كيفية اختبار لوحة الدوائر المطبوعة: طرق PCB و PCBA

قد يكون سبب توقف لوحة الدوائر عن العمل وجود مكون تالف، أو وصلة لحام معيبة، أو مسار مقطوع، أو دائرة كهربائية قصيرة، أو خطأ منطقي في نظام فرعي رقمي. يتطلب اختبار لوحة الدوائر بشكل صحيح معرفة الجهاز المناسب لكل مرحلة، والقيم التي يجب البحث عنها، وما تشير إليه هذه القيم لتحديد الجزء المعطل من اللوحة. يشرح هذا الدليل جميع مراحل اختبار لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) - بدءًا من الفحص البصري الأولي وصولًا إلى التحقق من الأداء الوظيفي - مع إجراءات محددة، وقراءات متوقعة، ونقاط اتخاذ القرار في كل خطوة.

هل تحتاج إلى تصميم واختبار لوحة دوائر مطبوعة؟ احصل على عرض سعر →

هذه الصفحة هي مركز الاختبارات العامة. لإجراء فحوصات بكميات قليلة أو بدون تجهيزات، استخدم اختبار المجس الطائر ؛ بالنسبة للوحات المجمعة، اربط خطة الاختبار باختبار وظائف لوحة الدوائر المطبوعة ؛ بالنسبة لاختبار استمرارية وعزل اللوحة العارية، استخدم اختبار الدوائر الكهربائية للوحة الدوائر المطبوعة.

---

الأدوات اللازمة لاختبار لوحات الدوائر

تتطلب المراحل المختلفة لاختبار لوحات الدوائر الإلكترونية أدوات مختلفة. ولا يُعد استخدام الأداة المناسبة في كل مرحلة مسألة تفضيل شخصي، فكل أداة تقيس شيئًا مختلفًا، ولا توجد أداة واحدة تغطي جميع أنماط الأعطال.

جهاز رقمي متعدد (DMM)

يُعدّ جهاز القياس الرقمي المتعدد (DMM) أداةً أساسيةً لاختبار لوحات الدوائر المطبوعة. يقيس هذا الجهاز الجيد الجهد والتيار المستمر والمتردد، والمقاومة، واختبار الاستمرارية (مع تنبيه صوتي)، وجهد الانحياز الأمامي للثنائي، وغالبًا السعة والتردد. لاختبار لوحات الدوائر المطبوعة، يجب أن تتضمن المواصفات الدنيا ما يلي: دقة قياس الجهد المستمر بنسبة 0.5% أو أفضل؛ وضع اختبار الاستمرارية الذي يُصدر تنبيهًا صوتيًا في أقل من 200 مللي ثانية (حيث أن أجهزة القياس المتعددة بطيئة الاستجابة قد لا تكتشف الأعطال المتقطعة)؛ ومدخل تيار محمي حتى 200 مللي أمبير على الأقل مع مدخل منفصل مزود بفيوز لقياسات نطاق الأمبير. يُعدّ قياس القيمة الفعّالة الحقيقية (RMS) مهمًا عند قياس إشارات التيار المتردد في مصادر الطاقة التبديلية حيث لا يكون شكل الموجة جيبيًا.

مرسمة الذبذبات

يعرض راسم الإشارة الجهد كدالة للزمن، مما يجعله الأداة الأمثل لأي اختبار يكون فيه شكل الموجة أو توقيتها أو ترددها مهمًا. لاختبار لوحات الدوائر، يُغطي راسم الإشارة الرقمي ثنائي القنوات ذو عرض نطاق ترددي لا يقل عن 100 ميجاهرتز معظم اختبارات الإلكترونيات المدمجة ومصادر الطاقة. يجب أن يكون عرض النطاق الترددي 5 أضعاف على الأقل أعلى تردد إشارة يُتوقع التقاطه بدقة. بالنسبة لحافلات الاتصال الرقمية (SPI، I2C، UART، CAN)، يُعد راسم الإشارة رباعي القنوات المزود بفك تشفير البروتوكول أكثر فائدة بكثير من النموذج ثنائي القنوات. راسم الإشارة بتردد 20 ميجاهرتز مناسب فقط لتموج مصدر الطاقة وإشارات التردد المنخفض، ولن يُظهر بشكل صحيح الرنين والتجاوز على الحواف الرقمية السريعة.

مقياس LCR أو جهاز اختبار المكونات

يقيس جهاز قياس LCR (الحث والسعة والمقاومة) المخصص قيم المكونات بدقة أكبر من جهاز القياس المتعدد، لا سيما بالنسبة للمكثفات حيث تكون مقاومة السلسلة المكافئة (ESR) أكثر فائدة تشخيصية من قيمة السعة. وتُعدّ مقاومة السلسلة المكافئة العالية أكثر أنواع الأعطال شيوعًا في المكثفات الإلكتروليتية، ولن يُكشف عنها بقياس السعة وحده.

مزود طاقة تيار مستمر مع تحديد التيار

عند اختبار لوحة تم إصلاحها أو يُشتبه في وجود عطل بها لأول مرة، فإن تزويدها بالطاقة من مصدر طاقة خارجي محدود التيار بدلاً من مصدر الطاقة الرئيسي يسمح لك بضبط حد للتيار أعلى بقليل من تيار الخمول المتوقع. في حال وجود قصر كهربائي، سيقوم مصدر الطاقة بتقييد تيار العطل وعرضه بدلاً من السماح للقصر الكهربائي بتسخين المكونات بشكل مفرط.

مجهر فحص أو مجهر رقمي

تتطلب وصلات اللحام السطحية ذات المسافة الدقيقة، والمكونات السلبية من نوع 0402 وما دون، وفحص كرات لحام BGA، تكبيرًا لا يمكن توفيره بدقة باستخدام عدسة مكبرة يدوية. يتيح لك المجهر الرقمي المزود بشاشة عرض إجراء الفحص دون الحاجة إلى استخدام كلتا يديك.

