装备开发与PCB测试的实施方法

2024-01-27 百科知识版权反馈

【摘要】：在图4.5中，第三项中试工作是产品装备开发。ICT是一种常用的电路板检测方法，主要能测试虚焊、短路、断路和元器件不良等故障。在装备开发工作中，应适当权衡自行开发装备还是外购仪器设备。图4.13PCB测试点设计规范（示例）装备开发工作基本流程图4.14是装备开发工作流程的示意图，重点说明在产品开发过程中，装备开发各项工作如何与产品设计工作实现并行化，以缩短新产品

在图4.5中，第三项中试工作是产品装备开发。如前文所述，所谓装备开发，是指为新产品开发那些不能外购的自动化的生产测试设备。

一般来说，自动化设备的特点是包含软件、电子硬件以实现自动化功能，另外也包括结构甚至机械等其他零组件。因此，开展装备开发工作，就需要进行软件、电子、结构等设计工作。事实上，装备开发工作与电子产品开发工作是类似的，只不过用途不同。区别在于，装备用于企业内部，主要用于生产过程，而电子产品则用于企业外部。装备的使用场合是固定的，使用者通常具备较好的技能。因此，对新装备的测试验证工作不如电子产品严格。

为了更好地发挥装备开发部门的作用，除了开发自动化的生产测试设备，还可以包括开发那些无法外购的自动化生产设备，例如专用的生产流水线设备。同时，也可以兼顾为新产品的中试测试、维护和维修测试工作开发自动化测试设备。

另一方面，没有自动化功能的专用生产设备，则可以不放在装备开发部门进行开发。例如，一些专用的工夹具，只需要进行结构设计，则可以由工艺设计部门负责开发。

本小节讨论装备开发工作的基本职责、基本方法和基本流程，并介绍相关概念和实战性问题点，重点关注装备开发工作如何融入产品开发过程，并与产品设计工作实现并行化，为新产品顺利、快速地投入批量生产提供装备技术保障。

装备开发部门的基本职责：为新产品提供生产检测设备

装备开发部门的第一项职责——新产品装备开发：为新产品开发和验证生产调测和老化的自动化设备，并为所开发的测试装备编制相应的操作工艺文件。特别强调，本项职责不仅要求为新产品开发新装备，而且要进行测试和验证，以保证新装备达到必要的质量要求。同时，为了方便生产等相关部门应用新装备，还必须为新装备制定操作使用说明书、维护说明书等操作工艺文件。

为了做好新产品的装备开发工作，必须充分了解本企业产品技术特点和生产工艺过程，重点了解生产部门和相关部门的测试装备需求。例如，图4.11说明了一种可能的电子产品生产过程，其中的虚线椭圆框是可能需要的测试装备。在图4.11中，“在线测试”即是ICT（In-Circuit Test），“老化”则是指对通过了ICT检测的电路板进行老化筛选。ICT是一种常用的电路板检测方法，主要能测试虚焊、短路、断路和元器件不良等故障。

图4.11　电子产品生产过程中可能需要的装备示意图

产品的生产检测方法可以划分为工艺类检测方法和功能类检测方法两大类，这两类检测方法都可能需要相应的测试装备。第一类是工艺类检测方法，即检测产品或零部件是否存在组装缺陷和元件缺陷。工艺类检测方法不需要被测产品或零部件进入工作状态，因此又称为静态检测方法。工艺类检测方法的故障定位能力较强，但是，即使通过了工艺类检测，也不能保证没有问题。

电子产品常见的工艺类检测方法有人工目检MVI（Manual Visual Inspection）、自动光学检测AOI（Automated Optical Inspection）、自动X射线检测AXI（Automated X-ray Inspection）、在线测试ICT，其中ICT方法需要针对每种被测电路板设计软件和夹具，即需要开发配套的ICT装备。

第二类生产检测方法是功能类检测方法，或称为动态检测方法，即检测产品或零部件是否能完成预定的功能。图4.11中的“功能测试”和“整机调测”都采用功能类检测方法。功能类检测方法的检测结果更为可靠，通过了检测的产品或零部件确实能完成其功能。但是功能类检测方法的故障定位能力相对较弱。所以，这两类检测方法是互补的，并且都得到了广泛应用。

