Ständer zum Testen von Boards nach der Installation / Sudo Null IT News

Guten Tag Habr!

Ich möchte das Thema Testen fertiger Produkte ansprechen. Was ist ein Stand, was sollte er beinhalten und warum ist eine Prüfung notwendig?

Einführung

In diesem Artikel werde ich über die Implementierung einer der Möglichkeiten sprechen, fertige Module in der Produktion (und nicht nur) funktional zu testen. Fairerweise sei darauf hingewiesen, dass es verschiedene Arten von Testchargen von Geräten gibt. Die Wahl eines bestimmten Verfahrens hängt von mehreren Kriterien ab: Anzahl der Geräte in einer Charge, Produktionsmerkmale, Ausgänge der entsprechenden Schnittstellen, Abnahmemerkmale usw. Lassen Sie uns ein wenig mehr darüber sprechen, aber ohne auf Details einzugehen, da es in dem Artikel nicht darum geht.

Die Anzahl der Geräte im Los. Während meiner Tätigkeit im Bereich Elektronik war ich bei mehreren Leiterplattenbestückungsbetrieben. Wir unterteilen sie bedingt in zwei Typen – Klein- und Massenproduktion. Natürlich kann eine Kleinserienanlage fast immer große Chargen produzieren und umgekehrt. Lassen Sie mich Ihnen einige konkrete Beispiele nennen.

In einem Werk wurden 3 Linien für die Bestückung von Leiterplatten sowie eine separate Werkstatt für die “Schraubendreher” -Montage (bei der Platinen in Gehäuse eingebaut, geflasht und getestet werden) installiert. Jede Linie ist an ein bestimmtes Gerät angepasst und die Montage erfolgt kontinuierlich. Dies gilt für große Chargen von Elektronik. Wenn wir nicht über den Prozess des Produktionsstarts neuer Produkte sprechen (dies ist ein separates Thema), erfolgt das Testen in mehreren Phasen. Knapp. Die automatische optische Inspektionsmethode kontrolliert die Lotpastenmenge, die Position der installierten und gelöteten Komponenten, die Lötqualität, das Vorhandensein von Kurzschlüssen (durch Lot) usw. Punktuell werden mehrere Platinen auf einem Röntgenbild betrachtet, um die Qualität der Bestückung mit BGA-Bauteilen zu überprüfen. Abgelehnte Platten werden von Installateuren visuell inspiziert, um Fehler zu finden und (wenn möglich) zu beseitigen. Es gab einen lustigen Fall, als die Transistoren im SOT23-Gehäuse auf den Platinen um 180 Grad gedreht wurden (bzw. sie wurden nicht gelötet, aber die Platinen wurden abgelehnt). Dann gehen die Boards in speziellen Paletten in eine separate Werkstatt, wo Montage, Test, Firmware und Verpackung stattfinden. Das sind etwa 15 Arbeitsplätze mit Fließband. Das Board wird in das Gehäuse eingebaut, Test-Firmware wird hochgeladen, Schnittstellen werden in mehreren Stufen getestet. Zum Beispiel gibt die Test-Firmware ein Testsignal sin an den Tonausgang aus, an einem der Arbeitsplätze wird ein Oszilloskop an den Anschluss angeschlossen und die Amplitude und Form des Signals werden aufgezeichnet, der nächste Tester bewertet die Qualität des Bildes auf dem Test Bild durch Anschließen des Displays usw. Am Ende des Pannentests Flashen der funktionierenden Firmware und Drucken eines Barcode-Aufklebers. Einzelverpackung. Ja, und so jedes Gerät in riesigen Chargen. Verpackung in einem Versandbehälter (Gruppenverpackung mehrerer Geräte in einem Karton). Es folgen stichprobenartige Tests. Beispielsweise wird aus jeweils 20 Kartons (Gruppenverpackung) ein Produkt gezogen, auf Vollständigkeit, Montagequalität, Leistung etc. geprüft. In diesem Fall entfällt das Testen mit einem Ständer, da alles eingefahren ist. Kurzzeitig hat es nicht funktioniert, aber das ist in Ordnung.

