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　　张桂玉，任希庆（安普德（天津）科技股份有限公司，天津 300384）

　　摘 要：J750测试系统是一种超大规模逻辑及存储器件测试系统。本文通过一系列的数据采集，同时应用统计学的分析方法，借助于Minitab统计分析软件，分别对采集到的数据进行了分析，从而得到测试系统的一些性能参数，进而可以分析出测试系统的稳定性。通过这一系列分析后，可以找到影响生产率的各种因素，大大提高测试系统的工作效率，缩短产品的复测时间，提高良品率，提高测试的准确率，进而提高生产率。

　　关键词：Minitab；J750；测试系统；稳定性

　　0 引言

　　目前数字测试中使用最多的就是Teradyne的J750超大规模测试系统^[1]。由于同一种产品在不同的测试系统上测试可能会存在差异，甚至在同一测试系统中，由不同的人操作都可能有差异，因此需要在生产过程中的一些固定时间段中适时地采集一些数据，将这些数据利用Minitab等分析软件，应用统计学上的知识进行统计分析。

　　本文主要从两方面对测试系统的稳定性进行了研究，第一种是从所有的J750测试系统中随机地选出4台测试系统，然后输入电压，测试输出电流的大小，通过测量值与理论值的比较来分析这4台测试系统的稳定性和差异性；第二种是随机选择3名操作员，在同一台测试系统上对10个样本进行测试分析，来研究同一台测试系统由不同的操作员操作所产生的差异。

　　1 数据采集

　　1.1 J750测试系统稳定性研究数据采集

　　1.1.1 概述

　　在对J750测试系统稳定性的研究中，笔者从30多台测试系统中随机选择了4台作为研究对象，并以这4台系统中的板载参数测量单元(BPMU)为研究对象，分别将10个2 kΩ的电阻焊接在64通道的通道板的第1~第10个通道与地线之间(通过1个空的测试板)，输入一定的电流之后分别测量2 V、5 V、10 V以及24 V电压的读数范围，并应用Minitab分析软件分析测量数据^[2]。

　　由于是随机选择了4台测试系统，因此经过这一系列的定性与定量分析之后，就可以估计出所有测试系统的测量稳定性。

　　1.1.2 步骤

　　J750测试系统稳定性研究的数据采集主要由以下几个步骤完成。

　　1）在进行采集数据之前，首先应当确定分析的对象。采用抽签的方式，随机地从30多台系统中抽取了4台作为研究对象，分别标记为J750－04、J750－15、J750－38和J750－40。

　　2）选择板载参数测量单元作为研究对象，标记它在J750的64通道板上的位置。

　　3）分别在通道板的第1~第10个通道与地线之间，通过空的测试板连接10个2 kΩ的电阻，同时在IG-XL软件中设置好相应的电阻数值。

　　4）通过IG-XL的数据工具^[3] (Data Tools)分别向系统中编程输入需要测试的4种电压的电流、电压等相关参数。

　　5）应用IG-XL以及Minitab软件运行上述程序，并得到这4台系统的测试数值。

　　1.2 量具的重复性和重现性(Gage R&R)研究数据采集

　　1.2.1 概述

　　在量具的重复性和重现性研究数据分析中，采用了均值/区间的方法(The Average/Range Method)。该方法可以同时得出对测试系统的重复性差异和重现性差异，运用这种方法进行数据采集，采用以下格式完成：3名操作员分别以测试10个样本为1个周期，循环测试3次。

　　1.2.2 步骤

　　量具的重复性和重现性(Gage R&R)研究数据采集主要由以下几步完成。

　　1) 选择3名操作员A，B，C，并选出10个分别从1~10标有标签的样本，同时保证3名操作员看不到这些标签，从而使得这些样本对于这3名操作员来说是随机排列的。

　　2) 在第1个循环周期，让第1名操作员A以随机的顺序测量这10个样本，同时让另外一个观察者记录这10个数据并填入标准表格中。

　　3) 操作员A对这10个样本进行第2个循环的测量并记录测量值。

　　4) 操作员B和C循环步骤2和步骤3。

　　5) 循环步骤2~4共3次。

　　2 数据分析

　　2.1 数据分析的目的

　　在采集完数据以后，接下来的工作就是对这些数据进行分析。数据分析的目的是通过一定的分析程序，应用统计学的分析方法来计算和分析测试系统的一些特性，比如系统的偏差、稳定度、线性度以及精确度等，进而更好地了解系统的性能，在杜绝性能隐患的同时，又可以提高系统的稳定性^[4]。

　　2.2 数据分析步骤

　　2.2.1 J750测试系统稳定性的研究数据分析

　　主要由以下几个步骤组成。

　　1) 首先检查得到的数据是否有效。对于系统的稳定性分析，这4台系统的每1台测得的数值都会是在1个区间里浮动的，因此首先要比较这4台系统数值浮动的区间是否一致，如果一致才可以继续向下分析它们的稳定性，否则必须重新采集数据。对于判断是否一致，可以由P-Value来决定，如果P-Value＞0.5，它们就是一致的，反之则不一致。这4台系统的P-Value计算如图1所示。

