センサーインターフェイスとデータ収集 PCBA 製造において重要なことは何ですか?

概要

データ収集ボードは正しく組み立てられても、測定パフォーマンスが低下します。

はんだ接合は許容できる場合があります。ファームウェアが起動する可能性があります。 ADC は数値を返す場合があります。これらの事実自体は、製品が測定するように設計された信号をボードが保持していることを証明するものではありません。

データ収集 PCBA 製造の場合、製造目標は単に電源が入る基板を構築することではありません。これは、センサー入力から信号調整と変換を通じて承認された測定パスを維持し、ハードウェアとファームウェアの構成を調整し、製造が担当する機能を検証することです。

シンプルな状態監視モジュールとマルチチャネル計測 PCBA はどちらもセンサー データを取得できますが、同じ調達管理、洗浄プロセス、校正方法、治具、製造テストが自動的に必要になるわけではありません。

製造計画は測定要件に従う必要があります。

SMT ラインではなくコネクタから開始

センサー-インターフェースまたはデータ収集- PCBA を検討する場合、多くの場合、組み立てプロセスよりも 1 つの測定チャネルから始める方が有益です。

現実世界の信号がボードに入るポイントを選択します。{0}}その後、製品が使用可能なデータを生成するまでそのチャネルに従います。

すべてのボードにすべてのブロックが含まれているわけではありません。

まさにこれが、一般的な産業用 PCBA チェックリストがこの種のプロジェクトに十分であることがほとんどない理由です。

最初の有益な質問は次のようなものではありません。

ADCは何ビットですか?

それは次のとおりです。

このチャネルは実際に何を測定する必要があるのでしょうか?

センサー-インターフェース ボードは、調整された電圧、電流ループ、ブリッジ センサー、温度入力、振動信号、圧力トランスデューサー、または別のフィールド信号を受信できます。

これらの入力は、ゲイン、保護、絶縁、テスト刺激、およびキャリブレーションに関して非常に異なる決定につながる可能性があります。

機能テストを計画する前に、OEM チームと EMS チームは次の点を明確にする必要があります。{0}

• センサーまたは信号のタイプ。
• 関連する入力範囲。
• チャンネルマッピング。
• シングルエンドまたは差動入力。-
• 該当する場合、センサーの励起。
• 該当する場合は隔離要件。
• 正常な状態と障害状態の生産は検証する必要があります。
• 生産が基本的な応答を証明しているのか、それとも定義された測定結果を証明しているのか。

「センサーを読み取る」ということは、実行可能な製造要件ではありません。

技術者は、ケーブルを接続する場所は知っていても、テストで何が証明されるのかはわかりません。

プロダクションが守るべきもの

信号経路を理解すると、製造上の疑問がより具体的になります。

測定パスを有効に保つために、リリースされた設計のどの部分を制御し続ける必要がありますか?

実際に測定に影響を与える部分

すべてのコンポーネントが同じ置換ルールに値するわけではありません。

センサーインターフェイスまたは計測器 PCBA では、一部の部品が測定動作に直接影響を与える可能性があります。

回路に応じて、次のものが含まれる場合があります。

• ADC。
• 電圧基準。
• 計装またはオペアンプ。
• アナログマルチプレクサ。
• ゲイン設定または高精度の抵抗ネットワーク。{0}
• 信号-パス フィルタ コンポーネント。
• 隔離装置。
• 入力保護装置-。

パッケージとフットプリントに一致する代替品は、自動的に同等になるわけではありません。

特定の回路では、オフセット、ドリフト、ノイズ、バイアス電流、帯域幅、セトリング動作、漏れ、基準特性、または入力容量が重要になる場合があります。

ほとんどの BOM 明細行では、そのレベルのレビューは必要ありません。測定経路を大幅に変更する可能性のあるコンポーネントの周囲には、より厳しい承認境界が設けられています。

ステータス LED の交換と ADC に供給する電圧リファレンスの交換はどちらも BOM の変更です。

これらは同じエンジニアリング上の決定ではありません。

調達と再生産の場合、その区別は、単に 2 番目の部品番号が利用可能であることよりも重要です。

EMSプロバイダーが立ち寄るべき場所

接地、戻り電流の動作、フィルタ設計、保護トポロジ、リファレンス配線、ADC 駆動条件は主に電気設計に属します。{0}

適切な組み立てプロセスでは、不安定な信号チェーンを修復することはできません。

生産側も黙って再設計すべきではありません。

製造またはテストの準備で懸念事項が明らかになった場合、工場現場で新しいアナログ アーキテクチャを即興で作成するのではなく、エンジニアリング レビューのために問題を提起するのが通常の道です。

