהנדסי הבדיקה מתמודדים לעתים קרובות עם הדילמה הנובעת מהעובדה כי מערכת הפרובים נדרשת לעמוד באותם תנאים קשים שבהם עומד המוצר. לדוגמה, במבדקי הזדקנות מואצת, שינויי הטמפרטורה יכולים להיות נרחבים ולכסות טווח של -50ºC עד 150ºC. פרובי מתח רגילים עלולים להינזק כתוצאה מההתפשטות התרמית של החומר הדיאלקטרי שמצוי בכבלים קואקסיאליים. מארזי הפלסטיק מתחילים להתעוות בטמפרטורות שגבוהות
מ-60ºC. היענות התדר של מגבר הפרוב הפעיל מתחילה להתדרדר כאשר הטמפרטורה עולה לטווחי קיצון. תמונה 1 מציגה כשל של סיכוך חיצוני בכבל קואקסיאלי רגיל, לאחר בדיקת הזדקנות בטמפרטורות גבוהות.
תמונה 2 מציגה בדיקת רנטגן שבוצעה על מחבר ראש הפרוב לאחר מספר מחזורים תרמיים בתא סביבתי. החומר הדיאלקטרי שבכבל הקואקסיאלי התכווץ לאחור ומשך את הפין המרכזי מתוך השקע. בסופו של דבר, הפגיעה המתמשכת בביצועים תוביל לנתק של זרם ה-DC.
במקום להכניס את ראש הפרוב השביר לתוך התא, מהנדסי הבדיקה משתמשים בכבלים ארוכים במיוחד לצורך חיבור המטרה לאוסילוסקופ. עם זאת, לשיטה זו שלל מגבלות. ראשית, היא מגבילה במידה ניכרת את רוחב הפס בגלל תוספת ההשראות והקבליות הפרזיטיות. בהערכה גסה, ההשראות עבור חוט יחיד הנה
1nH/mm בקירוב. חוט באורך של מטר אחד מתאפיין בעכבה השראתית של 1uH בנתיב הבדיקה – והדבר מגביל במידה ניכרת את רוחב הפס המדיד עד לטווח ה-kHz. בעיה נוספת נוגעת לעיוות האות ההולך וגדל, שנובע מצימוד אלקטרומגנטי. ככל שהחוט ארוך יותר, כך נתיב הצימוד מתארך אף הוא. הכבל המוארך פועל כאנטנה קולטת ומאפשר צימוד של רעשים לנתיב המדידה. לסיום, הכבל המוארך אף מוסיף עומס על המעגל שתחת בדיקה. במקרים מסוימים מדובר בעומסים משמעותיים. לדוגמה, כבל קואקסיאלי אופייני מסוג
FRA 50 ohm מתאפיין בעומס של 120pF/מטר. במקרה של מעגלים בעלי עכבה נמוכה, העומסים הכבדים עלולים לעוות את האות במידה שתגרום לכשל פונקציונלי.
המהנדסים עשויים לעשות שימוש בפרובי מתח פסיביים, מוקשחים וזולים. בדרך כלל, עכבת הכניסה של פרובים פסיביים אלה היא 10Mohm בקירוב, בעומס קיבולי של 10 עד 15pF. אפקט העומס נמוך בהרבה מזה המאפיין כבל מוארך. עם זאת, רוחב הפס מוגבל בדרך כלל ל-500MHz, כאשר מדובר בחיבור לכניסת אוסילוסקופ של 1MΩ. רבים מן היישומים הקיימים בתכנונים האלקטרוניים של ימינו מחייבים רוחב פס גדול בהרבה. כמו כן, טווח טמפרטורות הפעולה של פרוב פסיבי מסורתי מוגבל ל-0 עד 50ºC – טווח שאינו עומד לרוב בדרישות טמפרטורות המדידה המאפיינות בדיקות הזדקנות מואצת.
כדי לפתור בעיה זו, יש צורך בפרובי מתח פעילים מיוחדים ובאבזרים שיכולים לתת מענה הן לדרישות רוחב הפס והן לתנאי הבדיקה המחמירים. Agilent מספקת פתרון חסכוני של פרוב אקטיבי, שהנו הראשון מסוגו בענף, על מנת לתת מענה לצורך זה. ה-Agilent N2797A, שהנו פרוב אקטיבי חד קצווי המיועד לטמפרטורות קיצוניות, מאפשר למהנדס הבדיקה להכניס את ראש הפרוב המוקשח ישירות לתוך התא הסביבתי וכך שומר על נתיב אותות מינימלי מנקודת הבדיקה ועד למגבר הראשון. ההשראות הפרזיטית (בדרך כלל פחות ממספר nH) והעומס (לרוב פחות מ-1pF) ממוזערים, על מנת לאפשר רוחב פס מרבי של עד 1.5GHz לבדיקה. הפרוב מצויד בכבל קואקסיאלי מיוחד שעמיד בטמפרטורות גבוהות, מארז מעטפת עשוי סיליקון שעמיד בטמפרטורות גבוהות וכן מגבר פרוב מוקשח, כך שהוא מסוגל לשרוד בטווח טמפרטורות רחב, שנע בין -40ºC ל-85ºC, כנדרש ברוב הבדיקות הסביבתיות של רכיבים אלקטרוניים. יתר על כן, הפרוב אף נבדק ונמצא כי הוא מספק יציבות טמפרטורה גבוהה במשך פרקי זמן ארוכים. איור 2 מציג את היענות התדר בטווחי טמפרטורה שונים. איור 3 מציג את יציבות הפרוב ב-90C, במשך תקופה של 6 חודשים.
תכונות נוספות כוללות עכבת כניסה של 1MΩ לצורך מזעור עומסי ה-DC, כבל באורך של 2 מטרים לצורך פריסה לתאים, מגוון רחב של אבזרי פרוב מוקשחים התומכים בדגמי שימוש שונים וכן ממשק AutoProbe של Agilent, המיועד לפשט את התהליך. פרוב מסוג זה יכול להיות שימושי ביותר בכל מעבדת פיתוח, שבה הבדיקות הסביבתיות מהוות חלק ממחזור התכנון.
