थ्रूपुट जाल: क्यों फ्लाइंग प्रोब्स मात्रा उत्पादन को मारते हैं

प्रत्येक हार्डवेयर स्टार्टअप के जीवन चक्र में एक विशिष्ट समय होता है जब बैलेंस शीट भौतिकी से टकराती है। यह आमतौर पर EVT (एंजिनियरिंग वेलिडेशन टेस्ट) से PVT (प्रोडक्शन वेलिडेशन टेस्ट) के संक्रमण के दौरान होता है। आपके पास एक बोर्ड है जो काम करता है। आपके पास एक अनुबंध निर्माता है जो रैंप अप के लिए तैयार है। और फिर आप टेस्ट फिक्स्चर के कोट को देखते हैं: $15,000 का "बेड ऑफ नेल्स" (ICT) क्लैमशेल जो मशीनिंग में छह सप्ताह लेता है।

प्रतिक्रिया लगभग हमेशा वही होती है। आप “NRE” (गैर-बार-बार इंजीनियरिंग) के लिए लाइन आइटम को देखते हैं और रुक जाते हैं। क्यों पंद्रह हजार रुपये का भुगतान करें और एक महीने का इंतजार करें जब फेक्ट्री में एक मशीन सीधे फर्श पर है जो आज ही आपके बोर्ड का परीक्षण कर सकती है बिना सेटअप लागत के? यह फ्लाइंग प्रोब का उपयोग करता है—अकल्पनीय नीडल जो सुई की तरह पूरे बोर्ड में घूमते हैं, परीक्षण पॉइंट्स को टैप करते हुए। कोई फिक्स्चर, कोई इंतजार का समय नहीं। यह विनिर्माण अर्थशास्त्र के कानूनों में एक लूप होल जैसा महसूस होता है।

यह लूप नहीं है। यह 400% ब्याज दर वाला क्रेडिट कार्ड है। जबकि फ्लाइंग प्रोब प्रोटोटाइप चरण का उद्धारकर्ता है, इसके पर भरोसा करना एकल सबसे आम कारण है उत्पादन में अड़चनें आने का जो मैं क्षेत्र में देखता हूं। आप वास्तव में पैसे नहीं बचा रहे हैं उस प्रारंभिक पूंजीगत व्यय को छोड़कर। आप केवल लागत को एक दिखाई देने वाली एक बार की चेक से एक अदृश्य, खून बहते हुए घाव में स्थानांतरित कर रहे हैं, जो आपके यूनिट मार्जिन और समय सारिणी में है।

द टैक्ट टाइम वॉल

वॉल्यूम में फ्लाइंग प्रोब क्यों फेल होता है यह देखने के लिए, इलेक्ट्रॉनिक्स के बारे में सोचना बंद करें। समय के बारे में सोचें। विशेष रूप से, “बीट रेट” या टैक्ट टाइम। यदि आपका सर्फेस माउंट टेक्नोलॉजी (SMT) लाइन कुशलता से काम कर रही है, तो यह शायद हर 30 से 45 सेकंड में एक पूरा पीसीबीए (प्रिंटेड सर्किट बोर्ड असेम्बली) बना रही है। यह आपके कारखाने की धड़कन है। हर प्रक्रिया—निरीक्षण, परीक्षण, पैकिंग—उसे मेल खाना चाहिए। यदि नहीं, तो आप एक उत्पाद नहीं बना रहे हैं; आप एक ढेर बना रहे हैं।

एक बेड-ऑफ-नेल्स फिक्स्चर एक बोर्ड का परीक्षण करता है जिसमें एक साथ 500 पिन्स को पीसीबी पर दबाया जाता है। यह हर नेट को समानांतर जांचता है। परीक्षण में 15 सेकंड का समय लगता है। चूंकि यह SMT लाइन से तेज है, बेल्ट कभी नहीं रुकती।

इसके विपरीत, एक फ्लाइंग प्रोब परीक्षक श्रृखलाबद्ध है। इसके चार (कभी-कभी आठ) हेड होते हैं। उन same 500 नेट्स का परीक्षण करने के लिए, इसे शारीरिक रूप से हिलना, रुकना, उतरना, टैप करना, मापना, उठाना और फिर से हिलना पड़ता है। आज के.linear motors और उच्च-गति gantry का उपयोग करने के बावजूद, भौतिकी एक सीमा लगाती है। एक मध्यम जटिल बोर्ड जिसमें 400 नेट्स होते हैं, उसे परीक्षण में चार मिनट लग सकते हैं। [[सत्यापित करें]]

उस अंतर का गणित करें। आपका SMT लाइन हर 30 सेकंड में एक बोर्ड बनाती है। आपका परीक्षक हर 240 सेकंड में एक बोर्ड को साफ करता है। हर उस बोर्ड के लिए जो परीक्षक को साफ करता है, सात और बढ़ रहे हैं। पहले दिन के दोपहर तक 5,000 यूनिट की रफ्तार में, आपके पास अब उत्पादन लाइन नहीं है; आपके पास एक गोदाम संग्रहण समस्या है। आपके हॉल में 400 अनपरीक्षित बोर्ड एंटी-स्टैटिक कार्ट पर जमा हो रहे हैं।

