J750測試系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

　　張桂玉，任希慶（安普德（天津）科技股份有限公司，天津 300384）

　　摘 要：J750測試系統(tǒng)是一種超大規(guī)模邏輯及存儲器件測試系統(tǒng)。本文通過一系列的數(shù)據(jù)采集，同時應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)的分析方法，借助于Minitab統(tǒng)計分析軟件，分別對采集到的數(shù)據(jù)進行了分析，從而得到測試系統(tǒng)的一些性能參數(shù)，進而可以分析出測試系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過這一系列分析后，可以找到影響生產(chǎn)率的各種因素，大大提高測試系統(tǒng)的工作效率，縮短產(chǎn)品的復(fù)測時間，提高良品率，提高測試的準確率，進而提高生產(chǎn)率。

　　關(guān)鍵詞：Minitab；J750；測試系統(tǒng)；穩(wěn)定性

　　0 引言

　　目前數(shù)字測試中使用最多的就是Teradyne的J750超大規(guī)模測試系統(tǒng)^[1]。由于同一種產(chǎn)品在不同的測試系統(tǒng)上測試可能會存在差異，甚至在同一測試系統(tǒng)中，由不同的人操作都可能有差異，因此需要在生產(chǎn)過程中的一些固定時間段中適時地采集一些數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)利用Minitab等分析軟件，應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)上的知識進行統(tǒng)計分析。

　　本文主要從兩方面對測試系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行了研究，第一種是從所有的J750測試系統(tǒng)中隨機地選出4臺測試系統(tǒng)，然后輸入電壓，測試輸出電流的大小，通過測量值與理論值的比較來分析這4臺測試系統(tǒng)的穩(wěn)定性和差異性；第二種是隨機選擇3名操作員，在同一臺測試系統(tǒng)上對10個樣本進行測試分析，來研究同一臺測試系統(tǒng)由不同的操作員操作所產(chǎn)生的差異。

　　1 數(shù)據(jù)采集

　　1.1 J750測試系統(tǒng)穩(wěn)定性研究數(shù)據(jù)采集

　　1.1.1 概述

　　在對J750測試系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究中，筆者從30多臺測試系統(tǒng)中隨機選擇了4臺作為研究對象，并以這4臺系統(tǒng)中的板載參數(shù)測量單元(BPMU)為研究對象，分別將10個2 kΩ的電阻焊接在64通道的通道板的第1~第10個通道與地線之間(通過1個空的測試板)，輸入一定的電流之后分別測量2 V、5 V、10 V以及24 V電壓的讀數(shù)范圍，并應(yīng)用Minitab分析軟件分析測量數(shù)據(jù)^[2]。

　　由于是隨機選擇了4臺測試系統(tǒng)，因此經(jīng)過這一系列的定性與定量分析之后，就可以估計出所有測試系統(tǒng)的測量穩(wěn)定性。

　　1.1.2 步驟

　　J750測試系統(tǒng)穩(wěn)定性研究的數(shù)據(jù)采集主要由以下幾個步驟完成。

　　1）在進行采集數(shù)據(jù)之前，首先應(yīng)當確定分析的對象。采用抽簽的方式，隨機地從30多臺系統(tǒng)中抽取了4臺作為研究對象，分別標記為J750－04、J750－15、J750－38和J750－40。

　　2）選擇板載參數(shù)測量單元作為研究對象，標記它在J750的64通道板上的位置。

　　3）分別在通道板的第1~第10個通道與地線之間，通過空的測試板連接10個2 kΩ的電阻，同時在IG-XL軟件中設(shè)置好相應(yīng)的電阻數(shù)值。

　　4）通過IG-XL的數(shù)據(jù)工具^[3] (Data Tools)分別向系統(tǒng)中編程輸入需要測試的4種電壓的電流、電壓等相關(guān)參數(shù)。

　　5）應(yīng)用IG-XL以及Minitab軟件運行上述程序，并得到這4臺系統(tǒng)的測試數(shù)值。

　　1.2 量具的重復(fù)性和重現(xiàn)性(Gage R&R)研究數(shù)據(jù)采集

　　1.2.1 概述

　　在量具的重復(fù)性和重現(xiàn)性研究數(shù)據(jù)分析中，采用了均值/區(qū)間的方法(The Average/Range Method)。該方法可以同時得出對測試系統(tǒng)的重復(fù)性差異和重現(xiàn)性差異，運用這種方法進行數(shù)據(jù)采集，采用以下格式完成：3名操作員分別以測試10個樣本為1個周期，循環(huán)測試3次。

