تغطية الاختبار التي تعود بالنفع: الفحص الحدودي Plus Vectorless على كامل ICT للرحلات المنخفضة

الضغط لالتقاط العيوب التصنيعية قبل شحن اللوحات غير قابل للتفاوض. يمكن أن يكلف عيب واحد هارب في نظام حرج أكثر بكثير من الاختبار الذي كان ليكتشفه. تدفع هذه الحقيقة العديد من فرق الهندسة نحو الاختبار في الدوائر الداخلية (ICT) كنموذج افتراضي، وهو أسلوب يُعتبر منذ فترة طويلة المعيار الذهبي للتغطية. يوفر ICT الكامل وصولاً شاملاً تقريبًا إلى كل عقدة على لوحة، واعدًا بمعدلات اكتشاف العيوب التي تقترب من الحد الأقصى النظري. بالنسبة للإنتاج بكميات عالية، فإن الاستثمار منطقي؛ حيث تتوزع التكاليف الثابتة لهندسة المواضع ومعدات الاختبار على آلاف الوحدات، مما يخفض الحمل على الوحدة إلى مستويات ضئيلة.

ولكن ينقلب الاقتصاد عندما تنخفض أحجام الإنتاج. بالنسبة للجولات التي تقل عن بضع مئات من الوحدات، تصبح نقاط قوة ICT عبئًا. فالتركيب الخاص المطلوب لكل تصميم لوحة يحمل تكاليف هندسية ثابتة وشديدة لا تتغير. تمتد أوقات الانتظار بينما يتم تصميم وبناء وتصحيح التركيبات. تلغي التكرارات في التصميم، الشائعة في إدخال المنتجات الجديدة، التركيبات تمامًا، مما يجبر على إعادة الدورة. في شركة PCBA، شاهدنا هذا الحساب يتكرر عبر مئات المشاريع. بالنسبة للجولات الأقل من 200 إلى 300 وحدة، نادرًا ما يحقق ICT الكامل فائدة.

البديل لا هو التخلي عن الاختبار الدقيق، بل استبدال نموذج الاعتماد على التركيبات باستراتيجية أخف وأكثر سرعة مبنية على المسح الحدودي، والاختبار بدون متجهات، والاختبار الوظيفي المركّز. يقدم هذا المزيج تغطية عيوب مماثلة، ويقضي على عنق الزجاجة الخاص بالتركيب، ويوفر حلقة تصحيح أسرع عند العثور على عيوب. هذا التحول ليس إيديولوجيًا؛ إنه استجابة عملية للاحتكاك الرياضي والميكانيكي التي يفرضها ICT على الإنتاج السريع ذو الحجم المنخفض.

الافتراض في تكنولوجيا المعلومات والكمية التي يتوقف عندها

أصبح الاختبار في الدوائر الداخلية المعيار الصناعي في عصر التصاميم عالية الحجم والثابتة. كان النموذج بسيطًا: استثمر بكثافة مقدمًا في تركيب اختبار مخصص وفاحص متطور، ثم استفد من هذا الاستثمار عبر عشرات الآلاف من الوحدات المتطابقة. مع قياس زمن الاختبار لكل وحدة بالثواني، كان التكلفة الحدية لكل لوحة فعليًا صفر بعد استيعاب التكاليف الثابتة. لمصنع إلكترونيات المستهلك الذي يشغل 50,000 وحدة من نفس المنتج، كانت الحسابات لا تقبل الشك.

لقد انقسم نموذج الإنتاج هذا. يخدم التصنيع الإلكتروني الحديث بشكل متزايد الأسواق ذات الأنواع العالية والكميات المنخفضة. فدورات حياة المنتج أقصر، والتكرارات التصميمية أكثر تكرارًا، والتخصيص ميزة تنافسية. قد يُنتج الشركة 150 وحدة من نوع واحد، ثم تُعدِّل التصميم، ثم تنتج 200 من النوع التالي. لم تعد الافتراض القائل بأن تركيبا واحدًا سيختبر آلاف اللوحات المتماثلة قائمًا. التكاليف الثابتة التي كانت ضئيلة في الأحجام الكبيرة تصبح عقبة عندما تنتشر على بضع مئات من الوحدات.

يتعطل النموذج عندما تتجاوز التكلفة الإجمالية لبنية ICT تكلفة الاستراتيجية البديلة المعدلة للمخاطر. ليست هذه الحدّة عشوائية. إنها تعتمد على تكلفة التركيبات، ووقت الهندسة، ووقت الإنتاج، والتغطية القابلة للتحقيق عبر الطرق بدون التركيبات. بالنسبة لمعظم تصاميم اللوحات، يقع هذا الحد بين 200 و300 وحدة.