मैंने देखा है कि उत्पादन प्रबंधक इसे हल करने के लिए "सिर्फ मशीन समय अधिक खरीदें" का प्रयास करते हैं। वे 24 घंटे प्रोब चलाते हैं ताकि 8 घंटे के SMT शिफ्ट के साथ मेल खा सकें। वे अतिरिक्त समय देते हैं। वे फैक्ट्री से कहते हैं कि बोर्ड दोनों या तीसरे मशीन पर डालें। अच्छी तरह से, वह $15,000 जो आपने फिक्स्चर पर बचाया था, अब चला गया। आप ऑपरेटर घंटे, मशीन का मूल्यह्रास, और बिजली का भुगतान कर रहे हैं, जो हर एक यूनिट की लागत में निवेशित है। आप परीक्षण के लिए $5 या $10 प्रति बोर्ड भुगतान कर रहे हैं, जबकि इसकी कीमत होनी चाहिए $0.50। आप एक तकनीकी ऋण की सेवा कर रहे हैं, ताकि कुछ पैसे बचाने के लिए सप्ताह एक में।

कभी-कभी, एक संस्थापक पूछता है कि क्या कोई "सामान्य फिक्स्चर" या समायोज्य पिन सिस्टम नहीं है जो अंतर को भर सके—कुछ बार-बार उपयोग होने वाला जो कस्टम टूलिंग लागत से बच सकता है लेकिन गति प्रदान करता है। यह एक स्थायी सपना है, जो हर कुछ वर्षों में Kickstarter अभियानों और व्यापार मेलों में दिखाई देता है। व्यवहार में, ये समायोज्य प्रणालियाँ उच्च-विश्वसनीयता विनिर्माण के लिए वाष्पवेयर हैं। इनमें एकमात्र यांत्रिक कठोरता नहीं है कि वे 0.01-इंच लक्ष्यों को कई चक्रों में दोहराने योग्य बना सकते हैं। आप द्वैध विकल्प से फंसे हुए हैं: धीमा, लचीला प्रोब या तेज, कठोर नेल।

भौतिकी, घर्षण और झूठे असफलता

स्पीड यहाँ अकेली दुश्मन नहीं है। समस्या का दूसरा भाग मापन की नाजुकता है। जब आप एक कीलों के बिस्तर का उपयोग करते हैं, तो आपके पास विशाल यांत्रिक लीवरेज होता है। एक प्रणोदक सिलेंडर बोर्ड को सैकड़ों पाउंड बल के साथ नीचे खींचता है, जांच परीक्षण पैड पर ऑक्सीडेशन और फ्लक्स अवशेष के माध्यम से प्रॉब टिप्स को दबाता है ताकि एक ठोस, गैस-तंग विद्युत संपर्क बनाया जा सके।

उड़ने वाला प्रॉब ऐसा नहीं कर सकता। यह एक नाजुक, संतुलित बांह है जो बोर्ड को धीरे से टैप करता है। यदि आपका एसएमटी प्रक्रिया जांच परीक्षण पैड पर थोड़ा मोटा फ्लक्स अवशेष छोड़ती है, या यदि एक विशिष्ट 0402 रेसिस्टर थोड़े कोण पर सोल्डर किया जाता है, तो प्रॉब टिप फिसल सकता है। यह पैड के बजाय अविशिष्ट सोल्डर मास्क पर उतर सकता है।

मशीन एक “Fail” रिपोर्ट करता है। लाइन रुक जाती है। एक ऑपरेटर आता है, बोर्ड को देखता है, शराब से पैड साफ करता है, और “Retest” दबाता है। यह पास हो जाता है। यह हर घंटे दस बार होता है। हम इनको “False Fails” या “Bonepile Noise” कहते हैं। एक कीलों के बिस्तर में, झूठे असफलता दुर्लभ होती हैं क्योंकि यांत्रिक बलपूर्वक होते हैं। उड़ने वाले प्रॉब में, ये अप्रभावीता का स्थायी पृष्ठभूमि विकिरण हैं।

हर बार जब प्रॉब भेड़िया रोता है, तो एक इंजीनियर को हस्तक्षेप करना पड़ता है। यह एक खतरनाक मनोवैज्ञानिक प्रभाव पैदा करता है: “boy who cried wolf” थकान। 10k पुल-अप रेसिस्टर पर पांचवां झूठा अलार्म के बाद, ऑपरेटर जांच नहीं करता। वे सिर्फ रिटेस्ट दबाते रहते हैं जब तक कि यह पास न हो जाए। अंततः, एक बोर्ड आता है जिसमें एक वास्तविक लापता रेसिस्टर। मशीन की हिचकिचाहट से प्रशिक्षित ऑपरेटर मानता है कि यह एक और गड़बड़ी है, रिटेस्ट करने पर मजबूर होता है, या उससे भी बदतर, मैन्युअल रूप से बोर्ड पास कर देता है। वह बुरा बोर्ड ग्राहक को भेज दिया जाता है।