　　1.2.2 步驟

　　量具的重復(fù)性和重現(xiàn)性(Gage R&R)研究數(shù)據(jù)采集主要由以下幾步完成。

　　1) 選擇3名操作員A，B，C，并選出10個分別從1~10標有標簽的樣本，同時保證3名操作員看不到這些標簽，從而使得這些樣本對于這3名操作員來說是隨機排列的。

　　2) 在第1個循環(huán)周期，讓第1名操作員A以隨機的順序測量這10個樣本，同時讓另外一個觀察者記錄這10個數(shù)據(jù)并填入標準表格中。

　　3) 操作員A對這10個樣本進行第2個循環(huán)的測量并記錄測量值。

　　4) 操作員B和C循環(huán)步驟2和步驟3。

　　5) 循環(huán)步驟2~4共3次。

　　2 數(shù)據(jù)分析

　　2.1 數(shù)據(jù)分析的目的

　　在采集完數(shù)據(jù)以后，接下來的工作就是對這些數(shù)據(jù)進行分析。數(shù)據(jù)分析的目的是通過一定的分析程序，應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)的分析方法來計算和分析測試系統(tǒng)的一些特性，比如系統(tǒng)的偏差、穩(wěn)定度、線性度以及精確度等，進而更好地了解系統(tǒng)的性能，在杜絕性能隱患的同時，又可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性^[4]。

　　2.2 數(shù)據(jù)分析步驟

　　2.2.1 J750測試系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究數(shù)據(jù)分析

　　主要由以下幾個步驟組成。

　　1) 首先檢查得到的數(shù)據(jù)是否有效。對于系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，這4臺系統(tǒng)的每1臺測得的數(shù)值都會是在1個區(qū)間里浮動的，因此首先要比較這4臺系統(tǒng)數(shù)值浮動的區(qū)間是否一致，如果一致才可以繼續(xù)向下分析它們的穩(wěn)定性，否則必須重新采集數(shù)據(jù)。對于判斷是否一致，可以由P-Value來決定，如果P-Value＞0.5，它們就是一致的，反之則不一致。這4臺系統(tǒng)的P-Value計算如圖1所示。

　　由圖1可以看出，P-Value>0.5，因此這4臺系統(tǒng)的置信區(qū)間是一致的。

　　2) 分析假設(shè)。假設(shè)這4臺系統(tǒng)測得數(shù)值的平均值都是一樣的，則它的對立假設(shè)就是任意2個系統(tǒng)的平均值都不是一致的，用數(shù)學(xué)公式表達如下：

　　3) 根據(jù)上述假設(shè)，計算它們的P-Value值為：0.000，即并不是所有系統(tǒng)的平均值都是一樣的：

　　這也就說明這4臺系統(tǒng)的穩(wěn)定性都不一致。但是事實真是如此嗎？其實在分析時還有1個因素我們必須考慮，這就是系統(tǒng)誤差。對于任何測試系統(tǒng)，本身都有一定的誤差，因此我們就需要將測得的數(shù)據(jù)與這個系統(tǒng)本身的誤差相比較，看看考慮系統(tǒng)誤差以后，測量值是否在其范圍之內(nèi)。

　　4) J750測試系統(tǒng)對于BPMU的輸入電流測量電壓的誤差范圍為：

　　同時考慮到電壓和電流的因素，則總的參數(shù)范圍應(yīng)該是于是

　　對于測量值為1 V的channel 1來說，總的平均值應(yīng)該是0.997 62 V，如圖2所示。

　　這樣，考慮系統(tǒng)本身誤差之后，系統(tǒng)對于2 V電壓讀數(shù)范圍應(yīng)該是：

　　(0.992 74，1.002 5)

　　而對于2 V電壓的測量來說，這4臺系統(tǒng)的讀數(shù)分別是：

　　J750-04 CI for Mean is (0.998 06, 0.998 11)

　　J750-15 CI for Mean is (0.997 23, 0.997 28)

　　J750-39 CI for Mean is (0.997 89, 0.997 94)

　　J750-40 CI for Mean is (0.998 06, 0.998 11)

　　因此，這4臺系統(tǒng)都在系統(tǒng)要求的范圍之內(nèi)，這4臺系統(tǒng)是穩(wěn)定的。

　　2.2.2 量具的重復(fù)性和重現(xiàn)性研究數(shù)據(jù)分析^[5]

