Thiết bị kiểm tra tự động là gì?

Định nghĩa cũng có nghĩa là một ngành công nghiệp bán dẫn trị giá $15 tỷ và một trung tâm kiểm tra tại nhà máy cầu dao nơi thực hiện 600 bài kiểm tra mỗi lần. Cả hai thực thể này đều có thể được gọi là thiết bị kiểm tra tự động, nhưng về cơ bản chúng là cùng một thứ, do đó cần biết loại người mua có thể ảnh hưởng như thế nào đến việc hiểu thuật ngữ này.

Hơn nữa, cần đề cập rằng ATE được thảo luận bao gồm tất cả các lĩnh vực sử dụng, vận hành và đặc điểm của thiết bị, cũng như cách sử dụng nó để lựa chọn đúng thiết bị phù hợp khi mua.

Tóm lại, chúng ta có máy kiểm tra, thường được biết đến là ATE, được định nghĩa là bất kỳ thiết bị nào cung cấp đầu vào cho sản phẩm, đo phản hồi và cho biết liệu nó có chấp nhận được hay không mà không cần sự tham gia của người vận hành. Lĩnh vực chính trong thị trường này là ATE bán dẫn được thực hiện bởi hai công ty: Advantest và Teradyne, chiếm khoảng 86% của toàn bộ thị trường. Còn có một loại nữa dựa trên điện.

Thiết Bị Kiểm Tra Tự Động Thực Sự Là Gì

Nói một cách đơn giản, có bốn chức năng: nó tạo ra kích thích, có thể là điện áp, dòng điện, tín hiệu RF, nhiệt độ hoặc chuyển động. Nó áp dụng kích thích cho DUT. Nó đo phản hồi bằng thiết bị có độ chính xác đã biết. Và nó so sánh kết quả với giới hạn và ghi lại phán quyết.

Điều quan trọng là từ ‘tự động hóa’. Một đồng hồ vạn năng và một kỹ thuật viên có kinh nghiệm có thể thực hiện cả bốn chức năng nhưng với tốc độ chậm. ATE tồn tại vì trong trường hợp thứ tư có sự tham gia của con người trong khi trong trường hợp thứ ba độ tin cậy bị mất sau vài trăm lần lặp lại.

Sau đó, chúng ta có thể định nghĩa danh mục thông qua những gì nó không phải. ATE chắc chắn không phải là một thiết bị ghi dữ liệu vì nó đưa ra quyết định. ATE không phải là một thiết bị đo trên bàn vì nó thực hiện chuỗi thao tác. Nó cũng không phải là một quy trình kiểm tra mặc dù bất kỳ hệ thống ATE nào cũng chứa một quy trình mà không có ngoại lệ.

Các Ngành Công Nghiệp Mua ATE, và Mỗi Ngành Kiểm Tra Gì

Sáu lĩnh vực chiếm gần như toàn bộ thị trường, và sự khác biệt giữa chúng lớn hơn sự tương đồng.

Hầu hết mọi người liên kết phân khúc bán dẫn với từ viết tắt đã đề cập. Lý do đằng sau điều này là một Hệ thống trên Chip hiện đại có hàng nghìn chân, khiến các thiết bị kiểm tra cần đo và điều khiển hầu hết chúng cùng một lúc với tốc độ nhanh như chớp, trong đó mỗi picosecond có thể quyết định sự thành công hay thất bại. Đây chắc chắn là vấn đề khó nhất để đo trong sản xuất hàng loạt và các công ty đã có thể giải quyết nó là những nhà sản xuất có giá trị nhất trên thế giới.

Phân khúc ô tô là phân khúc năng động nhất. Xe điện chứa một bộ pin, có hàng chục mô-đun, mỗi mô-đun được điều khiển bởi mạch giám sát riêng của nó. Nhiệm vụ đã chuyển từ việc kiểm tra một linh kiện sang xác nhận một hệ thống chủ yếu sử dụng bus. Đối với phân khúc hàng không vũ trụ, đây là phân khúc ổn định nhất nhưng cũng đòi hỏi khắt khe nhất, vì đơn vị có thể thay thế trên dây chuyền dành cho phân khúc này có thể phục vụ trong ba mươi năm, điều này có nghĩa là thiết bị kiểm tra phải có khả năng bảo trì trong ba mươi năm.

