Piirilevyn testaaminen: PCB- ja PCBA-menetelmät

Toimimattomaksi jääneessä piirilevyssä voi olla rikkinäinen komponentti, viallinen juotosliitos, katkennut johdin, oikosulku virtakiskoon tai digitaalisen alijärjestelmän logiikkavirhe. Piirilevyn oikea testaus tarkoittaa, että tiedetään, mitä laitetta käytetään kussakin vaiheessa, mitä arvoja etsitään ja mitä nämä arvot kertovat siitä, mikä levyn osa on vioittunut. Tämä opas käy läpi piirilevytestauksen jokaisen vaiheen – ensimmäisestä visuaalisesta tarkastuksesta toiminnallisen lähtötehon varmentamiseen – erityisine menettelyineen, odotettuine lukemineen ja päätöksentekopisteineen kussakin vaiheessa.

Tarvitsetko piirilevyn rakentamista ja testausta? Pyydä tarjous →

Tämä sivu on yleinen testauskeskus. Pienten volyymien tai kiinnittimettömien tarkastusten yhteydessä käytä lentävää testausta ; koottujen piirilevyjen osalta yhdistä testisuunnitelma piirilevyjen toiminnalliseen testaukseen ; paljaan piirilevyn jatkuvuuden ja eristyksen testaukseen käytä piirilevyjen sähköistä testausta.

---

Piirilevyjen testaukseen tarvittavat työkalut

Piirilevyjen testauksen eri vaiheet vaativat erilaisia ​​​​laitteita. Oikean työkalun käyttö kussakin vaiheessa ei ole mieltymyskysymys – jokainen laite mittaa eri asiaa, eikä mikään yksittäinen työkalu kata kaikkia vikaantumistyyppejä.

Digitaalinen yleismittari (DMM)

Olennainen aloituslaite piirilevyjen testaukseen. Hyvä digitaalinen yleismittari mittaa tasa- ja vaihtojännitteen, tasa- ja vaihtovirran, resistanssin, jatkuvuuden (äänimerkillä), diodin etujännitteen ja usein kapasitanssin ja taajuuden. Piirilevyjen testauksessa vaadittavat vähimmäisvaatimukset ovat: tasajännitteen tarkkuus vähintään 0.5 %; jatkuvuustila, joka piippaa alle 200 ms:n viiveellä (hitaasti reagoivat yleismittarit eivät havaitse ajoittaisia ​​vikoja); ja virtatulo, joka on suojattu vähintään 200 mA:iin asti ja jossa on erillinen sulaketulo ampeerialueen mittauksia varten. True RMS -mittauksella on merkitystä mitattaessa vaihtosignaaleja kytkentävirtalähteistä, joiden aaltomuoto ei ole sinimuotoinen.

oskilloskoopin

Oskilloskooppi näyttää jännitteen ajan funktiona, joten se on oikea työkalu mihin tahansa testiin, jossa aaltomuodon muodolla, ajoituksella tai taajuudella on merkitystä. Piirilevyjen testauksessa kaksikanavainen digitaalinen oskilloskooppi, jonka kaistanleveys on vähintään 100 MHz, kattaa suurimman osan sulautettujen elektroniikkalaitteiden ja virtalähdetestauksesta. Kaistanleveyden on oltava vähintään 5 kertaa korkein taajuussignaali, jonka odotat tallentavan tarkasti. Digitaalisille tietoliikenneväylille (SPI, I2C, UART, CAN) nelikanavainen oskilloskooppi, jossa on protokolladekoodaus, on huomattavasti hyödyllisempi kuin kaksikanavainen malli. 20 MHz:n oskilloskooppi riittää vain virtalähteen ripple- ja matalataajuisten signaalien mittaamiseen – se ei näytä oikein soittoääniä ja ylitystä nopeilla digitaalisilla reunoilla.

LCR-mittari tai komponenttitesteri

Erillinen LCR-mittari (induktanssi-kapasitanssi-resistanssi) mittaa komponenttien arvoja tarkemmin kuin yleismittari, erityisesti kondensaattoreilla, joissa ESR (ekvivalentti sarjaresistanssi) on usein diagnostisesti hyödyllisempi kuin kapasitanssiarvo. Korkea ESR on yleisin vikaantumistapa elektrolyyttikondensaattoreissa, eikä sitä havaita pelkällä kapasitanssimittauksella.

DC-virtalähde virranrajoituksella

Kun testaat korjattua tai epäilyttävää piirilevyä ensimmäistä kertaa, sen virransyöttö virtarajoitetusta pöytävirtalähteestä tuotantovirtalähteen sijaan mahdollistaa virtarajan asettamisen hieman odotettua lepovirtaa korkeammalle. Jos oikosulku on läsnä, syöttö rajoittaa ja näyttää vikavirran sen sijaan, että oikosulku antaisi komponenttien ylikuumentua.

Tarkastusmikroskooppi tai digitaalinen mikroskooppi

Hienojakoisten SMD-juotosliitosten, 0402- ja sitä pienempien passiivikomponenttien sekä BGA-juotospallojen tarkastus vaatii suurennusta, jota kädessä pidettävä luuppi ei pysty tarjoamaan luotettavasti. Digitaalinen mikroskooppi, jossa on näyttönäyttö, mahdollistaa tarkastuksen pitäen molemmat kädet vapaina.

