O que é Equipamento de Teste Automático? Tipos, Indústrias e Custos

Equipamento de Teste Automático é descrito como o equipamento que utiliza estímulos para estabelecer se o produto testado funciona ou não. Isso significa que o Equipamento de Teste Automático fornece a entrada, mede a saída e decide se o produto passou no teste sem qualquer intervenção humana. Essa definição abrange uma grande variedade de ferramentas, desde máquinas de teste que verificam conjuntos de cabos até dispositivos de teste para semicondutores que valem milhões de dólares. Essa é a razão pela qual as pessoas confundem o termo ATE ao encontrá-lo em diferentes indústrias, pois ele não significa apenas um tipo ou tipos específicos de dispositivos em uma indústria, mas sim uma categoria muito ampla. O guia abaixo fornece todas as informações necessárias sobre equipamento de teste automático, incluindo como os tipos de equipamento de teste automático diferem entre si, o que o equipamento de teste automático é capaz de fazer, quais indústrias o utilizam, seu preço e como especificar um equipamento de teste automático.

Equipamento de teste automático (ATE) refere-se a qualquer dispositivo que possa realizar testes de produtos sem supervisão humana e automaticamente por meio da aplicação de estímulos, medição de respostas e tomada de decisões com base nos resultados obtidos. Os ATEs podem ser categorizados em vários grupos principais, incluindo ICT (teste da placa montada), flying probe (um sistema ATE que não requer um dispositivo de teste), teste funcional (FCT, onde o produto inteiro é testado), boundary scan, JTAG, inspeção óptica automatizada (AOI), inspeção por raio-X, testes burn-in e testes ambientais. De acordo com previsões, o mercado de ATE atingirá cerca de 7,1 bilhões e em 2026 crescerá a uma taxa média de 5 a 6 por cento quase em todo o mundo. O preço do ATE varia significativamente: de 15.000 a 20.000 para uma versão básica e de 50.000 a 250.000 para um dispositivo ATE avançado. No entanto, Teradyne e Advantest respondem por mais de 80% dos dispositivos ATE vendidos.

O Que é Equipamento de Teste Automático

Independentemente do setor, o teste automatizado segue um processo de quatro etapas: estímulo, medição, comparação e decisão. O sistema gera a entrada para o Dispositivo Sob Teste (DUT), realiza a leitura e compara o resultado com o limite predeterminado antes de formar uma conclusão. As diferenças entre os sistemas residem no tipo de estímulo utilizado e seu método de medição, número de pontos de teste, velocidade requerida e condições de trabalho.

Pode-se saber que o ATE é diferente da inspeção, pois inspeção significa apenas olhar para um produto, enquanto o ATE envolve testar o produto. O ATE é complementar à inspeção, o que significa que ambos os processos devem ser usados juntos. Além disso, o ATE não deve ser confundido com aquisição de dados, que significa coletar os resultados sem realizar testes.

Os testes automatizados possuem as seguintes características que os testes manuais não podem ter: Repetibilidade — isso significa que, uma vez que um produto é testado, ele pode ser testado novamente, seja por outro operador ou em outra máquina, mas o resultado será o mesmo; Velocidade — essa característica significa que o teste automatizado leva milissegundos enquanto os testes manuais levam segundos; Cobertura — o número de pontos de teste pode chegar a mil e o processo produtivo não será interrompido; Rastreabilidade — significa que o resultado de cada equipamento pode ser rastreado pelo seu número de série.

Por que o Teste Automatizado Existe

A adoção de equipamentos de teste automatizado (ATE) é impulsionada por três forças que se aplicam não apenas na eletrônica.

