滾筒測試(tumble test)的方法與失效解決對策

滾筒測試(tumble test)的方法與失效解決對策印象中最常提出滾筒測試(Tumbling test)要求的客戶來自Motorola,因為Motorola的手機及產品有些用在軍事單位,所以產品的信賴度及品質要求也就特別嚴格,只是這麼一來設計及生產的成本也就相對的提高,不曉得這是不是間接促成Motorola沒有競爭力的原因之一。

工作熊個人非常贊成堅持品質,但超過使用標準過多的品質(over quality)可能就是一種浪費了,就像設計一隻手機,一般人手機大概使用個兩年就想換新的了,一般手機的設計保用五年,應該就已經很了不起,如果堅持一定要超過別人且保用10年或20年,除非不會增加太多的費用,否則真的要考慮一下需不需要額外花大錢把產品的品質提昇到另外一個層次。







好了,少說廢話了,這滾筒測試(tumbling test)基本上就是模擬產品不小心掉落到地上的動作,以前我們所熟悉的落下測試(impact test 或 drop test)大概都只測試產品的六個面(face)及八個角(corner),如果嫌不夠,最多再加上八個陵邊(edge),以上測試包含包裝與裸機,不過這些測試大概都是針對桌上型的產品來設計的,這類產品一般掉到地上的機會應該也不太大,其落下測試最主要在模擬測試產品於使用過程中不小心有個一兩次掉落地上的結果。

可是手持裝置(Mobile Device),尤其是手機,經常被使用者拿在手上把玩,一不小心可能就會從指間滑落地上,甚至不小心甩出手掌,這類掉落的情況是沒有辦法用原來的落下測試模擬出來的,於是就有人想出了這個滾筒測試的方法。

早期的滾筒測試,目的就是為了要模擬手機掉到地上一直翻滾的情形,最嚴重的應該是從樓梯上一路滾下來吧!所以一開始有人使用寵物欄裏類似天竺鼠運動轉圈圈的籃子,將手機放在裡面讓它一直翻滾。後來有了工業標準,如【IEC60068-2-31】,使用高度約500mm鋼製滾筒艙,其需要承受產品落下的鋼板厚度為3mm,下面還會加墊一層20mm厚度的木頭當作緩衝,然後以每分鐘5~15圈的速度旋轉,產品置於滾筒艙內每轉半圈就會從頂部往艙底的地方掉落並滾動,一般的允收標準為500轉,相當於1,000個滾落的動作。

根據經驗,這樣的測試真的比單純的落下測試來得嚴苛多了,除了可以測出許多的機構問題外,也可以偵測到許多焊接比較差的電子零件掉落問題。工作熊覺得機構部份的問題還比較好解決,只要加強機構設計補強厚度或是減少銳角就可以解決了。

頭痛的是那些容易掉落的電子零件該如何解,工作熊這裡列出幾個最常碰到的零件掉落及解決方法如下(僅供參考):

BGA IC 掉落/破裂的解決方法

可以加大PCB的焊墊來加強焊錫強度,如果可以從機構面來降低電路板於測試中的變形量最好,不得以的話就是請工廠加Underfill(底部填充劑)來加固BGA附著於電路板的強度,但是加Underfill就表示得增加材料成本與工時,而且也會增加日後維修的困難度。

工作熊個人其實也碰上許多就算加了Underfill也無法克服BGA掉落的案例,前幾次像無頭蒼蠅一樣亂撞,後來知道有【Strain Gauge(應變計/應變片)】這種工具可以量測電路板在整機組裝過程中與跌落或摔落測試時的【應力-應變】分佈狀況後就愛上了,也利用它解決了幾個案子的問題,其設備儀器雖然不便宜,但消耗品應變計價格還可以接受。

相關閱讀:
[案例]BGA錫球裂開的機構設計改善對策
如何從設計端強化BGA以防止其焊點開裂?
電路板零件掉落,該如何著手分析、判斷並釐清問題點

連接器掀開

這通常發生在掀蓋式的聯接器,因為這類連接器的制動片(Actuator)比較卡不緊,一般會先看看機構上能否頂住連接器以防止制動片鬆脫,如果不行的話會在連接器上貼膠帶,如果都不行就用膠水黏住,要注意使用膠水可能會引起連接器接觸不良以及維修困難等問題。

相關閱讀:
掀蓋式軟板聯接器(Flip lock connector & right angle connector)

振盪器失效

大部分的振盪器都很脆弱,所以一般都會要求使用熱熔膠或是單液型的膠水(如Silicone膠)來固定振盪器。也可以考慮把振盪器的本體整個焊接在電路板上。不過振盪器加膠時需要特別留意會不會影響到震盪頻率問題。

其他大型電子零件掉落

可以先加大電路板上的焊墊或是機構來頂住,看看能不能解決,如果不行的話,可以在SMT的步驟使用紅膠來加強零件的牢靠度,都不行的話,最後還是要加膠(adhesive)或樹脂(epoxy)固定。

以上僅是個人經驗提供參考,考慮的優先順序是先使用設計的方法來加強零件的附著力,因為這樣一般不會增加成本,而且對品質的保證最確實;其次才是考慮增加額外的製程與輔助材料,因為增加材料及製程都會增加成本,有些製程還無法標準化,或是標準化的費用太高,會間接影響到產品的出貨品質。

《也歡迎您提供貴公司的解決方法,讓我們可以彼此交流。》


這是在網路上找到的一段關於滾筒測試的影片。


這段影片25秒的地方就是工作熊所說的天竺鼠的滾筒測試。


延伸閱讀:
製造工廠的MRB會議及塑膠件品質判斷
Underfill(底部填充劑)的目的與操作程序
裸機的落下試驗/摔落實驗(Drop test)要求
產品濕度環境加速測試(Humidity temperature cycle)

訪客留言內容(Comments)

請問哪裡有做tumbling test 的實驗室??

thanks

Beck;
FB討論區去問看看吧!

有一工作上的問題想請教狂人大大
在網路上看到你的這篇文章後,對於安規上有些疑問是否可以幫忙解決疑惑
原因,我司的安規部門主管,送測澳規AC PLUG屢次fail,而探討過澳規節AC PLUG結構因PIN與外層絕緣塑膠為主要原因,可是該AC PIN未包交部分就已經剩下約1.08mm左右,尤其又以銅合金來說,結構強度基本就有問題,怎麼會要求須做到滾筒測試
就以歐規AC PIN為例 圓棒形 外境最粗4mm 絕緣包膠最大3.8 最少也還有約3.2mm厚度 所以測試安規強度上明顯比澳規好很多
所以想請問一下,會造成Fail原因主要是於切斷面厚度關係,那澳規該如何改善才能使其通過滾筒測試,還有澳規有規定一定也要測滾筒測試嗎??
謝謝!!

Yong;
Sorry!這個個人沒有研究,無法提供資訊,建議諮詢認證機構。

謝謝

請問手機滾筒測試機(Tumbling test)在台灣哪裡可以買到?筒子的那個
大陸很多,但維修上 還是首選台灣,較方便!~


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