فخ التكاليف الثابتة لاختبار الدوائر الداخلية

بينما تعتبر التركيبات هي أكثر التكاليف وضوحًا في ICT، فإن العبء الاقتصادي الحقيقي أوسع بكثير. إذ أن تركيب ICT المخصص ليس عملية شراء جاهزة من الرف؛ إنه قطعة هندسية، مصممة خصيصًا لتخطيط لوحة معين. تتطلب عملية التصميم تحويل قائمة الشبكات ومواقع المكونات على اللوحة إلى هيكل ميكانيكي مزود بأطراف اختبار مزودة بمشابك وتيارت متوازنة بدقة أقل من الميليمتر، بحيث تتوافق مع نقاط اختبار محددة. يجب على التركيب أن يأخذ في الاعتبار تسامح المكونات، وانحراف اللوحة، وارتداء الطرف. ثم يجب التحقق من صحة التركيب وتصحيحه — وهي عملية غالبًا ما تكشف عن مشاكل غير متوقعة مع الوصول إلى الأطراف أو سلامة الإشارة.

تكاليف هندسة التركيبات وأوقات الانتظار

عادةً ما يتراوح تكلفة الهندسة لتثبيت ذات تعقيد معتدل بين $8,000 و $15,000. يمكن أن تدفع لوحات ذات كثافة عالية مع مكونات ذات pitch دقيق أو وصول محدود لنقاط الاختبار هذا الرقم إلى $25,000 أو أكثر. هذا ببساطة تكلفة الواجهة الميكانيكية والكهربائية المخصصة اللازمة لربط اللوحة بمعدات ICT، منفصلة عن النفقات الرأسمالية للمختبر نفسه.

المدة الزمنية ذات أهمية مساوية. من لحظة الانتهاء من تصميم اللوحة، يتطلب تصميم التصحيح وتصنيعه عادة أسبوعين إلى أربعة أسابيع، ويمتد إلى ستة للتصاميم المعقدة. خلال هذه الفترة، يتوقف الإنتاج. قد يتم تجميع اللوحات، لكنها لا يمكن أن تُختبر. تبقى في المخزون، انتظارًا. إذا تغير التصميم خلال هذه الفترة — وهو حدث شائع في إدخال منتجات جديدة — يجب تعديل أو التخلص من التصحيح. يعيد الساعة ضبط نفسه.

حساب التعادل لتشغيل منخفض الحجم

يصبح المصيد الاقتصادي واضحًا عندما يتم تقسيم تكاليف التصحيح على عدد الوحدات. يضيف تصحيح بقيمة 12,000 $ عبء بقيمة 120 على كل لوحة. بالنسبة للوحة تحتوي على فاتورة مواد بقيمة 500، يكون ذلك بنسبة 24٪ للنفقات الزائدة على الاختبار. حتى إذا كانت عملية ICT سريعة، فإن الكفاءة الاقتصادية ضعيفة. يقلل نفس التصحيح على 500 وحدة من التكلفة لكل وحدة إلى 24، وهي نسبة نفقات زائدة مقبولة بنسبة خمسة بالمائة. الفرق هو ببساطة وظيفة الحجم.

نقطة التعادل هي حيث تتساوى التكلفة الإجمالية لعملية ICT — بما في ذلك الهندسة، والإعداد، وتكلفة الفرصة للمدة الزمنية — مع تكلفة البديل دون تصحيح. بالنسبة لاستراتيجية تجمع بين الفحص عن طريق الحدود، والاختبار بدون متجه، واختبار وظيفي فعال، فإن تكلفة البنية التحتية أقل بشكل كبير. يتطلب الفحص عن طريق الحدود عدم وجود تصحيح، ويستخدم الاختبار بدون متجه حساسات قابلة لإعادة الاستخدام تعمل بدون اتصال ميكانيكي. عادةً ما يكون أي تصحيح وظيفي أقل ويكون عامًا، وليس قطعة خاصة باللوحة تتطلب أسابيع من الهندسة.

عند أحجام الإنتاج أقل من 200 وحدة، تنهار اقتصاديات ICT. أقل من 300 وحدة، يكون الأمر هامشيًا، يعتمد على تعقيد اللوحة. فقط فوق 300 وحدة للتصاميم الثابتة وغير التكرارية، يبدأ ICT في أن يصبح منطقيًا اقتصاديًا مرة أخرى.