ATE bán dẫn: Độc quyền kép giải thích về phân loại này

Hầu hết các ước tính được công bố cho thấy Advantest và Teradyne cùng nắm giữ khoảng 86% thị phần toàn cầu trong lĩnh vực ATE bán dẫn, với Advantest đôi khi được xem là lớn hơn trong hai công ty. Advantest báo cáo doanh thu kỷ lục khoảng 17 tỷ vào năm 2025; Teradyne khoảng 13,2 tỷ. Đối với kiểm tra SoC cao cấp và bộ nhớ, mức tập trung còn cao hơn, vượt quá 90%.

Cấu trúc đó xuất phát từ một mô hình cụ thể. J259 của Teradyne vào những năm 1960 được công nhận là khởi đầu cho kỷ nguyên ATE. Advantest chiếm lĩnh thị trường kiểm tra bộ nhớ khi sản xuất bán dẫn Nhật Bản phát triển, sau đó củng cố thông qua các thương vụ mua lại vào những năm 2000. Kết quả là một ngành công nghiệp mà người mới tham gia phải đánh bại người đang chiếm lĩnh trên một nền tảng mà khách hàng đã xây dựng chương trình kiểm tra của họ xung quanh, điều này thực sự là một vấn đề khó hơn so với việc tạo ra một thiết bị nhanh hơn.

Thị trường đã phát triển mạnh mẽ, được thúc đẩy bởi silicon AI. Thiết bị kiểm tra bán dẫn toàn cầu dự kiến đạt khoảng 15,3 tỷ vào năm 2026, với dự báo gần 20,8 tỷ vào năm 2028. Cơ chế rất đơn giản và hơi ngược đời: các chip phức tạp hơn đòi hỏi nhiều thời gian kiểm tra hơn. Thời gian kiểm tra trên một bộ tăng tốc AI hàng đầu đã tăng từ khoảng 350 giây trong một thế hệ lên từ 700 đến 1.000 giây trong thế hệ tiếp theo, vì vậy cùng số lượng chip cần gấp hai đến ba lần công suất thiết bị kiểm tra. Việc kiểm tra không còn là một khoản chi phí mà bắt đầu được xem như một giới hạn đối với thông lượng.

Đối với bất kỳ ai ngoài ngành bán dẫn, câu chuyện đó mang tính thông tin nhưng không hữu ích. Nó cho thấy tại sao việc theo đuổi thị phần thiết bị kiểm tra tự động lại dẫn trở lại phân tích bán dẫn, và tại sao người mua bàn kiểm tra cầu dao sẽ không tìm thấy điều gì liên quan trong bối cảnh được cung cấp.

Những gì ngành điện kiểm tra, và tại sao nó khác biệt

Mỗi mục được trình bày trong phần điện của bảng đều phục vụ chức năng ngắt dòng điện, do đó làm cho quy trình kỹ thuật trở nên khác biệt.

Máy cắt mạch thu nhỏ phải trải qua nhiều bài kiểm tra như đánh giá tham số ngắt nhiệt cho các giá trị dòng điện khi nó ngắt và khi nó không ngắt; đánh giá giá trị từ tính (nhiều lần dòng định mức), điện trở tiếp điểm, điện trở cách điện và nhiều hơn nữa. Bên cạnh đó, RCD và RCBO sẽ thêm bài kiểm tra bảo vệ sai khác. Trong khi đó, các contactor thực hiện các bài kiểm tra cuộn dây nhấc lên và thả xuống cũng như kiểm tra mòn trên tất cả các cực. Việc thêm bộ lắp ráp có nghĩa là bài kiểm tra độ bền điện môi sẽ được thực hiện vào cuối cùng.

Không cần quy trình phức tạp để thực hiện kiểm tra điện. Điều cần là dòng điện có giá trị cao nhất, thời gian hoàn hảo và quy trình cơ học. Việc đo lường thì dễ dàng trong khi việc thu được kết quả lại rất khó khăn.

