Среди всего многообразия изделий электронной техники особо выделяется группа изделий, к которым предъявляются сверхвысокие требования по надежности. Это изделия для военной, медицинской, аэрокосмической техники и ядерной энергетики.
Требования к таким изделиям в силу тяжести последствий отказа, носят не статистический характер, а абсолютны. Например, для некоторых изделий ядерной энергетики вполне понятна правомочность требования "ложные срабатывания недопустимы". К электронной начинке современной космической техники предъявляются практически предельные требования. Автоматические зонды, отправляющиеся к другим планетам, должны работать годы и десятилетия, обходиться минимумом потребляемой энергии, выдерживать экстремальные воздействия температур и ионизирующих излучений. И очевидно, что понятия "ремонт" и "регламентные работы" здесь не существуют. Тенденция повышать надежность изделий имеется и у производителей техники бытового и общепромышленного назначения. В этом случае побудительной причиной в первую очередь является жесткая конкуренция на рынке электроники.
Отметим факторы, обеспечивающие надежность изделий. Прежде всего, это их конструкция. Большое значение имеет максимальное использование возможностей различных программ для моделирования и конструирования. Однако самое главное – это квалификация и талант Конструктора. Это не опечатка, а именно "Конструктор" с большой буквы. САПРы не способны находить оптимальные решения с использованием минимального количества компонентов, а принцип "абсолютно надежен только тот компонент, которого нет" весьма актуален. От человека зависит, насколько полно будут использованы все преимущества современных САПРов для взаимодействия с автоматизированным сборочным и тестовым оборудованием. Если этим не пользоваться, то САПР превращается в обычный графический редактор для рисования схем и плат, и осложняется использование автоматов для изготовления изделий. Автоматы необходимо использовать при сборке и тестировании изделий высокой надежности для исключения человеческого фактора, даже если изделие единичное. Наличие в процессе производства человеческого фактора тем или иным способом снижает надежность изделия. Изготовление изделия на автоматах при единичном производстве может оказаться дороже ручной сборки и настройки, но надо помнить, сколько стоит отказ изделия в работе (например, потеря космического аппарата). И именно Конструктор может грамотно выбрать элементную базу по критерию надежности. Тут много субъективного в подходах, но это может быть обосновано. Например, если нет особой необходимости, то целесообразно использовать не новейшие компоненты, а те, которые давно производятся и уже подтвердили высокую надежность. Имеется большой арсенал типовых подходов к конструированию, например дублирование. Тут тоже необходим нетривиальный подход – надо сделать так, чтобы схема коммутации на дублирующую систему не привела, в свою очередь, к снижению надежности.
Вторым фактором, характеризующим надежность, является подтверждение того, что в процессе производства получено изделие, точно соответствующее конструкторской документации. Под соответствием подразумеваются не выходные параметры, а соответствие параметров всех элементов и связей внутри схемы, измерение которых называется внутрисхемным тестированием. Оно может быть осуществлено только на автоматическом тестовом оборудовании с летающими пробами или адаптерного типа. Для изделий высокой надежности, безусловно, более целесообразно использовать тестеры с летающими пробами. И не только потому, что они не требуют специальной конструкции платы и индивидуального адаптера. Важнее способность тестеров с летающими пробами гибко менять стратегию проверок, что позволяет использовать их не только при производстве, но и в процессе всех испытаний изделия. Это подтверждают данные о парке тестеров электрического контроля на европейских предприятиях, производящих электронику для аэрокосмических целей (рис.1). Программное обеспечение установок синтезирует тестовую программу автоматически, используя информацию из файлов конструкторской документации. Имеются также большие возможности для организации дополнительных измерений, если нужно реализовать какие-либо специфические требования.
