Perangkap Throughput: Mengapa Probe Terbang Menghentikan Produksi Volume

Ada momen tertentu dalam setiap siklus hidup startup perangkat keras di mana neraca keuangan bertabrakan dengan fisika. Biasanya ini terjadi saat transisi dari EVT (Pengujian Validasi Teknik) ke PVT (Pengujian Validasi Produksi). Anda memiliki papan yang berfungsi. Anda memiliki produsen kontrak yang siap untuk meningkatkan produksi. Dan kemudian Anda melihat kutipan untuk perangkat pengujian: sebuah $15.000 "Tikar Paku" (ICT) yang berbentuk kerang yang memerlukan enam minggu untuk dipasang.

Reaksinya hampir selalu sama. Anda melihat item baris untuk "NRE" (Pengembangan Non-Ulang) dan Anda keberatan. Mengapa membayar lima belas ribu dan menunggu sebulan ketika pabrik memiliki mesin tepat di lantai yang dapat menguji papan Anda hari ini tanpa biaya pengaturan? Itu menggunakan probe terbang—jarum artikulasi yang melayang-layang di sekitar papan seperti mesin jahit, mengetuk titik pengujian satu per satu. Tidak ada perangkat, tidak ada waktu tunggu. Rasanya seperti celah dalam hukum ekonomi manufaktur.

Ini bukan celah. Ini adalah kartu kredit dengan tingkat bunga 400%. Sementara probe terbang adalah penyelamat dari fase prototipe, mengandalkannya untuk sesuatu di luar beberapa ratus unit adalah penyebab paling umum dari kemacetan produksi yang saya lihat di lapangan. Anda sebenarnya tidak menghemat uang dengan melewati pengeluaran modal awal itu. Anda hanya memindahkan biaya dari satu kali cek yang terlihat menjadi luka berdarah yang tak terlihat dalam margin dan jadwal unit Anda.

Dinding Takt Time

Untuk melihat mengapa probe terbang gagal pada volume, berhenti memikirkan elektronik. Pikirkan tentang waktu. Khususnya, "tingkat kecepatan" atau waktu takt. Jika jalur Teknologi Permukaan Mount (SMT) Anda berjalan efisien, kemungkinan besar menghasilkan PCBA (Rangkaian Papan Sirkuit Cetak) yang selesai setiap 30 sampai 45 detik. Itulah detak jantung pabrik Anda. Setiap proses di hilir— inspeksi, pengujian, pengemasan—harus sesuai dengan detak itu. Jika tidak, Anda tidak membangun produk; Anda membangun tumpukan.

Perangkat tikar paku menguji papan dengan menekan 500 pin sekaligus ke PCB. Ini memeriksa setiap net secara paralel. Pengujian memakan waktu 15 detik. Karena itu lebih cepat dari jalur SMT, sabuk tidak pernah berhenti.

Sebaliknya, penguji probe terbang bersifat serial. Ia memiliki empat (kadang delapan) kepala. Untuk menguji 500 net yang sama, ia harus bergerak secara fisik, berhenti, turun, menyentuh, mengukur, mengangkat, dan bergerak lagi. Bahkan dengan motor linier modern dan gantry berkecepatan tinggi, fisika memberlakukan batas. Papan yang cukup kompleks dengan 400 net mungkin membutuhkan waktu empat menit untuk diuji oleh probe terbang. [[VERIFIKASI]]

Lakukan perhitungan mengenai ketidaksesuaian itu. Jalur SMT Anda menghasilkan satu papan setiap 30 detik. Penguji Anda menyelesaikan satu papan setiap 240 detik. Untuk setiap papan yang lolos dari penguji, tujuh papan lainnya menumpuk di belakangnya. Pada waktu makan siang hari pertama dari jalur produksi 5.000 unit, Anda tidak lagi memiliki jalur produksi; Anda memiliki masalah penyimpanan gudang. Anda memiliki 400 papan yang belum diuji menumpuk di lorong dengan kereta anti-statis.

Saya pernah melihat manajer produksi mencoba menyelesaikan ini dengan "hanya membeli lebih banyak waktu mesin." Mereka menjalankan probe 24 jam sehari untuk mengejar shift SMT 8 jam. Mereka membayar lembur. Mereka memohon pabrik untuk menaruh papan di mesin kedua atau ketiga. Tiba-tiba, $15.000 yang Anda hemat dari perangkat hilang. Anda membayar jam operator, depresiasi mesin, dan listrik, diamortisasi ke dalam biaya setiap unit. Anda membayar $5 atau $10 per papan untuk pengujian yang seharusnya biaya $0,50. Anda membakar margin untuk melayani utang teknis yang Anda ambil untuk menghemat beberapa sen di minggu pertama.

Sesekali, seorang pendiri akan bertanya apakah tidak ada "perangkat universal" atau sistem pin yang dapat disesuaikan yang menjembatani celah—sesuatu yang dapat digunakan kembali yang menghindari biaya alat khusus tetapi menawarkan kecepatan. Ini adalah mimpi abadi, muncul dalam kampanye Kickstarter dan stan pameran setiap beberapa tahun. Dalam praktiknya, sistem yang dapat disesuaikan ini adalah vaporware untuk manufaktur yang sangat andal. Mereka kekurangan kekakuan mekanik untuk mencapai target 0,01 inci secara berulang di seluruh ribuan siklus. Anda terjebak dalam pilihan biner: probe yang lambat dan fleksibel atau paku yang cepat dan kaku.

