Почему показатель выхода изделий при тестировании составляет 80 %, хотя плата в порядке?

Почему показатель выхода изделий при тестировании составляет 80 %, хотя плата в порядке?

Проблема погопина

Утренний отчёт по выходу годных изделий показал 80,2 %. Двадцать процентов изделий за день фактически вышли из строя на одной и той же операции — ICT (тестирование непосредственно на плате)  контактной площадке — причём отказы были рассеянными, непоследовательными и досадно периодическими. Руководитель отдела качества поступил так, как поступают руководители отделов качества: изолировал несоответствующие платы, извлёк журналы отказов и организовал анализ причин. Инженерная команда предположила наличие замыкания, бракованной партии компонентов или ошибки в конструкции. Они потратили полтора дня, преследуя призрак.

Вот вторая зацепка: когда техник повторно протестировал те же самые 20 % плат с использованием точно такого же приспособления, 98 % из них прошли проверку при второй попытке. Платы были исправны. Конструкция была исправна. Компоненты были исправны. Проблема заключалась в pogo Pin — один из пружинных щупов в контрольном компоненте, расположенный в гнезде примерно на 30 миллиметров от того, который давал сбой, и действительно вызвавший плохой электрический контакт, при этом маскируя неисправность.

Вот в чём дело с контрольными компонентами : когда они выходят из строя, они не издают шума. Они выходят из строя беззвучно — именно в том месте, куда никто не смотрит, потому что все предполагают: устройство, измеряющее параметры, само по себе должно быть исправным.

Физика крошечной пружины и острого наконечника

Apogo Pin  — это обманчиво простое устройство: плунжер, корпус, пружина и наконечник, прижимающийся к  контролируемому элементу  на плате. Когда компонент замыкается, каждый контактный штырь проходит свой дополнительный ход  и наконечник вдавливается в поверхность контролируемого элемента. Качество электрического контакта зависит от того, чтобы наконечник физически достиг чистой стали — будь то оксид, остатки флюса, пыль или естественная плёнка, остающаяся после прикосновения. Отделка OSP .

Электрические параметры предъявляют жёсткие требования. У исправного и сбалансированного пружинного контакта (pogo pin) сопротивление контакта составляет доли миллиома — типичный диапазон: от 10 до 50 миллиомов. Ограниченный контакт — изношенный, с уставшей пружиной или загрязнённой поверхностью — может дрейфовать до нескольких миллиомов или колебаться непредсказуемо. Компонент, идеально откалиброванный на 10 миллиомов на контакт, превращается в иное устройство при 300 миллиомах, причём разница остаётся невидимой, если не проводить измерения.

Сейчас умножьте это на количество контактов в обычной программе тестирования . Плата с 200 контрольными точками означает 200 одновременно работающих пружинных контактов, каждый из которых борется со своим собственным износом, загрязнением и усталостью. Отказ одного единственного контакта может привести к сбою всего теста — а если этот контакт находится в цепи, определяющей тонкий параметр, отказ будет выглядеть точно так же, как неисправность платы.

Почему контакты выходят из строя

Отказ погопина редко бывает драматичным. Это постепенное накопление мелких повреждений:

Износ идеи . Под этим подразумевается фактор контакта — корона, штырь или рельефная конструкция, концентрирующая давление для проникновения сквозь поверхностные плёнки. Каждое соприкосновение слегка стирает его. Кончик, начавшийся с размера 0,4 мм, завершает свой жизненный цикл закруглённым, отполированным и неспособным проникать сквозь что-либо. Производители указывают ресурс пинов в несколько тысяч или миллионов циклов, однако эти значения предполагают чистые платы, правильный переход и регулярное техническое обслуживание. В реальных условиях срок службы обычно составляет лишь часть заявленного — пин с ресурсом 1 миллион вставок зачастую требует замены уже до достижения 200 000 циклов при производственных проблемах.

Загрязнение . Изменение осадка от пайки, пыль с производственного пола, масла от обращения и остатки припоя от соседних операций накапливаются на контакте. Каждый осадок повышает переходное сопротивление. Именно поэтому приспособления на линиях высокопоточной сборки без очистки выходят из строя быстрее, чем на полностью очищенных платах — штыри буквально собирают остатки при каждом цикле.

Весенняя усталость . Пружина — это «двигатель» штыря, и она наиболее подвержена механическим перегрузкам. Превышение допустимого дополнительный ход — дополнительное сжатие сверх начального контакта — вызывает усталостные повреждения пружины и снижает генерируемое ею усилие. Штырь с недостаточным усилием не может пробить поверхностные плёнки, поэтому переходное сопротивление растёт. Приспособления, которые захлопывают вместо того, чтобы аккуратно закрывать, или платы, установленные чуть выше нормы, постепенно разрушают пружины.

Несоосность . Штырь должен попадать в контрольную точку  область — обычно площадка размером 0,8–1,2 мм. Смещение даже на 0,1 мм при регистрации платы в приспособлении, износ технологических штифтов или тепловое расширение платы может сместить контактную точку к краю площадки, где площадь контакта крайне мала, а сопротивление нестабильно. Контактный элемент может попасть на solder mask вместо меди — и тогда тест всегда зафиксирует обрыв.

Деформация платы приспособление рассчитано на плоскую плату. Даже незначительная деформация платы — на доли миллиметра — приводит к тому, что некоторые контрольные точки отрываются от своих штырей, в то время как другие подвергаются чрезмерному сжатию. Соответствующие цепи регистрируются как обрывы или короткие замыкания. На плате с неравномерным распределением меди — той, что слегка деформируется после пайки в печи — приспособление может вызывать стабильный паттерн отказов, похожий на ошибку трассировки.