Учитывая высокие требования по надежности к изделиям, необходимо чтобы в процессе тестирования на плате в точках контактов не оставались следы от пробов. Для этого необходим режим нулевого усилия. Для его реализации перемещение проба по всем осям должно осуществляться с помощью высокоточных приводов на основе линейных двигателей с магнитным подвесом и воздушными подшипниками. Такими возможностями обладает только тестер с летающими пробами типа SPEA4040 (рис.2). Его приводы настолько точны, что тестер легко справляется с тестированием плат на керамической основе (рис.3).
Высокий уровень надежности изделий подтверждается в процессе испытаний. Изделия подвергают различным воздействиям и проверяют их работоспособность. При этом получают некоторую гарантию устойчивости изделий к внешним воздействиям, особенно если величина воздействия при испытаниях превышает уровень, необходимый при эксплуатации. Но только некоторую гарантию, не более того. Дело в том, что уровень реальных внешних воздействий, как, например, в случае с космическим зондом, не всегда известен с высокой достоверностью. А работоспособность изделий после испытаний не говорит о возможных структурных изменениях внутри компонентов. Мы также не знаем динамику структурных изменений компонентов от внешних воздействий и поэтому не можем определить запас устойчивости к воздействующим факторам. Тем более, если отказ не произошел, мы не можем определить, какие компоненты являются слабым звеном. Особенно для оценки устойчивости изделий к ионизирующим излучениям, вызывающим изменения в полупроводниковых структурах, важно знать, насколько они изменяются и с какой скоростью.
Накопленный опыт позволяет предложить следующую технологию тестирования изделий. Перед испытаниями изделия подвергают детальному внутрисхемному тестированию на установке с летающими пробами SPEA4040. Измеряются и запоминаются параметры всех компонентов. Далее проводится серия испытаний на внешние воздействия с промежуточными измерениями на той же установке, и по динамике изменения параметров определяют наиболее критичные компоненты. По выявленной зависимости определяют уровень воздействия, приводящий к недопустимому изменению параметров компонентов, и принимается решение о замене компонентов, являющихся "слабым звеном".
Следует задуматься о полезности и эффективности входного контроля компонентов для обеспечения надежности выпускаемых изделий. Ведь качество современных компонентов от "нормального" производителя на момент поставки весьма высоко. В то же время современные технологии монтажа стали для компонентов более "травматичными". Преобладающими становятся SMT-компоненты, а при поверхностном монтаже нагрев компонентов существенно выше, чем при монтаже штыревых компонентов. Элементная база стала более чувствительна к статическому электричеству, что увеличило вероятность ее полного или частичного повреждения при сборочно-монтажных работах. Кроме того, осуществление входного контроля SMT-компонентов в лентах и пеналах весьма затруднительно.
Поэтому появляется необходимость проверить компоненты после сборки. И это возможно. Внутрисхемное тестирование на установке SPEA4040 – это и есть проверка параметров каждого компонента на собранной плате. Установка с помощью ряда измерений и математической обработки исключает влияние других элементов схемы на результаты измерения конкретного компонента.
Очень интересны возможности установки в режиме тестирования по образцу, поскольку они позволяют выявлять предпосылки к возможным отказам в будущем. Например, как выявить элементы, частично поврежденные статическим электричеством? Если это, к примеру, полевой транзистор, то это просто – SPEA4040 выявит несоответствие крутизны характеристики техническим условиям при обычном внутрисхемном тестировании. А если это цифровая микросхема, которая сохранила работоспособность, но имеет частичное повреждение входных или выходных элементов? На помощь приходит проверка по недокументированным параметрам в режиме сравнения.
Методика такой проверки заключается в следующем. На установке электрического тестирования с летающими пробами SPEA4040 на всей партии плат измеряют импедансы между всеми выводами компонентов и общим проводом. Затем сравниваются результаты и выявляются платы и компоненты, отличающиеся от основной массы. Чем большее количество плат подвергнуто проверке, тем выше точность и достоверность метода.
Много неприятностей могут доставить дефекты печатных проводников. Трещины или утончения либо не проявляют себя некоторое время, либо проявляют только при определенных воздействиях. В таком случае их локализация весьма затруднительна. Для их выявления можно воспользоваться возможностью установки SPEA4040 измерять малые сопротивления от 1 мОм. Сопротивление потенциально дефектного проводника будет существенно отличаться от сопротивления проводников, не имеющих дефектов.