Kinh tế khác biệt rất lớn. Kiểm tra bán dẫn được thực hiện trên hàng triệu chip. Trong khi đó, kiểm tra điện được thực hiện trên từng thiết bị kiểm tra được sản xuất và khối lượng có thể lên đến hàng trăm nghìn. Điều đó giải thích sự tồn tại của nhiều công ty nhỏ trong ngành. Một bàn thử nghiệm xây dựng xung quanh các quy trình máy cắt mạch không khí là định dạng lớn nhất trong phân khúc đó, và phạm vi của nó được trình bày trong tổng quan này về những gì một bàn thử nghiệm ACB đo và ghi lại.

Cấu trúc chung mà mọi hệ thống ATE đều có

Sơ đồ khối của hệ thống kiểm tra bao gồm năm thành phần chính, giống nhau bất kể lĩnh vực ứng dụng tương ứng.

• Tạo ra kích thích. Giai đoạn xác định nguồn của hiệu ứng được áp dụng. Nói một cách hài hước, đó sẽ là một bảng mạch điện tử vi mạch trong kiểm tra bán dẫn, một thiết bị có khả năng tiêm dòng điện trong kiểm tra điện, và một bộ mô phỏng bus trong kiểm tra ô tô.
• Công tắc. Phần mà các bộ phát định tuyến kích thích vào tiếp điểm thích hợp mà không cần người vận hành di chuyển cáp. Phần này của sơ đồ chịu trách nhiệm cho hầu hết các sự cố độ tin cậy vì nó liên quan đến tiếp điểm rơ le và việc sử dụng chúng.
• Đo lường. Thiết bị bao gồm các thiết bị đo để tuân thủ chứng nhận hiệu chuẩn, được kiểm tra trước, và quá trình truyền dữ liệu giữ độ chính xác từ cảm biến đến quá trình ghi lại.
• Xử lý. Cách thiết bị được cung cấp các mục kiểm tra liên quan và cách quy trình cố định các mục đó được thực hiện. Trong kiểm tra bán dẫn, điều này được thực hiện bằng các bộ xử lý hoặc đầu dò, và trong kiểm tra điện, nó được thực hiện bằng các đồ gá và kẹp.
• Phần mềm và hồ sơ. Toàn bộ quy trình được điều khiển bởi phần mềm theo dõi các chi tiết của hệ thống. Xin lưu ý rằng thành phần thứ năm thường bị người dùng đánh giá thấp và chỉ được nhận ra khi đã quá muộn.

Đối với người mua, phần thứ năm thường ít quan trọng, chỉ nhận ra lỗi sau này. Một hệ thống dựa vào các bài kiểm tra nhưng không có hồ sơ sẽ tạo ra một chuỗi giấy tờ khó có thể bảo vệ sau hai năm trong khi một chuỗi với giới hạn chỉ được kỹ sư biết thì không thể kiểm toán được. Công việc kiểm tra độ bền làm rõ điểm này: một băng thử lão hóa chạy không giám sát trong nhiều tuần, vì vậy hồ sơ phải tồn tại qua sự gián đoạn nguồn điện mà không mất dữ liệu chạy, và các cân nhắc thiết kế cho điều đó khác với một bài kiểm tra một lần, như bài xem xét này Chu trình và ghi nhật ký băng thử lão hóa ATS trình bày.

Những gì ATE giải quyết mà kiểm tra thủ công không thể

Có ba vấn đề tồn tại, với tốc độ là khía cạnh duy nhất chúng ta quan tâm.

• Tính lặp lại. Người kiểm tra thủ công áp dụng mô-men xoắn và đọc kết quả, nhưng kết quả có thể khác nhau giữa các kỹ thuật viên thực hiện cùng một đơn vị. Việc sử dụng hệ thống đảm bảo rằng đầu vào hoàn toàn lặp lại và cho phép so sánh kết quả băng thử năm nay với kết quả năm trước.
• Khối lượng đầu ra ổn định liên quan đến chất lượng. Kiểm tra thủ công suy giảm trong quá trình sản xuất và sự suy giảm này xảy ra mà không ai nhận ra; 50 sản phẩm cuối cùng được kiểm tra nhanh hơn nhiều so với 50 sản phẩm đầu tiên. Hệ thống kiểm tra tự động không bị ảnh hưởng và sản xuất một số lượng sản phẩm không xác định.
• Bằng chứng. Hệ thống sẽ tạo ra hồ sơ cho mỗi đơn vị được kiểm tra. Chúng sẽ trả lời khách hàng về kết quả kiểm toán, đảm bảo các yêu cầu bảo hành được phê duyệt và cho phép chứng minh tuân thủ các quy định khác nhau.