यहां अक्सर एक प्रलोभन होता है कि संपूर्ण विद्युत परीक्षण को बायपास करें और दृष्टिगत निरीक्षण प्रणालियों—स्वचालित ऑप्टिकल परीक्षण (AOI) या एक्स-रे—पर भरोसा करें। “यदि सोल्डर जॉइन अच्छा दिखता है,” सोच जाता है, “तो कनेक्शन अच्छा होना चाहिए।” यह एक खतरनाक भ्रांति है। AOI एक भाग की उपस्थिति और एक फिएट का आकार जांचता है। यह नहीं देख सकता कि क्या एक चिप आंतरिक रूप से मृत है। यह नहीं बता सकता कि क्या एक रेसिस्टर 10k ओम्स है या 1k ओम। यह ठंडी सोल्डर जॉइन का पता नहीं लगा सकता है जो सतह पर पूर्ण दिखाई देता है लेकिन नीचे विद्युत निरंतरता नहीं रखता। आप इलेक्ट्रॉनों की तस्वीर नहीं ले सकते। आपको उन्हें मापना पड़ता है।

जब Probe राजा है

आदर्श विन्यास हिंसकता के बावजूद, उड़ान प्रॉब अब अप्रचलित नहीं है। यह बस गलत समझा जाता है। प्रॉब वास्तव में दो विशिष्ट क्षेत्रों के राजा हैं: प्रोटोटाइप और “असंभव” बोर्ड।

जब आप एक नए उत्पाद के संशोधन A का निर्माण कर रहे हैं, तो आप डिजाइन बदलने की गारंटी रखते हैं। तीन हफ्तों में समाप्त होने वाले बोर्ड के लिए $15,000 कठिन-उपकरण फिक्स्चर खरीदना अनुचित है। यहाँ, उड़ने वाला प्रॉब बिल्कुल सही है। आप CAD डेटा लोड करते हैं, सुबह में प्रोग्राम डीबग करते हैं, और अपने 50 प्रोटोटाइप का परीक्षण करते हैं। चक्र समय अप्रासंगिक है क्योंकि आप 5,000 इकाइयों का इंतजार नहीं कर रहे हैं।

दूसरा मान्य उपयोग मामला है “सुपर-बोर्ड”। एक उच्च जटिलता वाले सर्वर मदरबोर्ड या मेडिकल MRI कंट्रोलर पर विचार करें। इन बोर्डों में 5,000 नेट्स, 20 परतें, और दोनों तरफ घटक इतने घने होते हैं कि वहां पेगो पिन के लिए परीक्षण बिंदु रखने की जगह भी नहीं है। कीलों का बिस्तर शारीरिक रूप से असंभव है क्योंकि आप कीलों को फिट नहीं कर सकते हैं।

इन मामलों में, इकाई लागत अक्सर बहुत अधिक होती है—$5,000 या $10,000 प्रति बोर्ड। उत्पादन मात्रा साप्ताहिक पांच इकाइयों हो सकती है। यहाँ, 40 मिनट का परीक्षण समय स्वीकार्य है। परीक्षण समय की लागत बोर्ड के मूल्य की तुलना में एक राउंडिंग त्रुटि है, और मात्रा इतनी कम है कि परीक्षक बाधा नहीं है। उड़ने वाले प्रॉब की क्षमता वायस और घटक की टांगों को हिट करने की एकमात्र व्यवहार्य रणनीति बन जाती है।

द क्रॉसओवर स्ट्रेटेजी

परीक्षण रणनीति का कला जानना है कि कब अपने उड़ने वाले प्रॉब को फायर करना है। क्रॉसओवर पॉइंट शायद ही कभी एक कठोर संख्या होती है, क्योंकि यह बोर्ड की जटिलता और आपके EMS प्रदाता की विशिष्ट श्रम दर पर निर्भर करता है। हालांकि, एक मानक उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स पीसीबीए के लिए, खतरे का क्षेत्र आमतौर पर लगभग 500 इकाइयों से शुरू होता है।

यदि आप 100 इकाइयां बना रहे हैं, तो प्रॉब का उपयोग करें। यदि आप 1,000 बना रहे हैं, तो आपको ROI गणना करनी होगी। $15,000 फिक्स्चर लागत को अपने अनुबंध निर्माता द्वारा चार्ज किए गए “एडर” के खिलाफ तुलना करें। अक्सर, आप पाएंगे कि यह फिक्स्चर अपने आप में सिस्टम के पहले #700 के बाद भुगतान करता है।

लेकिन गणना केवल वित्तीय नहीं होनी चाहिए; यह परिचालन भी होनी चाहिए। अपने आप से पूछें: क्या मैं अपने संपूर्ण सप्लाई चेन को एक ही यांत्रिक सुई की गति द्वारा प्रतिबंधित कर सकता हूं? यदि जवाब नहीं है, तो NRE भुगतान करें। फिक्स्चर बनाएं। उड़ान प्रॉब को वापस अपने सर्वश्रेष्ठ कार्य—भविष्य के प्रोटोटाइप का परीक्षण— के लिए जाने दें: वर्तमान का उत्पादन रोकने के लिए नहीं।