Fisika, Gesekan, dan Kegagalan Palsu

Kecepatan bukan satu-satunya musuh di sini. Setengah masalah lainnya adalah kelemahan pengukuran itu sendiri. Ketika Anda menggunakan kasur paku, Anda memiliki leverage mekanis yang besar. Silinder pneumatik mendorong papan ke bawah dengan ratusan pound gaya, menghancurkan ujung probe melalui oksidasi dan residu fluks pada landasan pengujian untuk membuat sambungan listrik yang solid dan kedap gas.

Probe terbang tidak bisa melakukan itu. Ini adalah lengan seimbang yang halus yang mengetuk papan dengan lembut. Jika proses SMT Anda meninggalkan lapisan residu fluks yang sedikit lebih tebal di landasan pengujian, atau jika resistor 0402 tertentu disolder dengan sudut kecil, ujung probe mungkin tergelincir. Bisa jadi ujung tersebut mendarat di masker solder non-konduktif alih-alih landasan.

Mesin melaporkan 'Gagal.' Jalur berhenti. Operator berjalan, melihat papan, mengelap landasan dengan alkohol, dan menekan 'Uji ulang.' Itu lulus. Ini terjadi sepuluh kali satu jam. Kami menyebut ini 'Gagal Palsu' atau 'Kebisingan Bonepile.' Pada fixture kasur paku, gagal palsu jarang terjadi karena mekaniknya brute-force. Pada probe terbang, mereka adalah radiasi latar belakang yang konstan dari ketidakefisienan.

Setiap kali probe menangis wolf, seorang insinyur harus turun tangan. Ini menciptakan efek psikologis yang berbahaya: kelelahan 'anak yang menangis wolf.' Setelah alarm palsu kelima puluh pada resistor pull-up 10k, operator berhenti menyelidiki. Mereka hanya menekan uji ulang sampai lulus. Akhirnya, sebuah papan melalui dengan sebuah benar resistor yang hilang. Operator, yang terbiasa dengan ketidakpastian mesin, berasumsi itu glitch lain, memaksakan uji ulang, atau bahkan lebih buruk, secara manual melewati papan tersebut. Papan buruk itu dikirim ke pelanggan.

Ada godaan di sini untuk melewati pengujian listrik sepenuhnya dan mengandalkan sistem inspeksi visual—Inspeksi Optik Otomatis (AOI) atau X-Ray. 'Jika sambungan solder tampak baik,' logika mengatakan, 'koneksi pasti bagus.' Ini adalah kekeliruan berbahaya. AOI memeriksa keberadaan bagian dan bentuk fillet. Ini tidak bisa melihat jika sebuah chip mati secara internal. Ini tidak bisa memberitahu jika resistor 10k ohm atau 1k ohm. Ini tidak bisa mendeteksi sambungan solder dingin yang tampak sempurna di permukaan tetapi tidak memiliki kontinuitas listrik di bawahnya. Anda tidak bisa memotret elektron. Anda harus mengukurnya.

Saat Probe adalah Raja

Meskipun kekerasan throughput yang dilakukannya pada volume produksi, probe terbang tidak usang. Ini hanya disalahpahami. Probe sebenarnya adalah raja dari dua domain tertentu: prototipe dan papan yang 'mustahil'.

Ketika Anda membangun Revisi A dari produk baru, Anda dijamin mengubah desainnya. Membeli fixture $15.000 yang sulit dipasang untuk sebuah papan yang akan menjadi usang dalam tiga minggu adalah malpraktek. Di sini, probe terbang sempurna. Anda memuat data CAD, melakukan debug program dalam satu pagi, dan menguji 50 prototipe Anda. Waktu siklus tidak relevan karena Anda tidak menunggu 5.000 unit.

Kasus penggunaan kedua yang valid adalah 'Super-Board.' Pertimbangkan motherboard server dengan kompleksitas tinggi atau pengontrol MRI medis. Papan ini mungkin memiliki 5.000 net, 20 lapisan, dan komponen di kedua sisi yang sangat padat sehingga secara harfiah tidak ada ruang untuk menempatkan titik pengujian untuk pin pogo. Kasur paku secara fisik tidak memungkinkan karena Anda tidak bisa memasukkan paku.

Dalam kasus ini, biaya satuan sering kali luar biasa—$5.000 atau $10.000 per papan. Volume produksi mungkin lima unit seminggu. Di sini, waktu pengujian 40 menit dapat diterima. Biaya waktu pengujian adalah kesalahan pembulatan dibandingkan nilai papan, dan volume cukup rendah sehingga penguji tidak menjadi bottleneck. Kemampuan probe terbang untuk mengenai via kecil dan kaki komponen menjadi satu-satunya strategi yang layak.

Strategi Crossover

Seni strategi pengujian adalah mengetahui secara tepat kapan harus menembakkan probe terbang Anda. Titik perpotongan jarang merupakan angka pasti, karena tergantung pada kompleksitas papan dan tarif tenaga kerja spesifik dari penyedia EMS Anda. Namun, untuk PCBA elektronik konsumen standar, zona bahaya biasanya dimulai sekitar 500 unit.

Jika Anda membangun 100 unit, gunakan probe. Jika Anda membangun 1.000, Anda perlu melakukan perhitungan ROI. Bandingkan biaya fixture $15.000 dengan 'penambah' yang dikenakan oleh kontraktor manufaktur Anda untuk waktu probe. Sering kali, Anda akan menemukan bahwa fixture membayar dirinya sendiri pada unit #700.

Tapi, perhitungannya tidak boleh hanya finansial; harus operasional. Tanyakan pada diri sendiri: bisakah saya mampu membiarkan seluruh rantai pasokan saya terhambat oleh kecepatan satu jarum mekanis? Jika jawabannya tidak, bayarkan NRE. Bangun fixture-nya. Biarkan probe terbang kembali melakukan yang terbaik: menguji prototipe masa depan, bukan memperlambat produksi saat ini.