أدوات تكميلية

محلل المنطق: يلتقط ويفك تشفير الإشارات الرقمية على قنوات متعددة في آن واحد، وهو أكثر فائدة بكثير من راسم الإشارة لتصحيح أخطاء اتصالات SPI وI2C وUART وUSB وCAN حيث تحتاج إلى قراءة محتوى البيانات الفعلي. مولد الوظائف: يطبق إشارات اختبار على عقد محددة، مما يسمح لك بتحديد خصائص استجابة المرشح، أو كسب المضخم، أو سلامة مسار الإشارة. كاميرا حرارية أو ملحق تصوير حراري للهاتف: يحدد المكونات التي ترتفع درجة حرارتها والتي لم تتضرر بعد بشكل واضح.

---

المرحلة الأولى: الفحص البصري - ما الذي يجب البحث عنه وأين

يُعدّ الفحص البصري أسرع مراحل الاختبار وأقلها تكلفة، وهو يكشف نسبةً كبيرةً من أعطال لوحات الدوائر الإلكترونية، إذ تشير بيانات الصناعة إلى أن 30-40% من أعطال اللوحات لها سببٌ ظاهر. ولا تتطلب هذه التقنية أي أدوات، بل إضاءةً جيدةً وعدسةً مكبرةً ومنهجيةً منظمة.

المناطق المحروقة أو المتفحمة

يشير تغير لون سطح لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) إلى اللون البني أو الأسود حول أحد المكونات إلى أن هذا المكون قد بدد حرارة أكثر من طاقته المصممة لتحملها. وهذا يعني عادةً إما مقاومة مُحمّلة فوق طاقتها، أو ترانزستور طاقة أو MOSFET به قصر، أو منظم جهد معطل. دوّن الموقع الدقيق للمكون، وتحقق من المخطط لتحديد وظيفته، وما الذي قد يكون سبب التحميل الزائد. لا تفترض أن المكون المحترق هو السبب الرئيسي، فقد يكون عطله ناتجًا عن عطل مكون آخر، مما أدى إلى مرور تيار زائد عبره.

المكثفات المنتفخة أو المتسربة

تتعطل المكثفات الإلكتروليتية نتيجة تراكم الغازات داخلها، مما يؤدي إلى انتفاخ أو تضخم الجزء العلوي منها. في الحالات الشديدة، يتمزق غطاء التهوية العلوي ويتسرب الإلكتروليت إلى سطح لوحة الدوائر المطبوعة. المكثف المنتفخ يكون تالفًا بشكل قاطع ويجب استبداله. افحص المكثفات المجاورة أيضًا، فغالبًا ما يشير تعطل المكثف في منطقة معينة من وحدة التغذية إلى وجود مشكلة عامة (زيادة الجهد، أو تموج مفرط، أو تصنيف جهد غير صحيح للمكثف) تؤثر على جميع المكثفات في تلك المنطقة.

جسور اللحام

جسر اللحام هو نقطة صغيرة من اللحام تربط بين نقطتي توصيل أو طرفين متجاورين لا ينبغي أن يكونا متصلين كهربائيًا. تكون جسور اللحام في الدوائر المتكاملة ذات المسافة الدقيقة (عبوات QFP أو QFN بمسافة 0.5 مم) صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة. تتسبب جسور اللحام في حدوث دوائر قصر بين الأطراف، وتعتمد الأعراض الناتجة كليًا على الأطراف الموصولة: قد يتسبب جسر اللحام بين أطراف الإشارة المتجاورة في خلل متقطع، بينما سيؤدي جسر اللحام بين طرف الطاقة وطرف التأريض إلى احتراق فيوز مصدر الطاقة أو تلف الدائرة المتكاملة فورًا.

وصلات اللحام الباردة

تتشكل وصلة اللحام الباردة عندما يتصلب اللحام قبل أن يغطي طرف المكون والسطح المحيط به بالكامل. تبدو الوصلات الباردة باهتة وخشنة الملمس بدلاً من أن تكون ناعمة ولامعة؛ وغالبًا ما يكون لها مظهر مقعر أو متصدع بدلاً من السطح الأملس للوصلة الجيدة. تتميز الوصلات الباردة بمقاومة عالية قد تكون متقطعة - تجتاز الوصلة اختبار الاستمرارية عندما تكون باردة، ولكنها تنقطع عند تسخينها بفعل التسخين الذاتي للمكون أثناء التشغيل. تحت التكبير، ابحث عن الملمس الخشن المميز والشكل غير المنتظم.

وسادات مرفوعة وآثار مكسورة

قد يؤدي التلف المادي الناتج عن سوء الاستخدام أو إعادة العمل أو الإجهاد الحراري إلى رفع نقطة التوصيل عن ركيزة لوحة الدوائر المطبوعة، مما يقطع الاتصال بالمسار الموجود أسفلها. تظهر نقاط التوصيل المرتفعة على شكل نقاط بارزة قليلاً أو منفصلة عن سطح اللوحة، وغالبًا ما يكون المسار لا يزال متصلاً بها وليس باللوحة نفسها. أما انقطاع المسارات فهو أقل شيوعًا، ولكنه يحدث عند نقاط الضغط بالقرب من حواف اللوحة، أو بالقرب من المكونات الكبيرة والثقيلة التي تُولّد قوة ضغط، أو في المناطق المعرضة للانثناء المتكرر. استخدم عدسة مكبرة للتحقق من استمرارية المسار بصريًا قبل إجراء الفحص الكهربائي.

مكونات متشققة

قد تتعرض المكثفات والمقاومات الخزفية للتشقق نتيجة الصدمات الحرارية أو الإجهاد الميكانيكي أو سوء الاستخدام. قد يبدو المكثف الخزفي المتشقق مطابقًا للمكثف السليم ظاهريًا، ولكن في بعض الأحيان يمكن رؤية خط التشقق تحت التكبير. يكون نمط العطل عبارة عن دائرة مفتوحة أو دائرة مفتوحة متقطعة. افحص أجسام المكونات عند نقاط انثناء اللوحة وبالقرب من أي منطقة تظهر عليها علامات الإجهاد الميكانيكي.