• Volume. Para lotes de produção de algumas centenas de unidades por ano, o teste manual faz sentido e é perfeitamente viável. No entanto, com lotes de produção na casa das centenas de milhares, não é mais viável depender do teste manual. A razão é que é impossível atender ao volume necessário de testes para cada unidade no tempo disponível, mesmo que os operadores pudessem testar cada unidade em questão de dias ou até horas. Assim, a automação é um divisor de águas para o teste – passando do mundo da amostragem para o teste 100% de todas as unidades.
• Custo da falha. Em indústrias onde o custo de remediar unidades defeituosas é alto, o custo da falha incorrido no campo é muitas vezes maior do que o do teste. Quando disjuntores elétricos falham em responder, ou dispositivos médicos falham em ler um sensor, ou unidades de controle param de funcionar, há um problema que leva a um recall caro do produto, processos judiciais e danos à reputação da marca.
• Documentação. Seria impossível vender produtos nos mercados regulados mesmo que funcionassem perfeitamente bem se não houvesse documentação comprovando que eles funcionam conforme esperado. O teste automatizado, por sua vez, produz essa documentação como um subproduto do processo de teste.

O aspecto econômico pode ser quantificado e é tipicamente onde qualquer fábrica começa sua avaliação de potenciais economias de custo. O retorno sobre o investimento da automação do processo de teste de uma linha de produção em vez de fazê-lo manualmente pode ser quantificado com base nos números de produção, na taxa de escape de defeitos e no custo de mão de obra por unidade produzida. Nossa análise de teste automatizado versus manual para disjuntores trabalha essa aritmética em um produto real.

Os retornos mais amplos da automação — produção, consistência de qualidade e custo de mão de obra por unidade em todo o processo de produção, e não apenas em uma etapa de teste — são abordados em nosso guia sobre como a automação industrial oferece benefícios de eficiência.

Os Tipos de ATE

A maioria dos sistemas atualmente em uso comercial pode ser classificada como pertencente a uma das categorias específicas listadas aqui. No entanto, uma linha de produção particular pode iniciar os diferentes processos representados por várias das categorias discutidas acima.

Em termos de volume, o teste funcional é o maior segmento, representando quase 35-40% do total de unidades enviadas. ICT e sondas voadoras juntos representam cerca de 20-25% do volume total. A ATE para semicondutores tem uma participação de mercado menor em volume, com um valor de mercado de 25-30%, pois o preço de uma unidade é maior que o custo do teste em bancada para toda uma instalação de fabricação.

O que se alcança

É necessário explicar os benefícios das vantagens específicas do procedimento, pois o termo “melhor qualidade” não pode ser considerado um caso de negócio viável.

• Teste completo. Cada unidade é testada, o que significa que a possível falha é determinada apenas pela existência do teste e não por acaso.
• Decisões uniformes. A máquina automatizada impõe a mesma limitação a todas as unidades, mantendo assim a consistência dos resultados, e essa mesma vantagem falta se o processo for realizado manualmente.
• Ciclos encurtados. Os hardwares atuais podem ser equipados com sistemas de detecção de falhas alimentados por aprendizado de máquina, o que pode resultar na redução da duração do teste em quase 30%, juntamente com a minimização dos tempos de inatividade diagnósticos devido ao envolvimento da IA.
• Documentação transparente. Os resultados dos testes vinculados a números seriais específicos permitem simplificar análises de garantia, tendências e auditorias.
• Detecção precoce de quaisquer desvios. Como tudo é testado, permite notar mudanças no comportamento antes das falhas reais.
• Capacidade aumentada sem aumento da força de trabalho. Onde é difícil encontrar especialistas, a automação pode substituir a inspeção manual.
• Calibração e conformidade de qualidade. Os resultados dos testes realizados de acordo com um padrão específico (ISO 17025) podem ser confiáveis para clientes e órgãos reguladores, com os custos associados representando 15-25% do valor total.

Indústrias que dependem disso

A tecnologia de teste automatizado não se restringe à eletrônica. Os exemplos a seguir ilustram onde ela já é amplamente aplicada.

A semelhança entre os campos não está na tecnologia, mas nas consequências das falhas. Se você está lidando com um item defeituoso que é barato e inofensivo, a inspeção por amostragem faz sentido. Quando não é o caso, o teste deixa de ser um centro de custo e se torna parte das especificações do produto.

Quanto custa

O preço difere em várias categorias, portanto, indicar apenas um preço não ajuda muito sem conhecer o contexto em que se aplica. As faixas fornecidas abaixo devem servir apenas como valores indicativos dependendo da região e da aplicação/configuração específica.

