Sonda aeriană: un concept de testare revoluționar

Ola Alexandru
Flying Probe specialist engineer @ Bosch



Vonsza Anda-Cristina
Electrical test engineer @ Bosch

Industria automotive evoluează într-un ritm accelerat. De aceea, pentru a depăși așteptările, trebuie să fiți cu un pas în față. Bosch are o vastă experiență în combinarea tehnologiei vehiculelor cu tehnologia hardware, software, precum și cu o diversitate de servicii pentru a oferi soluții complete pentru mobilitate. Nu avem încă mașini care să zboare, dar avem o sondă care face acest lucru.

Trăim vremuri marcate de schimbări majore în materie de tehnologie și tendințe, cu un interes crescut pentru testarea rapidă și de precizie a panourilor de circuite printate. Testul Flying Probe (sonda aeriană) sau fixtureless in-circuit test (FICT - testarea de circuit intern fără ajustare) va reprezenta elementul central de interes ce poate fi utilizat pentru testarea producției, prototipurilor și a panourilor de volum mic spre mediu ce pun probleme de accesibilitate. Oamenii ambițioși și vizionari vor vedea că dincolo de metodele vizionare de testare a mostrelor implementate, există aplicabilitate și în producția de serie.

Un echipament sau un sistem electric de testare este un concept complex ce presupune componente electrice, mecanice, software și hardware. Realizarea unui astfel de sistem presupune echilibrul perfect între componentele software și hardware. Scopul principal al acestui "concept nou" a fost obținerea de rezultate excelente într-o perioadă scurtă de timp, cu resurse umane minime și costuri cât se poate de reduse. Deoarece sistemul are un software specializat, un test poate fi rulat de mai multe ori fără costuri suplimentare. Fie că ne place sau nu, când privim spre viitor, observăm nevoie de a dezvolta competențe în utilizarea sistemelor electrice complete de testare automată.

Momentan, două dintre cele mai populare tipuri de echipament de testare automată utilizate de industrie pentru liniile de asamblare electronice PCB, pentru a valida procesul SMT, sunt cele de tip "bed of nails" In-Circuit Test (ICT) și Flying Probe ICT. Ambele sisteme pot oferi soluții eficiente de testare a componentelor SMT și pot garanta strategii bune de testare, în funcție de complexitate și produs, oferind totodată flexibilitate în ceea ce privește prezența funcționalităților speciale de testare hibridă.

Trebuie să punem în balanță aspectele pozitive și negative. Una dintre trăsăturile pozitive - dacă sunt bine folosite- se referă la faptul că se impun acțiuni de ajustare suplimentare, ceea ce va conduce la micșorarea bugetului de testare a elementelor ajustate [o bună parte din buget, de fapt]. Programul de test are nevoie de coordonatele specifice ale designului de produs, iar mașina își va îndeplini misiunea. Modificările de design nu vor mai reprezenta o problemă - aranjamentul extern/distribuția externă (layout) se vor schimba- dar putem reface programul de test și să îl adaptăm cu ușurință, eliminând costurile aferente modificării adaptorului "bed of nails". În ultima vreme, aceasta este o metodă de a oferi feedback programatorilor ce se ocupă de aranjamentul extern, de zonele cu probleme de acces și de îmbunătățirile generice în design și funcționalitate. Tipul de manufactură pentru testarea ajustărilor din "bed of nails" nu mai există, rămânând doar generarea programului de test și executarea secvenței de debug. A nu avea adaptor fix este sinonim cu flexibilitatea - deoarece toate produsele vor putea fi testate pe toate mașinile la nevoie. După ce utilizăm aceste mașini, se va schimba radical percepția noastră în ceea ce privește designul produselor, metodologia de test și percepția generală. Aceste mașini sunt concepute ca bancuri/stații de analiză și mașini de testare a prototipurilor, cu un plan foarte bun, cu tehnici de testare inovative și un concept revoluționar de testare Bosch.