---

المرحلة الثانية: اختبار خط الطاقة باستخدام جهاز قياس متعدد

يُؤكد فحص خط الطاقة أن اللوحة تتلقى جهد الإدخال الصحيح وتوزع الجهود المنظمة الصحيحة على كل قسم من أقسام الدائرة. تُشكل أعطال خط الطاقة نسبة كبيرة من إجمالي أعطال لوحات الدوائر لأنها تؤثر على كل مكون يُغذى من الخط المعطل.

الإجراء: قياس خطوط إمداد التيار المستمر

اضبط جهاز القياس المتعدد على وضع قياس الجهد المستمر، واضبط نطاق القياس على قيمة أعلى من الجهد المتوقع. ضع المجس الأسود على نقطة تأريض سليمة ومعروفة - مثل دبوس التأريض في الموصل، أو الطرف السالب للمكثف الإلكتروليتي، أو سلك التأريض النحاسي المكشوف إن أمكن الوصول إليه. ضع المجس الأحمر على كل نقطة من نقاط اختبار الطاقة بالتتابع.

القراءات المتوقعة: يجب أن يكون الجهد المقاس ضمن نطاق ±5% من الجهد الاسمي لمعظم مصادر الطاقة الرقمية (3.3 فولت، 5 فولت، 12 فولت). قد تتطلب الدوائر التناظرية الدقيقة تنظيمًا بنسبة ±1-2%. تشير قراءة 0 فولت على خط جهد يفترض أن يكون فعالًا إلى أن مصدر الطاقة لا يوفر الجهد، أو أن منظم الجهد الخطي أو محول التيار المستمر على هذا الخط معطل، أو أن هناك دارة قصر تؤدي إلى توصيل الخط بالأرض. تشير القراءة الأقل بكثير من القيمة الاسمية (على سبيل المثال، 3.1 فولت على خط جهد 5 فولت) إلى وجود عطل في المقاومة العالية، أو زيادة في حمل منظم الجهد، أو دخول منظم الجهد في وضع تحديد التيار بسبب زيادة الحمل.

التحقق من وجود قصر في التيار الكهربائي قبل التشغيل

قبل توصيل الطاقة بلوحة غير معروفة أو مشكوك في سلامتها، قِس المقاومة بين كل خط تغذية والأرضي واللوحة مفصولة عن مصدر الطاقة. في معظم لوحات الدوائر، ستلاحظ مقاومة محددة (عادةً من 10 كيلو أوم إلى عدة ميغا أوم) بين مصدر الطاقة والأرضي بسبب مقاومات السحب السفلية ومعاوقة دخل الدوائر المتكاملة. تشير قراءة أقل من 100 أوم تقريبًا بين خط الطاقة والأرضي إلى وجود دارة قصر يجب فحصها قبل توصيل الطاقة. استثناء: اللوحات ذات السعة الكبيرة ستُظهر قراءة قريبة من الصفر في البداية، ثم ترتفع مع شحن المكثف بتيار اختبار جهاز القياس المتعدد - وهذا أمر طبيعي.

اختبار منظم الجهد

تحتوي منظمات الجهد الخطي (منظمات LDO) على ثلاثة أطراف: المدخل، والمخرج، والأرضي/الضبط. عند توصيل الطاقة، قِس جهد المدخل (يجب أن يكون أعلى من جهد التسرب للمنظم)، ثم قِس جهد المخرج (يجب أن يتطابق مع جهد المخرج المُصنّف للمنظم). المنظم الذي يُظهر جهد مدخل صحيحًا ولكن جهد مخرج غير صحيح، يكون معطلاً أو موصولاً بشكل خاطئ. أما المنظم الذي يُظهر جهد مخرج صحيحًا عند عدم وجود حمل ولكن جهد مخرج غير صحيح تحت الحمل، فهو إما غير مناسب للتيار المطلوب أو أنه يُغلق تلقائيًا بسبب ارتفاع درجة الحرارة.

قياس التموج

تُنتج مصادر الطاقة التبديلية ومحولات التيار المستمر تموجًا في جهد الخرج، وهو عبارة عن تغير طفيف في التيار المتردد يُضاف إلى جهد الخرج المستمر. يشير التموج المفرط إلى تلف مكثف الخرج، أو وجود ملف حث خارج المواصفات، أو مشكلة في حلقة التغذية الراجعة. لقياس التموج، اضبط جهاز القياس المتعدد على وضع قياس جهد التيار المتردد أثناء تشغيل مصدر الطاقة؛ يجب أن يكون التموج عادةً أقل من 1% من جهد الخرج الاسمي. وللحصول على قياس أكثر دقة للتموج، استخدم راسم إشارة مضبوطًا على وضع قياس اقتران التيار المتردد مع ضبط قاعدة الزمن لالتقاط عدة دورات تبديل.

---

المرحلة الثالثة: اختبار الاستمرارية - تتبع الدوائر المفتوحة والوصلات التالفة

يتحقق اختبار الاستمرارية من وجود مسار موصل بين نقطتين يجب توصيلهما. يمرر جهاز القياس المتعدد في وضع الاستمرارية تيار اختبار صغير عبر الدائرة ويصدر صوت تنبيه إذا كانت المقاومة أقل من عتبة معينة (عادةً ما بين 30 و100 أوم حسب نوع الجهاز). يُعد اختبار الاستمرارية الطريقة الصحيحة لفحص وصلات اللحام المكشوفة، والمسارات المقطوعة، والفيوزات المحترقة، وموصلات التوصيل.

اختبار استمرارية وصلة اللحام

ضع أحد مجسات الفحص على طرف المكون، والمجس الآخر على المسار المتصل بتلك النقطة (وليس على النقطة نفسها). إذا كانت وصلة اللحام سليمة، فستسمع صوت تنبيه فوري. أما إذا كانت الوصلة مفتوحة، فلن تسمع أي صوت تنبيه حتى لو بدا طرف المكون وكأنه مثبت على النقطة. بالنسبة للمكونات ذات الثقوب، افحص طرف المكون من الأعلى والمسار المقابل من الأسفل - فالوصلة المفتوحة لن تُظهر أي اتصال بينهما حتى مع إدخال المكون فعليًا.

