Устройство контроля электронных цифровых модулей

Предлагаемое устройство контроля электронных цифровых модулей относится к области радиоэлектроники, в частности к технологическим устройствам для оперативного контроля работоспособности малогабаритных цифровых модулей в процессе их регулировки и ремонта.
Известны устройства - стенды тестового контроля цифровых модулей [1]. Эти стенды обеспечивают эффективный контроль модулей с помощью контрольно-диагностических тестов и определяют путь к неисправной цепи или прямо указывают место неисправности, если в модуле имеется устойчивая неисправность (отказ). Такие стенды состоят из контрольно-диагностического блока, формирующего тест контроля, и переходного узла (переходной платы или панели) для подключения контролируемого модуля. В настоящее время в состав стенда также вводят персональную ЭВМ с целью повышения автоматизации процесса контроля и подробного отображения результата контроля.
Однако в ряде случаев при регулировке и ремонте малогабаритных электронных цифровых модулей, содержащих многослойную печатную плату с установленными на ней электрорадиоэлементами, возникает необходимость оперативного выявления нестабильных электрических связей и контактов, когда нарушается надежная передача электрического сигнала. Это связано со «скрытыми» дефектами в модуле, создающими в работе электронных модулей сбои, которые носят нерегулярный характер, исчезая и появляясь вновь. Причиной возникновения нестабильных связей являются «ложные» пайки, микротрещины в печатных проводниках, попадание металлических микрочастиц между электрическими связями и контактами, некачественные контактные соединения и т.п. «Скрытые» дефекты, которые приводят к нерегулярным сбоям, выявляются с большим трудом, иногда только в процессе эксплуатации. Для указания места такого «скрытого» дефекта необходимы специальные диагностические программы, практически, индивидуальные для каждого случая, или нестабильные связи вообще не выявляются, и модуль отправляется в брак. В процессе эксплуатации из общего числа отказов «скрытые» дефекты составляют до 60% отказов, поэтому их выявление при изготовлении на стадии регулировки позволяет повысить надежность работы модуля, а при ремонте повысить достоверность выявления дефекта.
Для выявления нестабильных связей стенды контроля обычно дополняют установками, создающими для модуля в режиме контроля условия внешних воздействий типа вибрации, ударов или термоциклов, чтобы нестабильная связь полностью нарушилась и привела к устойчивой неисправности модуля. В результате при наличии устойчивой неисправности стенд контроля эффективно выявляет место неисправности (дефекта). Для создания внешних воздействий на модуль в виде вибрации применяют установки виброиспытаний, примером которых служит вибростенд малой мощности типа VS 51144 фирмы «TIRA», Германия [2]. Этот вибростенд в сочетании со стендом тестового контроля образует устройство, которое наиболее близко по технической сущности и выполняемым функциям к предложенному устройству и которое принято за прототип.
Структурная схема прототипа показана на фиг. 1.
Устройство содержит контрольно-диагностический блок 1 с переходным узлом 2 для подключения к контролируемому модулю 3 и вибростенд 4 для воздействия вибрации на модуль, который устанавливают на вибростенде с помощью специальных узлов крепления 5. На модуль 3 подают от блока 1 контрольно-диагностический тест одновременно с воздействием вибрации со стороны вибростенда 4. В результате воздействия вибрации нестабильная связь может полностью нарушиться, и возникает устойчивый отказ работы модуля. Это позволяет на основе теста определить место нарушения или путь к нему, чтобы потом устранить неисправность.
Такое устройство имеет недостатки:
при контроле электронного модуля в рабочем режиме, т.е. при подаче на него напряжений питания и тестовых сигналов, для крепления модуля в рабочем положении на вибростенде требуются особые подключающие узлы и механические приспособления, что усложняет процесс оперативного контроля модуля при его регулировке;
вибростенд имеет значительные массу (18 кг) и габариты из-за широких функциональных возможностей (универсальности), что излишне при проведении оперативного контроля работоспособности модуля;
значительные массогабаритные характеристики вибростенда не позволяют стыковать его с модулем, если модуль установлен на свое рабочее место в электронной аппаратуре и подключен, т.е. затруднена проверка работоспособности модуля в рабочем режиме в аппаратуре, если требуется воздействие вибрации для выявления дефекта.
Сущность предлагаемого устройства заключается в том, что оно содержит контрольно-диагностический блок с переходным узлом для подключения к контролируемому модулю и отличается тем, что оно дополнительно содержит малогабаритный вибрационный узел, установленный на контролируемом модуле для непосредственной передачи вибрации на контролируемый модуль. Устройство решает задачу оперативного контроля электронного модуля при непосредственном воздействии на него вибрации без применения массивного вибростенда и сложных приспособлений для подключения и крепления модуля на нем. Вибрация эффективно воздействует на нестабильные электрические связи во включенном электронном модуле, разрушая их. Это упрощает процесс контроля модуля при его изготовлении и ремонте, т.к. позволяет разорвать нестабильную связь и выявить место устойчивого нарушения связи с помощью контрольно-диагностического теста.
