Sự cố của hệ thống đo thời gian bay laser chính xác đã bộc lộ những vấn đề nghiêm trọng trong sản xuất điện tử gia công. Những gì bắt đầu như một phiên gỡ lỗi phần mềm đơn giản đã trở thành một cuộc điều tra phức tạp liên quan đến linh kiện giả và quy trình sản xuất bị hư hại.
Hệ thống được đề cập sử dụng các kỹ thuật định thời tiên tiến để đo các khoảng thời gian cực ngắn. Khác với các hệ thống cơ bản dựa trên oscilloscope, thiết lập tùy chỉnh này sử dụng mạch kích hoạt chuyên dụng với bộ so sánh AD96685 để đạt được độ rung định thời cực thấp. Thiết lập này chia tín hiệu từ bộ tạo xung 10 MHz để đồng thời kích hoạt laser và khởi động các module định thời chính xác trong FPGA.
Các Thành Phần Kiến Trúc Hệ Thống
- Bộ Tạo Xung: Đầu ra xung nhanh 10 MHz
- Bộ Chia Tín Hiệu: Chia tín hiệu thành hai đường truyền
- Kích Hoạt Laser: Bộ so sánh AD96685 với đường trễ có thể điều chỉnh
- Chip Định Thời: Hệ thống đo lường dựa trên FPGA
- Vòng Phản Hồi: Phản hồi điện áp được điều khiển bởi DAC để ổn định thời gian
Nhiều lỗi sản xuất làm vấn đề trở nên phức tạp
Cuộc điều tra đã phát hiện một chuỗi các vấn đề sản xuất. Các chip bộ so sánh AD96685 cho thấy sự suy giảm hiệu suất nghiêm trọng, với điện áp offset đầu vào đạt 40mV thay vì mức tối đa 2mV theo quy cách. Cường độ tín hiệu đầu ra giảm xuống dưới 50% mức mong đợi, trong khi thời gian tăng kéo dài đến mức không thể chấp nhận là 3 nanosecond.
Nghi ngờ ban đầu tập trung vào các vấn đề thiết kế mạch như không khớp trở kháng hoặc nhiễu nguồn điện. Tuy nhiên, kiểm tra dưới kính hiển vi đã tiết lộ những vấn đề nghiêm trọng hơn. Các vỏ ceramic cho thấy vết nứt có thể nhìn thấy, các đường dẫn đồng được căn chỉnh kém, và vẫn còn ô nhiễm flux trên bề mặt PCB sau khi lắp ráp.
Phân tích tia X đã cung cấp bằng chứng quyết định. Các dây nối bên trong bị hư hại, việc gắn die bị lệch, và các linh kiện không được niêm phong đúng cách. Các khoảng trống và bong bóng trong chất bao gói epoxy cho thấy các khuyết tật sản xuất cơ bản.
Thông số kỹ thuật của bộ so sánh AD96685 so với hiệu suất quan sát được
| Thông số | Thông số kỹ thuật | Quan sát được (Lỗi) |
|---|---|---|
| Điện áp lệch đầu vào | <2mV | 40mV |
| Mức tín hiệu đầu ra | 100% (danh định) | <50% |
| Thời gian tăng | <1ns (điển hình) | ~3ns |
Máy gắp và đặt làm hỏng các linh kiện tinh vi
Ngoài vấn đề linh kiện giả, cuộc điều tra còn tiết lộ rằng các máy gắp và đặt đang gây hư hại vật lý cho các chip trong quá trình lắp ráp. Các hệ thống tự động này sử dụng vòi phun để định vị linh kiện trên bảng mạch, nhưng việc hiệu chỉnh không đúng có thể tạo ra lực nghiền nát đối với các vỏ bán dẫn tinh vi.
Thật ấn tượng. Một trường hợp rất ấn tượng về việc xây dựng công cụ của riêng mình, hay đúng hơn, một công cụ một lần dường như làm một việc đơn giản. Khía cạnh ấn tượng nhất tất nhiên là xử lý các vấn đề khác nhau mà thông thường sẽ yêu cầu tạo một PCB mới, nhưng tác giả không bao giờ lùi bước.
Sự kết hợp giữa linh kiện giả và hư hại cơ học đã tạo ra một cơn bão hoàn hảo của các lỗi. Ngay cả các bộ phận thay thế chính hãng cũng bị lỗi khi phải chịu cùng một quy trình lắp ráp có khuyết tật.
Các lỗi sản xuất đã được xác định
- Chip so sánh AD96685 giả mạo
- Vỏ bao bì linh kiện gốm bị nứt
- Dây liên kết bên trong bị hỏng
- Gắn kết die không đúng vị trí
- Đường mạch PCB không thẳng hàng
- Nhiễm flux trên bề mặt PCB
- Áp lực máy pick-and-place quá mức
Bài học cho các nhà phát triển phần cứng
Trường hợp này làm nổi bật các rủi ro quan trọng trong sản xuất điện tử hiện đại. Các biện pháp cắt giảm chi phí dẫn đến linh kiện giả và quy trình lắp ráp kém chất lượng có thể phá hủy ngay cả những hệ thống được thiết kế tốt. Tính chất không liên tục của các lỗi khiến việc chẩn đoán trở nên đặc biệt khó khăn, ban đầu chỉ ra các vấn đề phần mềm thay vì hư hại phần cứng.
Giải pháp yêu cầu chuyển sang các đối tác sản xuất có uy tín với quy trình kiểm soát chất lượng phù hợp. Mặc dù điều này làm tăng chi phí, nhưng nó đã loại bỏ chuỗi các lỗi đã gây khó khăn cho hệ thống định thời chính xác. Đối với các nhà phát triển làm việc với mạch analog nhạy cảm, điều này phục vụ như một câu chuyện cảnh báo về chi phí ẩn của sản xuất giá rẻ.
Tham khảo: Trigger o' trouble