تتبع الآثار المتقطعة

إذا أظهرت اختبارات أحد الموصلات انقطاعًا بينما يفترض أن يكون متصلًا، فتتبع مسار التوصيل بدقة باستخدام المخطط. ابدأ من أحد طرفي المسار المشتبه به، وتحقق من استمرارية التيار حتى نقاط الاختبار الوسيطة وصولًا إلى الطرف الآخر. النقطة التي تنقطع عندها الاستمرارية تحدد مكان الانقطاع. قد تنقطع مسارات التوصيل أسفل اللوحة بشكل غير مرئي عند نقاط ثني اللوحة؛ إذا تأكد الانقطاع كهربائيًا ولكنه غير مرئي، فقم بثني اللوحة برفق مع تثبيت المجسات على جانبي الموقع المشتبه به - سيظهر انقطاع متقطع ويختفي مع ثني اللوحة.

التحقق من وجود دوائر قصر غير مقصودة

يكشف اختبار الاستمرارية أيضًا عن حالات القصر - وهي وصلات بين نقاط يجب عزلها. بالنسبة للأطراف المتجاورة على الدائرة المتكاملة، اضبط جهاز القياس المتعدد على وضع قياس المقاومة بدلًا من وضع قياس الاستمرارية (قد يصدر صوت تنبيه الاستمرارية للمسارات ذات المقاومة التي تبلغ بضع مئات من الأوم والتي لا تُعدّ حالات قصر حقيقية). بالنسبة لنقاط توصيل الطاقة والأرضي المتجاورة على الموصلات، فإن أي مقاومة تقل عن بضعة كيلو أوم تستدعي الفحص.

اختبار الموصلات والصمامات

تُعدّ الموصلات من نقاط الضعف الشائعة نتيجةً لتكرار التوصيل، أو التلوث، أو انحناء الأطراف. اختبر كل طرف من أطراف الموصل على لوحة الدائرة المطبوعة المقابلة له باستخدام وضع اختبار الاستمرارية. بالنسبة للصمامات، يُشير الصمام السليم إلى مقاومة قريبة من الصفر (صوت تنبيه الاستمرارية)؛ بينما يُشير الصمام التالف إلى انقطاع الدائرة. اختبر الصمامات وهي موصولة بالدائرة مع فصل مصدر الطاقة لتجنب تشويش القراءة بسبب المسارات المتوازية.

---

المرحلة الرابعة: اختبار المكونات (المقاومات، المكثفات، الثنائيات، الترانزستورات)

يُحدد اختبار المكونات على مستوى كل مكون أيًّا منها قد تعطل. يمكن اختبار معظم المكونات وهي موصولة بالدائرة الكهربائية بعد فصل الطاقة عنها، مع العلم أن المسارات المتوازية في الدائرة قد تؤثر على القراءات. عند الشك، يُنصح بفصل أحد طرفي المكون عن الدائرة قبل إجراء القياس.

المقاومات

اضبط جهاز القياس المتعدد على وضع قياس المقاومة. بعد فصل الطاقة عن اللوحة، قِس المقاومة عبر المقاوم. تُشير قراءة المقاوم السليم إلى قيمة ضمن نطاق ±5% من قيمته المحددة (للمكونات القياسية ذات التفاوت 5%) أو ±1% للمكونات الدقيقة. تُشير القراءة الأعلى بكثير من القيمة المحددة إلى وجود دائرة مفتوحة جزئيًا - أي زيادة المقاومة الداخلية، وهو أمر شائع في المقاومات السلكية عالية القدرة بعد التحميل الزائد. تُشير القراءة الصفرية إلى وجود دائرة قصر. أما القراءة اللانهائية (دائرة مفتوحة) فتُشير إلى عطل كامل في عنصر المقاومة، وعادةً ما يكون ذلك بسبب ارتفاع درجة الحرارة.

تنبيه: تتأثر قياسات المقاومة داخل الدائرة بوجود مسارات متوازية عبر مكونات أخرى. إذا بدت القراءة خاطئة، فتحقق من المخطط بحثًا عن مكونات متوازية قبل استنتاج أن المقاومة معيبة.

المكثفات

غالبًا ما يكون قياس السعة الكهربائية باستخدام جهاز قياس متعدد غير كافٍ لتشخيص أعطال المكثفات. يحدث عطل المكثفات بشكل أساسي نتيجة زيادة المقاومة التسلسلية المكافئة (ESR) وليس بسبب فقدان السعة. فعلى سبيل المثال، حتى المكثف الذي تبلغ مقاومته التسلسلية المكافئة عشرة أضعاف قيمته الطبيعية، سيظل قياس سعته قريبًا من قيمته المقدرة، ولكنه لن يتمكن من ترشيح التموجات بكفاءة، مما يُسبب أعراضًا تُشبه مشاكل مصدر الطاقة.

لاختبار مقاومة المكثف المكافئة (ESR): استخدم جهاز قياس ESR مخصصًا أو جهاز قياس LCR مزودًا بخاصية قياس ESR. فرّغ المكثف تمامًا قبل القياس. بالنسبة للمكثفات الإلكتروليتية ذات الثقوب، تُعتبر قيم ESR الأقل من 0.5 أوم مقبولة عادةً؛ بينما تشير القيم الأعلى من 1-2 أوم إلى تلف المكثف. للاختبار باستخدام جهاز قياس متعدد في حال عدم توفر جهاز قياس ESR: اشحن المكثف لفترة وجيزة من مصدر الطاقة، ثم انتقل إلى وضع قياس المقاومة وراقب القراءة - سيُظهر المكثف السليم قراءة عالية ولكنها محدودة تزداد ببطء مع تفريغ المكثف في جهاز القياس؛ بينما يُظهر المكثف المتصل بدائرة قصر قراءة قريبة من الصفر؛ أما المكثف المفتوح فيُظهر قراءة لا نهائية فورًا.