ما هو الفحص الحدودي والاختبار بدون متجهات في الحقيقة

البديل للاختبار القائم على التثبيت ليس تنازلاً في الدقة بل تحول إلى طرق تستفيد من البنية التحتية للتصميم الحالية والقياس غير التلامسي. تم تطوير هذه الأدوات لمواجهة الاتجاه نفسه الذي يقوض تكنولوجيا المعلومات والاتصالات: زيادة كثافة اللوحات وتقليل الوصول إلى نقاط الاختبار الفيزيائية.

يُ formalized عن طريق IEEE 1149.1 (المعروف باسم JTAG)، يدمج منطق الاختبار مباشرةً في الدوائر المدمجة للوحة. تشمل الرقائق المتوافقة سلسلة من الخلايا عند كل دبوس إدخال وإخراج. خلال الاختبار، تنقل واجهة بسيطة ذات أربعة أسلاك الأنماط إلى هذه الخلايا، وتتحكم في حالات المنطق على أشكال الشبكة للوحة. تُلتقط الحالات الناتجة ويتم نقلها للخارج للتحليل، مما يسمح للمختبر بالتحكم في الإشارات ومراقبتها عند مستوى الدبوس دون اتصال مادي. وهذه الطريقة غير الغازية فعالة جدًا في اكتشاف القصر، والانفتاحات، والأعطال المعلقة بين الأجهزة المتوافقة.

يكمل الاختبار بدون متجه ذلك باستخدام قياسات سعوية ومحاثية لاكتشاف الأعطال عبر اللوحة بأكملها. تقيس مجموعة من الحساسات المخصصة بالقرب من اللوحة الطابع الكهرومغناطيسي للمكونات المجمعة والخطوط. تخلق القصر اقتران سعوي قابل للقياس؛ وتظهر الانفتاحات تغيرات في الممانعة المميزة. الطريقة سريعة، وغير مع تماس، ويمكنها استنتاج وجود المكونات، والقطبية، والقيمة التقريبية، مما يجعلها فعالة في الكشف عن عيوب التصنيع الكبرى مثل المكونات المفقودة، والديودات المعكوسة، والخطوط المرتبطة.

مقارنة التغطية: الأرقام وراء المقايضة

الاعتراض الرئيسي على التخلي عن ICT هو التغطية. على الرغم من أن ICT يمكن، من حيث المبدأ، الوصول إلى كل عقدة على لوحة مع وجود نقاط اختبار كافية، إلا أن الادعاء أن البدائل أدنى هو غير مكتمل. السؤال الحقيقي هو ما إذا كانت تحقق تغطية كافية لالتقاط الأعطال التي تحدث فعليًا، وإذا كانت اختبارات الوظائف المركزة يمكن أن تغلق الفجوة المتبقية.

ما يشمله الفحص الحدودي

يعتمد التغطية بالمسح الحدودي على عدد المكونات على اللوح التي تتوافق مع معيار JTAG. بالنسبة لللوحات التي يهيمن عليها المنطق الرقمي — المعالجات الدقيقة، VFPAs، الذاكرة — تكون التغطية واسعة. يمكن لسلسلة المسح اختبار الاتصال بين هذه الأجهزة مع معدلات كشف الأعطال التي تتجاوز 95 بالمائة للقصيرات، والواصلات المفتوحة، والأعطال العالقة عند نقطة معينة. لوح حيث %d من المكونات تتوافق سيحقق تقريبا 70 إلى 85 بالمائة من التغطية الصافية. الأقسام التناظرية، المكونات المنفصلة، والأجزاء القديمة غير مرئية لهذه الطريقة. ومع ذلك، للتصاميم التي تعتمد بشكل كبير على الرقمية، يوفر المسح الحدودي وحده تغطية قابلة للمقارنة مع ICT لطبقة الاتصال الداخلي، حيث تحدث معظم أخطاء التجميع.

ما يضيفه الاختبار بدون متجهات

الاختبار بدون استخدام vectors يملأ الفجوات التي تتركها فحوصات الحدود، وخصوصًا للمكوّنات الساكنة والعيوب الكبيرة في التجميع. يمكن لقياسات السعة اكتشاف المقاومات المفقودة، والقيم غير الصحيحة للمكثفات، والثنائيات المعكوسة. على الرغم من أنها أقل دقة من القياسات المباشرة لنظام ICT، إلا أنها شاشة فعالة لأكثر الأخطاء شيوعًا: المكوّن الخاطئ، المكوّن المفقود، أو سوء المحاذاة الشديد. هذا يضيف من 10 إلى 20 بالمائة آخر من تغطية العيوب الإجمالية، ويوفر طبقة تحقق غير تلامسية للأجزاء التي لا يمكن لفحوصات الحدود رؤيتها.