Täydentävät välineet

Logiikka-analysaattori: tallentaa ja dekoodaa digitaalisia signaaleja useilla kanavilla samanaikaisesti – paljon hyödyllisempi kuin oskilloskooppi SPI-, I2C-, UART-, USB- tai CAN-tiedonsiirron virheenkorjaukseen, jossa on luettava varsinainen datasisältö. Funktiogeneraattori: kohdistaa testisignaaleja tiettyihin solmuihin, jolloin voit karakterisoida suodattimen vasteen, vahvistimen vahvistuksen tai signaalireitin eheyden. Lämpökamera tai lämpökuvauspuhelimen lisälaite: tunnistaa ylikuumenevat komponentit, jotka eivät ole vielä näkyvästi vaurioituneet.

---

Vaihe 1: Silmämääräinen tarkastus – Mitä etsiä ja missä

Visuaalinen tarkastus on nopein ja halvin testausvaihe, ja se paljastaa yllättävän osan piirilevyjen vioista – alan tietojen mukaan 30–40 prosentilla piirilevyjen vioista on näkyvä syy. Tekniikka ei vaadi instrumentteja, vain hyvän valaistuksen, suurennuksen ja systemaattisen lähestymistavan.

Palaneet tai palaneet alueet

Piirilevyn pinnan ruskea tai musta värjäytyminen komponentin ympärillä osoittaa, että komponentti on haihduttanut lämpöä enemmän kuin sille on suunniteltu. Tämä tarkoittaa yleensä joko ylikuormitettua vastusta, oikosulkua tehotransistorissa tai MOSFETissä tai vikaantunutta jännitteensäädintä. Kirjaa tarkka sijainti muistiin ja tarkista kytkentäkaaviosta, mitä toimintoa komponentti suorittaa ja mikä on voinut aiheuttaa ylikuormitustilan. Älä oleta, että palanut komponentti on perimmäinen syy – se on saattanut vikaantua, koska toinen komponentti on ensin vikaantunut ja työntänyt sen läpi liikaa virtaa.

Turvonneet tai vuotavat kondensaattorit

Elektrolyyttikondensaattorit rikkoutuvat sisäisten kaasujen kertymisen seurauksena, mikä aiheuttaa kondensaattorin yläosan kupertumisen tai pullistumisen. Vakavissa tapauksissa yläosan tuuletustiiviste repeää ja elektrolyyttiä vuotaa piirilevyn pinnalle. Turvonnut kondensaattori on lopullisesti viallinen ja se on vaihdettava. Tarkista myös lähellä olevat kondensaattorit – kondensaattorin vikaantuminen yhdessä virtalähteen osassa viittaa usein systeemiseen ongelmaan (ylijännite, liiallinen aaltoilu tai väärä kondensaattorin jänniteluokitus), joka vaikuttaa kaikkiin kyseisen osan kondensaattoreihin.

Juotossillat

Juotossilta on pieni juotospala, joka yhdistää kaksi vierekkäistä liitäntäpistettä tai johdinta, joiden ei pitäisi olla sähköisesti kytkettyjä. Hienojakoisten integroitujen piirien (0.5 mm:n jakovälillä varustetut QFP- tai QFN-piirit) sillat ovat liian pieniä nähdäkseen ilman suurennusta. Juotossillat aiheuttavat oikosulkuja nastojen välille – aiheutuvat oireet riippuvat täysin siitä, mitkä nastat on sillattu: vierekkäisten signaalinastojen välinen silta voi aiheuttaa ajoittaisia ​​toimintahäiriöitä; virta- ja maadoitusnastan välinen silta polttaa virtalähteen sulakkeen tai tuhoaa integroidun piirin välittömästi.

Kylmä juotosliitokset

Kylmäjuotosliitos muodostuu, kun juote jähmettyy ennen kuin se kastelee kokonaan sekä komponentin johtimen että juotosalustan. Kylmät liitokset näyttävät tylsiltä ja rakeisilta pikemminkin kuin sileiltä ja kiiltäviltä; niillä on usein kovera tai halkeileva ulkonäkö pikemminkin kuin hyvän liitoksen sileä meniski. Kylmillä liitoksilla on korkea resistanssi, joka voi olla ajoittaista – liitos läpäisee jatkuvuustestin kylmänä, mutta avautuu lämmetessään komponentin itsensä lämpenemisen vaikutuksesta käytön aikana. Suurennuslasin alla etsi tyypillistä rakeista rakennetta ja epäsäännöllistä muotoa.

Irronneet tyynyt ja katkenneet jäljet

Fyysinen vaurio, joka voi aiheutua väärinkäsittelystä, uudelleenkäsittelystä tai lämpörasituksesta, voi irrottaa liitoskohdan piirilevyn alustasta ja katkaista yhteyden alla olevaan johtimeen. Irronneet liitoskohdat näyttävät hieman koholla olevilta tai erillään levyn pinnasta olevilta liitoskohdilta, ja usein johdin on edelleen kiinni liitoskohdassa eikä levyssä. Rikkoutuneet johtimet ovat harvinaisempia, mutta niitä esiintyy rasituskohdissa lähellä levyn reunoja, lähellä suuria, raskaita komponentteja, jotka luovat vipuvoimaa, tai alueilla, jotka altistuvat toistuvalle taivutukselle. Tarkista johtimien jatkuvuus silmämääräisesti suurennuslasilla ennen sähköisten mittausten tekemistä.

Säröillä olevat komponentit

Keraamiset kondensaattorit ja vastukset voivat haljeta lämpöshokin, mekaanisen rasituksen tai väärän käsittelyn seurauksena. Säröillä oleva keraaminen kondensaattori voi näyttää visuaalisesti identtiseltä vahingoittumattoman kondensaattorin kanssa, mutta joskus halkeamalinja näkyy suurennoksessa. Vikatapa on avoin virtapiiri tai ajoittainen avoin virtapiiri. Tarkista komponenttien rungot piirilevyn taipumiskohdista ja läheltä kaikkia alueita, joissa on merkkejä mekaanisesta rasituksesta.