الثنائيات وثنائيات شوتكي

اضبط جهاز القياس المتعدد على وضع اختبار الثنائيات. ضع المجس الأحمر على المصعد والمجس الأسود على المهبط. يُشير الثنائي السيليكوني السليم إلى جهد أمامي يتراوح بين 0.5 و0.7 فولت. بينما يُشير ثنائي شوتكي إلى جهد يتراوح بين 0.2 و0.4 فولت. تُشير قراءة الصفر إلى وجود قصر (تلف الثنائي بسبب قصر الدائرة، وهو أمر شائع في حالة إجهاد الجهد العكسي). تُشير قراءة OL (حمل زائد) في كلا الوضعين إلى أن الثنائي مفتوح. عند اختبار الثنائيات داخل الدائرة، لاحظ أن المكونات المتوازية قد تؤثر على القراءة - فقد تُشير قراءة الجهد الأمامي الأقل بكثير من القيمة المتوقعة إلى وجود مسار متوازي ذي مقاومة منخفضة بدلاً من تلف الثنائي.

الترانزستورات (BJT)

يمكن اختبار الترانزستور ثنائي القطبية كثنائيين موصولين عكسيًا. بالنسبة لترانزستور NPN: يجب أن يُظهر المجس الأحمر الموصول بالقاعدة والمجس الأسود الموصول بالباعث جهدًا أماميًا يتراوح بين 0.6 و0.7 فولت تقريبًا؛ ويجب أن يُظهر المجس الأحمر الموصول بالقاعدة والمجس الأسود الموصول بالمجمع جهدًا أماميًا يتراوح بين 0.6 و0.7 فولت تقريبًا أيضًا. يجب أن تُظهر جميع التركيبات الأخرى دائرة مفتوحة (OL). تشير قراءة الصفر في أي تركيبة إلى وجود قصر بين هاتين النقطتين. بالنسبة لترانزستور PNP، اعكس قطبية المجس. قد يكون الترانزستور الذي يُختبر بشكل صحيح كوصلات فردية ولكنه يفشل في الدائرة الكهربائية يعاني من انخفاض في الكسب (hFE) بدلاً من فشل في الوصلة - استخدم مقبس اختبار hFE في جهاز قياس متعدد أو جهاز اختبار المكونات للتحقق من الكسب.

الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة

يُعد اختبار ترانزستورات MOSFET في الدائرة أكثر صعوبةً نظرًا لقدرة مكثف البوابة-المصرف على الاحتفاظ بشحنة تؤثر على القياس. بعد فصل الطاقة، قم بتوصيل البوابة بالمصدر لتفريغ أي شحنة مخزنة. ثم قِس مقاومة المصرف-المصدر: يجب أن تكون عالية جدًا (ميغا أوم) لترانزستور MOSFET من النوع N ذي جهد بوابة-مصرف (VGS) يساوي صفرًا. طبّق جهدًا صغيرًا (عادةً 5 فولت) بين البوابة والمصدر من مصدر طاقة خارجي، ثم أعد فحص مقاومة المصرف-المصدر - يجب أن تنخفض بشكل ملحوظ. ترانزستور MOSFET الذي يُظهر مقاومة منخفضة بين المصرف والمصدر مع توصيل البوابة بالمصدر يكون معيبًا بسبب قصر الدائرة. أما ترانزستور MOSFET الذي لا يعمل عند تطبيق جهد بوابة-مصرف (VGS) فيكون لديه بوابة مفتوحة أو جهد عتبة منخفض.

---

المرحلة الخامسة: اختبار سلامة الإشارة باستخدام راسم الإشارة

يُعدّ جهاز راسم الإشارة (الأوسيلوسكوب) ضروريًا لأي اختبار للوحات الدوائر الإلكترونية التي تتضمن إشارات متغيرة زمنيًا، مثل إشارات الساعة، وناقلات البيانات الرقمية، ومخرجات تعديل عرض النبضة (PWM)، وإشارات المستشعرات التناظرية، وأشكال موجات تبديل مصدر الطاقة. ولا يمكن لقراءات الجهد المستمر أو المتردد لجهاز القياس المتعدد (المُلْتِيتر) الكشف عن شكل الإشارة، أو توقيتها، أو مستوى التشويش فيها، أو محتوى البروتوكول.

تموجات وضوضاء مصدر الطاقة

قم بتوصيل مسبار راسم الإشارة بمصدر طاقة مزود بخاصية اقتران التيار المتردد. اضبط المقياس الرأسي على 50-100 ملي فولت/قسم. اضبط قاعدة الزمن لالتقاط عدة دورات تبديل لمصدر الطاقة (لتردد تبديل 100 كيلو هرتز، اضبطها تقريبًا على 2-5 ميكرو ثانية/قسم). يجب أن يُظهر خرج مصدر الطاقة الجيد تموجًا أقل من 1% من الجهد الاسمي للدوائر الرقمية؛ وأقل من 0.1% للدوائر التناظرية الدقيقة. يشير التموج المفرط الذي يزداد مع تيار الحمل العالي إلى تلف مكثف الخرج. قد تشير ارتفاعات الضوضاء عالية التردد التي لا ترتبط بتردد التبديل إلى ضعف في فصل الإشارات أو مشكلة في التصميم.

التحقق من إشارة الساعة

تُنتج مذبذبات الكريستال ودوائر الساعة المتكاملة إشارة التوقيت المرجعية لجميع الدوائر الرقمية المتزامنة. اضبط راسم الإشارة على وضع التشغيل عند إشارة الساعة. يجب أن تُظهر إشارة الساعة السليمة موجة مربعة نقية (أو موجة جيبية لمخرج مذبذب الكريستال قبل المُخزن المؤقت) بأزمنة صعود وهبوط مناسبة لتردد الإشارة. في حال غياب إشارة الساعة: قد يكون الكريستال معطلاً، أو أن دائرة المذبذب بها عطل في أحد المكونات، أو أن سعة الحمل خارج النطاق المحدد. أما في حال تشوه إشارة الساعة: فقد يشير ذلك إلى سعة حمل غير صحيحة، أو عطل في الكريستال، أو زيادة في الحمل من الدوائر المُشغّلة. تحقق من تردد الساعة بمقارنته برقم قطعة الكريستال أو المذبذب الموجود على المكون.