功能类检测方法往往需要为被测产品和零部件开发专用测试装备。对于电子产品整机的功能测试，可以开发专用的测试软件，实现对产品整机功能的自动化测试。对于零部件的功能测试，则可以考虑多种方案，第一种方案是在产品整机上测试，这种方案只需要开发专用测试软件，但无需开发测试硬件，装备开发成本较低，但可能需要大量产品整机用于生产测试，总的测试成本较高。第二种方案是外购各种仪器设备，配套开发专用测试软件，以实现功能测试工作的自动化。第三种方案是自行开发专用的测试硬件和测试软件，其测试效率较高，但装备开发成本较高，适用于产量较大、版本稳定的产品和零部件。图4.12是针对电路板的功能测试装备示意图，其中测试装备由夹具、激励源、控制器和检测器构成。功能测试装备为被测电路板提供信号输入，并接收和检测其输出，从而实现了对被测板的自动化测试。

图4.12　电子产品的功能测试装备示意图

图4.11中的老化装备也是一种重要的电子产品测试装备。电子产品通常需要做老化试验，以降低电子产品的早期失效率，减少产品返修。为了提高老化效率，可以开发专用的老化装备，以实现电路板批量老化，避免产品整机老化占用过大空间的问题。同时，老化装备还可以对老化过程进行在线监控，记录老化过程中的工作状态和异常情况，便于对不良品进行分析和改进。老化装备也有助于分析确定合理的老化条件，例如确定合理的老化时间。

在装备开发工作中，应适当权衡自行开发装备还是外购仪器设备。很多时候，在新装备中集成外购的仪器设备，可以减少装备开发工作、缩短开发周期，并提高装备质量。(www.chuimin.cn)

在产品开发过程的计划阶段，需要制订新产品的装备开发总体方案，以对新产品的全部装备开发工作进行总体规划。装备开发总体方案的主要内容，是根据新产品生产质量、效率、成本需求，以及相关测试需求，确定应为新产品开发哪些新装备，为在开发阶段进行新装备的设计工作做好准备。

装备开发部门的第二项职责——构建装备开发和应用的技术规范体系，建设新产品装备开发平台。装备开发部门要做好相关的管理和业务能力建设工作，将成熟的工作经验总结出来，建立并持续优化装备开发规范体系，包括各种装备开发技术规范、标准、流程及其IT系统。

例如，为了简化装备开发工作，可以制订PCB测试点设计规范，如图4.13所示。

图4.13　PCB测试点设计规范（示例）

装备开发工作基本流程

图4.14是装备开发工作流程的示意图，重点说明在产品开发过程中，装备开发各项工作如何与产品设计工作实现并行化，以缩短新产品开发周期。在图4.14中，上方是产品开发的各个阶段，而矩形框表示相应的装备开发任务。

图4.14　装备开发工作流程示意图

从图4.14可以看出，在概念阶段，装备开发工程师就应该参加产品开发项目组PDT，并熟悉产品需求规格。在计划阶段，就应依据产品需求规格和产品高层设计方案，制定产品装备开发总体方案和装备开发工作的详细进度计划，从而使得装备开发的相关准备工作得以尽早启动。在开发阶段，进行各装备的开发设计工作，并编制相应的操作维护手册。

装备验证工作包括新装备的调试、测试和验证工作，从开发阶段的初始产品生产开始进行新装备调试、测试，到验证阶段的新产品小批量试制时进行完整的测试验证。装备验证工作完成之后，即可开始为新产品量产制作新装备，并移交给生产部门。

如本小节前文所述，新装备移交给生产部门之后，日常维护由生产部门负责，复杂疑难问题应由装备开发部门提供维护支持。

装备开发KPI

以下从装备用户（即生产部门）的角度列出了若干装备开发KPI：

装备漏测率：主要针对各类零部件测试装备，通过了装备测试，但是在后续的组装、调测、质检中发现有故障的零部件称为漏测零部件，漏测零部件数量与该类零部件总数量之比即为装备漏测率。本指标用于促进提升装备质量。

与装备漏测相反，合格零部件被测试装备判定为故障，称为误测。类似于装备漏测率，还可定义装备误测率。

装备故障率：考核期内装备发生质量问题次数与装备运行天数之比。考核期可以是月、季度、年度。本指标用于促进提升装备运行的可靠性。