Диагностика печатных плат радиоэлектронных средств методом термографического контроля

УДК 681.3

ДИАГНОСТИКА ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ МЕТОДОМ ТЕРМОГРАФИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

А.В. Лопин, В.И. Лопин, О.Ю. Макаров

Проведен анализ возможности диагностики печатных плат радиоэлектронных средств методами термографического контроля, разработаны основные принципы процесса поиска неисправностей и оценки тепловых режимов элементов печатных плат

Ключевые слова: термографический контроль, тепловизионное изображение, надеж-

ность,температурный режим

В настоящее время автоматизированный процесс диагностики печатных плат различных радиоэлектронных средств заключается в ее проверке на специализированном стенде, включающем измерительную аппаратуру, сопряженную с персональной электронно-вычислительной машиной (ПЭВМ). Содержание такой проверки, как правило, составляет сличение эталонных сигналов с сигналами, получаемыми на выводах печатных плат. Это позволяет выявить неисправные платы, но не всегда дает возможность локализовать неисправность. С целью повышения эффективности диагностики и локализации неисправности может быть предложена термографическая система контроля, выполненная на базе тепловизора с достаточно высоким пространственным разрешением (не более 2 угл. мин.) и хорошей температурной чувствительностью (не хуже 0.30С). Непосредственно задачей контроля является выявление картины распределения температуры и обнаружение локальных источников повышенного теплового излучения элементов печатной платы, появление которых вызвано неправильным выбором номиналов при проектировании, изменением номиналов элементов в процессе эксплуатации или блокированием воздушного потока самими компонентами, а также вспомогательными элементами монтажа. Основными достоинствами метода термографического контроля являются:

возможность обеспечить контроль до 250 отдельных компонент на одной печатной плате (как правило, размер платы не более 20х20 см);

неразрушающий принцип контроля и диагностики;

высокая степень готовности тепловизион-ной аппаратуры к проведению испытаний (время подготовки к работе не более 10.. .15 мин.);

быстрота и наглядность локализации неисправности;

невысокие требования к квалификации обслуживающего персонала тепловизионных систем;

возможность сохранения результатов контроля и диагностики при использовании в совокупности с ПЭВМ.

Лопин Александр Викторович - ВГТУ, студент, тел. (4732) 35-14-26

Лопин Виктор Игоревич - ФГНИИЦ РЭБ ОЭСЗ, канд. техн. наук, доцент, E-mail-lvi65@rambler.ru Макаров Олег Юрьевич- ВГТУ, д-р техн. наук, профессор, тел. (4732) 43-77-06

В основу методологии проведения диагностики печатных плат или типовых элементов замены (ТЭЗ) радиоэлектронных средств с помощью термографического контроля, как правило, положено измерение тепловых портретов печатных плат, локализация неисправности с точностью до элемента и расчет надежностных характеристик радиоэлементов в рабочем диапазоне температур. Диагностика может осуществляться по двум направлениям. Первое направление это сличение тепловизионных изображений диагностируемых печатных плат с эталонными и второе направление это расчёт надёжностных характеристик элементов печатных плат на основе их эксплуатационных характеристик (времени работы, температурного режима и т.д.). Так например, на рис.1 представлены телевизионное (а).) и тепло-визионные изображения однотипных ТЭЗ с исправными (б). ) и неисправными (в).) элементами.

а)

Ж з

б)

Рис.1. Результаты тепловизионной съёмки

ТЭЗ.

а) -телевизионное изображение;

б)- тепловизионное изображение с исправными элементами;

в) - тепловизионное изображение с неисправными элементами.