الفجوة المتبقية وكيفية إغلاق اختبار الوظائف الرشيق لها

لا تزال مجموعة من الحدود والاختبار بدون متجه تترك فجوة في التحقق الوظيفي والأداء التناظري. يمكن أن تكون المكونات موجودة ومتصلّة بشكل صحيح ولكنها لا تعمل ضمن المعايير. قد يوفر مزود الطاقة الجهد الكهربائي ولكن مع اهتزاز مفرط. هنا يلعب اختبار الدائرة الوظيفية الرشيق (FCT) دورًا مهمًا. على عكس إعداد ICT كامل، يُثبت أن اللوحة تؤدي وظيفتها المقصودة في ظروف واقعية. يطبق الطاقة، ويحفز المدخلات، ويقيس المخرجات. بالنسبة للمتحكم في المحرك، قد يتحقق من توليد إشارة PWM؛ وللوحة الاتصالات، قد يتحقق من نقل البيانات بدون أخطاء. يُكمل الاختبار الوظيفي الاختبارات الهيكلية، ويكتشف الأعطال التي لا يمكن الطرق الأخرى رؤيتها.

معًا، عادةً ما تحقق هذه الطرق الثلاث تغطية للأعطال بنسبة 85 إلى 95 بالمائة. هذا ليس 100 بالمائة، ولكن حتى ICT في الممارسة العملية ليست كذلك. نظرًا لقيود نقاط الاختبار وتآكل المجس، غالبًا ما يقل تغطية ICT في الواقع عن الحد النظري الأقصى. الفرق في التغطية أصغر بكثير من العقوبة بالنسبة للتكلفة والمدة الزمنية.

ميزة حلقة التصحيح

تغطية الاختبار ليست إلا نصف معادلة القيمة؛ الآخر هو سرعة ودقة عزل العطل. يكتشف اختبار يكشف عن عطل ولكنه يوفر تشخيصات غامضة الوقت والتكلفة اللازمة لتحديد السبب الجذري.

بينما يكون ICT ممتازًا في تحديد الأعطال، إلا أن تشخيصه يمكن أن يكون غامضًا بشكل محبط. قد يبلغ المختبر أن العقدة 47 قصيرة إلى الأرض، لكنه لا يوضح لماذا أو أين. يجب على الفني تتبع المخطط، وتحديد الشبكة، وفحص المنطقة بصريًا — وهي عملية قد تستغرق ساعات في لوحة كثيفة ومتعددة الطبقات.

التحليلات الخاصة بفحص المسح الحدودي مختلفة بشكل أساسي. نظرًا لأن سلسلة الفحص مضمنة في المكونات، يعزل الاختبار الأعطال المحددة بالأطراف والأجهزة المحددة. يتم التعرف على قصر بين شبكتين بواسطة أطراف الجهاز الدقيقة المعنية، مما يضيق نطاق البحث إلى بضعة ميلي مترات مربعة. يتم اكتشاف الفتحات بين أزواج السائق والمستقبل المحددة. الناتج التشخيصي ليس رمز عطل. إنه خريطة. تعني هذه الدقة أن العطل الذي يستغرق ساعة لتصحيحه باستخدام بيانات ICT يمكن حلها غالبًا في 10 إلى 20 دقيقة باستخدام الفحص الحدودي. بالنسبة لتشغيل مكون مكون من 100 وحدة مع معدل عيوب نموذجي، يمكن أن يتجاوز إجمالي وقت تصحيح الأخطاء المُوفر أكثر من 10 ساعات.

الوقت القيادي والمرونة: القيمة المخفية

الحجة الاقتصادية ضد ICT للأحجام المنخفضة مقنعة، لكن العقوبة الزمنية تظل مهمة أيضًا. يفرض عملية هندسة المُعِدات من أسبوع إلى أربعة أسابيع تأخيرًا إلزاميًا بين تجميد التصميم واستعداد الاختبار. بالنسبة لإدخال منتج جديد، حيث يكون الوقت إلى السوق حاسمًا، غالبًا ما يكون هذا التأخير غير مقبول.

يقضي الفحص الحدودي والاختبار بدون مصفوفة على هذا الانتظار. يمكن تكوين إعداد الاختبار خلال ساعات أو أيام، وليس أسابيع، مما يتيح لللوحات الانتقال من التجميع إلى الاختبار ثم الشحن بشكل مستمر. هذه المرونة حاسمة عند تكرار التصاميم. قد يكشف تشغيل نموذج أولي مبكر عن مشكلات تتطلب تغييرات في تصميم اللوحة. مع ICT، يتطلب كل تعديل جاهز أو معاد ترتيبه، تكلفة ووقت انتظار من جديد. تتحدث أنماط اختبار الفحص الحدودي، التي تُولد من قائمة الشبكة، عن تلقائية مع التصميم. يخلق هذا استراتيجية اختبار تدعم التطوير التكراري بدلاً من معاقبته.