Es gab auch Werke mit 1-3 Linien, die für verschiedene Kunden die Installation verschiedener Geräte in Kleinserien durchführten. Das bedeutet zum Beispiel den Einbau von 50 Geräten des gleichen Typs, die Änderung der Elementbasis, den Einbau von 1000 Geräten, dann wieder 100 neue Geräte und so weiter im Kreis. Diverse Boards (mit BGA, auf Alu, mit unterschiedlicher Lagenzahl etc.) und jedes Mal ein neuer Bauteilsatz, Produktionsvorbereitung, Debugging des technischen Prozesses etc. Nach der Montage erfolgt eine Sichtprüfung und ggf. eine Röntgenaufnahme. Paket. Diese Option ist genau das, was uns interessiert. Es gab einen Fall, in dem ein Dutzend Geräte für uns zusammengebaut wurden und die Widerstandswerte verwechselt wurden (die falsche Spule wurde in die Maschine eingebaut). Einmal brannten angeblich Stromaufseher mit blauer Flamme, das heißt, andere Komponenten wurden in die Spule aus dem Lager „gewickelt“. Dies ist nur ein menschlicher Faktor und niemand ist davor gefeit.

Produktionsmerkmale. Wie Sie wissen, löten nicht alle Branchen Kleinserien von Geräten (bis zu 1000 Stück) in einer Welle. Das heißt, die Pin-Komponenten werden vom Installer installiert. Es kann zu ungelöteten Schlussfolgerungen und ausgefallenen Komponenten durch Überhitzung und statische Aufladung kommen. Wieder ein Fall aus der Praxis – invertierte (Anode / Kathode) SMD-LEDs 0402. Ohne Spannung an der Platine sieht man den Fehler nicht mit den Augen. Es ist besser, solche Bretter durch den Ständer zu fahren.

Ausgang der entsprechenden Schnittstelle. Gemeint ist damit die Ausgabe von Testpunkten zum Testen auf einem Nadelständer, Peripheral Scanning (JTAG), In-Circuit-Testing („Flying Probes“) etc., aber das ist nicht unser Fall.

Akzeptanzmerkmale. In unserem Fall ist das Modul Teil der Produkte und kann verschiedene Funktionen übernehmen. Im Endgerät dürfen nicht alle Schnittstellen verwendet werden. Das heißt, es gibt beispielsweise 10 Geräte, die ein Prozessormodul enthalten. Einige verwenden LVDS und CAN, andere verwenden MIPI und UART usw. Um also alle Schnittstellen zu testen, braucht man eine Art universelles Gerät, auf dem man alles auf einmal testen kann.

Wozu also ein Ständer?

  1. Stromversorgung. Prüfen Sie nach Möglichkeit alle Schnittstellen mit Ausstellung eines Prüfberichts.

  2. Firmware für Test- und Freigabesoftware. In unserem Fall wird u-boot auf SPIFlash und Linux auf eMMC geflasht.

  3. Fehlerbehebung im Zusammenhang mit der Installation des Moduls (Platine). Schneller Zugriff auf Schnittstellen und Stromversorgungen (DC/DC, LDO) ist erforderlich.

  4. Aufstellen des Moduls für Langzeitbelastungstests. Dies ist besonders wichtig, wenn Verbesserungen am Board vorgenommen werden, z. B. das Ersetzen eines abgekündigten DC / DC oder das Ändern des Boardstacks (was häufig vorkommt).

  5. Software-Debugging in Bezug auf Grafik, USB, SATA und andere auf der Platine angezeigte Schnittstellen. Kann erforderlich sein, wenn sich die Hauptplatine in der Entwicklung befindet.

  6. Es ist wünschenswert, dass der Ständer transportabel ist (zweimal mussten wir ihn mit dem Flugzeug in die Produktion schicken).

Standentwicklung

Die erste Version des Ständers wurde von einem anderen Ingenieur entwickelt und ich werde sie in dem Artikel nicht berücksichtigen. Mängel wurden berücksichtigt und optimiert. Auf dem seriellen Modul müssen wir die Schnittstellen überprüfen:

  1. 2xLVDS – Ausgabe unabhängiger Bilder.

  2. HDMI – Bildausgabe unter Berücksichtigung von EDID.

  3. Ethernet – IP abrufen.

  4. MIPI_CSI – Arbeit mit der Kamera.

  5. PCIE – Geräte-ID abrufen.

  6. SATA – Versuch, Daten zu lesen.

  7. 2xUSB – Datenaustausch.

  8. Etwa 50 GPIOs. Da wir nur die Korrektheit der Installation überprüfen müssen, werden die Schnittstellen: I2C, UART, SPI, CAN, SDIO, SAI, wie normale GPIOs abgefragt.