---

Vaihe 2: Virtakiskon testaus yleismittarilla

Virtakiskon varmennus varmistaa, että piirilevy vastaanottaa oikean tulojännitteen ja jakaa oikeat säädetyt jännitteet piirin jokaiseen osaan. Virtakiskon viat muodostavat suuren osan piirilevyjen kaikista vioista, koska ne vaikuttavat kaikkiin viallisen kiskon syöttämiin komponentteihin.

Menettelytapa: tasavirtasyöttökiskojen mittaaminen

Aseta yleismittari tasajännitetilaan ja aseta mittausalue odotetun jännitteen yläpuolelle. Aseta musta anturi tunnetusti toimivaan maadoituspisteeseen – liittimen maadoitusnastaan, elektrolyyttikondensaattorin negatiiviseen napaan tai paljaaseen kupariseen maadoitusjohtoon, jos se on saatavilla. Aseta punainen anturi jokaiseen tehomittauspisteeseen järjestyksessä.

Odotetut lukemat: mitatun jännitteen tulisi olla ±5 %:n sisällä nimellisjännitteestä useimmilla digitaalilogiikkalähteillä (3.3 V, 5 V, 12 V). Tarkkuusanalogipiirit saattavat vaatia ±1–2 %:n säätöä. 0 V:n lukema aktiivisella kiskolla tarkoittaa, että joko virtalähde ei syötä jännitettä, kiskon lineaarisäädin tai DC-DC-muunnin on vikaantunut tai kiskossa on oikosulku, joka vetää sen maahan. Merkittävästi nimellisarvoa pienempi lukema (esimerkiksi 3.1 V 5 V:n kiskolla) viittaa korkearesistanssiseen vikaan, ylikuormitettuun säätimeen tai säätimen siirtymiseen virranrajoitustilaan liiallisen kuormituksen vuoksi.

Syöttöoikosulkujen tarkistaminen ennen virran kytkemistä

Ennen kuin kytket virran tuntemattomaan tai epäilyttävään piirilevyyn, mittaa resistanssi jokaisen syöttökiskon ja maan välillä piirilevyn ollessa jännitteetön. Useimmilla piirilevyillä virran ja maan välinen resistanssi on äärellinen (tyypillisesti 10 kΩ - useita MΩ) alasvetokiskojen ja integroitujen piirien tuloimpedanssin vuoksi. Alle noin 100 Ω:n lukema virransyöttökiskon ja maan välillä osoittaa oikosulun, joka on tutkittava ennen virran kytkemistä. Poikkeukset: suuren bulkkikapasitanssin omaavien piirilevyjen lukema on aluksi lähellä nollaa ja sitten se nousee, kun kondensaattori latautuu yleismittarin testivirrasta – tämä on normaalia.

Jännitteensäätimen testaus

Lineaarisilla jännitesäätimillä (LDO-säätimillä) on kolme liitintä: tulo, lähtö ja maadoitus/säätö. Kun laitteeseen on kytketty virta, mittaa tulojännite (sen tulisi olla säätimen pudotusjännitteen yläpuolella) ja sitten lähtöjännite (sen tulisi vastata säätimen nimellistehoa). Säädin, joka näyttää oikeaa tulojännitettä, mutta väärää lähtöjännitettä, on viallinen tai väärin kytketty. Säädin, joka näyttää oikeaa lähtöjännitettä ilman kuormaa, mutta väärää lähtöjännitettä kuormitettuna, on joko alimitoitettu virrankulutukseen nähden tai sammuu lämpösäteilyn vuoksi.

Aaltoilumittaus

Hakkurivirtalähteet ja DC-DC-muuntimet tuottavat lähtöjännitteen ripple-ilmiötä – pientä vaihtojännitteen vaihtelua, joka heijastuu tasajännitteen päälle. Liiallinen ripple-ilmiö osoittaa viallista lähtökondensaattoria, spesifikaatioiden vastaista induktoria tai takaisinkytkentäsilmukan ongelmaa. Ripple-ilmiön mittaamiseksi aseta yleismittari vaihtojännitetilaan syötön ollessa käynnissä; ripple-ilmiön tulisi tyypillisesti olla alle 1 % nimellisestä lähtöjännitteestä. Tarkemman ripple-ilmiön mittaamiseksi käytä oskilloskooppia, joka on asetettu vaihtojännitekytkentään ja jonka aika-akseli on asetettu useiden kytkentäjaksojen tallentamiseksi.

---

Vaihe 3: Jatkuvuustestaus — Avointen virtapiirien ja viallisten liitosten jäljitys

Jatkuvuustestaus varmistaa, että kahden yhdistettävän pisteen välillä on johtava yhteys. Yleismittarin jatkuvuustila kulkee pienen testivirran piirin läpi ja antaa piippauksen, jos resistanssi on alle kynnysarvon (tyypillisesti 30–100 Ω mittarista riippuen). Jatkuvuustestaus on oikea menetelmä epäiltyjen avoimien juotosliitosten, rikkoutuneiden johdinten, palaneiden sulakkeiden ja liittimien koskettimien tarkistamiseen.

