测试与检查

verifone

测试与检查
Test/Inspection
基于板的复杂性选择测试策略，这些板具有许多量纲：表面贴装或通孔、单面或双面、元件数量(包括密间距)、焊接点、电器的和视觉的访问。本文的焦点集中在作为复杂性根源的元件与焊接点的数量。
By Stig Oresjo
假设选择三种不同复杂程度的板：低、中与高。低复杂性的板(LCB, Low-complexity board)特征是，50个元件，350个焊点和50~100个电气节点，并且是一个简单电路，如，可编程自动调温器、高级玩具、家用电器、磁碟驱动控制器等。中等复杂性的板(MCB, medium-complexity board)包括500个元件，3500个焊接点和500~1000个电气节点；典型的例子是台式计算机的主板。最后，高复杂性的板(HCB, high-complexity board)有2500个元件，17500个焊接点，典型的3000~4000个节点。伺服器、路由器和高级电信的板归于这类。
各类型板的合格率
为了决定三种类型板的所希望的可靠的合格率，假设制造过程对元件和焊接点的缺陷水平是每百万分之200个缺陷(DPMO, Defect per million opportunities)。(对中和高复杂性的板，DPMO水平通常较高；200 DPMO用于所有三种情况是为了方便比较。)
N = 缺陷机会，合格率的公式为：合格率 = [ 1 - (DPMO/1000000)]N
低复杂性的板有400个缺陷机会(50个元件 + 350个焊接点)；中等4000(500 + 3500)；高20000(2500 + 17500)。应用到 公式 中，(SMT工艺)合格率结果为：低复杂程度92%，中等复杂程度45%，高复杂性的PCB只有2%。结论：几乎所有低复杂程度的板都将通过，而几乎所有高复杂程度的板将至少每个板上暴露出一个缺陷。
再假设对每个类型的板，SMT生产线每天运行24小时，每周五天，每年50周。对低复杂性的板，每年生产2,000,000块板，中等程度200,000，高等程度40,000。LCB的制造成本为$20；MCB为$400；HCB为$4,000。
测试：一个无增值的行为？
这个说法有时听得到，如果是真的，那只需要调整一个策略 - 一个非常简单的过/不过的测试。一个公司致力于只发货那些工作正常的板，可能对那些失效的板不作任何修理，它会发现扔掉更便宜。这项策略的经济效应可从表中看到。
测试与修理的调节"成本"
参数        LCB        MCB        HCB
每年板数(千块)        2,000        200        40
每块板成本        $20        $400        $4,000
(SMT)板合格率%        92        45        2
好板价值(百万美元)        36.8        36        3.2
报废价值(百万美元)        3.2        44        156.8
每年贴装元件(百万)        100        100        100
每年焊接点数(百万)        700        700        700
每年缺陷机会(百万)        800        800        800
使用报废失效品策略，可以看出对三种情况的报废成本有很大差别，甚至总的DPMO是相同的。如果测试和修理成本比报废成本低，那么测试将增加价值。表中所示，LCB比MCB用来开发与投资在测试和修理上的可用"空间"较小；而比HCB要小得多。
选择测试策略的指导性原则是，找到产生最高经济回报的结合方法。这是高缺陷覆盖(较低报废率)与最佳诊断方法(较低修理成本)之间的交替换位，考虑测试检查系统的固定成本，编程和夹具成本，和操作员与修理人员的事务成本。
低复杂性板。最佳的测试策略可能是手工视觉检查(MVI, manual visual inspection)或自动光学检查(AOI, automated optical inspection)，跟着功能测试。如果假设每班次要求五个视觉检查员，并且MVI可发现和修理50%的所有缺陷，那么可节省$1.6百万。一个视觉检查员的年开支大约$30,000；这个方法的成本是每年450,000(每板5个检查员 x 3班 x $30,000 = $450,000)。一项$450,000的投资节省$1.6百万，似乎是一个好的策略。但是作为替换 - 使用AOI而不是MVI - 一个系统可跟上一条生产线的产量，产生的年成本会大大地低于$450,000。因此，在大多数情况下AOI是更好的策略。
如果MVI策略找出缺陷的效力是50%，功能测试的合格率应该是96%，这里剩下的缺陷的75%可以被测试并以少于每个$20来修理。(典型地，功能测试有95%的缺陷覆盖率。在低复杂情况，假设只有75%的所有查出的缺陷可以以少于$20的成本修理。如果测试和修理多于$20，那么报废板更便宜。)
应该加入在线测试(ICT, in-circuit test)吗？答案还不清楚，例如，如果板的种类很少，只需要开发一些夹具和测试程序；那么ICT可能是一个好的策略。可是，如果情况是需要很多程序和夹具，那ICT可能不是一个经济的策略。这个评估的关键是检查的合格率为96%。LCB情况如图一所示。

