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COLLEGAMENTI RAPIDI
Il rapporto mattutino sul rendimento ha registrato l’80,2%. Il venti per cento della produzione giornaliera aveva effettivamente fallito esattamente nella stessa fase: la Verifica in-circuito (ICT) fase finale — e i guasti erano distribuiti in modo irregolare, non coerente e, in modo esasperante, periodico. Il supervisore qualità ha fatto ciò che i supervisori qualità fanno abitualmente: ha messo in quarantena le schede difettose, ha recuperato i log degli errori e ha organizzato una revisione progettuale. Il team ingegneristico sospettava un cortocircuito limitato, un lotto di componenti difettosi o un problema di conformità del formato. Hanno impiegato un giorno e mezzo a inseguire un fantasma.
Ecco il secondo elemento sorpresa: quando il tecnico ha rieseguito esattamente lo stesso venti per cento di schede con esattamente la stessa attrezzatura, il 98% di esse ha superato la verifica al secondo tentativo. Le schede erano a posto. Il progetto era a posto. I componenti erano a posto. Il problema era un pogo Pin -- uno dei contatti a molla presenti nel componente di prova, inserito in una presa situata a circa 30 millimetri da quella che aveva dato esito negativo, e che aveva effettivamente creato un contatto difettoso, nascondendo il problema.
Queste sono le cose riguardo ai componenti di prova : quando falliscono, non lo fanno in modo rumoroso. Falliscono in silenzio, proprio nel punto in cui nessuno guarda — perché tutti danno per scontato che la macchina che misura qualunque cosa debba essere, di per sé, perfettamente funzionante.
Apogo Pin è un dispositivo ingannevolmente semplice: un pistone, un corpo cilindrico, una molla e un contatto che preme contro un punto di prova sulla scheda. Quando il componente si chiude, ogni pin esercita una pressione fino al suo sovraccorsa e il contatto penetra nella superficie del punto di prova. La qualità del contatto elettrico dipende dal fatto che il contatto stesso entri effettivamente in contatto diretto con l’acciaio pulito — ossido, residuo di saldatura, polvere o il film naturale lasciato da un Finitura OSP .
La specifica elettrica è implacabile. Un contatto pogo pin sano e bilanciato presenta una resistenza di contatto nell’ordine delle decine di milliohms: da 10 a 50 milliohms è comune. Un contatto limitato — ad esempio usurato, con molla affaticata o superficie contaminata — può salire a diversi milliohms o oscillare in modo imprevedibile. Un componente perfettamente calibrato a 10 milliohms per contatto diventa un dispositivo completamente diverso a 300 milliohms, e la differenza è invisibile se non viene misurata.
Moltiplicate ora tale valore per il numero di contatti presenti in un normale programma di collaudo . Una scheda con 200 punti di prova implica 200 contatti a molla simultanei, ciascuno dei quali combatte la propria battaglia contro usura, contaminazione e affaticamento. Il guasto di un singolo pin può invalidare l’intero collaudo — e se quel pin si trova in un circuito che rileva qualcosa di particolarmente sensibile, il guasto può apparire identico a un difetto della scheda stessa.
Il guasto dei contatti a molla (pogo pin) è raramente drammatico. È un lento accumulo di piccoli danni:
Usura dell’idea . L’idea è il fattore di contatto — una calotta, una punta o una forma scolpita che concentra la pressione per perforare i film superficiali. Ogni inserimento ne provoca una leggera abrasione. La punta, che inizialmente ha un diametro di 0,4 mm, termina la sua vita arrotondata, lucidata e incapace di penetrare qualsiasi superficie. I produttori indicano una durata delle punte in migliaia o milioni di cicli, ma tali valori presuppongono schede pulite, corsa di inserimento corretta e manutenzione regolare. Nella pratica reale, la durata effettiva è spesso solo una frazione di quella indicata: una punta classificata per 1 milione di inserimenti richiede generalmente sostituzione già prima di 200.000 cicli in presenza di problemi produttivi.
