Что такое автоматическое тестовое оборудование? Виды, отрасли и стоимость

Оборудование для автоматического тестирования описывается как оборудование, которое использует стимулы для определения, работает ли тестируемый продукт или нет. Это означает, что оборудование для автоматического тестирования подает входные сигналы, измеряет выходные данные и принимает решение о прохождении продукта тестирования без какого-либо вмешательства человека. Это определение охватывает множество различных инструментов — от тестирующих машин для проверки кабельных сборок до тестовых устройств для полупроводников стоимостью миллионы долларов. Именно поэтому люди путают термин ATE, сталкиваясь с ним в разных отраслях, поскольку он не означает определенный тип или виды устройств в одной отрасли, а представляет собой очень широкую категорию. Ниже приведено руководство, содержащее всю необходимую информацию об оборудовании для автоматического тестирования, включая различия между типами оборудования, его возможности, отрасли применения, стоимость и как правильно выбрать оборудование для автоматического тестирования.

Оборудование для автоматического тестирования (ATE) относится к любому устройству, которое может выполнять тестирование продукта без участия человека и автоматически посредством подачи стимулов, измерения откликов и принятия решений на основе полученных результатов. ATE можно классифицировать на несколько основных групп, включая ICT (тестирование собранной платы), flying probe (система ATE, не требующая тестового приспособления), функциональное тестирование (FCT, при котором тестируется весь продукт), boundary scan, JTAG, автоматический оптический контроль (AOI), рентгеновский контроль, burn-in тесты и экологические испытания. Согласно прогнозам, рынок ATE достигнет около 7,1 миллиарда долларов, а в 2026 году будет расти в среднем на 5-6 процентов практически во всем мире. Стоимость ATE значительно варьируется: от 15 000 до 20 000 долларов за базовую версию и от 50 000 до 250 000 долларов за продвинутые устройства ATE. Однако компании Teradyne и Advantest занимают более 80% рынка продаваемых устройств ATE.

Что такое оборудование для автоматического тестирования

Независимо от сектора, автоматизированное тестирование проходит через четыре этапа: стимул, измерение, сравнение и принятие решения. Система генерирует входные данные для тестируемого устройства (DUT), снимает показания и сравнивает результат с заранее установленным пределом, прежде чем сделать вывод. Различия между системами заключаются в типе используемого стимула и методе его измерения, количестве тестовых точек, требуемой скорости и условиях работы.

Можно понять, что ATE отличается от инспекции, поскольку инспекция означает лишь визуальный осмотр продукта, тогда как ATE включает тестирование продукта. ATE дополняет инспекцию, что означает, что оба процесса должны использоваться совместно. Также ATE не следует путать с сбором данных, который подразумевает получение результатов без проведения тестирования.

Автоматизированные тесты обладают следующими характеристиками, которых не может иметь ручное тестирование: Повторяемость — это означает, что после тестирования продукта его можно протестировать снова либо другим оператором, либо на другой машине, но результат останется тем же; Скорость — эта характеристика означает, что автоматизированное тестирование занимает миллисекунды, тогда как ручные тесты занимают секунды; Покрытие — количество точек тестирования может достигать тысячи, и производственный процесс не останавливается; Отслеживаемость — означает, что результат каждого оборудования можно отследить по его серийному номеру.

Почему существует автоматизированное тестирование

Принятие автоматизированного тестового оборудования (ATE) обусловлено тремя факторами, которые применимы не только в электронике.

• Объем. Для производственных партий в несколько сотен единиц в год ручное тестирование имеет смысл и вполне осуществимо. Однако при производстве в сотни тысяч единиц полагаться на ручное тестирование уже невозможно. Причина в том, что невозможно выполнить необходимый объем тестирования для каждой единицы в доступное время, даже если операторы могли бы тестировать каждую единицу за несколько дней или даже часов. Таким образом, автоматизация меняет правила игры в тестировании — переход от выборочного тестирования к тестированию 100% продукции.
• Стоимость отказа. В отраслях, где стоимость устранения дефектных единиц высока, стоимость отказа в эксплуатации многократно превышает стоимость тестирования. Когда электрические автоматические выключатели не реагируют, медицинские устройства не считывают датчик или блоки управления выходят из строя, возникает проблема, ведущая к дорогостоящему отзыву продукции, судебным искам и повреждению репутации бренда.
• Документация. Было бы невозможно продавать продукцию на регулируемых рынках, даже если она функционировала бы идеально, если бы не было документации, подтверждающей, что она работает как ожидалось. Автоматизированное тестирование, в свою очередь, производит такую документацию как побочный продукт процесса тестирования.

