ما هو جهاز الاختبار التلقائي؟

التعريف يعني أيضًا صناعة أشباه الموصلات بقيمة $15 مليار ومركز اختبار في مصنع قواطع حيث يتم إجراء 600 اختبار في كل مرة. يمكن تسمية كل من هاتين الكيانين بالمختبرات الآلية، لكنها في الأساس نفس الشيء، ومن ثم من الضروري معرفة كيف يمكن لنوع المشتري أن يؤثر على فهم المصطلح.

علاوة على ذلك، يجب الإشارة إلى أن ATE يتم مناقشتها بما في ذلك جميع مجالات الاستخدام والتشغيل وخصائص المعدات، وكيفية استخدامها لاتخاذ القرار الصحيح في شراء المعدات المناسبة.

باختصار، لدينا آلات الاختبار المعروفة عمومًا باسم ATE، والتي تُعرف بأنها أي جهاز يوفر إدخالًا للمنتج، ويقيس الاستجابة ويحدد ما إذا كانت مقبولة أم لا دون تدخل المشغل. المجال الرئيسي في هذا السوق هو ATE لأشباه الموصلات التي تديرها شركتان: Advantest و Teradyne اللتان تغطيان حوالي 86% من السوق بأكمله. هناك نوع آخر يعتمد على الكهرباء.

ما هي معدات الاختبار التلقائية فعليًا

ببساطة، هناك أربع وظائف: توليد التحفيز، سواء كان جهدًا، تيارًا، إشارة RF، درجة حرارة أو حركة. تطبيق التحفيز على وحدة الاختبار (DUT). قياس الاستجابة باستخدام جهاز معروف الدقة. ومقارنة النتيجة بالحد وتسجيل الحكم.

المهم هو كلمة ‘تلقائي’. يمكن لجهاز متعدد القياسات وفني ذو خبرة أداء الوظائف الأربع كلها ولكن بسرعة بطيئة. وجود ATE يرجع إلى أن الحالة الرابعة تتضمن تدخلًا بشريًا بينما في الحالة الثالثة تفقد الموثوقية بعد عدة مئات من التكرارات.

ثم يمكننا تعريف الفئة من خلال ما ليست عليه. ATE بالتأكيد ليست مسجل بيانات لأنه يتخذ قرارًا. ATE ليست أداة على الطاولة لأنها تنفذ التسلسل. كما أنها ليست إجراء اختبار على الرغم من أن أي نظام ATE يحتوي على واحد بدون استثناء.

الصناعات التي تشتري ATE، وما يختبره كل منها

ستة قطاعات تمثل تقريبًا كل السوق، والاختلافات بينها أكبر من أوجه التشابه.

يرتبط معظم الناس بشريحة أشباه الموصلات بالاختصار المذكور. السبب في ذلك هو أن نظامًا حديثًا على شريحة يحتوي على آلاف الدبابيس، مما يجعل من الضروري للمختبرين قياس وتشغيل معظمها في نفس الوقت بسرعات فائقة، حيث يمكن لأي بيكوثانية أن تعني الفرق بين النجاح والفشل. هذه بالتأكيد هي أصعب مشكلة للقياس في الإنتاج الضخم، والشركات التي تمكنت بالفعل من التعامل معها هي من بين أكثر الشركات المصنعة قيمة في العالم.

قطاع السيارات هو الأكثر ديناميكية. تحتوي السيارة الكهربائية على حزمة بطاريات، تضم عشرات الوحدات، كل منها يتم التحكم فيه بواسطة دائرة مراقبة خاصة به. تغيرت المهمة من فحص مكون إلى التحقق من نظام يستخدم الحافلة بشكل أساسي. أما قطاع الطيران، فهو الأكثر استقرارًا ولكنه الأكثر تطلبًا، حيث قد تبقى الوحدة القابلة للاستبدال في هذا القطاع في الخدمة لمدة ثلاثين عامًا، مما يعني أن معدات الاختبار يجب أن تكون قابلة للصيانة لمدة ثلاثين عامًا.

