Proč uvádí váš testovací výtěžek 80 %, když jsou desky v pořádku?

Proč uvádí váš testovací výtěžek 80 %, když jsou desky v pořádku?

Problém s pogo pinem

Ranní zpráva o výtěžnosti uváděla 80,2 %. Dvacet procent výroby za den selhalo přesně ve stejné fázi – ICT (kontrola v obvodu)  terminálu – a poruchy byly rozptýlené, nekonzistentní a podrážděně periodické. Ředitel kvality udělal to, co ředitelé kvality dělají: izoloval desky se sníženou kvalitou, vyťáhl protokoly o poruchách a uspořádal revizi návrhu. Inženýrský tým předpokládal omezený obvod, vadnou dávku součástek nebo problém s formátem. Celý den a půl pronásledovali fantom.

Zde je druhý háček: když technik znovu spustil přesně stejných 20 % desek se stejným přípravkem, 98 % z nich projelo kontrolou při druhém pokusu. Desky byly v pořádku. Návrh byl v pořádku. Součástky byly v pořádku. Problém byl v pogo pin – jeden z pružinových sond v zkušební součásti, v zásuvce přibližně 30 milimetrů od té, která selhala, a která ve skutečnosti způsobila špatný elektrický kontakt a přitom o tom mlčela.

To jsou věci ohledně zkušebních součástí : když selžou, neselžou hlasitě. Selžou tiše, právě na místě, kam nikdo nekouká – protože každý předpokládá, že zařízení, které měří cokoli, musí být samo o sobě v pořádku.

Fyzika malé pružiny a ostrého dotyku

Apogo pin  je klamavě jednoduché zařízení: píst, válec, pružina a dotykový hrot, který tlačí proti  zkušebnímu bodu  na desce. Když se součást uzavře, každá jehla stlačí svůj přejezd  a hrot pronikne do povrchu zkušebního bodu. Kvalita elektrického spojení závisí na tom, zda hrot fyzicky dosáhne čisté oceli – bez oxidu, zbytků lepidla, prachu nebo přirozené vrstvy zanechané prsty. Dokončení OSP .

Elektrická specifikace je bez kompromisů. Zdravý a vyvážený pogo pin má přechodový odpor v řádu desítek miliohmů – obvykle 10 až 50 miliohmů. Omezený kontakt – myšlenka opotřebovaná, pružina unavená, povrch znečištěný – může vychýlit odpor na několik miliohmů nebo se nepravidelně kolísat. Součástka, která byla dokonale kalibrována na 10 miliohmů na kontakt, se stane jiným zařízením při 300 miliohmech, a rozdíl není viditelný, pokud jej neprovedete měřením.

Nyní tento jev vynásobte počtem kontaktů v běžném testovacím programu . Deska s 200 testovacími body znamená 200 současných pružinově zatížených kontaktů, z nichž každý bojuje s vlastním opotřebením, znečištěním a únavou materiálu. Selhání jediného pinu může zrušit celý test – a pokud se tento pin nachází v obvodu, který určuje něco citlivého, selhání může vypadat přesně jako vadná deska.

Proč se kontakty kazí

Selhání pogo pinu je téměř nikdy dramatické. Je to pomalý nárůst drobných poškození:

Opotřebení nápadu . Nápad je faktorem kontaktu – koruna, jehla nebo tvarovaná konstrukce, která soustředí tlak k prorážení povrchových vrstev. Každé doteknutí ho trochu opotřebí. Hrot, který začíná velikostí 0,4 mm, ve svém životě zkuloví, zbledne a ztratí schopnost proniknout jakýmkoli materiálem. Dodavatelé uvádějí životnost pinů v řádu tisíců nebo milionů cyklů, avšak tyto hodnoty předpokládají čisté desky, správnou přejezdovou vzdálenost a pravidelnou údržbu. Skutečná životnost je v praxi často jen zlomkem udávané hodnoty – pin s udávanou životností 1 milion vložení se obvykle musí výrobkově nahradit dříve než po 200 000 vložení.