Existem três elementos de despesa que são frequentemente subestimados. O primeiro é a fixação: o dispositivo personalizado bed-of-nails para o testador em circuito tem um prazo de entrega de oito a doze semanas e possui um custo separado considerando apenas um design da placa. O segundo é software e integração: conectar o sistema de teste com um sistema de execução de manufatura, historiador de dados ou sistema de qualidade empresarial é um projeto por si só. O terceiro é calibração e manutenção: pode adicionar cerca de 15-25% ao custo de propriedade do sistema. O aspecto de manutenção dos sistemas tem se tornado mais caro a cada ano. Embora acordos sobre volumes com grandes clientes possam influenciar o preço, raramente impactam o aspecto de serviço.

Plataformas e Fornecedores

A base de fornecimento pode ser dividida em três níveis e há pouca concorrência.

O mercado de ATE de semicondutores de alta gama é amplamente dominado por duas empresas, Advantest e Teradyne, que juntas controlam mais de 80% do mercado de alta gama para testes de SoC e memória. Suas plataformas são usadas para instrumentos com o maior número de pinos e com as maiores taxas de dados, de modo que uma instalação pode custar mais de 1,2 milhão!

Os segmentos de Instrumentos e Modulares ocupam o meio do mercado. Empresas como Keysight Technologies, Rohde & Schwarz e National Instruments (incluída na Emerson hoje) produzem dispositivos de teste (incluindo arquitetura PXI, VXI, LXI) usados para testes funcionais e de sinal misto. LabVIEW e TestStand operam esses dispositivos e oferecem significativa possibilidade para sua configuração.

Empresas especializadas e regionais preenchem a parte restante do mercado. A empresa Chroma ATE, sediada em Taiwan, é bem conhecida por seus testes de eletrônica de potência e baterias, enquanto Spea e Seica produzem sistemas de circuito em teste e sonda voadora. Cohu, Hioki, Yokogawa, Shibaura atendem nichos estreitos, enquanto fabricantes chineses como Hangzhou Changchuan Technology e Huagong Tech produzem testes funcionais baratos e sistemas ICT e os exportam. O segmento médio carece de um player dominante, pois aqui operam várias pequenas empresas regionais sem vantagem única e muitas delas enfrentam competição significativa.

Duas coisas sobre este mercado devem interessar aos compradores. Primeiro, o ciclo de substituição é curto: ATE de alta gama é frequentemente substituído a cada cinco a sete anos, enquanto ATEs funcionais e os de circuito em teste – a cada três a cinco anos devido à rápida obsolescência do software. Nos mercados maduros, substituição e retrofit representam 40-50% de todas as remessas, o que significa que os mercados de segunda mão são grandes. Em segundo lugar, a tecnologia, paradoxalmente, está se tornando mais complicada: leva muito mais tempo para testar semicondutores modernos em comparação com anos anteriores.

Como Especificar um Sistema

Sete perguntas distinguem entre um sistema funcional e um sistema descartado após cinco anos.

• Quais falhas ele deve identificar? Comece com os modos de falha e requisitos de taxa de detecção, não com recursos do fornecedor. A cobertura é o requisito; todo o resto é apenas uma ferramenta para alcançá-la.
• Qual é a taxa de produção requerida? Expresse-a em termos de unidades por hora nessa cobertura, já que maior cobertura geralmente envolve tempos de ciclo mais longos. Há um trade-off entre os dois.
• Como o produto evoluirá? Testes em circuito baseados em fixadores são rápidos, mas podem exigir fixadores diferentes para cada revisão da placa. Em contraste, plataformas funcionais configuráveis ou de sonda voadora podem ser mais lentas, mas mais universais em termos do número de mudanças nos produtos.
• O que acontecerá com os dados? Determine antecipadamente se os resultados serão inseridos no sistema de execução de manufatura ou no banco de dados de qualidade e defina as interfaces. A integração de dados em retrofit é mais cara do que projetá-la desde o início.
• Quem desenvolve e mantém o software de teste? Este é frequentemente o maior custo oculto e a fonte de atrasos na instalação do sistema. Descubra quem possui o software de teste e como ele evoluirá conforme o sistema evolui.
• Como o sistema será inicializado e mantido? Determine se a calibração é feita continuamente, se isso é feito com certificação amigável, se peças sobressalentes e tempos de resposta de serviço são garantidos.
• Qual é o custo total de propriedade? Deve incluir fixadores, software, integração, calibração, peças sobressalentes e atualizações. O preço de compra geralmente é uma parte controversa da estimativa. A disciplina de avaliar automação de capital dessa forma é a mesma estabelecida em nosso guia para compradores que avaliam linhas de produção automatizadas.