Это далеко не все примеры использования возможностей установки с летающими пробами SPEA4040 для обеспечения высокой надежности выпускаемых изделий. SPEA4040 представляет собой высокоточный инструмент, позволяющий решать практически любые задачи по организации электрического тестирования печатных узлов.
Отметим факторы, обеспечивающие надежность изделий. Прежде всего, это их конструкция. Большое значение имеет максимальное использование возможностей различных программ для моделирования и конструирования. Однако самое главное – это квалификация и талант Конструктора. Это не опечатка, а именно "Конструктор" с большой буквы. САПРы не способны находить оптимальные решения с использованием минимального количества компонентов, а принцип "абсолютно надежен только тот компонент, которого нет" весьма актуален. От человека зависит, насколько полно будут использованы все преимущества современных САПРов для взаимодействия с автоматизированным сборочным и тестовым оборудованием. Если этим не пользоваться, то САПР превращается в обычный графический редактор для рисования схем и плат, и осложняется использование автоматов для изготовления изделий. Автоматы необходимо использовать при сборке и тестировании изделий высокой надежности для исключения человеческого фактора, даже если изделие единичное. Наличие в процессе производства человеческого фактора тем или иным способом снижает надежность изделия. Изготовление изделия на автоматах при единичном производстве может оказаться дороже ручной сборки и настройки, но надо помнить, сколько стоит отказ изделия в работе (например, потеря космического аппарата). И именно Конструктор может грамотно выбрать элементную базу по критерию надежности. Тут много субъективного в подходах, но это может быть обосновано. Например, если нет особой необходимости, то целесообразно использовать не новейшие компоненты, а те, которые давно производятся и уже подтвердили высокую надежность. Имеется большой арсенал типовых подходов к конструированию, например дублирование. Тут тоже необходим нетривиальный подход – надо сделать так, чтобы схема коммутации на дублирующую систему не привела, в свою очередь, к снижению надежности.
Вторым фактором, характеризующим надежность, является подтверждение того, что в процессе производства получено изделие, точно соответствующее конструкторской документации. Под соответствием подразумеваются не выходные параметры, а соответствие параметров всех элементов и связей внутри схемы, измерение которых называется внутрисхемным тестированием. Оно может быть осуществлено только на автоматическом тестовом оборудовании с летающими пробами или адаптерного типа. Для изделий высокой надежности, безусловно, более целесообразно использовать тестеры с летающими пробами. И не только потому, что они не требуют специальной конструкции платы и индивидуального адаптера. Важнее способность тестеров с летающими пробами гибко менять стратегию проверок, что позволяет использовать их не только при производстве, но и в процессе всех испытаний изделия. Это подтверждают данные о парке тестеров электрического контроля на европейских предприятиях, производящих электронику для аэрокосмических целей (рис.1). Программное обеспечение установок синтезирует тестовую программу автоматически, используя информацию из файлов конструкторской документации. Имеются также большие возможности для организации дополнительных измерений, если нужно реализовать какие-либо специфические требования.
Учитывая высокие требования по надежности к изделиям, необходимо чтобы в процессе тестирования на плате в точках контактов не оставались следы от пробов. Для этого необходим режим нулевого усилия. Для его реализации перемещение проба по всем осям должно осуществляться с помощью высокоточных приводов на основе линейных двигателей с магнитным подвесом и воздушными подшипниками. Такими возможностями обладает только тестер с летающими пробами типа SPEA4040 (рис.2). Его приводы настолько точны, что тестер легко справляется с тестированием плат на керамической основе (рис.3).
