陜西長(zhǎng)嶺電子科技有限責(zé)任公司產(chǎn)品開(kāi)發(fā)部 武軍鋒

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提高印制板組件短路故障定位效率

陜西長(zhǎng)嶺電子科技有限責(zé)任公司產(chǎn)品開(kāi)發(fā)部 武軍鋒

【摘要】使用新型的短路信號(hào)測(cè)試儀器，快速、精準(zhǔn)的定位印制板組件短路故障點(diǎn)，整個(gè)排查過(guò)程非損傷、無(wú)破壞，方便、快捷。

【關(guān)鍵詞】短路信號(hào)測(cè)試儀；印制板組件；短路

1.引言

在如今的電子產(chǎn)品加工行業(yè)中，經(jīng)常會(huì)遇到裝配完成或返修產(chǎn)品的印制板組件，在加電前用三用表測(cè)量其上某電源網(wǎng)絡(luò)對(duì)地短路。遇到這種問(wèn)題，業(yè)內(nèi)人士排故的方法多種多樣，但一直存在排故時(shí)間長(zhǎng)、影響生產(chǎn)周期、排故過(guò)程解焊器件增加印制板可靠性風(fēng)險(xiǎn)、產(chǎn)生多余生產(chǎn)成本等不利因素，本文通過(guò)對(duì)本單位傳統(tǒng)短路故障產(chǎn)生的原因、排故方法進(jìn)行分析，提出并驗(yàn)證了一種全新的排故方法，并與傳統(tǒng)排故方法進(jìn)行了比較，規(guī)避了傳統(tǒng)排故方法帶來(lái)的一系列問(wèn)題。

2.背景

目前的印制板組件其集成度越來(lái)越高，高密度BGA、QFP器件、小封裝貼片器件比比皆是，再加上多數(shù)印制板均是多層設(shè)計(jì)，采用電源層或內(nèi)電層分割給印制板組件上器件供電，往往一個(gè)電源網(wǎng)絡(luò)上多的甚至有幾百個(gè)器件，這些因素給短路排查過(guò)程增加了巨大的難度和工作量，給生產(chǎn)周期帶來(lái)沉重的壓力；若是器件質(zhì)量問(wèn)題帶來(lái)的短路故障，逐個(gè)解焊會(huì)引起解焊器件和印制板焊盤(pán)的可靠性風(fēng)險(xiǎn)，再加上一些航天產(chǎn)品已經(jīng)明確焊接和解焊的禁限用工藝，勢(shì)必不能采用逐個(gè)解焊排查法來(lái)解決短路問(wèn)題。所以如何快速精準(zhǔn)的判斷短路點(diǎn)，已經(jīng)處于一種迫在眉睫的形勢(shì)下。

3.在線(xiàn)狀況

針對(duì)短路故障，對(duì)公司以往在線(xiàn)生產(chǎn)中印制板組件短路故障的排查方法進(jìn)行調(diào)查總結(jié)，見(jiàn)下：（1）憑借經(jīng)驗(yàn)解焊關(guān)聯(lián)器件來(lái)排查。（2）直接逐個(gè)拆焊相關(guān)器件，碰運(yùn)氣。（3）憑借原理圖判斷，先借用放大儀器逐個(gè)檢查相關(guān)器件，解決不了，逐個(gè)解焊排查。（4）拆焊解決不了或造成印制板損傷，報(bào)廢印制板領(lǐng)新的從新焊接。

并收集原短路故障排查結(jié)果，最終歸為幾類(lèi)，見(jiàn)下：（1）焊接問(wèn)題造成短路，占短路故障中40%。（2）印制板存在多余物如錫珠、助焊劑等造成短路，占短路故障中10%。（3）器件失效本身短路，占短路故障中45%。（4）印制板質(zhì)量問(wèn)題內(nèi)部短路，占短路故障中5%。

4.傳統(tǒng)排查方法分析及規(guī)避短路方法解析

4.1傳統(tǒng)排查方法分析

通過(guò)傳統(tǒng)排查方法我們可以看出，無(wú)論現(xiàn)行的哪種方法排故，當(dāng)無(wú)法定位時(shí)，均需要逐個(gè)拆焊相關(guān)器件， 但逐個(gè)解焊排查法存在下列兩個(gè)缺點(diǎn)：（1）靠猜、拆，誤判率大，效率低，品質(zhì)、成本、效率無(wú)法保證。（2）航天禁限用工藝要求：不允許多次拆焊。