Cum se întâmplă în cazul oricărei viziuni comparative, există și aspecte negative - se poate ușor observa că viteza generală de testare este joasă comparativ cu clasicul "bed of nails" ICT. Deși conceptul de testare este același, sondele mobile ale Flying Probe trebuie să se mute dintr-o poziție de test în alta pentru a acoperi toate componentele de testat. Dacă este nevoie de funcții de testare mai avansate, cum ar fi microcontroller flashing sau teste funcționale, în majoritatea cazurilor Flying Probe va avea nevoie de o adaptare minoră ce va invalida utilizarea sondelor în partea inferioară a zonelor de contact între zonele superioare și inferioare. Dacă este nevoie de teste FICT pentru produse cu componente înalte, pentru componente cu densitate înaltă sau designuri foarte compacte, vor exista multe probleme în privința zonelor de acces. Cârligele de contact utilizate de brațele robotice pentru testele electrice sunt scumpe, dacă vom compara manufactura și dimensiunile mari ale acestuia cu cârligele de contact din sondele ICT comune.

Flexibilitatea sistemelor de sonde aeriene a fost gândită astfel încât aceste mașini să poată testa plăci pe segmente de dimensiuni diferite. Ajustarea lățimii plăcii se va face în corelație cu programul de testare [individual per produs]. Apoi, placa va fi dusă în zona de testare de un sistem de brațe robotice și benzi rulante. În poziție finală, panoul va fi fixat printr-un sisteme de cleme, iar de aici înainte va începe procedura de recunoaștere.

Mașina va identifica placa pe baza produsului specific selectat. O cameră ce stochează și învață imagini va scana o locație specifică de pe placă, de obicei marcată de elemente de siguranță. Această procedură va marca faptul că panoul este în poziția corectă și este corect orientat în zona de testare. După verificarea cu camera și după trecerea cu succes de testele de aliniere, pot începe procedurile de testare la nivel de plăci.

Dintre tehnicile de testare cele mai avansate de la Bosch, cea mai cunoscută este NZT, iar aceasta poate fi aplicată nu doar pentru acoperire la nivel de circuit mic, ci și pentru a verifica valorile de impedanță de nod (nodal impedance values) din plase/rețele (nets) individual și independent de componentele de pe placă. Realizând acest tip de test, putem verifica dacă rezistența plasei/rețelei, capacitarea și voltajul de joncțiune corespund valorilor de pe placa aurie. Doar dacă o plasă/rețea cedează, sistemul va rula automat testarea componentelor din zonele cu probleme - pentru a determina componentele ce modifică comportamentul net. Pe lângă testul NZT, la Bosch rulăm și alte teste pentru a avea acoperire de aproape 100%. Doar așa putem obține calitate de excepție în urma testării și putem aduce la standarde competitive timpul de testare pe termen lung.

Pentru a sintetiza principiile de mai sus, tot sistemul de test este o mașină ce nu are nevoie de o ameliorare "bed of nails", individual per produs. Veți obține o mașină independentă ce poate testa fiecare produs fără modificări majore, fără intervenția unui operator, fiind conectată la un server unde sunt programe universale de testare ce sunt încărcate pe mașini din rețea. Schimbarea programelor de test și îmbunătățirea testelor pe toate mașinile în același timp prin conexiunea de la distanță la un computer central universal este foarte simplă. Lucrăm zilnic pentru ca acoperirea testelor să atingă pragul de 100% pentru toate produsele. Combinând acest demers cu noile metode sofisticate de testare, precum cea descrisă mai sus, putem reduce semnificativ timpul de testare și putem asigura acoperire completă la nivelul fiecărui produs. Combinând toți indicatorii de mai sus, obținem Industria 4.0 în ce are aceasta mai bun.

Fiecare familie de produse pe care o testăm ca mostră, prototip sau producție în serie sunt unice în felul lor, atât în design, cât și în caracteristici electrice, iar aceasta ne motivează să avansăm. Este esențial să înțelegem caracteristicile electrice și modelele de test din programele noastre. Suntem norocoși să avem aici o echipă ce deține foarte multă informație și experiență, mereu gata să învețe și să implementeze tehnologii, tendințe și metode de testare pentru a oferi proceduri de testare de calitate înaltă. Ne ghidăm după principiul - "O zi fără să înveți ceva este o zi irosită." ("A day spent without learning something, is a wasted day")