Juotosliitoksen jatkuvuuden testaus

Aseta toinen mittausanturi komponenttijohtimeen ja toinen mittausanturi juotoskohtaan kytkettyyn johtimeen (ei itse juotoskohtaan). Jos juotosliitos on kunnossa, kuulet piippauksen välittömästi. Jos liitos on avoin, piippausta ei kuulu, vaikka komponenttijohdin näyttäisi olevan juotoskohdan päällä. Läpireikäkomponenttien kohdalla mittaa komponenttijohdinta yläpuolelta ja vastaavaa johdinta alapuolelta – avoimessa liitoksessa niiden välillä ei ole jatkuvuutta, vaikka komponentti olisi fyysisesti paikallaan.

Rikkoutuneiden jälkien jäljittäminen

Jos solmu testataan avoimeksi, vaikka sen pitäisi olla kytkettynä, jäljitä yhteys systemaattisesti kytkentäkaavion avulla. Aloita epäillyn johtimen toisesta päästä ja tarkista jatkuvuus välillä oleviin testipisteisiin siirtyen kohti toista päätä. Kohta, jossa jatkuvuus pettää, paikantaa katkoksen. Levyn alla olevat johtimet voivat katketa ​​näkymättömästi levyn taipumispisteistä. Jos katkos vahvistetaan sähköisesti, mutta se ei ole näkyvissä, taivuta levyä varovasti pitäen antureita epäillyn kohdan molemmin puolin – ajoittainen katkos ilmestyy ja katoaa levyn taipuessa.

Tarkistetaan tahattomia oikosulkuja

Jatkuvuustestaus tunnistaa myös oikosulut – yhteyksiä pisteiden välillä, jotka tulisi eristää. Aseta IC:n vierekkäisten nastojen osalta yleismittari vastusmittaustilaan jatkuvuusmittauksen sijaan (jatkuvuusääni saattaa kuulua muutaman sadan ohmin reiteillä, jotka eivät ole todellisia oikosulkuja). Liittimien vierekkäisten virta- ja maadoituspisteiden osalta alle muutaman kilo-ohmin resistanssi vaatii tutkimista.

Liittimien ja sulakkeiden testaus

Liittimet ovat yleisiä vikaantumiskohtia toistuvien kytkentäsyklien, likaantumisen tai vääntyneiden nastojen vuoksi. Testaa jokainen liitinnasta vastaavaan piirilevyn liitäntään jatkuvuustilassa. Sulakkeiden osalta hyvä sulake näyttää lähes nollaresistanssia (jatkuvuusäänimerkki); palanut sulake näyttää avointa. Testaa sulakkeet piirissä virtalähteen ollessa irrotettuna, jotta rinnakkaiset reitit eivät sekoita lukemaa.

---

Vaihe 4: Komponenttitason testaus (vastukset, kondensaattorit, diodit, transistorit)

Komponenttitason testaus tunnistaa, mikä komponentti on viallinen. Useimmat komponentit voidaan testata virtapiirissä virta katkaistuna, vaikka rinnakkaiset johdinreitit piirissä voivat vaikuttaa lukemiin. Epävarmoissa tapauksissa juota komponentin toinen pää irti virtapiiristä ennen mittaamista.

vastukset

Aseta yleismittari resistanssimittaustilaan. Katkaise piirilevyn virta ja mittaa vastuksen resistanssi. Hyvä vastus lukee ±5 %:n sisällä merkitystä arvosta (vakiotoleranssilla 5 % komponenteille) tai ±1 %:n sisällä tarkkuuskomponenteille. Lukema, joka on huomattavasti suurempi kuin merkitty arvo, osoittaa osittaista avointa – sisäinen resistanssi on kasvanut, mikä on yleistä suuritehoisissa lankavastuksissa ylikuormituksen jälkeen. Nolla-lukema osoittaa oikosulkua. Ääretön (avoin) -lukema osoittaa resistiivisen elementin täydellisen vikaantumisen, yleensä ylikuumenemisen seurauksena.

Varoitus: Piirin sisäiset resistanssimittaukset ovat riippuvaisia ​​rinnakkaisjohtimista muiden komponenttien kautta. Jos lukema näyttää väärältä, tarkista kytkentäkaaviosta rinnakkaiskomponentit ennen kuin päätät vastuksen olevan viallinen.

kondensaattorit

Yksinkertainen kapasitanssin mittaus yleismittarilla ei usein riitä kondensaattorin vian diagnosointiin. Kondensaattorit vikaantuvat ensisijaisesti lisääntyneen ESR:n (ekvivalentti sarjaresistanssi) vuoksi eikä kapasitanssin menetyksen vuoksi. Kondensaattori, jonka ESR on 10 kertaa normaalia suurempi, mittaa silti lähellä nimelliskapasitanssiaan, mutta ei suodata aaltoilua tehokkaasti, mikä aiheuttaa oireita, jotka näyttävät virtalähdeongelmalta.

ESR-mittaus: käytä erillistä ESR-mittaria tai LCR-mittaria, jossa on ESR-mittausominaisuus. Pura kondensaattori kokonaan ennen mittausta. Läpivientireikäelektrolyyttikondensaattoreille alle 0.5 Ω:n ESR-arvot ovat yleensä hyväksyttäviä; yli 1–2 Ω:n arvot osoittavat viallista kondensaattoria. Yleismittarilla testattaessa ilman ESR-mittaria: lataa kondensaattori lyhyesti virtalähteestä, kytke sitten vastusmittaustilaan ja seuraa lukemaa – hyvä kondensaattori näyttää korkean, mutta äärellisen lukeman, joka kasvaa hitaasti kondensaattorin purkautuessa mittariin; oikosuljettu kondensaattori näyttää lähes nollaa; avoin kondensaattori näyttää heti ääretöntä.