Малогабаритный вибрационный узел может быть выполнен, например, в виде маломощного асинхронного двигателя постоянного тока с эксцентриком, насаженным на ось двигателя. Двигатель с эксцентриком устанавливают на тонкую плату, которую закрепляют на контролируемом модуле. Двигатель с эксцентриком можно заменить электромагнитным вибратором с питанием от источника переменного тока, желательно, с регулируемой частотой. Плата от двигателя с эксцентриком или электромагнитного вибратора передает вибрацию непосредственно на проверяемый модуль
Такое устройство позволяет получить технический результат, заключающийся в следующем:
устранена необходимость применения достаточно массивного универсального вибростенда и сложных узлов для крепления контролируемого модуля к вибростенду;
малогабаритный вибрационный узел за счет простой конструкции крепится непосредственно на контролируемом модуле, что дает возможность одновременного воздействия вибрации и включения тестового контроля в модуле, подключенном к стенду контроля.
закрепленный на модуле вибрационный узел позволяет выявлять «скрытые» дефекты и практически не мешает устанавливать модуль на рабочее место в аппаратуре и включать его в рабочем режиме при воздействии вибрации для контроля работоспособности.
Все это обеспечивает эффективность применения предлагаемого устройства при регулировке и ремонте электронных модулей, повышая в конечном результате надежность работы аппаратуры.
Сущность предлагаемого устройства поясняется структурной схемой на фиг. 2. Предлагаемое устройство содержит контрольно-диагностический блок 1 с переходным узлом 2 для подключения к контролируемому электронному модулю 3. На модуле 3 дополнительно закреплен малогабаритный вибрационный узел 6 для создания вибрации в контролируемом модуле 3, когда он электрически подключен и находится в состоянии контроля. Фотография малогабаритного вибрационного узла 6 приведена на фиг. 3. Вибрационный узел 6 содержит тонкую плату 7, на которой закреплен двигатель 8 постоянного тока. На ось двигателя 8 насажен эксцентрик 9. Плату 7 крепят к контролируемому электронному модулю винтами 10 или струбцинами. Для эффективного воздействия вибрации место крепления платы на модуле должно быть на краю, противоположном размещению разъема в электронном модуле.
На фиг. 1, 2, 3 введены следующие обозначения:
1 - контрольно-диагностический блок;
2 - переходной подключающий узел;
3 - контролируемый электронный цифровой модуль;
4 - вибростенд;
5 - узел крепления модуля к вибростенду;
6 - малогабаритный вибрационный узел;
7 - тонкая плата;
8 - двигатель постоянного тока;
9 - эксцентрик;
10 - винты крепления.
Предлагаемое устройство полезно использовать при регулировке или ремонте электронного модуля в случаях, когда в нем обнаружены нестабильная работа, перемежающиеся сбои и другие подобные явления, при которых проводимый контроль не может четко диагностировать место неисправности. В этом случае к модулю прикрепляют малогабаритный вибрационный узел 6, используя винты крепления 10, или узел 6 крепят к модулю за плату 7, например, струбцинами. Модуль 3 для тестового контроля подключают к переходному подключающему узлу 2. На двигатель 8 подают электропитание, а в контрольно-диагностическом блоке 1 запускают программу соответствующего контрольно-диагностического тестирования. За счет вращения эксцентрика в узле 6 возникает вибрация, которая непосредственно воздействует на проверяемый модуль. Параметры вибрации при необходимости можно изменять, например, регулируемым положением места крепления двигателя 8 на плате 7 относительно места крепления платы на модуле и/или регулируемыми эксцентриситетом эксцентрика 9, или питанием двигателя 8. Если в малогабаритном вибрационном узле 6 применяют электромагнитный вибратор, то параметры вибрации можно изменять регулировкой частоты питания и/или уровнем напряжения питания электромагнитного вибратора, а также положением вибратора на плате. Вибрация приводит к разрушению нестабильной электрической связи в модуле, т.е. к устойчивому отказу, и с помощью теста определяют место или путь к месту нарушения связи.
Аналогичным образом можно проверить подверженный сбоям электронный модуль в рабочей аппаратуре, доведя модуль с помощью вибратора до устойчивого отказа, а далее выявить неисправность с помощью функционально-диагностического контроля аппаратуры. Кроме того, малогабаритный вибрационный узел полезно использовать для профилактики проявления «скрытых» дефектов, если они сразу не обнаружены, т.к. впоследствии при эксплуатации «скрытый» дефект может привести к отказу работы аппаратуры. В этом случае вибрационный узел закрепляют на модуле на некоторое время, например, при регулировке, чтобы «скрытый» дефект проявился. Естественно, что предложенное устройство с рассмотренной процедурой выявления неисправности применимо только при наличии в электронном модуле технологических дефектов, разрушаемых при воздействии вибрации.
В АО «ВНИИРТ» было проверено устройство контроля цифровых электронных модулей с использованием малогабаритного вибрационного узла. Узел закрепляли на поступивших в регулировку модулях, у которых при тестировании на стенде тестового контроля выявлялась нестабильная работа (сбои). В этом случае, если сбои были вызваны технологическими нарушениями связи или контакта, предлагаемое устройство показывало высокую эффективность работы, приводя к устойчивому нарушению связи (устойчивому отказу) примерно в 90% случаев, сокращая на 10% неремонтируемый брак. При этом за счет выявления «скрытых» технологических дефектов в конечном итоге надежность работы модулей увеличивалась не менее чем на 15%.
Предлагаемое устройство наиболее целесообразно применять на участках регулировки серийно изготовляемых электронных модулей и участках ремонта таких модулей.
Источники информации:
1. Установка тестового контроля УТК 512 - ОАО «Авангард»;
2. TIRA Schwingtechnik, Vibration Test Systems.