اختبار ناقل الاتصالات الرقمية

بالنسبة لبروتوكولات SPI وI2C وUART وCAN وما شابهها، يتحقق راسم الإشارة من وجود الإشارات ومستويات الجهد الصحيحة. استخدم وظيفة فك تشفير البروتوكول إن توفرت: حيث تعرض هذه الوظيفة البيانات المفككة بجانب شكل الموجة، مما يتيح لك معرفة ليس فقط وجود الإشارات، بل أيضًا ما إذا كانت البيانات الصحيحة تُرسل. أهم الفحوصات لكل نوع من أنواع الناقلات:

SPI: تحقق من انخفاض مستوى إشارة اختيار الشريحة أثناء عمليات النقل، ووجود إشارة الساعة بترددها الصحيح، وتبديل إشارتي MOSI وMISO أثناء نقل البيانات. I2C: تحقق من شرط بدء النقل (انخفاض إشارة SDA بينما تكون إشارة SCL عالية)، وصحة بايت العنوان، وبتات التأكيد (ACK). UART: تحقق من معدل الباود (عدد البتات في الثانية)، وإطار البيانات 8N1 أو أي إطار آخر، وصحة حالة الخمول العالية. CAN: تحقق من الإشارات التفاضلية على CANH/CANL، وحالات الهيمنة/التنحي، وبنية الإطار.

اختبار الإشارة التناظرية

بالنسبة لمدخلات المستشعرات ومراحل المعالجة التناظرية، يتحقق راسم الإشارة من سعة الإشارة وترددها، ومن خلوها من التشويش الذي قد يُفسد عملية التحويل من تناظري إلى رقمي. تشمل القياسات الرئيسية ما يلي: التحقق من أن الإشارة تغطي النطاق المتوقع دون تشويه؛ والتحقق من مستوى التشويش (التغير العشوائي في الإشارة عندما يكون من المفترض أن تكون الإشارة المدخلة ثابتة)؛ وتحديد أي تداخل دوري عند تردد تبديل مصدر الطاقة الذي يؤثر على المسار التناظري.

---

المرحلة السادسة: الاختبار الوظيفي والتحقق من المخرجات

يؤكد الاختبار الوظيفي أن اللوحة تؤدي وظيفتها المقصودة على النحو الصحيح، ليس فقط أن مكوناتها الفردية تعمل ضمن المواصفات، بل أن النظام المتكامل ينتج مخرجات صحيحة لمدخلات معروفة. هذه هي المرحلة الأخيرة من الاختبار، وهي المرحلة الوحيدة التي تكشف عن أعطال على مستوى النظام لا يكشف عنها اختبار المكونات.

تحديد مواصفات الاختبار

قبل البدء باختبار الوظائف، يجب معرفة وظيفة اللوحة: ما هي المدخلات التي تقبلها، وما هي المخرجات التي تنتجها، وكيف يبدو الناتج الصحيح لكل حالة إدخال، وما هي متطلبات التوقيت. بالنسبة للوحات المزودة بمخطط، تُستقى هذه المعلومات من الوصف الوظيفي. أما بالنسبة للوحات غير الموثقة، فمن الضروري إجراء هندسة عكسية للوظيفة من المخطط وبيانات المكونات قبل إمكانية إجراء اختبار وظيفي ذي جدوى.

قياس التحفيز المدخل والإخراج

طبّق كل حالة إدخال مصممة اللوحة للتعامل معها، وتحقق من المخرج المقابل. بالنسبة للوحات التحكم الرقمية: طبّق إشارات الإدخال المحددة، وتحقق من تبديل المخارج بشكل صحيح وفي غضون التوقيت المحدد. بالنسبة للوحات المعالجة التناظرية: طبّق إشارة إدخال معايرة من مولد وظائف، وقم بقياس المخرج باستخدام راسم الإشارة للتحقق من الكسب، واستجابة التردد، وأداء الضوضاء. بالنسبة للوحات إمداد الطاقة: طبّق جهد الإدخال والحمل المقننين، ثم تحقق من تنظيم جهد الخرج على نطاق الحمل الكامل من حالة عدم وجود حمل إلى أقصى تيار مقنن.

اختبار حالة الحدود

اختبر اللوحة على حدود نطاق التشغيل المحدد، وليس فقط في الظروف الاسمية. قد تتعطل اللوحة التي تعمل بشكل صحيح عند درجة حرارة الغرفة 25 درجة مئوية عند درجة حرارة تشغيل 70 درجة مئوية أو عند الحد الأدنى لنطاق جهد التغذية. يُعد اختبار الحدود بالغ الأهمية للوحات التي تعود من الخدمة الميدانية بشكاوى متقطعة لا تتكرر عند درجة حرارة الغرفة.

اختبار وظيفي آلي (سرير المسامير)

في اختبارات الإنتاج بكميات كبيرة، يُستبدل الفحص اليدوي بجهاز اختبار مُصمم خصيصًا، مزود بدبابيس زنبركية تلامس نقاط الاختبار على سطح اللوحة في آنٍ واحد. يقوم برنامج الاختبار بتطبيق المحفزات وفحص الاستجابات تلقائيًا، مُؤكدًا كل نقطة اختبار في المواصفات خلال ثوانٍ. هذا الأسلوب هو ما تستخدمه مصانع تجميع لوحات الدوائر المطبوعة الاحترافية لاختبارات الإنتاج؛ فهو يوفر تغطية شاملة وسجلًا موثقًا للنجاح أو الفشل لكل لوحة في عملية الإنتاج.

---

أكثر أعطال لوحات الدوائر المطبوعة شيوعًا وكيفية تحديدها

يساعدك فهم أكثر أنماط أعطال لوحات الدوائر شيوعًا على تحديد أولويات الاختبارات التي يجب إجراؤها أولًا. تنتج أنماط الأعطال المختلفة أعراضًا مختلفة، ويؤدي توجيه الاختبارات بناءً على الأعراض الملاحظة إلى توفير وقت تشخيصي كبير.

---

كيفية اختبار لوحات الدوائر المطبوعة الاحترافية

إن فهم كيفية اختبار مصانع تجميع لوحات الدوائر المطبوعة الاحترافية للوحات يوفر سياقًا لمعايير الاختبار التي يجب أن تستوفيها الإلكترونيات الإنتاجية - ويشرح وثائق الاختبار التي يجب عليك طلبها عند الحصول على لوحات الدوائر المطبوعة تجاريًا.