متى لا تزال تختار تكنولوجيا المعلومات والاتصالات

لكن الحالة ضد ICT للأحجام المنخفضة ليست مطلقة. لا تزال بعض التصاميم وسياقات الإنتاج تبرر الاستثمار.

تُعَدّ اللوحات التي تحتوي على أقسام تناظرية أو RF عالية الكثافة مرشحة ضعيفة لاستراتيجية خالية بالكامل من المصفوفات. تفتقر المكونات التناظرية إلى منطق الفحص الحدودي، ولا يمكن التحقق من خصائص الأداء الحرجة مثل الكسب أو الضوضاء الطورية هيكليًا. إذا كانت الدوائر التناظرية أو RF تمثل أكثر من ٤٠ بالمئة من وظائف اللوحة، فإن الحالة لـ ICT تقوى بشكل كبير.

تعمل الصناعات التي تتطلب الامتثال، مثل الطبية والفضائية والسيارات، غالبًا وفقًا للوائح التي تلزم تغطية أو طرق اختبار محددة. إذا كانت معايير الحوكمة تتطلب فحص في الدائرة أو وصولًا معادلًا على مستوى العُقد، فقد لا تكون الاستراتيجيات البديلة كافية. هنا، يكون سعر ICT تكلفة لا يمكن التفاوض عليها لدخول السوق.

وأخيرًا، فإن مسارًا واضحًا وملتزمًا للإنتاج بكميات كبيرة يغير الحسابات. إذا كان من المتوقع أن يتوسع تشغيل 150 وحدة مبدئيًا إلى 1000 وحدة خلال ستة أشهر، فإن تكلفة المصفوفة تتوزع عبر الحجم الإجمالي المتوقع. يتطلب ذلك ثقة عالية في التوقع وتصميم ثابت، ولكنه يمكن أن يجعل الاستثمار المسبق ذا قيمة.

بناء استراتيجية الاختبار البديلة

استبدال ICT ليس عملية سهلة؛ بل هو إعادة تكوين لهندسة الاختبار إلى استراتيجية متعددة الطبقات، حيث تلتقط كل طبقة الأخطاء التي قد تغفل عنها الأخرى.

يجب أن يكون العملية متسلسلة. الطبقة الأولى هي الفحص الحدودي، الذي يعمل بسرعة على جميع الأجهزة المطابقة للكشف عن الأعطال بين الوصلات على الأجزاء الرقمية للوحة. تُعلم اللوحات التي تفشل لإعادة العمل عليها على الفور، مما يمنع الأعطال الكارثية عند تفعيل الطاقة لاحقًا. الطبقة الثانية هي الاختبار بدون المصفوفة، والذي يعمل عبر اللوحة بأكملها للكشف عن المكونات السلبية المفقودة أو غير الصحيحة، والقصور الكبير، وأخطاء القطبية. يغطيه مكونات وشبكات لا يمكن رؤيتها بواسطة سلسلة الفحص.

الطبقة الثالثة والأخيرة هي اختبار وظيفي مركز. مع استبعاد الأعطال الهيكلية مسبقًا، يتم تشغيل اللوحة للتحقق من وظائفها الحرجة تحت ظروف تشغيل واقعية. يتناسب النطاق مع غرض اللوحة — التحقق من دقة محول التحويل الرقمي إلى تناظري على لوحة تجميع البيانات أو تنظيم التحميل على مصدر طاقة. تضمن هذه التسلسلية الكشف المبكر عن الأعطال الكارثية وغير التدميرية، وتقليل زمن التصحيح على الأعطال الوظيفية الأكثر تعقيدًا.

بالنسبة لللوحات ذات التعقيد المختلط — مثل نواة رقمية كثيفة محاطة بمعالجة إشارة تناظرية، على سبيل المثال — قد يكون الاستراتيجية المختلطة هي الأفضل. يمكن تصميم وحدة ICT جزئية لاستكشاف القسم التناظري الحرج فقط، مع ترك الجزء الرقمي للفحص الحدودي. تكون اقتصاديات الوحدة الجزئية أكثر ملاءمة، مما يقلل من التكلفة ووقت الانتظار مع الحفاظ على التغطية اللازمة للتصميم بأكمله.