Высокий уровень надежности изделий подтверждается в процессе испытаний. Изделия подвергают различным воздействиям и проверяют их работоспособность. При этом получают некоторую гарантию устойчивости изделий к внешним воздействиям, особенно если величина воздействия при испытаниях превышает уровень, необходимый при эксплуатации. Но только некоторую гарантию, не более того. Дело в том, что уровень реальных внешних воздействий, как, например, в случае с космическим зондом, не всегда известен с высокой достоверностью. А работоспособность изделий после испытаний не говорит о возможных структурных изменениях внутри компонентов. Мы также не знаем динамику структурных изменений компонентов от внешних воздействий и поэтому не можем определить запас устойчивости к воздействующим факторам. Тем более, если отказ не произошел, мы не можем определить, какие компоненты являются слабым звеном. Особенно для оценки устойчивости изделий к ионизирующим излучениям, вызывающим изменения в полупроводниковых структурах, важно знать, насколько они изменяются и с какой скоростью.
Накопленный опыт позволяет предложить следующую технологию тестирования изделий. Перед испытаниями изделия подвергают детальному внутрисхемному тестированию на установке с летающими пробами SPEA4040. Измеряются и запоминаются параметры всех компонентов. Далее проводится серия испытаний на внешние воздействия с промежуточными измерениями на той же установке, и по динамике изменения параметров определяют наиболее критичные компоненты. По выявленной зависимости определяют уровень воздействия, приводящий к недопустимому изменению параметров компонентов, и принимается решение о замене компонентов, являющихся "слабым звеном".
Следует задуматься о полезности и эффективности входного контроля компонентов для обеспечения надежности выпускаемых изделий. Ведь качество современных компонентов от "нормального" производителя на момент поставки весьма высоко. В то же время современные технологии монтажа стали для компонентов более "травматичными". Преобладающими становятся SMT-компоненты, а при поверхностном монтаже нагрев компонентов существенно выше, чем при монтаже штыревых компонентов. Элементная база стала более чувствительна к статическому электричеству, что увеличило вероятность ее полного или частичного повреждения при сборочно-монтажных работах. Кроме того, осуществление входного контроля SMT-компонентов в лентах и пеналах весьма затруднительно.
Поэтому появляется необходимость проверить компоненты после сборки. И это возможно. Внутрисхемное тестирование на установке SPEA4040 – это и есть проверка параметров каждого компонента на собранной плате. Установка с помощью ряда измерений и математической обработки исключает влияние других элементов схемы на результаты измерения конкретного компонента.
Очень интересны возможности установки в режиме тестирования по образцу, поскольку они позволяют выявлять предпосылки к возможным отказам в будущем. Например, как выявить элементы, частично поврежденные статическим электричеством? Если это, к примеру, полевой транзистор, то это просто – SPEA4040 выявит несоответствие крутизны характеристики техническим условиям при обычном внутрисхемном тестировании. А если это цифровая микросхема, которая сохранила работоспособность, но имеет частичное повреждение входных или выходных элементов? На помощь приходит проверка по недокументированным параметрам в режиме сравнения.
Методика такой проверки заключается в следующем. На установке электрического тестирования с летающими пробами SPEA4040 на всей партии плат измеряют импедансы между всеми выводами компонентов и общим проводом. Затем сравниваются результаты и выявляются платы и компоненты, отличающиеся от основной массы. Чем большее количество плат подвергнуто проверке, тем выше точность и достоверность метода.
Много неприятностей могут доставить дефекты печатных проводников. Трещины или утончения либо не проявляют себя некоторое время, либо проявляют только при определенных воздействиях. В таком случае их локализация весьма затруднительна. Для их выявления можно воспользоваться возможностью установки SPEA4040 измерять малые сопротивления от 1 мОм. Сопротивление потенциально дефектного проводника будет существенно отличаться от сопротивления проводников, не имеющих дефектов.
Это далеко не все примеры использования возможностей установки с летающими пробами SPEA4040 для обеспечения высокой надежности выпускаемых изделий. SPEA4040 представляет собой высокоточный инструмент, позволяющий решать практически любые задачи по организации электрического тестирования печатных узлов.
Отзывы читателей