製造管理には別の仕事があります。

• 承認された PCB および BOM リビジョンを使用します。
• 正しいコンポーネント値と承認された代替品を取り付けます。
• 組み立て要件を維持する。
• 正しいファームウェアをロードします。
• 承認された逸脱を管理する。
• 手戻りを管理する。
• 承認された製造テストを実行します。

製造可能性のレビューとアナログ回路設計は関連していますが、同じ責任ではありません。

より詳細なアナログ設計レビューがサプライヤーの範囲の一部である場合、それについては別途合意する必要があります。

組み立て条件が電気条件になる場合

センサー-インターフェースの問題の多くは、製造上の問題とは思えません。

AOI は、アンプが存在し、正しい方向に配置されていることを確認できます。チャネルゲインが正しいことを証明することはできません。

X- 線は、隠れたはんだ接合部の評価に役立ちます。組み立てられた信号チェーンが必要な測定動作を満たしていることを証明することはできません。

PCBA は、次の場合に電源を投入して通信できます。

• 間違った精密部品が取り付けられている。
• 2 つのチャネルがファームウェアで正しくマッピングされていません。
• 承認された代替品は機密性の高い入力に影響を与えます。
• 汚染は高インピーダンスのノードに影響を与えます。-
• 測定の重要な領域が再加工されました。-
• 実稼働テストでは、問題が明らかになるような条件が適用されることはありません。

検査すると、ビルドについて何かがわかります。

測定を検証すると、何か違うことが分かります。

一方を他方の代わりとして使用しないでください。

清潔さ

多くのセンサー PCBA では、通常の承認済みの組み立てプロセスで完全に適切です。

高{0}}インピーダンスまたは-非常に低い-電流の端では、表面状態が電気的問題の一部となる可能性があります。

フラックス残留物、湿気、取り扱い上の汚れ、またはその他の表面の汚れにより、敏感な回路では問題となる漏れ経路が生じる可能性があります。

ほとんどのデータ収集ボードにはアナログ回路が含まれているため、特別な清掃ルートは必要ありません。

問題は、特定の測定経路が電気的要件として表面状態を制御する必要があるほど十分に敏感であるかどうかです。

そうである場合、プロジェクトは適切な洗浄、取り扱い、検証、または受け入れ条件を定義する必要があります。

そうでない場合は、実際の要件を解決することなく、追加の処理によりコストが追加されます。

分離

産業用センサー システムでは、多くの場合、ガルバニック絶縁が使用されます。

多くの人はそうではありません。

分離が承認されたアーキテクチャの一部である場合、製造では以下に関する要件を維持する必要がある場合があります。

• 絶縁コンポーネント。
• 隔離バリア。
• 沿面距離とクリアランス。
• 組み立て状態。
• お客様が定義した電気的検証。-

非絶縁データ収集ボードは、別の産業プロジェクトで使用されているというだけの理由で、{0}}絶縁耐圧テストを行う必要はありません。{1}

制御は業界のラベルではなく、電気アーキテクチャに従う必要があります。

合格の結果は、その背後にあるテストの結果と同じくらい優れています

ボードが組み立てられると、質問は変わります。

制作側は、チャネルが意図したとおりに動作することを証明する必要があります。

センサー-インターフェース ボードは機能テストに合格する可能性がありますが、テスト自体ではほとんど証明されません。

次のような命令を考えてみましょう。

信号を印加し、測定値が変化することを確認します。

それは道が生きている証拠かもしれません。

必ずしも正しいゲイン、チャネル マッピング、オフセット、レンジ、キャリブレーション、またはその他の測定要件を証明するものではありません。

製造テストは、OEM が実際に検証する必要がある内容を反映する必要があります。

FCTとキャリブレーションは別の仕事です

機能テストと校正は同じステーションで行われる場合がありますが、答えは異なります。

機能テストでは、組み立てられたボードが製造テスト手順で定義された機能を実行するかどうかが検査されます。

校正により、既知の基準と製品によって報告される値との関係が確立されます。

必要に応じて、調整または修正は別の手順で行われます。

一部のデータ収集 PCBA では、ユニットごとのキャリブレーションが必要です。{0}そうでない人もいます。

キャリブレーションが生産の一部である場合、プロセスで以下を定義する必要がある場合があります。

• 参照刺激。
• 参考機器。
• 該当するチャネル。
• ファームウェアまたはソフトウェアのリビジョン。
• 係数または調整方法。
• 許容限界。
• 校正データが保存される場所。
• 再作業または再プログラミング後に何が起こるか。
• 結果のレコードがユニットまたはバッチにどのように関連付けられるか。