Diodit ja Schottky-diodit

Aseta yleismittari dioditestaustilaan. Aseta punainen anturi anodille ja musta anturi katodille. Hyvä piidiodi näyttää 0.5–0.7 V:n myötäsuuntaisen jännitteen. Schottky-diodi näyttää 0.2–0.4 V. Nolla-lukema osoittaa oikosulkua (diodi on vioittunut, yleinen vastasuuntaisen jännitteen rasituksessa). OL-lukema (ylikuormitus) molemmissa suunnissa osoittaa avoimen diodin. Huomioi dioditestauksessa, että rinnakkaiskomponentit voivat vaikuttaa lukemaan – odotettua arvoa huomattavasti pienempi myötäsuuntaisen jännitteen lukema voi viitata rinnakkaiseen matalaresistanssiseen polkuun eikä vialliseen diodiin.

Transistorit (BJT)

Bipolaaritransistori voidaan testata kahtena peräkkäin kytkettynä diodina. NPN-transistorilla: punaisen mittausjohtimen kannan ja mustan mittausjohtimen emitterin välillä pitäisi näyttää ~0.6–0.7 V eteenpäin suuntautuvaa jännitettä; punaisen kannan ja mustan kollektorin välillä pitäisi myös näyttää ~0.6–0.7 V. Kaikkien muiden yhdistelmien tulisi näyttää avointa jännitettä (OL). Nolla missä tahansa yhdistelmässä osoittaa oikosulkua näiden liitosten välillä. PNP-transistorilla mittausjohtimen napaisuus on käännettävä. Transistorilla, joka testataan oikein yksittäisinä liitoksina, mutta vikaantuu piirissä, voi olla heikentynyt vahvistus (hFE) pikemminkin kuin liitosvika – käytä yleismittarin tai komponenttitesterin hFE-testiliitäntää vahvistuksen tarkistamiseen.

MOSFETs

MOSFET-transistoreiden testaaminen piirissä on vaikeampaa, koska hila-nielukapasitanssi voi pidättää mittaukseen vaikuttavaa varausta. Virran ollessa katkaistu, oikosulje hila lähteeseen purkaaksesi mahdollisen varastoidun varauksen. Mittaa sitten drainin ja lähteen välinen resistanssi: sen pitäisi olla erittäin korkea (megaohmia) N-kanavaisella FETillä, jonka VGS = 0. Syötä pieni jännite (tyypillisesti 5 V) hila-lähde-resistanssille pöytäjännitteestä ja tarkista sitten dramaattisesti ...ivin jännite.

---

Vaihe 5: Signaalin eheyden testaus oskilloskoopilla

Oskilloskooppi tarvitaan kaikkiin piirilevyjen testauksiin, joissa käytetään ajallisesti vaihtelevia signaaleja – kellosignaaleja, digitaalisia dataväyliä, PWM-lähtöjä, analogisia anturisignaaleja ja virtalähteen kytkentäaaltomuotoja. Yleismittarin tasa- tai vaihtojännitelukemat eivät voi paljastaa signaalin muotoa, ajoitusta, kohinaa tai protokollan sisältöä.

Virtalähteen aaltoilu ja kohina

Kytke oskilloskoopin mittauspää virtakiskoon, jossa vaihtovirtakytkentä on käytössä. Aseta pystysuuntainen asteikko arvoon 50–100 mV/jako. Aseta aika-akseli tallentamaan useita virtalähteen kytkentäjaksoja (100 kHz:n kytkentätaajuudelle aseta noin 2–5 µs/jako). Hyvän virtalähteen lähdön ripple-arvon tulisi olla alle 1 % nimellisjännitteestä digitaalipiireissä ja alle 0.1 % tarkkuusanalogipiireissä. Liiallinen ripple-arvo, joka kasvaa suuremmalla kuormitusvirralla, osoittaa viallisen lähtökondensaattorin. Korkeataajuiset kohinapiikit, jotka eivät liity kytkentätaajuuteen, voivat viitata huonoon irtikytkentään tai sijoitteluongelmaan.

Kellosignaalin varmennus

Kideoskillaattorit ja kello-IC:t tuottavat ajoitusreferenssin kaikille synkronisille digitaalipiireille. Aseta oskilloskooppi liipaisemaan kellosignaalista. Terveen kellon tulisi näyttää puhdas kanttiaalto (tai siniaalto kideoskillaattorin ulostulossa ennen puskuria), jonka nousu- ja laskuajat sopivat signaalin taajuuteen. Puuttuva kellosignaali: kide on vioittunut, oskillaattoripiirissä on komponenttivika tai kuormakapasitanssi on spesifikaation ulkopuolella. Vääristynyt kello: voi viitata virheelliseen kuormakapasitanssiin, vialliseen kiteeseen tai ohjattujen piirien liialliseen kuormitukseen. Tarkista kellotaajuus komponenttiin merkityn kiteen tai oskillaattorin osanumeron mukaan.