Экономический аспект можно количественно оценить, и именно с этого обычно начинается оценка потенциальной экономии на любом заводе. Возврат инвестиций от автоматизации процесса тестирования производственной линии вместо ручного тестирования можно количественно оценить на основе показателей пропускной способности, уровня пропуска дефектов и затрат на труд для каждой произведенной единицы. Наш анализ окупаемости автоматизированного и ручного тестирования автоматических выключателей основан на этих расчетах для реального продукта.

Более широкие выгоды от автоматизации — пропускная способность, стабильность качества и затраты труда на единицу продукции по всему производственному процессу, а не только на одном этапе тестирования — рассматриваются в нашем руководстве по тому, как промышленная автоматизация обеспечивает преимущества эффективности.

Типы ATE

Большинство систем, используемых в коммерческой эксплуатации, можно классифицировать как относящиеся к одной из конкретных категорий, перечисленных здесь. Однако одна производственная линия может запускать различные процессы, представленные несколькими из обсуждаемых категорий.

По объему функциональное тестирование является крупнейшим сегментом, составляя почти 35-40% от общего количества отправленных единиц. В совокупности ICT и летающие зонды занимают около 20-25% от общего объема. Полупроводниковое ATE имеет меньшую долю рынка по объему с рыночной стоимостью 25-30%, поскольку цена одного устройства выше стоимости тестирования на стенде для всего производственного предприятия.

Что достигается

Необходимо объяснить преимущества конкретных достоинств процедуры, так как термин “лучшее качество” не может считаться жизнеспособным бизнес-кейсом.

• Полное тестирование. Каждая единица тестируется, что означает, что возможный отказ определяется только наличием тестирования, а не случайностью.
• Единообразные решения. Автоматизированное оборудование применяет одинаковые ограничения ко всем единицам, обеспечивая согласованность результатов, чего нет при ручном выполнении процесса.
• Сокращение циклов. Современное оборудование может быть оснащено системами обнаружения отказов на базе машинного обучения, что может привести к сокращению времени тестирования почти на 30%, а также к минимизации диагностических простоев благодаря участию ИИ.
• Прозрачная документация. Результаты тестирования, связанные с конкретными серийными номерами, позволяют упростить анализ гарантийных случаев, трендов, а также проведение аудитов.
• Раннее обнаружение любых отклонений. Поскольку тестируется всё, это позволяет заметить изменения в поведении до фактических отказов.
• Повышение производительности без увеличения численности персонала. Там, где сложно найти специалистов, автоматизация может заменить ручной осмотр.
• Калибровка и соответствие качеству. Результаты тестирования, проведённого в соответствии с определённым стандартом (ISO 17025), могут быть доверены клиентами и регулирующими органами, при этом связанные затраты составляют 15-25% от общей суммы.

Отрасли, которые зависят от этого

Технология автоматизированного тестирования не ограничивается электроникой. Следующие примеры иллюстрируют, где она уже широко применяется.

Общее между этими областями заключается не в технологии, а в последствиях отказов. Если вы имеете дело с дефектным изделием, которое недорогое и безвредное, выборочный контроль имеет смысл. Когда это не так, тестирование перестаёт быть центром затрат и становится частью спецификаций продукта.

Что это стоит

Цена различается в различных категориях, поэтому указание только одной цены мало помогает без знания контекста, в котором она применяется. Приведённые ниже диапазоны должны служить лишь ориентировочными цифрами в зависимости от региона и конкретного применения/конфигурации.

