Исследование методов выявления скрытых дефектов печатных плат

Дианов В.Н., Миронов М.Н. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ВЫЯВЛЕНИЯ СКРЫТЫХ ДЕФЕКТОВ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

В современном производстве широко используются различные электронные устройства. К примеру современные системы автоматического управления невозможно представить без электронной вычислительной машины. [1]

Своевременное выявление скрытых дефектов и неисправностей таких как: образование микротрещин, микронеровностей, микрозазоров в линиях связи и соединителях, старение или выход из строя элементов печатных плат в ходе эксплуатации является одним из условий обеспечения надежности электронного оборудования. [2]

Методы тестирования печатных плат

Методы обнаружения дефектов и неисправностей печатных плат делятся на две группы: электриче-

ские (внутрисхемное и функциональное) и неэлектрические (оптический и рентгеновский метод).

Оптический метод заключается в тщательной визуальной проверке качества печатных плат с помощью линз с подсветкой, оптических стереосистем, микроскопов, автоматизированных оптических систем, снабженных системой технического зрения и программами анализа изображения, позволяющие сравнивать изображение с эталонным. [3]

Основной недостаток данного метода то, что он не позволяет проверить работоспособность печатной платы в сборе.

Функциональное тестирование применятся после оптического. Данное тестирование позволяет проверить работоспособность печатной платы в сборе только на ограниченном наборе входных сигналов и не позволяет локализовать дефекты и неисправности электрических монтажных схем.

Внутрисхемное тестирование позволяет обнаружить отсутствующие или неправильно установленные компоненты, дефектные компоненты, обрывы проводников. Конструкция печатной платы должна позволять использование тестирующего устройства с контактными приспособлениями.[3]

Аппаратура для тестирования печатных плат

Аппаратура для тестирования плат делится на две группы: системы типа "поле контактов" ("ложе

из гвоздей") и системы с подвижными пробниками.

Одним из технических решений для выявления скрытых дефектов является аппаратура для тестирования печатных плат, содержащая [4]:

1) матрицу ("ложе из гвоздей"), имеющую электропроводящие контакты на верхней стороне;

2) печатную плату, закрепленную на матрице;

3) множество внешних устройств, которые электрически связывают печатную плату с матрицей так, что сигналы могут пройти от каждого внешнего устройства к печатной плате;

Недостатком подобного устройства является невозможность обнаружения скрытых дефектов в контактных дорожках печатной платы, линиях связи платы с внешними устройствами, а также соединителях, обеспечивающих подключение указанных устройств к плате.

Указанный недостаток решается посредством:

1) Введения контактных и бесконтактных датчиков сбоев, выполненных с возможностью работы в диапазоне частот от долей герца до единиц гигагерц и установленные на линиях связи с соединителями или в непосредственной близости (1-2 см) от элемента (линии связи) или узла (соединителя) электрической цепи.

2) Использования для определения источников сбоев

: видеокарты, клавиатуры, мыши, карты памяти и проигрывателя дисков.

3) Применения контактных датчиков сбоев, реализованных на комплиментарных металл-окисел-полупроводниковых (КМОП) инверторах, регистрирующих скрытые дефекты элементов и узлы на начальной своей стадии по дифференциальному информативному признаку.

4) Эксплуатации бесконтактных датчиков сбоев, реализованных на пассивных (Ь, С - элементах) микрорезонансных контурах, для выявления электромагнитного воздействия (помехи).

5) Использования двух и более контактных датчиков сбоя в качестве источника скрытого дефекта для определения узла или элемента с более ранним по времени срабатыванием датчика.

6) Применения двух и более бесконтактных датчиков сбоя в качестве источника скрытого дефекта для определения внешнего электромагнитного воздействия (помехи).

7) При одновременном срабатывании контактных и бесконтактных датчиков сбоев определения внутреннего электромагнитного воздействия (помехи).

8) Использования того, что скрытые дефекты элементов и узлов на конечной стадии своего развития (перед отказом, например, обрывом) регистрируются контактными датчиками (например, микроемкостями) по интегральному информативному признаку [5].