Ý kiến này xứng đáng được chú ý. Một hệ thống băng thử được thiết kế đúng với các đồ gá tốt và một người vận hành được đào tạo đúng có thể tạo ra kết quả tương đương với kiểm tra tự động và thực sự tạo ra kết quả nhanh hơn. Dưới vài trăm đơn vị mỗi ngày, sự kết hợp đó thường thắng, và phép tính được phân tích trong so sánh này kinh tế học kiểm tra thủ công và tự động. Tự động hóa chiếm vị trí khi thời gian xử lý, không phải thời gian đo lường, trở thành giới hạn.

Gage R&R: Phép đo mà mọi người đều bỏ qua

Cần phải đánh giá hệ thống đo lường trước khi có thể tin tưởng nó để quyết định chấp nhận hay từ chối hệ thống. Lặp lại và tái lập của Gage là nguyên tắc hoạt động ở đây, và thật không may, đó là bước tiếp theo trong hầu hết các quy trình hoàn thành mà thường bị tránh vì sự thú vị đã đến rồi.

Nguyên tắc khá đơn giản. Đầu tiên, cần chọn một số lượng bộ phận nhất định đại diện cho phạm vi các phép đo trong hệ thống. Sau đó, hai hoặc ba người vận hành cần thực hiện đo trên mỗi bộ phận nhiều lần bằng cùng một thiết bị. Tuy nhiên, kết quả phải được phân tích theo cách mà lượng biến thiên phát sinh nên được quy cho hệ thống đo thay vì các bộ phận. Tuy nhiên, có giới hạn chấp nhận được của kết quả thử nghiệm theo Sổ tay Phân tích Hệ thống Đo lường Ô tô: khi hệ thống đo sử dụng dưới 10% tổng dung sai thì thử nghiệm là tốt, từ 10% đến 30% thì chấp nhận được và trên 30% thì có hại.

Bài tập sau cung cấp hai kết quả quan trọng cho thiết bị thử nghiệm tự động. Kết quả đầu tiên xác định hệ thống khi mức độ lặp lại của nó thấp hơn nhiều so với thông số kỹ thuật. Điều này có thể xảy ra, ví dụ, khi điện trở của giá đỡ quá cao hoặc khi các tiếp điểm rơ le bị mòn. Kết quả thứ hai được phát hiện trong quá trình thử nghiệm, tất nhiên, là mức độ không chắc chắn đo lường cho thiết bị thử nghiệm tự động. Thật vậy, vì nó chưa trải qua thử nghiệm, khả năng của hệ thống đo nên được đặt câu hỏi. Quy trình giữ cho bàn thử nghiệm trong khả năng của nó, bao gồm khoảng thời gian hiệu chuẩn và bảo trì tiếp điểm, được đề cập trong các Thực hành vận hành bàn thử MCCB.

Lựa chọn thiết bị theo ngành

Những gì cần tìm phụ thuộc hoàn toàn vào hàng nào trong bảng đầu tiên bạn đang ở.

National Instruments xứng đáng được nhắc đến đặc biệt vì đã cách mạng hóa kinh tế của phân khúc trung gian. Một hệ thống PXI hoặc CompactRIO gồm các thiết bị mô-đun cho phép các nhà máy tạo ra thiết bị thử nghiệm tùy chỉnh từ các mặt hàng trong danh mục có sẵn, điều này lý tưởng cho các tình huống sản xuất với khối lượng thấp và đa dạng cao. Tuy nhiên, giải pháp như vậy sẽ không phù hợp cho dây chuyền sản xuất 5.000 bộ ngắt mạch mỗi ngày. Trong trường hợp này, một bàn thử chuyên dụng với giá đỡ chuyên dụng sẽ luôn vượt trội hơn hệ thống linh hoạt về thời gian chu kỳ. Đối với hàng trong bảng đó, quyết định mua là tính toán hoàn vốn chứ không phải câu hỏi về khả năng, và phép tính cho dây chuyền bộ ngắt được phân tích trong bài này của phân tích hoàn vốn kiểm tra MCB tự động so với thủ công.

