Как тестировать и устранять дефекты печатных плат: пошаговое экспертное руководство

Диагностика дефектных печатных плат (ПП)

Прежде чем переходить к деталям печатных плат (ПП), нужно знать основы цепей.

Электричество: Это энергия, подаваемая на любой прибор — от маленьких лампочек до тяжёлого оборудования. Электричество — поток электронов с одного уровня на другой (преимущественно с верхнего на нижний).В электрической цепи всегда есть источник напряжения или тока, компоненты цепи, и ток всегда течёт от положительного уровня напряжения к отрицательному.

Напряжение, ток, резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности — первичные элементы любой электрической схемы. Электрический ток бывает двух форм: синусоидальный переменный (AC) или прямой (DC) — прямая линия.

В аппаратной разработке электрических цепей размещение всех компонентов на одной плате называется проектированием ПП.

Печатная плата (ПП) — общее название таких электро-плат. Исторически ПП разрабатывали через сложную точечную проводку, и цепи были уязвимы к отказам и повреждениям. Позже появились более точные и надёжные технологии проектирования.

Современный состав печатной платы включает четыре основных слоя:

1. Шелкография (Silkscreen)
2. Паяльная маска (Solder Mask)
3. Медь (Copper)
4. Субстрат — стекловолокно (Substrate)

Раньше ПП были однслойными, сейчас используются многослойные — сложность схем выросла.

Современные ПП имеют компоненты с малым шагом, большинство деталей немаркированные, нетестируемые и требуют сложных техник поиска неисправностей и ремонта. Старые платы ремонтировали автоматической тестовой аппаратурой, сейчас это невозможно. Методы поиска неисправностей включали:

Методы поиска неисправностей ПП

1. Проверка паяных соединений
2. Прослеживание проблем (Tracking)
3. Поиск неисправностей дискретных элементов
4. Проверка интегральных схем (IC)
5. Использование программной помощи
6. Визуальный осмотр
7. Функциональный тест

Большинство этих методов неэффективны для современных плат.

Новый метод VI-сигнатурного анализа — лучший для диагностики собранных цепей.

Аналоговый сигнатурный анализ для тестирования непитаемых печатных плат

Один из лучших приборов для детального анализа неисправных компонентов в цепи. Лучший выбор для тестирования ПП, когда сигнатуры компонентов или документация утеряны. Тест не требует питания — идеален для проверки неисправных или мёртвых плат, когда включение опасно.

• Также читайте: Что такое Arduino и как его программировать?

Синусоидальный сигнал подаётся на тестируемый компонент через два зонда. Результирующие токи, напряжения и фазовые сдвиги отображаются на ЖК-экране. Ток по оси Y, напряжение по оси X, итоговая трасса отображается как сигнатура на экране. Для работы с прибором нужны твёрдые теоретические знания сигнатур разных компонентов и их полное понимание.

Стратегия диагностики неисправной ПП

Метод состоит из трёх этапов.

1. Обнаружение неисправности с помощью VI-прибора. Неидентифицированные высокопинные компоненты тестируются переменным напряжением.
2. Второй этап — локализация неисправности. Минутный анализ для точного указания неисправного компонента. В отличие от функционального теста, проверяются только входные и выходные стадии.
3. Третий этап — установка новых рабочих компонентов вместо неисправных.

Анализ/Результаты

В электрической цепи все компоненты соединены последовательно, параллельно или смешанно (последовательно-параллельно), поэтому идентифицировать их сигнатуры невозможно. Единственное подходящее решение — взять новую рабочую ПП и сравнить сигнатуры неисправной с сигнатурами рабочей.

• Также читайте: Инструменты проектирования и симуляции для инженеров по электронике/электротехнике

Для сравнения сигнатур сначала снимите все сигнатуры с рабочей ПП (если есть), иначе используйте сохранённые сигнатуры компонентов. Если есть полностью рабочая ПП, снимите все её сигнатуры мультиметром. Напряжение, сопротивление, ток и индуктивность каждого компонента вычисляются и сравниваются со сигнатурами неисправной ПП.

1. Сначала обновите все точки (удалите сухое или повреждённое припое, если есть) и сравните сигнатуру — если совпала, неисправность устранена, иначе переходите к следующему шагу.
2. На этом этапе выполняется трассировка — в ПП много дорожек, вероятность повреждения высока. Если дорожка повреждена, используйте перемычку для ремонта.
3. Финальный этап: функциональный тест на каждом выводе линейных интегральных схем, проверка входа и выхода на каждом выводе IC — если соответствует даташиту, всё в порядке, иначе IC нужно заменить.

Также читайте:

• Как программировать PIC18 микроконтроллер на C. Пошагово
• Как проверить батарею тестером?
• Что такое КПД двигателя и как его улучшить?

Ссылка: Analog Signature Analysis, Saelig Co. Inc.