اختبار أشباه الموصلات الآلي (ATE): الاحتكار الثنائي الذي يشرح الفئة

تشير معظم التقديرات المنشورة إلى أن شركتي Advantest و Teradyne معًا تمتلكان حوالي 86٪ من السوق العالمية لاختبار أشباه الموصلات الآلي، مع اعتبار Advantest أحيانًا الأكبر بينهما. أبلغت Advantest عن إيرادات قياسية تبلغ حوالي 14.7 مليار في عام 2025؛ و Teradyne حوالي 13.2 مليار. بالنسبة لاختبار SoC والذاكرة عالية المستوى، يكون التركيز أعلى حتى، حيث يتجاوز 90٪.

جاء هذا الهيكل من نمط محدد. يُنسب إلى جهاز J259 من Teradyne في الستينيات بشكل عام بدء عصر اختبار أشباه الموصلات الآلي. استحوذت Advantest على سوق اختبار الذاكرة مع نمو إنتاج أشباه الموصلات الياباني، ثم توطدت من خلال عمليات الاستحواذ في العقد الأول من الألفية. النتيجة هي صناعة حيث يجب على الوافد الجديد أن يتغلب على شركة قائمة على منصة قد بنى العملاء برامج اختبارهم حولها، وهو في الواقع مشكلة أصعب من صنع جهاز أسرع.

نما السوق بشكل هائل، مدفوعًا بسيليكون الذكاء الاصطناعي. من المتوقع أن تصل معدات اختبار أشباه الموصلات العالمية إلى حوالي 15.3 مليار في عام 2026، مع توقعات تقترب من 20.8 مليار بحلول عام 2028. الآلية بسيطة وقليلة الحدس: الشرائح الأكثر تعقيدًا تتطلب وقتًا أطول للاختبار. زاد وقت الاختبار على مسرع الذكاء الاصطناعي الرائد من حوالي 350 ثانية في جيل واحد إلى ما بين 700 و 1000 ثانية في الجيل التالي، لذا يتطلب نفس عدد الشرائح ضعف إلى ثلاثة أضعاف قدرة المختبر. لم يعد الاختبار خط تكلفة وبدأ يُنظر إليه كقيد على الإنتاجية.

بالنسبة لأي شخص خارج مجال أشباه الموصلات، هذه القصة مفيدة ولكن للأسف غير عملية. توضح لماذا يجلب السعي لحصة سوق معدات الاختبار الآلي تحليل أشباه الموصلات، ولماذا لن يجد مشتري منصة اختبار القواطع أي شيء يمكن ربطه ضمن السياق المقدم.

ما تختبره صناعة الكهرباء، ولماذا هو مختلف

كل عنصر مذكور في القسم الكهربائي من الجدول يخدم وظيفة فصل التيار، مما يجعل عملية الهندسة تختلف.

تخضع قواطع الدائرة المصغرة لعدة اختبارات مثل تقييم معلمة الفصل الحراري لقيم التيار عند فصلها وعندما لا تفصل؛ تقييم القيمة المغناطيسية (عدة أضعاف التيار المقنن)، مقاومة التلامس، مقاومة العزل والعديد غيرها. بالإضافة إلى ذلك، تضيف أجهزة الحماية التفاضلية (RCDs) وأجهزة الحماية التفاضلية مع قاطع الدائرة (RCBOs) اختبار الحماية التفاضلية. بينما تقوم القواطع الكهربائية بإجراء اختبارات التقاط وإسقاط الملف وكذلك اختبارات التآكل على جميع الأقطاب. إضافة التجميع تعني أن اختبار قوة العزل الكهربائي سيتم في النهاية.

لا حاجة لعملية معقدة لأداء الاختبار الكهربائي. ما يحتاجه هو تيار بأعلى قيمة، توقيت مثالي وعملية ميكانيكية. إجراء القياسات سهل بينما الحصول على النتائج صعب جداً.