Contaminazione . I depositi di saldatura, la polvere proveniente dal pavimento di produzione, gli oli derivanti dalla manipolazione e i residui di saldatura provenienti dalle procedure circostanti si accumulano sulla punta del contatto. Ogni deposito aumenta la resistenza di contatto. Questo è il motivo per cui i connettori utilizzati su linee di produzione ad alto flusso e senza pulizia successiva si deteriorano più rapidamente rispetto a quelli impiegati su schede completamente pulite: i contatti raccolgono letteralmente residui ad ogni ciclo.
Stanchezza primaverile . La molla è il motore del contatto ed è il componente più soggetto ad abuso. Superare la compressione nominale sovraccorsa — ossia la compressione aggiuntiva oltre il primo contatto — provoca affaticamento della molla e riduce la forza che essa è in grado di esercitare. Un contatto con forza insufficiente non riesce a rompere i film superficiali, pertanto la resistenza di contatto aumenta. I connettori chiusi con violenza anziché con delicatezza, o le schede posizionate leggermente troppo in alto, danneggiano le molle in modo silenzioso.
Disallineamento . Il contatto deve poggiare all’interno del punto di prova area — tipicamente una piazzola di dimensioni comprese tra 0,8 e 1,2 mm. Una deriva anche di soli 0,1 mm durante l’impostazione del fixture, l’usura dei perni di fissaggio o la dilatazione della scheda può portare il puntatore sul bordo della piazzola, dove l’area di contatto è minima e la resistenza instabile. Il puntatore potrebbe finire sulla maschera saldante anziché sul rame — il che risulta sistematicamente come un circuito aperto.
Deformazione della scheda il fixture presuppone una scheda piana. Una scheda distorta anche di una frazione di millimetro solleva alcuni punti di prova dai rispettivi perni, mentre ne comprime eccessivamente altri. Le reti interessate risultano come circuiti aperti o cortocircuiti. Una scheda con distribuzione non uniforme del rame — di quelle che si deformano leggermente dopo la saldatura in forno — può indurre nel fixture un pattern coerente di guasti che sembra un difetto di progettazione.
La parte frustrante dei guasti dei contatti a molla (pogo pin) è che i test ripetuti li "riparano". Le stesse identiche schede superano il test alla seconda prova, e questo fatto convince tutti che il problema era transitorio — un malfunzionamento, un problema risolvibile, forse imputabile all’operatore. Il sistema è puramente fisico e assolutamente banale:
-Il primo obiettivo del contatto a molla è meccanicamente perforare o spostare il film di ossido/contaminazione che aveva impedito il contatto la prima volta. Il secondo contatto avviene sul metallo appena esposto. La connessione migliora.
-L’atto di posizionare e fissare nuovamente la scheda può farla sedere in modo diverso, modificando quali contatti entrano in contatto e con quale pressione.
-Un contatto a molla che era al limite — contaminato, con molla stanca — può comportarsi in modo diverso da ciclo a ciclo, funzionando in modo intermittente e smettendo di funzionare periodicamente.
Il prezzo di successo del retest è davvero un indizio diagnostico: quando una percentuale elevata di schede fallite viene sottoposta a retest, la prima cosa da sospettare è il componente, non le schede. Prezzi elevati di successo del retest sono un campanello d’allarme per problemi di chiamata, non una conferma che tutto funzioni perfettamente.
Il costo di un falso fallimento non è solo il tempo impiegato per il retest. È anche l’equipaggiamento di incertezza che lo circonda:
Materiale in quarantena ogni scheda fallita rimane in un’area di attesa mentre si verifica l'"anomalia". Su una linea ad alto volume, ciò significa migliaia di schede all’ora in attesa di un fantasma.
Tempo ingegneristico sprecato. Revisioni progettuali, controlli degli schemi e valutazioni dei componenti vengono tutti impiegati su schede che non erano mai difettose. Il vero problema — un contatto usurato — risulta invisibile a tutti questi controlli.