Kontaminace . Změna usazenin z pájení, prachu z výrobního prostředí, olejů z manipulace a kousků pájky z okolních procesů se všechny hromadí na kontaktu. Každá usazenina zvyšuje přechodový odpor. Proto se držáky na výrobních linkách s vysokým obsahem fluxu a bez nutnosti čištění opotřebují rychleji než držáky na zcela čistých deskách – kolíky totiž každým cyklem fyzicky nasávají zbytky.

Jarní únavu . Pružina je motorem kolíku a zároveň součástí nejvíce vystavenou poškození. Překročení stanoveného přejezd – tedy dodatečné stlačení nad první kontakt – způsobuje únavu pružiny a snižuje sílu, kterou dokáže vyvinout. Kolík s nedostatečnou silou nedokáže prolomit povrchové filmy, proto stoupá přechodový odpor. Držáky, které jsou násilně zavírány místo jemného uzavření, nebo desky, které leží mírně výše, pružiny postupně ničí.

Nesouosost . Kolík musí dopadnout do kontaktního bodu  oblast – obvykle ploška o velikosti 0,8 až 1,2 mm. Posun o pouhých 0,1 mm při kalibraci přípravku, opotřebení vodicích kolíků nebo roztahování desky může způsobit, že se špička sondy ocitne na okraji plošky, kde je kontaktová plocha minimální a odpor nestabilní. Špička sondy se může dotknout také lakované vrstvy (solder mask) místo mědi – což se pokaždé projeví jako přerušený obvod.

Prohnutí desky přípravek předpokládá rovnou desku. I nepatrné prohnutí desky o zlomek milimetru způsobí, že některé testovací sondy ztratí kontakt s příslušnými kolíky, zatímco jiné budou přetlačovány. Postižené spoje se pak vyhodnotí jako přerušené nebo zkratované. Deska s nerovnoměrným rozložením mědi – typ, který se po pájení lehce prohne – může ve výsledku způsobit opakující se vzor poruch, který vypadá jako chyba v uspořádání (layout).

Proč opakovaný test proběhne úspěšně

Frustrující část selhání pogo pinů spočívá v tom, že opětovné testování je „opraví“. Stejné desky při druhém testu projdou a tato skutečnost přesvědčí každého, že problém byl dočasný – chyba, problém s upevněním, možná i operátor. Systém je fyzický a zcela běžný:

– První cíl nápadu s pinem může mechanicky prorazit nebo posunout vrstvu oxidu/špíny, kterou při prvním pokusu nepodařilo překonat. Druhé doteknutí se uskuteční na právě odhaleném kovu. Kvalita spojení se zlepší.

– Samotné umístění desky a její upnutí podruhé může vést k jinému jejímu uložení, což mění, které piny jsou v kontaktu a s jakým tlakem.

– Pin, který byl slabý – například znečištěný, s unavenou pružinou – se může chovat od cyklu k cyklu jinak, občas projde testem a občas selže.

Cena úspěšného opakovaného testu je ve skutečnosti diagnostickým signálem: pokud vysoké procento nevyhovujících desek projde opakovaným testem, prvním podezřeným prvkem je součástka, nikoli desky. Vysoká cena úspěšného opakovaného testu je varovným signálem pro potenciální problémy, nikoli důkazem, že vše je v naprostém pořádku.

Skutečná cena falešných neúspěchů

Cena falešného neúspěchu není jen čas strávený opakovaným testem. Je to i vyvolaná nejistota:

Karanténní zásoby každá nevyhovující deska je umístěna na místě dočasného zadržení, dokud se nezjistí příčina "poruchy". Na výrobní lince s vysokým výkonem se jedná o tisíce desek za hodinu, které čekají na neexistující problém.

Ztracený inženýrský čas. Revize návrhu, kontrola schémat a posouzení prvků se provádějí u desek, které nikdy nebyly vadné. Skutečný problém – opotřebovaný kontakt – zůstává při všech těchto kontrolách neviditelný.

Zbytečná oprava. Desky, které nesplní požadavky, jsou označeny jako pochybné a podléhají „přepracování“ (obvykle základní opakovaný test, který proběhne úspěšně); to vše přináší náklady i negativní ohlas spojený s přepracováním, aniž by přinášelo jeho výhody. Určité procento desek, u nichž došlo k falešnému selhání, je zbytečně vyřazeno nebo opraveno, a každý zásah představuje skutečné riziko poškození výborné desky.