На тепловизионных изображения достаточно четко видны рабочие элементы, находящиеся в рабочем режиме (на элементы подано напряжение питания). Температурный режим элементов не превышает установленных норм для данных типов элементов (элементы № 1, 2, 3, 4 - микросхемы типа 133 ЛАЗ, 133 ЛА7 имеют температуру ~60°С, элементы № 5 - микросхемы типа 133ТМ5 ~26°С, на элементы № 6 питание не подавалось). Экспериментально установлено, что допустимая температура для германиевого перехода составляет

85.. ,110°С, для кремниевого перехода 125.1500С, для непропитанных волокнистых материа-лов(бумага, картон, натуральный шелк) +900С, для материалов из стекловолокна, пропитанного эпоксидными лаками +1330С. В ходе экспериментов была введена искусственная неисправность в ТЭЗ (элемент № 4 выведен из строя) и проведена теп-ловизионная съёмка (см.рис.1), которая показала, что температурный режим элемента № 4 существенно изменился - при исправном состоянии температура элемента составляла ~60°С, при неисправном —19°С).При этом температурный режим других элементов ТЭЗ практически не изменился, что наглядно показывает возможность локализации неисправности.

Для проведения расчётов характеристик надежности радиоэлементов печатных плат необходимо установление стабильного теплового режима платы и осуществление тепловизионной съёмки с целью тщательного изучения каждого элемента и точного определения его рабочей температуры. Полученные таким образом результаты сравниваются с принятыми внутренними стандартами, рассчитанными на достижение и поддержание высокого уровня надежности радиоэлементов. Уровень надежности радиоэлементов определяется вероятностью безотказной работы Рбр и рассчитывается по формуле [1]

Р6р {I) =

где 1- время работы радиоэлемента;

Т - средний срок службы радиоэлемента;

к -коэффициент учета эксплуатационных факторов.

Одним из важнейших эксплуатационных факторов влияющих на надежность радиоэлементов является относительное изменение интенсивности отказа за счет влияния температурного режима. Например, по результатам экспериментальных исследований [2] установлено, что для блоков радиоэлектронных средств (РЭС) с воздушным охлаждением при изменении температуры от 40 до 700 С интенсивность отказов увеличивается в

2...6 раз (см. рис.2).

5

4 і

2 1

20 50 40 50 60 ГС

Рис.2 Изменение интенсивности отказов X радиоэлементов с температурой Т для РЭС с воздушным охлаждением.

Если принять средний срок службы радиоэлемента 10000 часов, а в качестве коэффициента учета эксплуатационных факторов относительное изменения интенсивности отказов от температурного режима радиоэлементов, то характер распределения Рбр (1) от температурного режима будет иметь вид представленный на рис.3.

Рбр

1

0.8

0.6

0.4

0.2

0

Рис.3 Вероятность безотказной работы радиоэлементов при различных температурных режимах (1- изменение температуры Т~ 40 0 С; 2-изменение температуры Т~ 70 0 С;3 - изменение температуры до предельно допустимой).

Таким образом, зная температурный режим радиоэлементов, а также их временной ресурс, не трудно рассчитать надежностные характеристики в в виде вероятности безотказной работы. Данный подход позволяет по результатам термографической диагностики не только локализовать неисправность, но и спрогнозировать надежность как отдельных радиоэлементов, так и функциональных блоков в целом. Учитывая некоторые особенности термографического контроля, существует

возможность разработки методики диагностики Литература

радиоэлектронных средств на различных промышленных предприятиях. 1 Денисов ГБ., Седжин НМ. К в°пр°су экшлуаганд-

онной надежности радиоэлектронной аппаратуры.-М.: Сов. радио,1960 2. Ненашев А.П. Конструирование радиоэлектронных средств.-М.:Высшая школа, 1990г.

Воронежский государственный технический университет

Федеральный государственный научно-исследовательский испытательный центр радиоэлектронной борьбы и оценки эффективности снижения заметности Минобороны России

DIAGNOSTICS OF PRINTED-CIRCUIT-BOARDS OF RADIO-ELECTRONIC MEANS BY A METHOD TEPLOVISION THE CONTROL

A.V. Lopin, V.I. Lopin, O.Ju. Makarov

The analysis of an opportunity of diagnostics of printed-circuit-boards of radio-electronic means by methods te-plovision the control is lead, main principles of process of search of malfunctions and estimations of thermal modes of elements of printed-circuit-boards are developed

Keywords: teplovision the control, teplovision the image, reliability, a temperature mode