الفحص البصري الآلي (AOI)

تلتقط أنظمة الفحص البصري الآلي (AOI) صورًا عالية الدقة للوحات المجمعة وتقارنها بصورة مرجعية مُولّدة من بيانات التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD). يُشير النظام إلى الاختلافات، مثل المكونات الموضوعة في غير موضعها، أو المكونات الخاطئة، أو المكونات المفقودة، أو وصلات اللحام غير المكتملة، أو الأطراف المرتفعة، أو اللحام غير الكافي. تفحص أنظمة الفحص البصري الآلي الحديثة موضع المكونات ثنائي الأبعاد وهندسة وصلات اللحام ثلاثية الأبعاد باستخدام الضوء المُهيكل أو قياس ارتفاع الليزر. يُجرى الفحص البصري الآلي مباشرةً بعد إعادة تدفق اللحام، ويكشف عيوب الموضع واللحام في مرحلة يكون فيها الإصلاح بسيطًا وغير مكلف.

اختبار الدائرة (ICT)

تستخدم تقنية اختبار الدوائر المتكاملة (ICT) جهازًا خاصًا لفحص جميع نقاط التوصيل المتاحة على اللوحة بشكل متزامن. يتحقق برنامج الاختبار من وجود كل مكون في موقعه الصحيح وضمن نطاق التفاوت المسموح به. تستطيع تقنية ICT قياس المقاومة والسعة والحث وجهد وصلة الثنائي وكسب الترانزستور لكل مكون على حدة أثناء توصيله بالدائرة. كما تكشف عن حالات إغفال المكونات، والقيم الخاطئة، وانعكاس الأقطاب، وبعض عيوب اللحام، ولكنها تتطلب تجهيزات وبرامج اختبار مخصصة تُصمم خصيصًا لكل تصميم لوحة.

اختبار المسبار الطائر

تستخدم أجهزة اختبار المجسات الطائرة مجسات يتم التحكم بها آليًا تتحرك على سطح اللوحة، وتُجري اتصالًا كهربائيًا مع كل نقطة اختبار بالتتابع. لا تتطلب هذه الأجهزة تجهيزات خاصة، إذ تتم برمجة مسار المجس من قائمة توصيلات اللوحة. يُعد اختبار المجسات الطائرة المعيار الأمثل للنماذج الأولية والإنتاج بكميات منخفضة إلى متوسطة حيث لا يُمكن تبرير تكلفة التجهيزات. يتحقق هذا الاختبار من استمرارية الدائرة وقصرها عبر قائمة توصيلات اللوحة، على الرغم من أنه أبطأ من اختبار الدوائر المتكاملة.

فحص الأشعة السينية

يُعدّ فحص الأشعة السينية ضروريًا لحزم BGA (مصفوفة الكرات الشبكية) والمكونات الأخرى التي تكون فيها وصلات اللحام مخفية أسفل جسم المكون ولا يمكن الوصول إليها بأي مسبار سطحي. يكشف التصوير بالأشعة السينية عن حجم وشكل وموضع كرات اللحام، ويحدد الفراغات في اللحام، ويكشف عن الجسور بين الكرات المتجاورة. يوفر التصوير ثلاثي الأبعاد بالأشعة السينية (التصوير المقطعي المحوسب) صورًا مقطعية عبر اللوحة، مما يسمح بفحص الثقوب المدفونة ووصلات الطبقات الداخلية.

اختبار وظيفي

بعد اختبارات مستوى التجميع، تخضع اللوحات لاختبارات الدوائر الوظيفية التي تتحقق من التشغيل الكامل. يتم تزويد اللوحة بالطاقة من مصدر الإنتاج، ويقوم برنامج الاختبار باختبار جميع وظائف الإدخال/الإخراج، وواجهات الاتصال، وأنماط التشغيل المحددة في مواصفات المنتج. يكشف الاختبار الوظيفي عن أعطال على مستوى النظام لا تكتشفها اختبارات مستوى المكونات، مثل أخطاء البرامج الثابتة، وأعطال هوامش التوقيت، ومشكلات التكامل بين الأنظمة الفرعية. في شركة هايليب للإلكترونيات، نقدم الاختبار الوظيفي كجزء من خدمة تجميع لوحات الدوائر المطبوعة المتكاملة (PCBA) ، باستخدام مواصفات الاختبار والبرامج الثابتة التي يقدمها العميل.

---

الأسئلة الشائعة

كيف تختبر لوحة الدوائر باستخدام جهاز قياس متعدد؟

يتم اختبار لوحة الدوائر باستخدام جهاز قياس متعدد الوظائف وفق التسلسل التالي: (1) مع فصل التيار الكهربائي عن اللوحة، يتم فحص المقاومة بين كل خط طاقة والأرضي - تشير القيم الأقل من 100 أوم إلى وجود تماس كهربائي. (2) يتم توصيل التيار الكهربائي وقياس جهد التيار المستمر عند كل خط طاقة - تتم المقارنة مع مواصفات التصميم (عادةً 3.3 فولت، أو 5 فولت، أو 12 فولت ±5%). (3) يتم استخدام وضع الاستمرارية للتحقق من وجود مسارات مقطوعة مشتبه بها أو وصلات لحام تالفة - يشير صوت التنبيه إلى أن الاتصال سليم. (4) في وضع الثنائيات، يتم اختبار الثنائيات الفردية ووصلات الترانزستور. (5) في وضع المقاومة مع فصل التيار الكهربائي، تتم مقارنة كل مقاومة على حدة مع قيمها المحددة. يقوم جهاز القياس المتعدد الوظائف بالمراحل من 1 إلى 4 من اختبار لوحة الدوائر الكاملة؛ ويلزم استخدام راسم الإشارة (الأوسيلوسكوب) لاختبار سلامة الإشارة.