Существует три элемента затрат, которые часто недооцениваются. Первый — приспособления: специализированный bed-of-nails фиксатор для тестера в цепи имеет срок изготовления от восьми до двенадцати недель и отдельную стоимость, учитывая только один дизайн платы. Второй — программное обеспечение и интеграция: подключение тестовой системы к системе управления производством, системе хранения данных или корпоративной системе качества — это отдельный проект. Третьим является калибровка и обслуживание: это может добавить около 15-25% к стоимости владения системой. Обслуживание систем становится с каждым годом всё дороже. Хотя соглашения по объёмам с крупными клиентами могут влиять на цену, они редко влияют на аспект обслуживания.

Платформы и поставщики

Базу поставок можно разделить на три уровня, и конкуренция здесь невелика.

Рынок высококлассного полупроводникового ATE в значительной степени доминируют две компании — Advantest и Teradyne, которые вместе контролируют более 80% рынка высококлассного тестирования SoC и памяти. Их платформы используются для приборов с наибольшим количеством контактов и самой высокой скоростью передачи данных, так что одна установка может стоить более 1,2 миллиона долларов!

Сегменты инструментов и модулей занимают среднюю часть рынка. Такие компании, как Keysight Technologies, Rohde & Schwarz и National Instruments (в настоящее время входящая в Emerson), производят тестовые устройства (включая архитектуры PXI, VXI, LXI), используемые для функционального и смешанного сигнал-тестирования. LabVIEW и TestStand управляют этими устройствами и предоставляют значительные возможности для их конфигурации.

Специализированные и региональные компании заполняют оставшуюся часть рынка. Компания Chroma ATE, базирующаяся на Тайване, хорошо известна своими тестами силовой электроники и аккумуляторов, в то время как Spea и Seica производят системы in-circuit и flying probe. Cohu, Hioki, Yokogawa, Shibaura обслуживают узкие ниши, в то время как китайские производители, такие как Hangzhou Changchuan Technology и Huagong Tech, производят дешевые функциональные тесты и ICT-системы и экспортируют их. Средний сегмент не имеет доминирующего игрока, так как здесь работают различные мелкие региональные компании без уникальных преимуществ, и многие из них сталкиваются с серьезной конкуренцией.

Два аспекта этого рынка должны заинтересовать покупателей. Во-первых, цикл замены короткий: высококлассное ATE часто заменяется каждые пять-семь лет, в то время как функциональные ATE и in-circuit — каждые три-пять лет из-за быстрой устаревания программного обеспечения. На зрелых рынках замена и модернизация составляют 40-50% всех поставок, что означает, что рынок подержанного оборудования велик. Во-вторых, технология, парадоксально, становится более сложной: тестирование современных полупроводников занимает гораздо больше времени по сравнению с предыдущими годами.

Как задать спецификацию системы

Семь вопросов отличают функционирующую систему от системы, списанной через пять лет.

• Какие дефекты она должна выявлять? Начинайте с режимов отказов и требований к уровню обнаружения, а не с функций поставщика. Покрытие — это требование; все остальное — лишь инструмент для его достижения.
• Какова требуемая пропускная способность? Выражайте ее в единицах в час при данном покрытии, поскольку более высокое покрытие обычно связано с более длительным циклом. Между ними существует компромисс.
• Как будет развиваться продукт? Тестирование на основе приспособлений in-circuit быстрое, но может требовать разных приспособлений для каждой ревизии платы. В отличие от этого, системы flying probe или конфигурируемые функциональные платформы могут быть медленнее, но более универсальны с точки зрения количества изменений в продуктах.
• Что будет происходить с данными? Определите заранее, будут ли результаты вводиться в систему управления производством или базу данных качества, и определите интерфейсы. Модернизация интеграции данных дороже, чем проектирование ее изначально.
• Кто разрабатывает и поддерживает тестовое программное обеспечение? Это часто самая большая скрытая стоимость и источник задержек при установке системы. Узнайте, кто владеет тестовым ПО и как оно будет развиваться вместе с системой.
• Как будет инициализироваться и обслуживаться система? Определите, проводится ли калибровка на постоянной основе, осуществляется ли она с дружественной сертификацией, гарантируются ли наличие запасных частей и время реакции сервиса.
• Какова общая стоимость владения? Она должна включать приспособления, программное обеспечение, интеграцию, калибровку, запасные части и обновления. Цена покупки обычно является спорной частью оценки. Дисциплина оценки капитальной автоматизации таким образом совпадает с изложенной в нашем руководстве для покупателей, оценивающих автоматизированные производственные линии.