Digitaalisen tietoliikenneväylän testaus

SPI-, I2C-, UART-, CAN- ja vastaavien väylien tapauksessa oskilloskooppi varmistaa, että signaalit ovat läsnä ja oikeilla jännitetasoilla. Käytä protokollan dekoodaustoimintoa, jos se on käytettävissä: tämä näyttää dekoodatun datan aaltomuodon rinnalla, jolloin näet paitsi onko signaaleja läsnä, myös lähetetäänkö oikeaa dataa. Kunkin väylätyypin keskeiset tarkistukset:

SPI: Tarkistaa, että sirun valinta menee alas tapahtumien aikana, kello on läsnä ja oikealla taajuudella, MOSI ja MISO vaihtavat suhdetta tiedonsiirron aikana. I2C: Tarkistaa aloitusehdon (SDA putoaa, kun SCL on korkea), oikean osoitetavun, ACK-bitit. UART: Tarkista baudinopeus (bittien määrä sekunnissa), 8N1 tai muu kehystys, oikea tyhjäkäyntikorkea tila. CAN: Tarkistaa CANH/CANL-väylän differentiaalisen signaloinnin, dominantti-/resessiiviset tilat, kehysrakenteen.

Analogisten signaalien testaus

Anturitulojen ja analogisten prosessointivaiheiden osalta oskilloskooppi varmistaa signaalin amplitudin, taajuuden ja kohinan puuttumisen, joka voisi vääristää analogia-digitaalimuunnosta. Keskeiset mittaukset: varmista, että signaali ulottuu odotetulle alueelle ilman leikkautumista; tarkista kohinan pohjataso (signaalin satunnainen vaihtelu, kun tulon tulisi olla vakio); tunnista mahdolliset jaksolliset häiriöt virtalähteen kytkentätaajuudella, jotka kytkeytyvät analogiaan.

---

Vaihe 6: Toiminnallinen testaus ja tulosten varmennus

Toiminnallinen testaus varmistaa, että piirilevy suorittaa tarkoitetun toiminnon oikein – ei ainoastaan ​​sitä, että yksittäiset komponentit testataan spesifikaatioiden mukaisesti, vaan että integroitu järjestelmä tuottaa oikeat lähtösignaalit tunnetuille tuloille. Tämä on testauksen viimeinen vaihe ja ainoa vaihe, joka voi paljastaa järjestelmätason vikoja, joita komponenttitason testaus ei havaitse.

Testispesifikaation määrittely

Ennen toiminnallisen testauksen aloittamista sinun on tiedettävä, mitä kortin on tarkoitus tehdä: mitä tuloja se hyväksyy, mitä lähtöjä se tuottaa, miltä oikea lähtö näyttää kullakin tulotilalla ja mitkä ovat ajoitusvaatimukset. Kytkentäkaaviolla varustetuille korteille nämä tiedot tulevat toiminnallisesta kuvauksesta. Dokumentaatiota vailla oleville korteille on tarpeen tehdä toiminnon takaisinmallinnus kytkentäkaavion ja komponenttien datalehtien perusteella, ennen kuin mielekäs toiminnallinen testaus on mahdollista.

Syöteärsyke ja tuotosmittaus

Käytä kutakin tulosignaalia, jota kortti on suunniteltu käsittelemään, ja tarkista vastaava lähtö. Digitaalisten ohjauskorttien osalta: käytä määriteltyjä tulosignaaleja ja tarkista, että lähdöt vaihtuvat oikein ja määritetyn ajoituksen puitteissa. Analogisten prosessointikorttien osalta: käytä kalibroitua tuloa funktiogeneraattorista ja mittaa lähtö oskilloskoopilla vahvistuksen, taajuusvasteen ja kohinan suorituskyvyn varmistamiseksi. Virtalähdekorttien osalta: käytä nimellistulojännitettä ja -kuormaa ja tarkista sitten lähtöjännitteen säätö koko kuormitusalueella tyhjäkäynnistä suurimpaan nimellisvirtaan.

Reunaehtojen testaus

Testaa määritetyn käyttöjännitteen rajoilla, ei vain nimellisissä olosuhteissa. Levy, joka toimii oikein 25 °C:n huoneenlämmössä, voi vikaantua 70 °C:n käyttölämpötilassa tai syöttöjännitealueensa alapäässä. Rajatestaus on erityisen tärkeää kenttäkäytöstä palautetuille levyille, joilla on ajoittaisia ​​valituksia, jotka eivät toistu huoneenlämmössä.

Automaattinen toiminnallinen testi (naulasänkytesti)

Tuotantomäärien testauksessa manuaalinen mittaus korvataan naulasänkytestauksella – räätälöidyllä kiinnittimellä, jossa jousikuormitteiset tapit koskettavat samanaikaisesti piirilevyn pinnan testipisteitä. Testausohjelma antaa sitten ärsykkeitä ja tarkistaa vasteet automaattisesti, varmistaen jokaisen spesifikaation testipisteen muutamassa sekunnissa. Tätä lähestymistapaa käyttävät ammattimaiset piirilevyjen kokoonpanotehtaat tuotantotestauksessa; se tarjoaa täydellisen kattavuuden ja dokumentoidun läpäisy-/hylkäysrekisterin jokaiselle tuotantosarjan piirilevylle.

---

Yleisimmät piirilevyjen vikaantumistilat ja niiden tunnistaminen

Yleisimpien piirilevyjen vikaantumistilojen ymmärtäminen auttaa sinua priorisoimaan, mitkä testit suoritetaan ensin. Eri vikaantumistilat tuottavat erilaisia ​​oireita, ja testauksen kohdentaminen havaittuun oireeseen perustuen säästää merkittävästi diagnostiikka-aikaa.

---

Miten ammattimaiset piirilevytehtaat testaavat piirilevyjä

Ymmärtämällä, miten ammattimaiset piirilevyjen kokoonpanotehtaat testaavat piirilevyjä, saat kontekstin tuotantoelektroniikan testausstandardeille, jotka niiden on täytettävä, ja selität testausdokumentaation, jota sinun tulee pyytää hankittaessa piirilevyjä kaupallisesti.