高解像度 ADC は、それ自体では製品校正の要件を作成しません。-

機能チェックを「キャリブレーション」と呼ぶことも、それを「キャリブレーション」とは言いません。

ADC データシートではなく、製品要件をテストする

ADC は、より大きな信号チェーンの一部です。

最終的な測定は、入力段、アンプ、リファレンス、フィルター、保護ネットワーク、電源、PCB レイアウト、ファームウェア、およびキャリブレーション戦略にも依存する可能性があります。

したがって、生産制限は、単に次のような記述からではなく、承認された製品要件から決定される必要があります。

16ビットADC

または：

24ビットコンバータ。

1 つのボードの場合、定義されたセンサー刺激を適用し、予想される応答を確認するだけで十分な場合があります。

もう 1 つは、制作にはいくつかの制御された入力ポイント、チャンネル固有の制限、校正されたソース、または顧客提供のソフトウェアが必要になる場合があります。{0}{1}{1}

役に立つ復習の質問は次のとおりです。

このテストでは実際にどのような障害が検出されるのでしょうか?

誰も明確に答えられない場合、緑色の PASS インジケーターはエンジニアリングの信頼性をあまり提供しません。

テスト設定は測定の一部です

生産テスト中の電気経路にあるのは PCBA だけではありません。

セットアップには次のものが含まれる場合があります。

reference source -> cable -> switching or relay -> fixture contact -> connector ->PCBA入力

測定される信号に応じて、接触抵抗、接地、シールド、漏れ、ケーブルの配線、スイッチング動作、または通常の機器の変動が結果に影響を与える可能性があります。

単純な産業用電圧-入力ボードには、非常に高いインピーダンスや低レベルの測定チャンネルと同じ設備規律は必要ありません。{1}{1}}

ただし、器具を自動的に電気的に目に見えないものとして扱うべきではありません。

ステーションが強制できる内容にも実際的な制限があります。

基準源、治具、ケーブル、接点、測定機器の通常の変動が、指定された合否境界を曖昧にするほど大きい場合、ステーションは通常のテスト システムの変動から限界基板を分離することが困難になります。{0}}

それは、すべての DAQ プロジェクトが製造現場に計測ラボを必要とするという意味ではありません。

つまり、テスト システムは、割り当てられた決定を下すことができなければなりません。

これは、正常と思われるボードが最終テストで断続的に故障し始めた後よりも、DFT および NPI 中に対処する方がはるかに簡単です。

ゴールデン単位は便利ですが、自動的に校正標準になるわけではありません

正常に動作することがわかっているユニットは、本番環境で非常に役立ちます。{0}

それは次のことに役立ちます。

• 治具の動作を確認します。
• テストステーションを関連付けます。
• 予期せぬ障害のトラブルシューティングを行います。
• ソフトウェアまたは構成の変更を確認します。
• テスト設定が期待どおりに動作することを確認します。

これにより、ユニットが自動的に校正基準になるわけではありません。

PCBA 自体には、コンポーネントの公差、測定誤差、構成履歴、および経年劣化があります。

ゴールデンユニットが測定または校正標準の一部として機能することを目的としている場合、その役割を明示的に定義して制御する必要があります。

それ以外の場合は、区別を明確にしてください。

正常に動作することがわかっているユニットは、本番環境のセットアップを確認するのに役立ちます。{0}

既知の基準により測定値が確立されます。

これらは関連するジョブであり、同一のジョブではありません。

エンジニアリングの特性評価は日常的な製造テストではありません

開発中、エンジニアリングは基板の特性評価に何時間も費やすことがあります。

その作業には以下が含まれます。

• ノイズ分析。
• ゲインと直線性のチェック。
• チャンネル-と-チャンネルの比較;
• 温度挙動。
• コモンモードの動作。-
• 環境試験。
• 詳細なオシロスコープまたはスペクトル測定。

それらの結果は貴重なものになる可能性があります。

これらは、すべての生産ユニットのテスト サイクルに自動的に属するわけではありません。

工学的特性評価では次のことが求められます。

この設計は重要な条件下で何ができるでしょうか?

実稼働テストでは次のことが求められます。

この製造されたユニットまたはバッチはリリースに必要なチェックに合格しましたか?