ما هي الخطوة الأولى في اختبار لوحة الدوائر؟

الخطوة الأولى دائمًا هي الفحص البصري - قبل توصيل أي جهاز أو تشغيل الطاقة. افحص اللوحة تحت إضاءة جيدة وباستخدام عدسة مكبرة بحثًا عن: مناطق محترقة أو متغيرة اللون، مكثفات منتفخة أو متسربة، وصلات لحام غير مكتملة بين الأطراف المتجاورة، وصلات لحام باردة أو باهتة، نقاط توصيل المكونات المرتفعة، ومسارات أو مكونات متشققة. لا يتطلب الفحص البصري أي أجهزة، ويكشف عن نسبة كبيرة من الأعطال دون المخاطرة بتشغيل لوحة بها دارة قصر.

كيف تختبر لوحة الدوائر الكهربائية بحثًا عن أي تماس كهربائي؟

لاختبار وجود قصر كهربائي: اضبط جهاز القياس المتعدد على وضع المقاومة أو الاستمرارية مع فصل الطاقة عن اللوحة تمامًا. قِس المقاومة بين كل خط طاقة والأرضي. تشير قراءة أقل من 100 أوم إلى احتمال وجود قصر كهربائي. لتحديد موقع المكون المتسبب بالقصر، شغّل اللوحة من مصدر طاقة محدود التيار مضبوط على بضع مئات من الميلي أمبير - سيسخن المكون المتسبب بالقصر قليلًا نتيجة تيار العطل؛ استخدم كاميرا حرارية أو المس برفق لتحديد المكون الذي يسخن. بدلاً من ذلك، افصل أجزاء من اللوحة بشكل منهجي (عن طريق إزالة الدوائر المتكاملة أو الموصلات أو قطع/رفع المسارات) حتى يختفي القصر، مع تحديد الجزء الفرعي الذي يحتوي على العطل.

كيف تبدو لوحة الدوائر التالفة؟

تشمل العلامات المرئية لتلف لوحة الدوائر ما يلي: علامات احتراق بنية أو سوداء على سطح اللوحة بالقرب من المكونات، وخاصةً بالقرب من مكونات الطاقة؛ مكثفات ذات قمم مقببة أو منتفخة بدلاً من القمم المسطحة؛ ترسبات بلورية بيضاء أو بنية على السطح (علامة على تسرب الإلكتروليت)؛ تآكل أخضر على مسارات النحاس أو نقاط التوصيل (تسرب الرطوبة)؛ تشققات في أجسام المكونات يمكن رؤيتها تحت التكبير؛ وصلات لحام باهتة وخشنة بدلاً من الوصلات اللامعة والناعمة؛ فجوات بين أطراف المكونات ونقاط التوصيل تشير إلى رفع نقاط التوصيل أو عدم كفاية اللحام. ليست كل الأعطال مرئية - فقد تبدو اللوحة سليمة تمامًا ومع ذلك تحتوي على دائرة متكاملة تالفة، أو مسار داخلي تالف على لوحة متعددة الطبقات، أو خلل توقيت دقيق.

هل يمكنك اختبار لوحة الدوائر المطبوعة دون تشغيلها؟

نعم، وبالنسبة للوحات غير المعروفة أو المشتبه بها، يُنصح بإجراء اختبار قبل تشغيلها. عند فصل الطاقة عن اللوحة، يمكنك إجراء ما يلي: فحص بصري، وقياسات المقاومة بين خطوط الطاقة والأرضي (للكشف عن حالات قصر الدائرة)، واختبار استمرارية المسارات والوصلات، وقياسات على مستوى المكونات (قيم المقاومات، وجهد الانحياز الأمامي للدايود، وسلوك شحن/تفريغ المكثف). تكشف هذه الاختبارات عن أعطال قد تُسبب تلفًا فوريًا عند التشغيل، مثل قصر دائرة خطوط الطاقة، واحتراق الصمامات، وانقطاع الوصلات مع مكونات بدء التشغيل الأساسية. لا يُنصح بتوصيل الطاقة إلا بعد اجتياز هذه الاختبارات، ويفضل أن يكون ذلك عبر مصدر طاقة محدود التيار.

كيف تختبر استمرارية لوحة الدوائر المطبوعة؟

اضبط جهاز القياس المتعدد على وضع قياس الاستمرارية (يُشار إليه عادةً برمز ثنائي أو أيقونة مكبر صوت). المس أحد طرفي المجس بأحد طرفي الوصلة المراد اختبارها، والطرف الآخر بالطرف الآخر. يشير صوت تنبيه إلى وجود استمرارية - أي أن مقاومة الوصلة أقل من عتبة الجهاز، والتي تتراوح عادةً بين 30 و100 أوم. عدم سماع صوت تنبيه يدل على وجود دائرة مفتوحة. لاختبار استمرارية وصلات اللحام تحديدًا: المس طرف المكون من جهة الوصلة، والمسار من الجهة الأخرى. لاختبار المسارات: المس طرفي المسار. إذا كنت تتوقع قيمة مقاومة محددة (للمقاوم، على سبيل المثال)، فاستخدم وضع قياس المقاومة بدلًا من وضع قياس الاستمرارية للحصول على قياس أكثر دقة.

ما الفرق بين اختبار تكنولوجيا المعلومات والاتصالات والاختبار الوظيفي للوحات الدوائر المطبوعة؟

يستخدم اختبار الدائرة المتكاملة (ICT) جهازًا خاصًا لقياس قيم المكونات الفردية والتحقق من توصيلات قائمة الشبكة أثناء فصل الطاقة عن اللوحة أو تشغيلها جزئيًا. يكشف هذا الاختبار عن المكونات الخاطئة أو المفقودة، وعيوب اللحام، والوصلات المفتوحة/القصيرة. أما الاختبار الوظيفي، فيُطبّق الطاقة والمؤثرات على اللوحة ويتحقق من عملها من البداية إلى النهاية، مؤكدًا أن اللوحة تؤدي وظيفتها المصممة لها، وليس فقط وجود جميع المكونات. يكشف اختبار الدائرة المتكاملة عن عيوب التصنيع، بينما يكشف الاختبار الوظيفي عن أخطاء التصميم، ومشاكل البرامج الثابتة، وأعطال التكامل التي لا يمكن لفحص المكونات الفردية اكتشافها. وكلاهما مطلوب عادةً لتجميع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) بجودة الإنتاج.