تختلف الجوانب الاقتصادية بشكل كبير. تُجرى اختبارات أشباه الموصلات على ملايين الشرائح. في حين تُجرى الاختبارات الكهربائية على كل جهاز اختبار مصنع وقد يصل الحجم إلى مئات الآلاف. هذا يفسر وجود العديد من الشركات الصغيرة في الصناعة. الطاولة المبنية حول روتين قواطع الدائرة الهوائية هي الأكبر في هذا القطاع، ونطاقها موضح في هذا العرض العام لـ ما يقيسه ويسجله طاولة اختبار قاطع الدائرة الهوائية (ACB).

التشريح الذي تشترك فيه كل أنظمة اختبار المعدات الآلية (ATE)

يحتوي المخطط الهيكلي لأنظمة الاختبار على خمسة مكونات رئيسية، وهي نفسها بغض النظر عن مجال التطبيق المعني.

• توليد التحفيز. المرحلة التي يتم فيها تحديد مصدر التأثير المطبق. بمصطلحات طريفة، سيكون ذلك لوحة إلكترونية دقيقة في اختبار أشباه الموصلات، جهازًا لديه قدرة حقن التيار في الاختبار الكهربائي، ومحاكي حافلة في اختبار السيارات.
• المفاتيح. الجزء الذي توجه فيه المولدات التحفيزات إلى التلامس المناسب دون تحريك المشغل للكابلات. هذا الجزء من المخطط مسؤول عن معظم مشاكل الموثوقية لأنه يشمل تلامسات المرحلات واستغلالها.
• القياسات. يتضمن الجهاز أجهزة القياس لتكون متوافقة مع شهادة المعايرة، مختبرة مسبقًا، وعملية نقل البيانات التي تحافظ على دقتها من المستشعر حتى عملية التسجيل.
• التعامل. الطريقة التي يتم بها تزويد الجهاز بالعناصر الاختبارية ذات الصلة وكيفية إجراء عملية تثبيت تلك العناصر. في اختبار أشباه الموصلات، يتم ذلك بواسطة المعالجات أو المجسات، وفي الاختبار الكهربائي يتم ذلك بواسطة التجهيزات والمشابك.
• البرمجيات والسجلات. يتم توثيق العملية بأكملها بواسطة برمجيات تتابع تفاصيل النظام. يرجى ملاحظة أن المكون الخامس غالبًا ما يُقلل من قيمته من قبل المستخدمين ولا يُلاحظ إلا عندما يكون الأوان قد فات.

بالنسبة للمشترين، الجزء الخامس عادةً ما يكون ذا أهمية قليلة، فقط ليدركوا لاحقًا الأخطاء. النظام الذي يعتمد على الاختبارات ولكنه لا يحتفظ بسجل سيخلق أثرًا ورقيًا يصعب الدفاع عنه بعد عامين، في حين أن التسلسل الذي تحتوي حدوده على معرفة المهندس فقط لا يسمح بالتدقيق. العمل على التحمل يوضح النقطة بوضوح: منصة اختبار قديمة تعمل بدون مراقبة لأسابيع، لذا يجب أن يبقى السجل محفوظًا خلال انقطاع التيار الكهربائي دون فقدان التشغيل، وتختلف اعتبارات التصميم لذلك عن اختبار لمرة واحدة، كما يتضح من هذا النظر في دورة منصة اختبار الشيخوخة وتسجيل ATS الموضحة.

ما تحله ATE والذي لا يمكن للاختبار اليدوي حله

توجد ثلاث قضايا، والسرعة هي الجانب الوحيد الذي يهمنا.

• التكرارية. يقوم المختبر البشري بتطبيق العزم وقراءة النتائج، لكن النتائج قد تختلف من فني لآخر عند أداء نفس الوحدة. يضمن استخدام النظام أن الإدخال قابل للتكرار تمامًا ويسمح بمقارنة نتائج المنصة لهذا العام مع نتائج العام الماضي.
• حجم الإنتاج ثابت بالنسبة للجودة. يتدهور الاختبار اليدوي خلال عملية الإنتاج ويحدث هذا التدهور دون أن يلاحظه أحد؛ حيث يتم فحص آخر خمسين منتجًا بسرعة أكبر مقارنةً بالخمسين الأولى. لا يعاني نظام الاختبار الآلي من ذلك وينتج كمية غير معروفة من المنتج.
• الإثبات. سينتج النظام سجلًا لكل وحدة تخضع للاختبار. ستجيب هذه السجلات للعميل عن نتائج التدقيق، وتضمن الموافقة على مطالبات الضمان، وتسمح بإثبات الامتثال لمختلف اللوائح.