エンジニアリングの特性評価を使用して、生産で何を制御する必要があるかを決定します。

開発ベンチを生産ラインに単純にコピーしないでください。

最初のビルドは難しい部分ではありません

動作するプロトタイプは、その設計が機能することを証明します。

繰り返しの生産では、次のような難しい質問が投げかけられます。

承認された測定動作は、制御された製造上の変更に耐えることができますか?

そこで、構成、再加工、コンポーネントの調達、ファームウェア、フィクスチャ、およびテストのリビジョンが 1 つのシステムとして重要になり始めます。

ハードウェア、ファームウェア、キャリブレーション、テストを 1 つのベースラインに保つ

データ収集製品は、ハードウェアとソフトウェアの境界を越えることがよくあります。

ファームウェアは以下に影響を与える可能性があります:

• チャンネル選択。
• 得;
• センサー構成。
• サンプリング;
• デジタルフィルタリング。
• オフセット補正。
• 校正係数。
• ユニット固有のデータ。-

物理的に正しい PCBA であっても、間違った構成がロードされると、間違った測定値が報告される可能性があります。

プロジェクトによっては、実稼働ベースラインには次のものが含まれる場合があります。

PCB リビジョン + BOM リビジョン + ファームウェア リビジョン + キャリブレーション方法 + テスト リビジョン

オペレータは、特定のボードにどのファームウェア イメージまたは係数ファイルが「適切であるか」を判断する必要はありません。

これらの決定は、構成制御の上流に属します。

やり直しは質問を変える

損傷したコネクタを交換するには、1 レベルの検証が必要になる場合があります。

基準電圧、ゲイン設定ネットワーク、フロントエンド アンプ-、またはその他の測定に重要なコンポーネントを交換するには、別のコンポーネントが必要になる場合があります。{0}

これらの包括的なルールはどちらもあまり役に立ちません。

再加工された DAQ ボードはすべて再調整する必要があります。

修理後は毎回ファイナル PASS を取得すれば十分です。

もっと良い質問は、承認された測定要件に影響を与える可能性のあるコンポーネントまたはシグナル チェーンの段階に再作業が影響したかどうかです。{0}

問題があった場合は、適切な再テスト、校正、またはエンジニアリングレビューを行う必要があります。

次のビルドでは何が起こるでしょうか?

今後の生産では次のものが導入される可能性があります。

• 新しい材料ロット。
• 承認された代替者。
• PCB リビジョン。
• ファームウェアのアップデート。
• 交換用治具。
• 手直し;
• 変更された校正方法。
• 別のコンポーネントソース。

すべての変更が製品全体の再認定を必要とするわけではありません。

ただし、測定パスに関わる変更は、通常の運用アップデート内で消えてはいけません。

2 番目のソースアンプが提案されているとします。{0}

製造に関する質問は次のとおりです。

調達して組み立てることはできますか?

製品に関する質問は次のとおりです。

承認された測定要件はまだ保持されていますか?

EMS プロバイダは、構築された構成を管理し、変更にフラグを立てることができます。{0}

別の責任が合意されていない限り、通常は OEM エンジニアリング チームがパフォーマンスの承認を所有する必要があります。

そのため、調達の柔軟性が密かに製品の再設計につながることはありません。

資格は定期的な審査ではありません

産業用センサー機器は、極端な温度、振動、湿度、電気的ノイズの多い機械、またはその他の厳しい環境向けに設計されている場合があります。

そういった条件が重要なのです。

ただし、認定テストが自動的に本番環境のスクリーニング要件になるわけではありません。{0}

あるプロジェクトでは、設計検証中に温度サイクルを使用する場合があります。

別の場合には、選択された生産スクリーニングが必要になる場合があります。

3 番目のテストでは、通常の工場条件下での定義された機能テストのみが必要な場合があります。

製造計画は承認された要件に従う必要があります。

製品の認定から日常的な生産に至るまでのすべての環境テストをコピーしても、自動的に厳格さが増すわけではありません。単に不必要な場合もあります。

すべてのセンサー ボードが同じプロセスに値するわけではありません

「センサーインターフェース基板」は幅広い製品をカバーします。

デジタルセンサーを読み取り、しきい値を報告するボードには、マルチチャンネル測定器の製造計画は必要ありません。

単純な監視デバイスでは、次のものは必要ない場合があります。

• -ユニットごとの校正。
• 特殊清掃。
• 深いアナログ特性評価。
• 個々の測定記録。
• 環境スクリーニング。

スペクトルの対極にある計測 PCBA は、低レベル入力、ドリフト、チャネル マッチング、絶縁、リファレンスの安定性、校正、再現性を重視する場合があります。{0}}

すべての基板を「高精度」と呼ぶと、要件が改善されずにコストが発生します。

すべてのセンサーボードを通常のデジタルコントローラーのように扱うと、本当のリスクが隠蔽される可能性があります。

有益な質問は次のようなものではありません。

適用できる最も厳密なプロセスは何ですか?