Почему повторный тест даёт положительный результат

Раздражающая особенность отказов пружинных контактов (pogo pin) заключается в том, что повторное тестирование «устраняет» их. Точно такие же платы проходят проверку во второй раз, и этот факт убеждает всех в том, что проблема носила временный характер — сбой, устранимая неисправность, возможно, ошибка оператора. Система физична и абсолютно обыденна:

—Самая первая цель контакта-штыря — механически проколоть или сместить оксидную/загрязнённую плёнку, из-за которой контакт не сработал при первом подключении. Второе касание происходит уже к свежеобнажённому металлу. Связь улучшается.

—Процесс установки и зажима платы во второй раз может привести к её другому положению, изменяя как набор контактирующих штырей, так и величину прилагаемого давления.

—Штырь, который был слабым — загрязнённым, с уставшей пружиной — может вести себя по-разному от цикла к циклу: иногда обеспечивать контакт, а иногда терять его.

Цена успешного повторного тестирования — это действительно диагностическая подсказка: если высокий процент не прошедших тестирование плат направляется на повторное тестирование, первым подозреваемым следует считать компонент, а не платы. Высокая цена успешного повторного тестирования — это тревожный сигнал для вызовов, а не свидетельство того, что всё в порядке.

Реальная стоимость ложных сбоев

Стоимость ложного сбоя — это не только время повторного тестирования. Это и оборудование неопределённости, которое его окружает:

Карантинный запас каждая плата, не прошедшая тестирование, находится на удержании, пока «проблема» не будет выявлена. На линии высокого объёма это означает тысячи плат в час, ожидающих призрака.

Потерянное инженерное время. Обзоры конструкции, проверки принципиальных схем и оценка элементов проводятся для плат, которые изначально не были дефектными. Настоящая проблема — изношенный контакт — остаётся невидимой для всех этих проверок.

Напрасная переделка. Платы, которые не проходят тестирование, помечаются как проблемные и подвергаются «повторной обработке» (обычно простому повторному тестированию, которое заканчивается успешно), неся при этом расходы и репутационный ущерб от переделки без реальной пользы. Некоторый процент плат с ложными сбоями неправомерно списывается или ремонтируется, а каждое вмешательство создаёт реальную угрозу повреждения идеальной платы.

Искажённые данные о возвратах. Если компонент постепенно деградирует, показатели возвратов снижаются из недели в неделю, и никто не может объяснить причину. Производственная команда начинает «ремонтировать» процесс — корректируя профили, заменяя пасту, изменяя позиционирование — чтобы компенсировать проблему, которая полностью локализована внутри контрольного компонента.

Как выявить это до того, как пройдёт неделя

К счастью: проблемы с пружинными контактами (pogo pin) носят механический характер, а механические проблемы можно предотвратить. Контроль монотонен, но эффективен:

Отслеживайте переходное сопротивление, а не просто результат «прошёл/не прошёл».  Программа обследования, которая регистрирует сопротивление в сети, или минимум флаг-сетей, сопротивление которых фактически перевалило за порог, превращает скрытое ухудшение в заметную причуду. Когда одна и та же сеть показывает повышение сопротивления при контакте в течение недели производства, фиксатор сообщает вам, что он требует решения, прежде чем он начнет отказывать доскам.

Используйте золотую доску.  Сохраняйте хорошо известную доску, оцениваемую и документированную, и запускайте ее с фиксатором в начале каждой смены. Если золотая доска перестанет работать или пройдет с ужасными отрезками, компонент будет подозрителен. Эта одна тренировка, безусловно, зафиксировала бы все сбои с подвесками, которые я когда-либо видел, за несколько дней до того, как она достигла рекордного показателя урожайности.

Не забывайте о том, что вы делаете, а не о том, что вам не удается.  Упорядочить идеи в определенный период - интервал зависит от вашего потока и санитарии, однако каждые 10 000-20 000 циклов - обычный стартовый фактор для линий высокой пропускной способности. Меняйте булавки до того, как они будут носить, а не после. Шнурка, которая проходит миллион циклов, но меняется на 150 тысяч из-за того, что она в графике, стоит несколько долларов. Шприц, который перестает работать при 180 000 долларов, стоит день производства.

Проверяются тесты конструкции. Фактор испытания, который является обнаженной через, подложка под компонентом, или подложка с OSP отделки является фактор исследования, который борется с зондом. Специальные подложки для зондов с поверхностью, подходящей для повторного контакта, и размером для идеи булавки, увеличивают срок службы булавки и поддерживают сопротивление вызову. Это выбор дизайна для испытаний (DFT), сделанный во время планировки, и он определяет надежность фиксации на протяжении всего срока службы элемента.

Смотрите цену повторного тестирования.  Если ваш процент сдачи повторных тестов высок, более нескольких процентов неудачных экзаменов, относитесь к этому как к предостережению, а не к загадке. Соотношение "прекращение работы на первоначальном испытании, повторное испытание" и "неудача в обоих" является одним из самых эффективных ранних показателей ухудшения контакта во всем процессе исследования.

Устройство - это часть процесса

Неловкая правда заключается в том, что экзаменационный прибор - это механическое устройство, а не инструмент абсолютного факта. У него есть пружины, кончики, и он соприкасается с поверхностями, которые ослабевают по графику, который никто не записывал. Когда урожайность снижается, а доски в порядке, компонент - начальная точка поиска, а не последняя.

20% досок, которые не хватало в то утро? Они вернулись через линию, прошли и доставили. Фактическая ошибка никогда не была в досках. Он остался в одинокой идее использования зонда, 30 миллиметров от того, где кто-то смотрел, тихо лгал производителю, который должен был сказать правду.