هذه الرأي يستحق الانتباه، مع ذلك. يمكن لمنصة اختبار مصممة بشكل صحيح مع تجهيزات جيدة ومشغل مدرب بشكل مناسب أن تنتج نتائج مساوية للاختبار الآلي وتنتج النتائج بشكل أسرع. عادةً ما يفوز هذا المزيج تحت بضع مئات من الوحدات يوميًا، ويتم حساب الحسابات في هذا المقارنة اقتصاديات الاختبار اليدوي والآلي. تكسب الأتمتة مكانها عندما يصبح وقت المعالجة، وليس وقت القياس، هو القيد.

Gage R&R: القياس الذي يتجاهله الجميع

من الضروري تأهيل نظام القياس نفسه قبل أن يبدأ المرء في الوثوق به لاتخاذ قرار قبول أو رفض النظام. مبدأ تكرارية وقابلية إعادة القياس هو المبدأ الذي يعمل هنا، وللأسف، هو الخطوة التالية في معظم عمليات الإنجاز التي يتم تجنبها لأن المرح قد بدأ بالفعل.

المبدأ بسيط للغاية. أولاً، يجب اختيار عدد معين من الأجزاء التي تمثل نطاق القياسات في النظام. ثم، يجب على مشغلين اثنين أو ثلاثة إجراء قياسات على كل جزء عدة مرات باستخدام نفس المعدات. ومع ذلك، يجب تحليل النتائج بطريقة تُنسب فيها كمية التباين الناتج إلى نظام القياس بدلاً من الأجزاء. ومع ذلك، هناك حدود مقبولة لنتائج الاختبار وفقًا لدليل تحليل أنظمة القياس في السيارات: عندما يستخدم نظام القياس أقل من 10 بالمائة من إجمالي التسامح، يكون الاختبار جيدًا، وبين 10 بالمائة و30 بالمائة يكون مقبولًا، وفوق 30 بالمائة يكون ضارًا.

التمرين التالي يوفر نتيجتين مهمتين لمعدات الاختبار الآلي. النتيجة الأولى تحدد النظام عندما يكون مستوى تكراره أقل بكثير من مواصفاته. قد يحدث هذا، على سبيل المثال، عندما يكون مقاومة الحامل مرتفعة جدًا أو عندما تكون جهات الترحيل تالفة. النتيجة الثانية التي تم اكتشافها أثناء الاختبار، بالطبع، هي مستوى عدم اليقين في القياس لمعدات الاختبار الآلي. بالفعل، بما أنه لم يخضع للاختبار، يجب التشكيك في قدرة نظام القياس. الروتين للحفاظ على مقعد داخل قدرته، بما في ذلك فترات المعايرة وصيانة جهات الاتصال، مغطى في هذه ممارسات تشغيل مقاعد اختبار MCCB.

اختيار المعدات حسب الصناعة

ما يجب البحث عنه يعتمد تمامًا على الصف الذي أنت فيه في الجدول الأول.

تستحق National Instruments ملاحظة خاصة لأنها أحدثت ثورة في اقتصاديات المستوى المتوسط. نظام PXI أو CompactRIO المكون من أدوات معيارية يمكّن المصانع من إنشاء أجهزة اختبار مخصصة من العناصر المتاحة في الكتالوج، وهو مثالي لحالات حجم الإنتاج المنخفض وتنوع الإنتاج العالي. ومع ذلك، لن يعمل مثل هذا الحل لخط إنتاج يصنع 5000 قاطع دائرة في اليوم. في هذه الحالة، سيظل مقعد اختبار مخصص مع حامل مخصص يتفوق دائمًا على نظام مرن من حيث وقت الدورة. بالنسبة لذلك الصف من الجدول، قرار الشراء هو حساب العائد وليس سؤال القدرة، ويتم حساب الحسابات لخط القواطع في هذا التحليل لـ تحليل العائد من اختبار قواطع الدائرة المصغرة الآلي مقابل اليدوي.