Тестирование внутри производственной линии

Важное различие, которое следует сделать, заключается в покупке испытательного оборудования и интеграции испытаний в производственный процесс. Отдельно стоящая испытательная машина может быть описана как работающая на выходе производственного процесса, в то время как интегрированная станция является частью процесса и обеспечивает входные данные для его операций.

С точки зрения окупаемости инвестиций, интегрированные испытания показывают наивысшую эффективность. Однако успех не достигается за счет самих испытаний. Когда все изделия произведены и протестированы, информация о неисправностях может служить сигналом для управления производством. Факт смещения определенного параметра указывает на необходимость принятия мер на предыдущей станции до того, как изменится уровень брака. Таким образом, интеграция на уровне станции упрощает управление, экономит производственное пространство и устраняет задержки между производством и испытаниями, что означает лучшую окупаемость инвестиций.

Именно в этой нише работает benlongkj: автоматизированные производственные линии и системы для электрических компонентов, включая производственные линии с встроенным автоматическим тестированием и калибровкой, а не отдельный этап тестирования, добавляемый в конце процесса. Производители, оценивающие этот подход, взвешивают те же компромиссы, что и в любом проекте автоматизации, а более широкий спектр вариантов изложен в нашем обзоре стратегии решений для автоматизации производства: каждое автоматизированное соединение приводит к более высокой доходности, более строгому контролю затрат и более сильной отчетности по соблюдению норм. Вы можете ознакомиться с полным ассортиментом на нашей.

Конкретным примером интегрированной линии — где сборка и тестирование являются единым непрерывным процессом — является Начать с полностью автоматизированной, который включает проверку и калибровку кривой срабатывания в производственной последовательности, а не рассматривает это как последующую инспекцию.

Совет для любого покупателя — принять раннее решение о необходимой модели. Если требуется проверка продукта, лучшим выбором будет отдельная система ATE, при этом применимы вышеуказанные критерии. Если необходимо включить тестирование с самого начала, тестовую часть системы нужно проектировать с самого начала, поскольку последующее добавление встроенного тестирования в уже существующую линию значительно сложнее, чем построить её с нуля с учетом всех спецификаций.

Часто задаваемые вопросы

Какие примеры автоматического испытательного оборудования?

Примеры можно найти по всему спектру. В электронной сборке тестер в цепи проверяет компоненты заполненной печатной платы, в то время как система с летающей зондом выполняет ту же процедуру без использования приспособлений. На уровне продукта функциональная тестовая система подает питание на собранный продукт и проверяет выполнение его функций. Для компонентов тестер жгутов проверяет непрерывность, а система тестирования силовой электроники проверяет кривые срабатывания, диэлектрическую прочность и сопротивление контактов в автоматических выключателях и других устройствах. В высоком сегменте системы ATE для полупроводников тестируют чипы на уровне пластин и упакованных устройств с высокой скоростью и при экстремальных температурах, а системы тестирования на уровне системы проверяют чипы в достаточно реалистичном режиме.

Какова цель автоматического тестирования?

Цель состоит в том, чтобы обеспечить единообразное и документированное решение о прохождении/непрохождении каждого изделия, а не формировать мнение о некоторых образцах. Это достигает четырех целей одновременно: повторяемость, когда одно и то же изделие дает одинаковый результат независимо от того, кто проводит тесты; быстроту, обеспечивающую полное тестирование на производственной скорости; охват, позволяющий тестировать тысячи точек контроля; и прослеживаемость, когда каждый результат тестирования связан с серийным номером. Таким образом, предприятия обнаруживают дефекты на заводах, а не клиенты, что, в свою очередь, обеспечивает наличие необходимых доказательств для гарантийных претензий.

Что такое автоматическое тестовое оборудование (ATE)?