Teste Dentro de uma Linha de Produção

Uma distinção chave que deve ser feita é entre a compra de um equipamento de teste e a incorporação do teste em um processo de produção. Uma máquina de teste independente pode ser descrita como operando na extremidade de saída de um processo de produção, enquanto uma estação integrada faz parte do processo e fornece entrada para suas operações.

Em termos de retorno sobre o investimento, o teste integrado tem o desempenho mais alto. O sucesso não vem do teste em si, porém. Quando todos os itens produzidos são testados, a informação de falha pode servir como um sinal de gestão da produção. O fato de que um certo parâmetro mudou indica que alguma ação deve ser tomada em uma estação a montante antes que a taxa de falhas comece a mudar. Assim, a integração em nível de estação simplifica o manuseio, economiza espaço de produção e elimina atrasos entre produção e teste, o que significa melhor retorno sobre o investimento.

Este é exatamente o nicho em que a benlongkj opera: linha de fabricação automatizada e sistemas de produção para componentes elétricos, incluindo linhas de produção com teste e calibração automatizados em linha, em vez de uma etapa de teste independente adicionada ao processo final. Fabricantes que avaliam essa abordagem estão pesando as mesmas compensações que qualquer projeto de automação, e o panorama mais amplo de opções está apresentado em nossa visão geral de : cada junta automatizada se combina em maior rendimento, controle de custo mais rigoroso e um registro de conformidade mais forte. Você pode revisar toda a gama em nossa.

Um exemplo concreto de uma linha integrada — onde montagem e teste são um processo contínuo — é o Começar com uma linha de produção automática, que incorpora a verificação e calibração da curva de disparo na sequência de fabricação, em vez de tratá-la como uma inspeção a jusante.

O conselho para qualquer comprador é tomar uma decisão precoce sobre o modelo necessário. Se a exigência ocorrer para verificação do produto, um sistema ATE independente é a melhor escolha, com os critérios mencionados acima sendo aplicáveis. Se a necessidade for incorporar o teste no início, deve-se conceber a parte de teste do sistema desde o começo, porque adicionar posteriormente o teste em linha a uma linha já existente é muito mais complexo do que construí-lo do zero levando em conta suas especificações.

Perguntas frequentes

Quais são exemplos de equipamentos de teste automatizados?

Exemplos podem ser encontrados em todo o espectro. Na montagem eletrônica, o testador em circuito testa os componentes de uma PCB populada, enquanto o sistema de sonda voadora realiza o mesmo procedimento de teste sem fixadores. No nível do produto, o sistema de teste funcional energiza o produto montado e verifica se a funcionalidade é executada. Para componentes, o testador de chicotes verifica a continuidade, e o sistema de teste de eletrônica de potência testa curvas de disparo, resistência dielétrica e resistência de contato em disjuntores e outros dispositivos. No nível avançado, os sistemas ATE de semicondutores testam os chips em nível de wafer e dispositivo embalado em alta velocidade e sob temperaturas extremas, e os sistemas de teste em nível de sistema testam chips em um modo razoavelmente realista.

Qual é o propósito do teste automático?

O objetivo é fornecer uma decisão uniforme e documentada de aprovação/reprovação para cada unidade, em vez de formar uma opinião sobre algumas amostras. Isso alcança quatro metas em uma só: repetibilidade, onde a mesma unidade produz o mesmo resultado independentemente da pessoa que realiza os testes; rapidez, levando a testes completos na velocidade da produção; cobertura, permitindo o teste de milhares de pontos de teste; e rastreabilidade, onde cada resultado de teste está associado a um número de série. Assim, as empresas detectarão defeitos nas fábricas em vez dos clientes, o que, por sua vez, resultará na disponibilidade das evidências necessárias para a reivindicação de garantia.

O que é equipamento de teste automático (ATE)?