Таким образом, решение задачи определения скрытых дефектов в линиях связи и соединителях по информативным параметрам дифференцируемости и интегрируемости электрических сигналов, а также повышенного электромагнитного излучения основано на сбойном состоянии выше упомянутых элементов аппаратуры.

Описание предлагаемой аппаратуры для тестирования плат

На рис.1 представлена схема аппаратуры для тестирования печатных плат с дополнительно введенными датчиками сбоев [5].

Рис.1 Схема аппаратуры для тестирования печатных плат

Схема содержит тестируемую печатную плату (ТПП) 1, матрицу (приемное ложе для установки ТПП) 2, видеокарту 3, клавиатуру 4, мышь 5, карту памяти 6, проигрыватель дисков 7, контактные датчики сбоев (КДС) 8-19. Также на схеме (рис.1) показаны и бесконтактные датчики сбоев (БДС) 20-25, установленные в непосредственной близости от тестируемых элементов или узлов. Количество БДС выбирается исходя из их чувствительности, протяженности линий связи и, в общем случае, может быть большим.

КДС 8-19 устанавливаются в начале линии связи (8, 10, 12, 14, 16, 18) либо в ее конце (9, 11,

13, 15, 17, 19). КДС, также как и БДС могут иметь либо автономную индикацию, либо индикацию в

системе автоматического контроля (например, иметь выход на микропроцессор).

Реализация контактных датчиков сбоев (8-19) достаточно проста и заключается в подключении к

соответствующим точкам интегральных микросхем структуры КМОП, имеющей большое (от 107 Ом и выше) входное сопротивление.

Вместо контактных датчиков сбоев, или дополнительно к ним, в аппаратуру могут вводиться и БДС 2 0-25. Принцип действия БДС основан на регистрации дополнительного, сверх допустимого, электромагнитного излучения источника сбоев за счет образования микрорезонансных контуров на контактных дорожках или соединителях ТПП. Реализация данных датчиков также достаточно проста и, в частном случае, может быть построена на пассивных Ь, С - элементах, установленных на расстоянии 1-2 см от предполагаемого источника сбоев. Число БДС на одной линии связи может быть любым и зависит от необходимости обнаруживать скрытый дефект как во всем элементе, так и в его фрагменте (отдельном отрезке линии связи). На рис. 1 для упрощения показаны только по одному БДС на каждую линию связи или узел (соединитель). Также, как и КДС, бесконтактные датчики сбоев могут иметь автономную или централизованную систему индикации и регистрации.

Одновременное срабатывание БДС на различных линиях связи свидетельствует о наличии внешней электромагнитной помехи. Одновременное срабатывание КДС и БДС говорит о внутренней электромагнитной помехе. Идеология включения БДС, а также алгоритм их функционирования в аппаратуре аналогичен КДС. Основное отличие - в величине фиксируемого сигнала в зависимости от расстояния до источника скрытых дефектов.

Выводы:

Своевременное выявление скрытых дефектов (сбоев) и неисправностей (отказов) является одним из условий надежной работы электронного оборудования.

Внутрисхемное тестирование с использованием датчиков сбоев позволяет обнаружить отсутствующие или неправильно установленные компоненты, дефектные компоненты, обрывы проводников.

Предлагаемая аппаратура позволяет обнаружить скрытые дефекты в контактных дорожках печатной платы, линиях связи платы с внешними устройствами, а также соединителях, обеспечивающих подключение указанных устройств к плате.

ЛИТЕРАТУРА

1. Густав Олссон, Джангуидо Пиани "Цифровые системы автоматизации и управления"- СПб.: Невский диалект 2001

2. Дианов В.Н. "Автоматические и электронные системы транспортных средств повышенной надёжности" - Коломна: Лига, 2 0 0 9

3. Федухин А.В. "Контроль качества и диагностика неисправностей многослойных печатных плат" -Системотехника № 1, 2003

4. Патент США № 7339368. МПК 901Я 31/28 от 04.03.2008

5. Патент РФ № 917 67. МПК 901Я 31/28 "Аппаратура для тестирования печатных плат с обнаружением скрытых дефектов". В.Н. Дианов, А.В. Пузанов, М.Н. Миронов, Д.А. Барышников, А.И. Медведев. Опубликовано 27.02.2010. Бюл. № 6.