图一、对低复杂性板的手工视觉或自动光学检查加上功能测试的情况。
中等复杂性的板。大多数成本有效的策略可能是某种形式的检查，跟着ICT和功能测试(图二)。使用一个缺陷覆盖率为50%的检查策略，结果将得到73%的检查合格率 - 太低而不能直接供给功能测试。(原则上，到功能测试的合格率应该大于90%。) 如果，在这种情形，加入对剩下缺陷有75%覆盖率的ICT，那么将有41,250块板将在ICT检查和修理。如果假设平均修理费用，包括在ICT的附加诊断每板$6和功能测试的每板$36，那么节约为$1.2百万(41,250 x ($36 - $6))。ICT设备的年固定成本，程序开发和夹具成本可能要少得多。(注：几个选项，包括MVI，AOI或自动X光检查(AXI, automated X-ray inspection)，可以是这种情况下的检查策略的可替换选择。阐述哪种最有经济效益已超出了本文的范围。)

图二、对中等复杂程度的板，最有经济效益的策略是某种形式的检查，跟着在线测试和功能测试。节约潜力达每年$1.2百万。
高复杂性的板。没有检查的生产合格率为2%。这里，对每块板17,500个焊接点，一个高缺陷覆盖率的策略(AXI)可能是最有经济效益的替代方法(图三)。对一个典型的缺陷谱，AXI可以检查到所有失效的80%，或80%的合格率，这还太低，不能直接去功能测试。因此，用ICT补足这个情况是一个好的策略，并以简化ICT测试的机会得到强调。因为AXI具有非常高的短路与开路缺陷覆盖率，ICT夹具可以减轻对已经被覆盖的缺陷的测试。使用这个策略可以大大节约ICT夹具和程序开发的成本。

图三、对高复杂性板的情形，使用自动X光检查的高缺陷覆盖率策略可能是最有经济效益的。
产品寿命周期
在引用的三个例子中，假设了稳定的生产状态。可是，这是不正常的。从方程式中忽略的是原型测试、生产攀升和成熟生产工艺的发展。还有，在许多情况下，及时到达市场(time-to-market)和适量到达市场(volume-to-market)可能是一个产品成功(或失败)的关键。为满足这些关键产品时期的特殊需要，可能要加入另外的测试步骤。例如，在原型测试中，应该选择具有高覆盖率和编程快的测试/检查技术。AXI，AOI和飞针系统(flying probe system)是好的替代手段。通常，在产量增加和缺陷水平还高的攀升阶段，有经济意识的应该准备尽可能多的测试策略。
缺陷谱
选择正确测试策略的另一个关键因素是，对缺陷水平和缺陷谱的了解。如果大多数缺陷是焊锡有关的，那么，策略中应包括一个具有对这些缺陷高覆盖率的测试系统。简单地说，如果贴装错误普遍，那么应该有一个对这个区域高覆盖率的测试系统。事实上，一个测试系统不可能覆盖全部的缺陷谱。可是，为了选择正确的策略，应该把方程中缺陷谱和缺陷水平以及板的复杂性和板的产量，作为关键的考虑因素，来完成经济运算。
总结
通过选择测试策略，作为PCB复杂性的函数，高复杂性板的潜在成本利益是比低复杂性板的高得多。鉴于元件数量与焊接点数量是关键的参数，重要的是记住，其它因素可能引起板的复杂性。板的密度，密间距元件，电气和视觉可达性，板的数量等，也是重要的，因为任何变化都可能重大的改变最优的测试策略。

tom-yang

好象在哪里看到过啊!

dg_yxs

不怎么样啊，BS一下！