Equipamento de Teste Automatizado (ATE) é o nome usado para sistemas que empregam medidas automáticas para testar produtos através da estimulação do produto, medindo como ele reage e, em seguida, comparando o resultado com as especificações. ATE é frequentemente referido no campo dos semicondutores, pois esses sistemas testam tanto wafers quanto dispositivos embalados. No entanto, ATE também se refere a testadores em circuito, sistemas de sonda voadora, plataformas de teste funcional, ferramentas de varredura de limite, inspeção óptica e inspeção por raios-x, sistemas de burn-in e bancadas de teste de eletrônica de potência.

Quais são as 5 principais ferramentas de teste de automação?

A resposta varia com base no tipo de teste, pois as ferramentas usadas na automação de teste de software diferem daquelas usadas na automação de teste de hardware. No caso do hardware, os sistemas típicos mencionados serão as plataformas Teradyne e Advantest para semicondutores e outros tipos de teste eletrônico, sistemas Keysight para teste RF e de sinal misto, LabVIEW e TestStand da National Instruments para teste de layout, e Chroma ATE para teste de baterias, enquanto o papel da SPEA, Seica e Cohu será em teste em circuito, sonda voadora e manuseio de dispositivos, respectivamente. No caso do teste de software, as ferramentas comuns de automação usadas são Selenium, Playwright, Cypress, Appium e Robot Framework. Qualquer fornecedor que ofereça uma lista de produtos que inclua os dois grupos não entende o que está sendo perguntado.

Preciso de equipamento de teste automático se meu volume de produção for baixo?

Na maioria das vezes, deve ficar claro que usar um sistema dedicado em baixo volume não faz sentido financeiro, e pode ser mais inteligente usar testes manuais, garantindo que todos os registros necessários sejam mantidos. Uma dessas ocasiões, quando o uso da automação pode ser justificado em baixo volume, é quando os defeitos têm consequências graves, como no caso de dispositivos médicos, produtos de aviação, dispositivos de segurança, ou no caso de o teste não poder ser realizado manualmente devido a limitações técnicas relacionadas à precisão e reprodutibilidade. Em casos de baixo volume e uma gama diversificada de produtos, o uso de um sistema de sonda voadora ou algum tipo de plataforma funcional parece ser a melhor solução porque eles não requerem troca de ferramentas em caso de mudança de produto.

Referências

• Teradyne — Sistemas de Teste para Semicondutores e Eletrônicos
• Advantest — Equipamento de Teste Automatizado para Dispositivos Semicondutores
• Keysight Technologies — Instrumentos Eletrônicos de Teste e Medição
• National Instruments (Emerson) — Plataformas de Teste Automatizado e Software TestStand
• ISO — Acreditação de Laboratório de Calibração e Testes ISO/IEC 17025
• IPC — IPC-9252 Requisitos para Testes Elétricos de Placas Impressas Não Populadas

Conclusão

Equipamento de teste automático responde à pergunta simples: como garantir que um determinado item funcione corretamente? Com o equipamento de teste automático, você obtém cada item testado de forma confiável e documentado conforme seu resultado de aprovação/reprovação em menos tempo e com maior cobertura do que na inspeção manual. O equipamento de teste automático pode ser um testador de bancada barato, ou uma plataforma de teste de semicondutores cara que custa milhões de dólares, mas o princípio por trás disso é o mesmo: criar algum estímulo, medir a resposta, comparar e tomar uma decisão. O equipamento de teste automático revoluciona todo o processo de teste ao tornar desnecessário um procedimento de amostragem anteriormente obrigatório, portanto, com a ajuda do equipamento de teste automático, você obtém verificação do produto 100% em vez de amostragem, seu teste não é baseado em julgamento, mas em leituras. A propósito, o preço dos sistemas de teste varia de alguns milhares de dólares para testes funcionais até milhões de dólares para testes de semicondutores, incluindo algum custo extra para hardware adicional, integração de software e calibração. Escolha entre os modos de falha que deseja detectar, escolha deliberadamente entre cobertura e tempo de ciclo, ou decida se este sistema de teste será um método independente ou uma parte integral da linha de produção, e calcule todas as despesas em vez de apenas o preço de compra.