Zkreslená data o návratu. Pokud se součást postupně degraduje, hodnota návratu týden za týdnem klesá a nikdo nedokáže vysvětlit proč. Výrobní tým začíná „opravovat“ proces – upravovat profily, měnit pájivou pastu, měnit polohování – aby kompenzoval problém, který je zcela výhradně výsledkem chyby v testovacím zařízení.

Jak jej zachytit dříve, než stojí celý týden.

Naštěstí: problémy s pogo pinmi jsou mechanického charakteru a mechanické problémy lze předcházet. Řešení je jednoduché a funguje:

Sledujte odpor kontaktu, nikoli pouze výsledek „prošel/neprošel“.  Program pro zkoušení, který zaznamenává odpor na jednotlivé spoje – nebo alespoň označuje spoje, jejichž odpor překročil stanovenou mez – přemění skryté zhoršení na zřetelný trend. Pokud se u stejného spoje během týdne výroby odpor kontaktu zvyšuje, upozorňuje vás přípravek, že vyžaduje úpravu ještě předtím, než začne způsobovat zmetky.

Používejte referenční desku.  Uchovávejte desku s ověřenou správnou funkcí, která byla otestována a zdokumentována, a spouštějte ji s přípravkem na začátku každé výrobní změny. Pokud se referenční deska začne chovat nesprávně – nebo procházet pouze s kritickými tolerancemi – je součást nutně podezřelá. Tato jediná praxe by jistě zachytila každou poruchu pogo pinu, kterou jsem kdy viděl, několik dní předtím, než by se projevila ve výsledcích výroby.

Čistěte kontaktní špičky pravidelně, nikoli až po výskytu poruchy.  Udržujte čisté nápady v definovaných intervalech – délka intervalu závisí na vašem toku a čistotě desky, avšak obvyklým výchozím bodem pro vysokovýkonné linky je každých 10 000 až 20 000 cyklů. Vyměňujte hroty dříve, než se opotřebí, nikoli až poté. Hrot s životností jednoho milionu cyklů, který je vyměněn po 150 000 cyklech jen kvůli plánu, stojí několik korun. Hrot, který selže po 180 000 cyklech, stojí jeden den výroby.

Navrhněte testovací body tak, aby bylo možné je prozkoumat sondou. Testovací bod ve formě otevřeného průchodového otvoru, plošky pod součástkou nebo plošky s povlakem OSP je testovací bod, který sondě brání. Vyhrazené sondovací plošky s povrchem vhodným pro opakovaný kontakt – a navržené tak, aby odpovídaly rozměrům hrotu – prodlužují životnost hrotů a zajišťují stabilní kontaktní odpor. Toto je rozhodnutí zaměřené na testovatelnost (DFT), které se učiní již v fázi návrhu a které zaručuje spolehlivost přípravku po celou dobu životnosti výrobku.

Podívejte se na náklady na opakované testování.  Pokud je míra opakovaných testů vysoká – více než několik procent desek selže – považujte to za varování týkající se přípravku, nikoli za záhadu. Poměr desek, které při prvním testu přestaly fungovat a byly následně podrobeny opakovanému testu, k deskám, které selhaly při obou testech, je jedním z nejúčinnějších velmi raných ukazatelů degradace kontaktů v celém procesu zkoušení.

Přípravek patří do procesu

Nepraktickou pravdou je, že zkoušecí přípravek je funkční mechanické zařízení, nikoli nástroj absolutní pravdy. Obsahuje pružiny, hroty a kontaktní povrchy, které se postupně opotřebují podle časového plánu, který nikdo nezaznamenal. Když se sníží výroba a desky jsou v pořádku, komponenta je prvním místem, kam se máte podívat – nikoli posledním.

20 % desek, které selhaly to ráno? Projely znovu výrobní linkou, úspěšně absolvovaly test a byly dodány. Skutečné selhání nebylo na deskách. Nacházelo se v jediném opotřebovaném sondovacím hrotu, pouhých 30 milimetrů od místa, kam se kdokoli díval, a tiše klamalo výrobce, který měl říkat pravdu.