Abb.1.  ModulprüfstandAbb.1. Modulprüfstand

Ich habe noch nie so große Bretter gemacht. Abmessungen 425 x 265 mm. Ich wollte unbedingt drei Displays platzieren, um alle Grafiken auf einmal zu überprüfen. Konstruktiv besteht der Stand aus zwei Brettern. Die Hauptplatine mit einem Mikrocontroller zum Abfragen von GPIO und einer Riser-Platine für ein bestimmtes Modulmodell. Mit einer Adapterplatine ist es ganz einfach, verschiedene Module zu testen (in manchen Fällen ohne sogar die Software zu ändern) – wir tauschen den Adapter und das war’s. Neben den Displays enthält die Hauptplatine eine MIPI_CSI-Kamera, ein PCIE-Modul, ein USB-Laufwerk, LEDs zur Anzeige des Testvorgangs und Tasten. Auf der anderen Seite gibt es eine SATA-Festplatte und einen Router, der eine IP zum Testen des Ethernet-Netzwerks vergibt.

Abb.2.  SteigleitungAbb.2. Steigleitung

Die Adapterplatine verfügt über eine Power-LED für das Modul und fünf LEDs zur Anzeige des Anschlusses von Loops. Beim Verbinden von Schleifen wird den LEDs der Schnittstellen GND zugeführt (da mehrere Massekontakte vorhanden sind). Wenn eine Schnittstelle nicht überprüft wird (z. B. eine Modifikation ohne Installation eines Steckers), wird ein Jumper installiert und die LED leuchtet nicht. Ein Modul wird durchschnittlich 2-3 Minuten lang getestet – diese Zeit reicht gerade aus, um ein neues auszupacken und ein getestetes Modul einzupacken.

Ich reserviere gleich, dass das Einstecken eines FPC-Steckers immer noch ein Vergnügen ist, aber es gibt praktisch keine andere Möglichkeit. Es war möglich, Testpunkte auf den Modulen anzuzeigen und die Klemmnadelkontakte einzuzäunen, aber diese Idee ist nicht die beste. Erstens ist auf der Unterseite überhaupt kein Platz, und zweitens gibt es unterschiedliche Paare. Die vorherige Version des Standes hat mehr als 700 Module getestet, und da einmalige Chargen normalerweise 20 bis 100 Stück betragen. Diese Option erwies sich als die akzeptabelste.

Unten ist ein Foto des Standes von hinten.

Abb. 3.  Rückseite mit HDD und RouterAbb. 3. Rückseite mit HDD und Router

Um HDMI zu testen, habe ich ein fertiges Anzeigemodul verwendet. Das Foto oben zeigt den Anschluss der Schnittstelle und Stromversorgung (USB). Unter dem HDMI-Anschluss habe ich einen Ausschnitt in der Platine gemacht.

Abb.4.  Mikrocontroller auf dem StänderAbb.4. Mikrocontroller auf dem Ständer

Das Modul und der Mikrocontroller sind über UART verbunden. Zum Ausführen des GPIO setzt der Mikrocontroller sequentiell einen High-Pegel an den Ausgängen und wartet (über UART) auf die Bestätigung des Lesesignals vom Prozessor. Nach Abschluss des Tests wird auf den Bildschirmen ein kurzes Protokoll angezeigt, in dem Sie die getesteten Schnittstellen und die aufgetretenen Fehler sehen können. Das vollständige Protokoll sowie der Startvorgang und das Fehlerprotokoll können über die Konsole auf miniUSB angezeigt werden.

Abb.5.  Foto der Adapterplatine und des Moduls im Ständer Abb.5. Foto der Adapterplatine und des Moduls im Ständer

Es sind noch einige Softwareanpassungen erforderlich, um den Testprozess mit der Kamera zu optimieren und die LVDS-Bildschirme umzudrehen, aber insgesamt hat es sich als gut herausgestellt. Die Dicke der Platte beträgt 1,5 mm, ich werde sie auf Plexiglas montieren, damit sie transportiert werden kann. Auch Spannleisten für Displays sind noch in Arbeit – ich werde auf einem Drucker drucken. Der Ständer wurde bereits im Jahr 2020 entwickelt, aber die Hände haben erst jetzt die Montage erreicht, als die Anzahl der Module für Tests zugenommen hat.

Abb.6.  Fehlerprotokoll auf dem DisplayAbb.6. Fehlerprotokoll auf dem Display

Zuvor habe ich einen Ständer zum Testen von Modulen zum Löten auf die Platine entwickelt. Auch recht erfolgreich. Wenn es jemanden interessiert, schreibe ich darüber. Zum Testen solcher Boards werden herkömmliche Steckverbinder nicht mehr verwendet werden können, da diese einfach nicht auf dem Modul vorhanden sind. Sie benötigen eine starke Fixierung des Moduls im Ständer und eine gute Positionierung mit Druckkontakten.

Abb.7.  Modul zum Löten auf der PlatineAbb.7. Modul zum Löten auf der Platine

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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