Câu hỏi thường gặp

ATE là viết tắt của gì?

Thiết bị kiểm tra tự động cũng được sử dụng trong cùng một định nghĩa. Thuật ngữ này đề cập đến bất kỳ hệ thống nào cung cấp tín hiệu kiểm tra, đo tín hiệu phản hồi và phản ứng dựa trên tín hiệu kiểm tra đầu vào và đánh giá của chính nó. Các ngành khác cũng sử dụng cùng một từ viết tắt mặc dù có sự khác biệt đáng kể về phần cứng được sử dụng.

Ví dụ về thiết bị kiểm tra tự động là gì?

Một thiết bị prober có một bộ kiểm tra gắn kèm, một trạm cuối dòng ECU ô tô trong LRU, và một bộ kiểm tra LRU hàng không, cùng với một bàn kiểm tra cầu dao với chức năng tiêm dòng và thời gian ngắt. Bàn kiểm tra cầu dao là một bàn làm việc thay vì một giá đỡ, nhưng vẫn đáp ứng định nghĩa.

Thị trường ATE lớn đến mức nào?

Ước tính cho thiết bị kiểm tra bán dẫn vào khoảng $15,3 tỷ vào năm 2026 và đạt hơn $20,8 tỷ vào năm 2028. Thị trường lớn hơn cho kiểm tra ô tô, hàng không và điện chắc chắn lớn hơn, nhưng phân tán hơn.

Các công ty ATE chính là ai?

Ngành bán dẫn được dẫn đầu bởi Advantest và Teradyne, họ kiểm soát khoảng 86% thị trường này. Ví dụ, National Instruments nổi tiếng với hệ thống mô-đun và PXI, dSPACE với phần cứng-in-the-loop cho ứng dụng ô tô, và Cohu với các bộ kiểm tra.

Kỹ sư thiết bị kiểm tra tự động làm gì?

Kỹ sư thiết kế cơ khí thiết kế đồ gá và xử lý, kỹ sư điện thiết kế đường chuyển mạch và đo lường, và kỹ sư phần mềm viết trình tự và ghi chép. Ở các công ty nhỏ hơn, một người làm cả ba việc, đó là lý do đồ gá thường nhận được ít sự chú ý nhất và gây ra nhiều thời gian chết nhất.

Tại sao Gage R&R lại quan trọng trên bàn kiểm tra?

Vì thước đo là thiết bị đo lường, một thước đo không được hiệu chuẩn có độ biến thiên đo cao với lỗi không xác định. Gage R&R phân biệt độ biến thiên của thước đo với độ biến thiên của chi tiết và tạo ra một giá trị cho khách hàng.

Tài liệu tham khảo

• Teradyne — Kiểm tra Bán dẫn và Hệ thống
• Advantest — Hệ thống Kiểm tra Bán dẫn
• National Instruments — Kiểm tra và Đo lường Mô-đun
• dSPACE — Phần cứng-in-the-Loop và Kiểm tra ECU
• UL Solutions — Kiểm tra An toàn Sản phẩm và Chứng nhận

Phần kết luận

ATE có một định nghĩa cũng như sáu lĩnh vực ứng dụng. Định nghĩa của ATE nói rằng đó là hệ thống vừa nghiên cứu vừa đưa ra quyết định. Các lĩnh vực ứng dụng khác nhau đến mức có thể nói rằng việc sử dụng chính từ này là gần như không cần thiết. Điều này có nghĩa là khi tiếp cận nhà cung cấp, câu hỏi đầu tiên nên là: tiêu chuẩn nào được sử dụng trong quy trình chứ không phải liệu ATE có thực sự hoạt động đúng hay không.

Khi kiểm tra một nhà máy sản xuất thiết bị an toàn, cơ sở so sánh tương ứng không phải là thiết bị kiểm tra bán dẫn, mà là thiết bị thủ công đang được sử dụng hiện tại.