　　1）重現(xiàn)性(Reproducibility)差異分析

　　①對于操作員A的測量數(shù)據(jù)，將第1個循環(huán)10件樣本的數(shù)值相加，并除以10，來取得其平均值，將該值填入AVG表格中。

　?、谥貜?fù)計算第2和第3個循環(huán)的平均值并填入表格。

　?、蹖⑺?個循環(huán)的平均值相加，并除以3，得到操作員A的方差。

　　④按照上述1~3的順序填入操作員B和C的數(shù)值。

　　⑤比較A、B、C三名操作員測量值的平均值的大小，并標出最小值X_MIN和最大值X_MAX。

　?、抻嬎鉞_DIF=X_MAX-X_MIN，并填入相應(yīng)的表格中。

　　2）設(shè)備偏差(Part Variation)分析

　　①將操作員A，B，C對樣本1的測量數(shù)值相加，并填入表格。

　?、趯颖?在上一步所得的數(shù)值除以9(樣本1總被測量次數(shù))，得出其平均值。

　?、垡郎鲜龇椒ㄓ嬎闫溆?個樣本的平均值。

　?、軐⑦@10個平均值中的最大值減去最小值，得到樣本分區(qū)。

　　3）重復(fù)性(Repeatability)差異分析

　　①在操作員A欄中，將樣本1的3次讀數(shù)中的最大值減去最小值，得到操作員A對于樣本1的數(shù)值區(qū)間R。

　　②按照上一步的方法依次計算操作員A對于其他9個樣本的樣本區(qū)間。

　?、蹖?和2步所得到的操作員A對于10個樣本的樣本區(qū)間相加，并除以10，得到操作員A的平均樣本區(qū)間，記作R_A并填入表格。

　?、馨凑?~3的方法分別計算操作員B和C的平均樣本區(qū)間，并分別記為R_B和R_C。

　?、萦嬎?名操作員的平均區(qū)間：R=(R_A+R_B+R_C)/3。

　?、迣與D4(可以從表格中得到)相乘，以求得區(qū)間的上限值UCL(R)(Upper Control Limit)。

　?、邫z查3名操作員對于每件樣本讀數(shù)的區(qū)間，對超過UCL的數(shù)值做標記，并對其進行更正，這時就需要進行以下二種措施中的一種：

　　(A) 將該操作員對這10個樣本進行重新測試讀數(shù)，并計算各個數(shù)值。

　　(B) 放棄這些讀數(shù)，重新求其平均值，并重新確定數(shù)值區(qū)間。

　　所有的上述步驟完成，并保證每個樣本的區(qū)間都不超過UCL之后，接著進行以下步驟以求得總體偏差(Total Variations)。

　　計算重復(fù)性偏差(設(shè)備偏差，EV)，重現(xiàn)性偏差(測量者偏差，AV)，復(fù)合R&R數(shù)值，設(shè)備間偏差(PV)以及總體偏差(TV)并填入相應(yīng)表格中。

　　計算%EV，%AV以及%PV作為總體偏差TV的百分值。其中：

　　EV= R×K1

　　SQRE [(XDIF×K2)2-EV2/nr]

　　PV=RP×K3

　　TV=SQRE[R&R2+PV2]

　　經(jīng)過上述分析計算之后，我們就可以最終求得復(fù)合R＆R值了:

　　R&R=SQRE [EV2+AV2]

　　    %R&R=100 (R&R/TV)

　　當%R&R的值小于10％時，可以認為這臺系統(tǒng)是穩(wěn)定的。經(jīng)過上述分析可以發(fā)現(xiàn)，J750-19系統(tǒng)的%R&R數(shù)值均小于10%，也就是說該測試系統(tǒng)是穩(wěn)定的^[4]。

　　3 結(jié)論

　　本文主要從兩方面對測試系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行了研究，第1種是通過測量值與理論值的比較來分析這4臺測試系統(tǒng)的穩(wěn)定性和差異性；第2種是研究同一臺測試系統(tǒng)由不同的操作員操作所產(chǎn)生的差異。在數(shù)據(jù)分析過程中，我們用Minitab數(shù)據(jù)分析軟件把收集到的一些系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入到Minitab中，它以自己特定的圖形顯示工具直觀地顯示出4臺測試系統(tǒng)之間的差異，從而分析其各自的穩(wěn)定性。

　　參考文獻：

　　[1] J750服務(wù)手冊[Z].泰瑞達公司,1999:5-30.

　　[2] Minitab分析理論[Z].MINITAB Inc,2004: 5-18.

　　[3] IG-XL測試分析手冊[Z].泰瑞達公司,1999: 4-58.

　　[4] 測試系統(tǒng)分析[Z].摩托羅拉公司,2001:01-46.

　　[5] 測試系統(tǒng)質(zhì)量認證工序[Z].摩托羅拉公司,2002: 2-10.

　　（注：本文來源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2020年第07期第85頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。）