Automatisoitu optinen tarkastus (AOI)

AOI-järjestelmät ottavat kootuista piirilevyistä tarkkoja kuvia ja vertaavat niitä CAD-datasta luotuun referenssikuvaan. Järjestelmä merkitsee erot – väärin sijoitetut komponentit, väärät komponentit, puuttuvat komponentit, juotokset, irronneet johtimet ja riittämätön juotosmäärä. Nykyaikaiset AOI-järjestelmät tarkastavat 2D-komponenttien sijoittelun ja 3D-juotosliitosten geometrian strukturoidun valon tai laserkorkeuden mittauksen avulla. AOI suoritetaan välittömästi juotoksen uudelleensulatuksen jälkeen, ja se havaitsee sijoittelu- ja juotosvirheet vaiheessa, jossa uudelleentyöstö on suoraviivaista ja edullista.

Sisäänrakennettu testi (ICT)

ICT käyttää naulasänkykiinnitintä sähköisesti testatakseen samanaikaisesti kaikkia piirilevyn saavutettavissa olevia solmuja. Testiohjelma varmistaa, että jokainen komponentti on läsnä, oikeassa paikassa ja määritellyn toleranssin rajoissa. ICT voi mitata yksittäisten komponenttien resistanssia, kapasitanssia, induktanssia, diodin liitosjännitteen ja transistorin vahvistusta niiden pysyessä piirissä. Se havaitsee komponenttien puuttumiset, väärät arvot, käänteiset napaisuudet ja joitakin juotosvirheitä, mutta vaatii erillisiä testikiinnikkeitä ja testiohjelmia, jotka on kehitettävä kullekin piirilevyn suunnittelulle.

Lentävä luotaintesti

Lentävät mittausanturit käyttävät robottiohjattuja mittausantureita, jotka liikkuvat piirilevyn pinnalla ja muodostavat sähköisen kontaktin jokaiseen testipisteeseen peräkkäin. Ne eivät vaadi mukautettua kiinnitintä – mittausreitin ohjelmoidaan piirilevyn verkkoluettelosta. Lentävä mittausanturi on standardi prototyypeille ja pienten ja keskisuurten tuotantomäärien tuotannolle, jossa kiinnittimien kustannuksia ei voida perustella. Se varmistaa jatkuvuuden ja oikosulut koko piirilevyn verkkoluettelosta, vaikkakin se on hitaampaa kuin ICT.

Röntgentarkastus

Röntgentarkastus on tarpeen BGA (ball grid array) -koteloille ja muille komponenteille, joissa juotosliitokset ovat piilossa komponentin rungon alla eikä niihin päästä pinta-anturilla. Röntgenkuvaus paljastaa juotospallojen koon, muodon ja sijainnin; tunnistaa juotteen tyhjät kohdat; ja havaitsee vierekkäisten pallojen väliset sillat. 3D-röntgen (tietokonetomografia) tarjoaa poikkileikkauskuvia piirilevyn läpi, jolloin voidaan tarkastaa haudatut reiät ja sisäkerroksen liitokset.

Toimintatesti

Kokoonpanotason testauksen jälkeen piirilevyt läpikäyvät toiminnalliset piiritestit , jotka varmistavat toiminnan kokonaisvaltaisesti. Piirilevy saa virtansa tuotantovirtalähteestään, ja testiohjelma käyttää kaikkia tuotespesifikaatiossa määriteltyjä I/O-toimintoja, tietoliikenneliitäntöjä ja toimintatiloja. Toiminnallinen testi havaitsee järjestelmätason vikoja, joita komponenttitason testit eivät havaitse – laiteohjelmistovirheitä, ajoitusmarginaalin vikoja ja integraatio-ongelmia alijärjestelmien välillä. Highleap Electronics tarjoaa toiminnallista testausta osana avaimet käteen -piirilevypalveluamme käyttäen asiakkaan toimittamia testispesifikaatioita ja laiteohjelmistoa.

---

Usein Kysytyt Kysymykset

Miten piirilevyä testataan yleismittarilla?

Piirilevyn testaaminen yleismittarilla tapahtuu seuraavassa järjestyksessä: (1) Kun piirilevy on jännitteetön, tarkista jokaisen virtakiskon ja maan välinen resistanssi – alle 100 Ω:n arvot viittaavat oikosulkuun. (2) Kytke virta ja mittaa tasajännite jokaisesta virtakiskosta – vertaa sitä suunnittelumäärityksiin (yleensä 3.3 V, 5 V tai 12 V ±5 %). (3) Käytä jatkuvuustilaa tarkistaaksesi epäillyt katkenneet johtimet tai vialliset juotosliitokset – piippaus osoittaa, että yhteys on ehjä. (4) Dioditilassa testaa yksittäiset diodit ja transistoriliitokset. (5) Vastustilassa virta katkaistuna tarkista yksittäiset vastukset merkittyihin arvoihin. Yleismittari käsittelee koko piirilevyn testauksen vaiheet 1–4; signaalin eheyden testaamiseen tarvitaan lisäksi oskilloskooppi.

Mikä on piirilevyn testaamisen ensimmäinen vaihe?