4.2常規(guī)規(guī)避短路方法

（1）加強(qiáng)生產(chǎn)檢驗(yàn)和焊接培訓(xùn)

首先確定，印制板組件短路故障在生產(chǎn)中為偶發(fā)事件，加強(qiáng)生產(chǎn)檢驗(yàn)和焊接培訓(xùn)只能控制短路故障的發(fā)生概率，無(wú)法消除，且由于元器件失效和印制板自身問(wèn)題帶來(lái)的短路故障無(wú)法排除，當(dāng)面臨短路故障時(shí)仍需要排查手段。

（2）利用高倍放大鏡、X-Ray檢測(cè)儀逐個(gè)檢查

在印制板組件焊接完成后利用高倍放大鏡、X-Ray檢測(cè)儀對(duì)器件逐個(gè)檢查，此項(xiàng)工作費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且無(wú)法判定失效器件造成的短路問(wèn)題。

（3）加強(qiáng)電路培訓(xùn)

加強(qiáng)對(duì)故障組件的原理培訓(xùn)只能縮小排查空間，而目前電源網(wǎng)絡(luò)上連接的器件很多，還是無(wú)法確定短路點(diǎn)，仍需逐個(gè)解焊排查。

5.新的排故思路

有沒(méi)有方法能夠避開(kāi)逐個(gè)解焊的弊端，直接定位到短路故障點(diǎn)，進(jìn)而快速解決故障呢？ 針對(duì)此種思路，查找目前市場(chǎng)短路故障測(cè)試儀器及方法，并對(duì)其進(jìn)行篩選，發(fā)現(xiàn)了一款設(shè)計(jì)思路非常精妙的短路測(cè)試儀器，該儀器具備快速、精準(zhǔn)定位印制板組件短路故障點(diǎn)的功能，下面對(duì)此設(shè)備進(jìn)行原理描述，如圖1。

假設(shè)ABCD四顆元件可能短路，假設(shè)D點(diǎn)短路，從‘I’點(diǎn)注入雷達(dá)信號(hào)，信號(hào)電流將流到D點(diǎn)，以短路回路為發(fā)射天線(xiàn)，并在路徑上發(fā)射電磁波，使用矢量雷達(dá)探筆捕捉雷達(dá)信號(hào)軌跡，以雷達(dá)探測(cè)筆顯示的亮燈多少來(lái)確認(rèn)短路回路，（即遠(yuǎn)離回路信號(hào)弱，回路附近信號(hào)強(qiáng)，短路點(diǎn)信號(hào)最強(qiáng)）從而定位短路位置。該原理簡(jiǎn)單易懂，設(shè)計(jì)思路巧妙，讓人感到信服。

圖1　短路測(cè)試儀工作原理圖

6.新方法的實(shí)施

6.1短路測(cè)試儀準(zhǔn)備

購(gòu)買(mǎi)來(lái)的此款短路測(cè)試儀為ESAMBER品牌，型號(hào)為M&S 45-E。

6.2工藝準(zhǔn)備

在公司生產(chǎn)過(guò)程中，原來(lái)存在過(guò)因各種原因造成報(bào)廢的印制板組件，將之領(lǐng)回，人為制造短路故障，統(tǒng)一備用。

另一方面隨時(shí)收集生產(chǎn)中出現(xiàn)的、有短路故障的新裝或返修的印制板組件，用于排故驗(yàn)證。

6.3短路測(cè)試儀短路定位效果檢查

對(duì)人為制造的短路印制板組件，用短路測(cè)試儀進(jìn)行短路定位，因不需要二次確認(rèn)，均能在極短時(shí)間內(nèi)達(dá)到一次定位準(zhǔn)確率100%。

6.4二次確認(rèn)

收集半年多生產(chǎn)中處理的短路故障，共計(jì)8起，涉及到在線(xiàn)產(chǎn)品和返修產(chǎn)品，用短路測(cè)試儀進(jìn)行故障定位并排查，詳細(xì)記錄見(jiàn)下：