Автоматизированное тестовое оборудование (ATE) — это название систем, которые используют автоматические методы для тестирования продуктов путем стимуляции изделия, измерения его реакции и последующего сравнения результата со спецификациями. ATE часто упоминается в области полупроводников, так как эти системы тестируют как пластины, так и упакованные устройства. Однако ATE также относится к тестерам в цепи, системам с летающей зондой, функциональным тестовым платформам, инструментам граничного сканирования, оптическому и рентгеновскому контролю, системам выгорания и испытательным стендам для силовой электроники.

Какие пять лучших инструментов автоматизации тестирования?

Ответ зависит от типа тестирования, поскольку инструменты, используемые в автоматизации тестирования программного обеспечения, отличаются от тех, что применяются в автоматизации тестирования аппаратного обеспечения. В случае аппаратного обеспечения типичными системами являются платформы Teradyne и Advantest для полупроводников и других видов электронных тестов, системы Keysight для радиочастотного и смешанного сигнального тестирования, LabVIEW и TestStand от National Instruments для тестирования компоновки, а также Chroma ATE для тестирования аккумуляторов, в то время как роль SPEA, Seica и Cohu заключается в тестировании в цепи, системах с летающей зондой и обработке устройств соответственно. В случае тестирования программного обеспечения распространенными инструментами автоматизации являются Selenium, Playwright, Cypress, Appium и Robot Framework. Любой поставщик, предлагающий список продуктов, включающий обе группы, не понимает, что именно требуется.

Нужно ли мне автоматическое тестовое оборудование, если объем производства небольшой?

Чаще всего следует ясно понимать, что использование специализированной системы при низком объеме не имеет финансового смысла, и может быть разумнее использовать ручное тестирование, обеспечивая при этом ведение всех необходимых записей. Одним из случаев, когда использование автоматизации может быть оправдано при низком объеме, является ситуация, когда дефекты имеют серьезные последствия, например, в медицинских устройствах, авиационной продукции, средствах безопасности, или если тест невозможно выполнить вручную из-за технических ограничений по точности и воспроизводимости. В случаях низких объемов и разнообразия продукции использование системы с летающей зондой или некоторой функциональной платформы кажется лучшим решением, поскольку они не требуют смены оснастки при смене продукта.

Ссылки

• Teradyne — системы тестирования полупроводников и электроники
• Advantest — Автоматическое испытательное оборудование для полупроводниковых устройств
• Keysight Technologies — Электронные испытательные и измерительные приборы
• National Instruments (Emerson) — Автоматизированные испытательные платформы и программное обеспечение TestStand
• ISO — Аккредитация калибровочных и испытательных лабораторий ISO/IEC 17025
• IPC — Требования IPC-9252 к электрическим испытаниям непаянных печатных плат

Заключение

Автоматическое испытательное оборудование отвечает на простой вопрос: как обеспечить правильную работу определённого изделия? С помощью автоматического испытательного оборудования каждое изделие тестируется надёжно и документируется согласно результату «пройдено/не пройдено» за меньшее время и с большим охватом, чем при ручной проверке. Автоматическое испытательное оборудование может быть настольным тестером жгутов, который стоит недорого, или дорогой платформой для тестирования полупроводников стоимостью миллионы долларов, но принцип работы у них одинаковый: создать стимул, измерить отклик, сравнить и принять решение. Автоматическое испытательное оборудование революционизирует весь процесс тестирования, делая ранее обязательную выборочную проверку ненужной, поэтому с помощью автоматического испытательного оборудования вы получаете 100% проверку продукции вместо выборочной, ваш тест основан не на суждениях, а на показаниях. Кстати, цена испытательных систем варьируется от нескольких тысяч долларов за функциональное тестирование до миллионов долларов за тестирование полупроводников с дополнительными затратами на оборудование, интеграцию программного обеспечения и калибровку. Выбирайте режимы отказов, которые хотите обнаружить, сознательно выбирайте между охватом и временем цикла, или решайте, будет ли эта система тестирования автономным методом или неотъемлемой частью производственной линии, и рассчитывайте все расходы вместо того, чтобы просто оценивать стоимость покупки.