Rilavorazione sprecata. Le schede che non superano i test vengono contrassegnate e sottoposte a "ritrattamento" (tipicamente un semplice retest che va a buon fine), con il relativo costo e stigma del ritrattamento, senza però alcun beneficio effettivo. Una certa percentuale di schede con falsi rifiuti viene scartata o riparata inutilmente, e ogni intervento manuale rappresenta una minaccia reale per la qualità di una scheda perfetta.
Dati di reso distorti. Se il componente si degrada lentamente, il tasso di reso diminuisce settimana dopo settimana, senza che nessuno riesca a spiegarne la causa. Il team produttivo inizia a "correggere" il processo — modificando i profili, cambiando la pasta saldante, regolando il posizionamento — per compensare un problema che risiede interamente nel componente di test.
Fortunatamente: i problemi dei pogo pin sono meccanici, e i problemi meccanici sono evitabili. Il controllo è ripetitivo, ma funziona:
Monitorare la resistenza di contatto, non solo l’esito pass/fail. Un programma di verifica che registra la resistenza per rete – oppure, al minimo, segnala le reti la cui resistenza ha superato una soglia prestabilita – trasforma un deterioramento nascosto in una tendenza evidente. Quando la stessa rete mostra un aumento della resistenza di contatto nell’arco di una settimana di produzione, il fixture sta comunicando che necessita di intervento prima che inizi a rifiutare schede.
Utilizzare una scheda di riferimento. Conservare una scheda nota come funzionante, verificata e documentata, ed eseguirla con il fixture all’inizio di ogni cambio. Se la scheda di riferimento comincia a non superare più i test – oppure li supera con margini estremamente ridotti – il componente è necessariamente sospetto. Questa singola pratica avrebbe certamente rilevato ogni guasto di un pin a molla (pogo pin) da me osservato, giorni prima che si riflettesse sul tasso di resa.
Mantenere i pin secondo un programma regolare, non in risposta a un guasto. Idee ordinate in un periodo definito... l'intervallo dipende dal flusso e dalla sanità della tavola, tuttavia ogni 10.000 a 20.000 cicli è un normale fattore di partenza per le linee ad alta capacità. Cambiare gli spilli prima di indossarli, non dopo. Un pin classificato a un milione di cicli che viene cambiato a 150.000 a causa del fatto che è sullo schema costa qualche dollaro. Un perno che smette di funzionare a 180.000 costa un giorno di produzione.
Punti di prova di progettazione da sondare. Un fattore di prova che è un via nudo, un pad sotto un componente, o un pad con una finitura OSP è un fattore di esame che combatte la sonda. Pad di sonda dedicati con una superficie adatta per contatti ripetuti... e dimensionati per l'idea del pin... espandono la vita del pin e supportano la resistenza alla chiamata. Si tratta di una scelta di progettazione per il test (DFT), fatta al momento del layout, e si stabilisce in affidabilità degli apparecchi per la vita dell'elemento.
Vedi il prezzo del nuovo test. Se il tuo tasso di superamento dei test è alto, oltre il 2% di fallimenti, consideralo una precauzione, non un enigma. Il rapporto tra "interromputo il lavoro sul test iniziale, ripetuto il test" e "sconfuso su entrambi" è solo uno dei più efficaci segnali precoci di degrado del contatto in tutto il processo di esame.
La strana verità è che un apparecchio di esame è un dispositivo meccanico, non uno strumento di fatto assoluto. Ha molle, punte e si mette in contatto con superfici che si indeboliscono in un orario che nessuno ha scritto. Quando la produzione diminuisce e le tavole vanno bene, il componente e' il punto di partenza da cercare, non l'ultimo.
Il 20% delle tavole che sono rimaste scarse quella mattina? Sono tornati attraverso la linea, sono passati e consegnati. Il vero fallimento non e' mai stato nelle tavole. Rimase in una singola idea di sonda usata, a 30 millimetri da dove qualcuno guardava, mentendo tranquillamente a un creatore che si aspettava di dire la verità.
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