التعليمات

ماذا تعني ATE؟

يُستخدم مصطلح معدات الاختبار الآلي أيضًا بنفس التعريف. يشير المصطلح إلى أي نظام يوفر إشارة اختبار، ويقيس إشارة العودة، ويرد بناءً على إشارة الاختبار المدخلة وتقييمه الخاص. تستخدم فروع أخرى نفس الاختصار على الرغم من وجود اختلافات كبيرة في الأجهزة المستخدمة.

ما هي أمثلة معدات الاختبار الآلي؟

يحتوي جهاز الفحص على جهاز اختبار مرفق، ومحطة نهاية خط وحدة التحكم الإلكترونية للسيارات في وحدة الاستبدال السريع، وجهاز اختبار وحدة الاستبدال السريع للإلكترونيات الجوية، إلى جانب مقعد قاطع الدائرة مع حقن التيار وتوقيت الفصل. مقعد القاطع هو مقعد وليس رفًا، لكنه لا يزال يفي بالتعريف.

ما حجم سوق ATE؟

تقدر أجهزة اختبار أشباه الموصلات بحوالي $15.3 مليار في عام 2026 وتصل إلى أكثر من $20.8 مليار في عام 2028. السوق الأكبر للاختبارات في مجالات السيارات والطيران والكهرباء أكبر بالتأكيد، لكنه أكثر تشتتًا.

من هم الشركات الرئيسية في مجال ATE؟

يقود قطاع أشباه الموصلات شركتا Advantest و Teradyne، اللتان تسيطران على حوالي 86% من هذا السوق بينهما. على سبيل المثال، تُعرف National Instruments بأنظمتها المعيارية و PXI، و dSPACE لاختبار الأجهزة في الحلقة لتطبيقات السيارات، و Cohu لأجهزة الاختبار.

ماذا يفعل مهندس معدات الاختبار الآلي؟

يصمم مهندسو التصميم الميكانيكي التجهيزات والمعالجة، ويصمم المهندسون الكهربائيون مسار التبديل والقياس، ويكتب مهندسو البرمجيات التسلسل والسجلات. في الشركات الصغيرة، يقوم شخص واحد بكل هذه المهام، ولهذا السبب غالبًا ما تحظى التجهيزات بأقل اهتمام وتتسبب في أكبر وقت توقف.

لماذا تهم Gage R&R على مقعد الاختبار؟

نظرًا لأن المقياس هو جهاز قياس، فإن المقياس غير المعاير يتمتع بتغير قياس عالي مع خطأ غير معروف. تميز Gage R&R تباين المقياس عن تباين الجزء وتنتج قيمة للعميل.

مراجع

• Teradyne — اختبار أشباه الموصلات والأنظمة
• Advantest — أنظمة اختبار أشباه الموصلات
• National Instruments — اختبار وقياس معياري
• dSPACE — الأجهزة في الحلقة واختبار وحدة التحكم الإلكترونية
• UL Solutions — اختبار سلامة المنتج والشهادات

خاتمة

تعني ATE تعريفًا واحدًا بالإضافة إلى ستة مجالات تطبيق. يقول تعريف ATE إنه النظام الذي يدرس ويتخذ القرارات. تختلف مجالات التطبيق بحيث يمكن القول إن استخدام هذه الكلمة نفسها يكاد يكون غير ضروري. هذا يعني أنه عند التوجه إلى المزود، يجب أن يكون السؤال الأول هو: ما المعيار المستخدم في العملية وليس ما إذا كانت ATE تعمل بشكل صحيح في المقام الأول.

أثناء اختبار مصنع ينتج معدات للسلامة، فإن قاعدة المقارنة المقابلة ليست جهاز اختبار أشباه الموصلات، بل المعدات اليدوية المستخدمة حاليًا.