1）裝配完成的印制板3.3V對(duì)地短路

測(cè)試儀定位在貼片電源芯片，經(jīng)X-Ray檢測(cè)儀觀(guān)察印制板電源和地管腳間的焊盤(pán)有很細(xì)的錫絲，補(bǔ)焊清理后，解決。

2）裝配完成的印制板1.5V對(duì)地短路

BGA封裝的FPGA器件BGA封裝的FPGA器件，經(jīng)X-Ray檢測(cè)儀觀(guān)察FPGA的焊盤(pán)有橋連，解焊后從新焊接，解決。

3）裝配完成的印制板5V對(duì)地短路

測(cè)試儀定位在一引腳間距小的QFP封裝器件，經(jīng)高倍放大鏡下發(fā)現(xiàn)該芯片電源與地引腳間有很細(xì)的錫絲，返修焊點(diǎn)后解決。

4）返修設(shè)備印制板5V對(duì)地短路

測(cè)試儀定位在矩形插座，經(jīng)X-Ray檢測(cè)儀下觀(guān)察該插座下有絲狀多余物，解焊后取出多余物從新焊接解決。

5）工序試驗(yàn)中1.5V對(duì)地短路

測(cè)試儀定位在BGA封裝的FPGA器件，經(jīng)X-Ray檢測(cè)儀下發(fā)現(xiàn)焊盤(pán)無(wú)橋連，解焊后印制板無(wú)短路現(xiàn)象，判斷為器件失效，更換器件后從新焊接解決。

6）返修機(jī)器3V對(duì)地短路

測(cè)試儀定位在0603封裝的貼片電容器，經(jīng)40倍放大鏡下觀(guān)察，發(fā)現(xiàn)該電容器外殼損傷，判斷為錯(cuò)層斷裂，更換同型號(hào)電容解決。

7）裝配完成的印制板5V對(duì)地短路

測(cè)試儀定位在矩形插座或印制板，解焊插座后測(cè)量印制板本身短路，通知廠(chǎng)家，廠(chǎng)家確認(rèn)為印制板加工問(wèn)題，賠償損失。

8）返修過(guò)程中3.3V對(duì)地短路

測(cè)試儀定位在QFP封裝集成電路，經(jīng)40倍放大鏡下觀(guān)察引腳間卡有小錫珠，判斷為返修過(guò)程中有錫珠滾入，劃針剔除錫珠后解決。

6.5優(yōu)點(diǎn)描述

經(jīng)過(guò)多次短路故障的排查，短路測(cè)試儀定位法優(yōu)點(diǎn)非常明顯：（1）以“分”“秒”計(jì)算定位時(shí)間。（2）一次定位準(zhǔn)確性幾乎100%。（3）操作簡(jiǎn)單、快捷。（4）排查過(guò)程非損傷，無(wú)破壞，可靠性有巨大保證。

7.效果確認(rèn)

根據(jù)對(duì)生產(chǎn)中出現(xiàn)的短路故障排查的一系列驗(yàn)證，自2015年7月開(kāi)始，截止2015年12月，遇到所有的8起短路故障，利用短路測(cè)試儀均能在不超過(guò)30分鐘內(nèi)快速定位，后經(jīng)二次確認(rèn)后均達(dá)到一次判定100%的準(zhǔn)確率，效果極其明顯，得到生產(chǎn)線(xiàn)的一致好評(píng)。

8.總結(jié)

綜上所述，就目前統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我們可以得出如下結(jié)論：

a.公司已具備對(duì)短路故障印制板組件快速定位及解決的能力和手段，生產(chǎn)效率極大提高。

b.非損傷、無(wú)破壞準(zhǔn)確定位率達(dá)到95%以上，滿(mǎn)足航天產(chǎn)品解焊的相關(guān)禁限用工藝要求，保證了產(chǎn)品可靠性。

作者簡(jiǎn)介：

武軍鋒（1980-），男，高級(jí)工程師，河南開(kāi)封人，西安電子科技大學(xué)電子工程本科畢業(yè)，從事雷達(dá)信號(hào)處理、系統(tǒng)調(diào)試研究。