それは次のとおりです。

この製品は実際に何を制御するために生産を必要としていますか?

 

エッジ処理では不正な入力データが修正されない

現在、状態監視システムはマシンの近くでデータを処理するようになりましたが、それでも取得パスの重要性が低下するわけではありません。{0}ソフトウェアは受信したデータのみを操作できます。

入力がクリップした場合、間違ったキャリブレーション ファイルが読み込まれた場合、または必要な承認なしに測定の重要なコンポーネントが変更された場合、下流の分析は侵害されたデータから開始されます。{0}

製品リリース前に定義しておきたいこと

センサー-インターフェースまたはデータ収集- PCBA を繰り返し生産に投入する前に、これらの質問に対する明確な答えが必要です。

何がチャネルに入りますか?

センサーまたは信号のタイプと、生産が理解する必要がある範囲を定義します。

生産部門はどのような結果を証明する責任を負っていますか?

基本的な検出、しきい値応答、測定値、チャネル動作、キャリブレーション、またはその他何か?

どの BOM 項目が測定に重要ですか?{0}}

代替に追加のエンジニアリング制御が必要なコンポーネントを特定します。

この設計では、清浄度または絶縁性が特別な要件ですか?

それらを想定しないでください。重要な場合は未定義のままにしないでください。

どのハードウェア、ファームウェア、キャリブレーション、およびテスト リビジョンが一緒に属しますか?

生産に承認済みのベースラインを与えます。

どのような既知の刺激とテスト設定が必要ですか?

入力ソース、フィクスチャ、ケーブル、ソフトウェア、基準機器、および PASS/FAIL ロジック (該当する場合) を定義します。

エンジニアリング上の別の決定が必要となる変更はどれですか?

代替案、改訂、やり直し、キャリブレーションの変更、およびテストの更新の境界を設定します。

これらの答えが明確であれば、技術的に洗練されたデータ収集ボードを簡単に製造できます。

それらが曖昧な場合、組み立て後にさらに検査を追加しても、根本的な問題が解決されることはほとんどありません。

STHL がプロジェクトに適合する場所

Shenzhen STHL Technology Co., Ltd. (STHL) は、産業用センサー インターフェイス ボード、オートメーション ラインで使用されるセンサー インターフェイス、産業用機器などの産業用 PCBA および EMS アプリケーションをサポートしています。

このタイプのプロジェクトを評価するバイヤーの場合、STHL の産業用EMSソリューションこのページでは、より広範な業界とプロジェクトのコンテキストを提供します。

製造範囲には、実際のビルドに応じて、PCB アセンブリ、コンポーネントの調達、検査、プログラミング、機能テスト、その他のプロジェクト固有の要件が含まれる場合があります。{0}}

センサー-インターフェースまたはデータ収集-プロジェクトの場合、正確な測定精度、校正プロセス、治具、清浄度要件、隔離要件、環境検証、テスト刺激、許容限界は、業界のラベルから推測するのではなく、個々のプロジェクトで確認する必要があります。

結論

センサー インターフェイスとデータ収集 PCBA の製造は、EMS サプライヤーが ADC を配置できるか、入力コネクタをはんだ付けできるかどうかが主な問題ではありません。

生産部門が承認された測定パスを保存し、そのパスの責任を負っている部分を証明できるかどうかが重要です。

1 つのチャンネルから始めます。

何が入っているのでしょうか？

どのコンポーネントがそれを形作っているのでしょうか?

生産では何を証明する必要がありますか?

フィクスチャとリファレンス ソースはそのテストをサポートできますか?

測定に重要なコンポーネントが再加工されるとどうなりますか?{0}

また、材料、ファームウェア、治具、またはリビジョンが変更された場合、新しい構成がリリースされる前に、どの変更にエンジニアリング上の別の決定が必要になるでしょうか?

これらの疑問により、単に電源を入れるだけのボードと、制御された条件下で繰り返し構築できる測定用 PCBA が区別されます。

OEM チームができることプロジェクトの詳細を送信する利用可能な BOM、PCB ファイル、センサーまたは入力要件、ファームウェア情報、数量、およびテストの期待事項を含めます。

プロジェクト固有の質問については、{0}STHL までお問い合わせください。info@pcba-china.com.