　　由图1可以看出，P-Value>0.5，因此这4台系统的置信区间是一致的。

　　2) 分析假设。假设这4台系统测得数值的平均值都是一样的，则它的对立假设就是任意2个系统的平均值都不是一致的，用数学公式表达如下：

　　3) 根据上述假设，计算它们的P-Value值为：0.000，即并不是所有系统的平均值都是一样的：

　　这也就说明这4台系统的稳定性都不一致。但是事实真是如此吗？其实在分析时还有1个因素我们必须考虑，这就是系统误差。对于任何测试系统，本身都有一定的误差，因此我们就需要将测得的数据与这个系统本身的误差相比较，看看考虑系统误差以后，测量值是否在其范围之内。

　　4) J750测试系统对于BPMU的输入电流测量电压的误差范围为：

　　同时考虑到电压和电流的因素，则总的参数范围应该是于是

　　对于测量值为1 V的channel 1来说，总的平均值应该是0.997 62 V，如图2所示。

　　这样，考虑系统本身误差之后，系统对于2 V电压读数范围应该是：

　　(0.992 74，1.002 5)

　　而对于2 V电压的测量来说，这4台系统的读数分别是：

　　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，这4台系统都在系统要求的范围之内，这4台系统是稳定的。

　　2.2.2 量具的重复性和重现性研究数据分析^[5]

　　1）重现性(Reproducibility)差异分析

　　①对于操作员A的测量数据，将第1个循环10件样本的数值相加，并除以10，来取得其平均值，将该值填入AVG表格中。

　　②重复计算第2和第3个循环的平均值并填入表格。

　　③将所有3个循环的平均值相加，并除以3，得到操作员A的方差。

　　④按照上述1~3的顺序填入操作员B和C的数值。

　　⑤比较A、B、C三名操作员测量值的平均值的大小，并标出最小值X_MIN和最大值X_MAX。

　　⑥计算X_DIF=X_MAX-X_MIN，并填入相应的表格中。

　　2）设备偏差(Part Variation)分析

　　①将操作员A，B，C对样本1的测量数值相加，并填入表格。

　　②将样本1在上一步所得的数值除以9(样本1总被测量次数)，得出其平均值。

　　③依上述方法计算其余9个样本的平均值。

　　④将这10个平均值中的最大值减去最小值，得到样本分区。

　　3）重复性(Repeatability)差异分析

　　①在操作员A栏中，将样本1的3次读数中的最大值减去最小值，得到操作员A对于样本1的数值区间R。

　　②按照上一步的方法依次计算操作员A对于其他9个样本的样本区间。

　　③将1和2步所得到的操作员A对于10个样本的样本区间相加，并除以10，得到操作员A的平均样本区间，记作R_A并填入表格。

　　④按照1~3的方法分别计算操作员B和C的平均样本区间，并分别记为R_B和R_C。

　　⑤计算3名操作员的平均区间：R=(R_A+R_B+R_C)/3。

　　⑥将R与D4(可以从表格中得到)相乘，以求得区间的上限值UCL(R)(Upper Control Limit)。

　　⑦检查3名操作员对于每件样本读数的区间，对超过UCL的数值做标记，并对其进行更正，这时就需要进行以下二种措施中的一种：

　　(A) 将该操作员对这10个样本进行重新测试读数，并计算各个数值。

　　(B) 放弃这些读数，重新求其平均值，并重新确定数值区间。

　　所有的上述步骤完成，并保证每个样本的区间都不超过UCL之后，接着进行以下步骤以求得总体偏差(Total Variations)。

　　计算重复性偏差(设备偏差，EV)，重现性偏差(测量者偏差，AV)，复合R&R数值，设备间偏差(PV)以及总体偏差(TV)并填入相应表格中。

　　计算%EV，%AV以及%PV作为总体偏差TV的百分值。其中：

　　EV= R×K1

　　SQRE [(XDIF×K2)2-EV2/nr]

　　PV=RP×K3

　　TV=SQRE[R&R2+PV2]

　　经过上述分析计算之后，我们就可以最终求得复合R＆R值了:

　　R&R=SQRE [EV2+AV2]

　　    %R&R=100 (R&R/TV)

　　当%R&R的值小于10％时，可以认为这台系统是稳定的。经过上述分析可以发现，J750-19系统的%R&R数值均小于10%，也就是说该测试系统是稳定的^[4]。

　　3 结论

　　本文主要从两方面对测试系统的稳定性进行了研究，第1种是通过测量值与理论值的比较来分析这4台测试系统的稳定性和差异性；第2种是研究同一台测试系统由不同的操作员操作所产生的差异。在数据分析过程中，我们用Minitab数据分析软件把收集到的一些系统数据输入到Minitab中，它以自己特定的图形显示工具直观地显示出4台测试系统之间的差异，从而分析其各自的稳定性。

　　参考文献：

　　[1] J750服务手册[Z].泰瑞达公司,1999:5-30.

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

　　[3] IG-XL测试分析手册[Z].泰瑞达公司,1999: 4-58.

　　[4] 测试系统分析[Z].摩托罗拉公司,2001:01-46.

　　[5] 测试系统质量认证工序[Z].摩托罗拉公司,2002: 2-10.

　　（注：本文来源于科技期刊《电子产品世界》2020年第07期第85页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。）