Ensimmäinen vaihe on aina visuaalinen tarkastus – ennen minkään instrumentin kytkemistä tai virran kytkemistä. Tutki piirilevyä hyvässä valaistuksessa ja suurennoksella seuraavien varalta: palaneet tai värjäytyneet alueet, turvonneet tai vuotavat kondensaattorit, juotokset vierekkäisten nastojen välillä, kylmät tai tylsät juotosliitokset, irronneet komponenttikohdat ja haljenneet jäljet ​​tai komponentit. Visuaalinen tarkastus ei vaadi instrumentteja ja tunnistaa merkittävän osan vioista ilman riskiä kytkeä virtaa oikosulussa olevaan piirilevyyn.

Miten piirilevy testataan oikosulkujen varalta?

Oikosulkujen testaaminen: aseta yleismittari resistanssi- tai jatkuvuustilaan, kun piirilevy on täysin jännitteetön. Mittaa jokaisen virtakiskon ja maan välinen etäisyys. Alle 100 Ω:n lukema osoittaa todennäköistä oikosulkua. Oikosuljetun komponentin paikantamiseksi syötä piirilevylle virtarajoitettua syöttölaitetta, joka on asetettu muutamaan sataan milliampeeriin – oikosuljettu komponentti lämpenee hieman vikavirrasta. Käytä lämpökameraa tai kosketa kevyesti tunnistaaksesi, mikä komponentti kuumenee. Vaihtoehtoisesti irrota levyn osia systemaattisesti (irrottamalla mikropiirejä, liittimiä tai leikkaamalla/nostamalla johtimia), kunnes oikosulku katoaa, jolloin tunnistat vian sisältävän osan.

Miltä näyttää huonokuntoinen piirilevy?

Näkyviä merkkejä viallisesta piirilevystä ovat: ruskeat tai mustat palojäljet ​​levyn pinnalla komponenttien, erityisesti tehokomponenttien, lähellä; kondensaattorit, joiden yläosa on kupumainen tai pullistunut tasaisen sijaan; valkoiset tai ruskeat kiteiset kerrostumat pinnalla (merkki elektrolyyttivuodosta); vihreä korroosio kuparijohtimissa tai -pinnoissa (kosteuden pääsy sisään); haljenneet komponenttien rungot, jotka näkyvät suurennoksella; tylsät, rakeiset juotosliitokset sileiden ja kiiltävien sijaan; raot komponenttien johtojen ja juotospintojen välillä, jotka osoittavat irronneita juotospintoja tai riittämätöntä juotetta. Kaikki viat eivät ole näkyvissä – piirilevy voi näyttää täydelliseltä ja siinä voi silti olla kuollut mikropiiri, viallinen sisäinen juova monikerroksisessa levyssä tai hienovarainen ajoitusvirhe.

Voiko piirilevyä testata kytkemättä sitä päälle?

Kyllä – ja tuntemattomien tai epäilyttävien piirilevyjen testaaminen ennen virran kytkemistä on suositeltavaa. Kun piirilevy on jännitteetön, voit suorittaa seuraavat toimet: visuaalisen tarkastuksen, resistanssimittaukset virtakiskojen ja maan välillä (oikosulkujen havaitsemiseksi), johtimien ja liitäntöjen jatkuvuustestauksen sekä komponenttitason mittaukset (vastusarvot, diodin etujännite, kondensaattorin varaus-/purkauskäyttäytyminen). Nämä testit havaitsevat vikatilat, jotka aiheuttaisivat välittömiä vaurioita käynnistyksen yhteydessä – oikosulut, palaneet sulakkeet, avoimet yhteydet kriittisiin käynnistyskomponentteihin. Vasta näiden testien läpäisemisen jälkeen virta tulisi kytkeä, mieluiten virtarajoitetun syötön kautta.

Miten piirilevyn jatkuvuutta testataan?

Aseta yleismittari jatkuvuustilaan (yleensä diodisymboli tai kaiutinkuvake). Kosketa toista mittausanturia testattavan liitännän toiseen päähän ja toista mittausanturia toiseen päähän. Äänimerkki osoittaa jatkuvuutta – liitännän resistanssi on mittarin kynnysarvon alapuolella, tyypillisesti 30–100 Ω. Äänimerkin puuttuminen osoittaa avoimen piirin. Juotosliitoksen jatkuvuuden testaamiseksi: mittaa komponentin johdinta liitoksen toisella puolella ja juotosjohtoa toisella puolella. Juotosjohtojen testaamiseksi: mittaa juotosjohdon molemmista päistä. Jos odotat tiettyä resistanssiarvoa (esimerkiksi vastukselle), käytä vastustilaa jatkuvuustilan sijaan informatiivisemman mittauksen saamiseksi.

Mitä eroa on ICT-testauksella ja piirilevyjen toiminnallisella testauksella?

Sisäänrakennetussa testauksessa (ICT) käytetään naulasänkytestausta yksittäisten komponenttien arvojen mittaamiseen ja verkkoliitäntöjen tarkistamiseen, kun piirilevy on jännitteetön tai osittainen. Se havaitsee väärät tai puuttuvat komponentit, juotosviat ja avoimet/oikosulkuliitännät. Toiminnallinen testaus syöttää piirilevylle virtaa ja ärsykkeitä ja varmistaa toiminnan kokonaisvaltaisesti – se varmistaa, että piirilevy tekee sen, mihin se on suunniteltu, ei vain sitä, että kaikki komponentit ovat läsnä. ICT havaitsee valmistusvirheet; toiminnallinen testaus havaitsee suunnitteluvirheet, laiteohjelmisto-ongelmat ja integrointivirheet, joita yksittäisten komponenttien tarkistukset eivät pysty havaitsemaan. Molempia vaaditaan tyypillisesti tuotantoluokan piirilevyjen kokoonpanossa.