戴大海

（南京中興軟件有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210000）

0 前言

由于集成電路的高速發(fā)展，單板上元器件越來(lái)越小、密度越來(lái)越大，這些給單板的焊接直通率造成越來(lái)越多的壓力。據(jù)統(tǒng)計(jì)在所有單板焊接失效中，僅由于短路所造成的失效就已經(jīng)占據(jù)25%左右，而在所有短路失效中，對(duì)地短路占據(jù)了近70%[1]。這么高的失效比例，在集成度高的電路中雖然可通過(guò)萬(wàn)用表判斷出短路現(xiàn)象，但究竟是單板中哪個(gè)元器件造成短路的？表1[2]是當(dāng)前業(yè)界幾種常規(guī)短路定位方法：簡(jiǎn)單排除法需逐一拆除相關(guān)元器件，并逐一確認(rèn)，對(duì)技能要求最低、適用廣，但效率低，難以用于規(guī)模生產(chǎn)；加電尋熱方法雖然效率高，但使用中有極高的過(guò)電壓和過(guò)電流損傷風(fēng)險(xiǎn)，極易造成單板損壞報(bào)廢。有M&S 45短路定位儀在對(duì)單板不造成損傷的情況下，可快速定位出短路位置。本文介紹其工作原理和使用技巧，并結(jié)合一塊3.3 V電源上有短路的單板，給出了詳細(xì)定位和分析過(guò)程。

1 M&S 45短路定位探測(cè)儀工作原理及特點(diǎn)

圖1所示為M&S 45短路定位探測(cè)儀實(shí)物圖，包含注入電波信號(hào)的紅（＋）黑（－）表筆和電波捕捉筆，它的工作原理是利用往短路線路中施加特定的電波信號(hào)，再利用電波捕捉筆進(jìn)行跟蹤識(shí)別定位；以短路回路為天線，發(fā)射雷達(dá)信號(hào)，通過(guò)電波捕捉筆捕捉雷達(dá)信號(hào)的軌跡跟蹤“掃雷”，確認(rèn)短路回路，從而快速準(zhǔn)確地定位短路位置和短路元器件。

表1 當(dāng)前業(yè)界幾種常規(guī)短路定位方法

圖1 M&S 45短路定位探測(cè)儀實(shí)物圖

電波捕捉筆通過(guò)表筆上指示燈的不同組合，指示捕捉到的電波信號(hào)強(qiáng)弱，表明捕捉表所處短路回路的位置，從而判定短路位置和短路元器件，如圖2所示分別為短路點(diǎn)、接近短路點(diǎn)、遠(yuǎn)離短路點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的指示燈組合。

圖2 捕捉筆上指示燈不同組合

M&S 45短路定位探測(cè)儀有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）非接觸式探測(cè)，精確定位各種厚度PCB內(nèi)外層短路位置；

（1）非破壞性偵測(cè)技術(shù)，減少報(bào)廢及切割的風(fēng)險(xiǎn)；

（2）縮短生產(chǎn)維修時(shí)間，提高定位效率，增加產(chǎn)量；

（3）操作簡(jiǎn)單，無(wú)需專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員操作；

（4）直觀易用，捕捉筆指示燈指示，易于觀察。

因此，相對(duì)于表1中簡(jiǎn)單排除法，M&S 45短路定位探測(cè)儀無(wú)需拆除元器件，無(wú)需切割線路；相對(duì)于加電尋熱法，它注入的電波信號(hào)可根據(jù)需要調(diào)整，通常0.5V以下，該電壓對(duì)單板上元器件不會(huì)造成損傷。

2 M&S探測(cè)儀在實(shí)際工作中的應(yīng)用

3.3V電源是單板中大多數(shù)芯片的公共電源，一旦出現(xiàn)短路，需要對(duì)整個(gè)單板進(jìn)行定位，由于接3.3V電源的元器件比較多，如果采用傳統(tǒng)的方法來(lái)定位短路點(diǎn)，單板很可能會(huì)無(wú)法復(fù)原或造成損壞。圖4是一塊3.3V對(duì)地短路的單板，黃色點(diǎn)亮區(qū)域?yàn)閱伟迳?.3V電壓網(wǎng)絡(luò)，主要有A、B、C三大區(qū)域，其中區(qū)域D、E是比較特殊的區(qū)域，其PCB 走線相對(duì)較窄，有信號(hào)流過(guò)時(shí)M&S45探測(cè)儀的信號(hào)強(qiáng)度會(huì)比較大。

首先，先判斷短路點(diǎn)大致在哪個(gè)區(qū)域。短路探測(cè)儀是通過(guò)紅（＋）黑（－）兩個(gè)表筆之間加入特定的電磁波后再由電波捕捉筆來(lái)跟蹤電磁波走向，進(jìn)而探測(cè)到短路點(diǎn)。單板的第二層為地層，所以只要把探測(cè)儀的黑表筆接一個(gè)接地點(diǎn)連接即可。而紅表筆需要找單板上3.3 V的網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)連接。我們先把紅表筆連接到單板F點(diǎn)處，然后用電波捕捉筆進(jìn)行探測(cè)，發(fā)現(xiàn)在D和E這兩點(diǎn)處信號(hào)的強(qiáng)度都比較大，由于D和E兩點(diǎn)的PCB走向都相對(duì)較窄，如果有電磁波流過(guò)時(shí)信號(hào)就會(huì)比較強(qiáng)，所以電磁波是流過(guò)了D和E兩點(diǎn)的，可以初步判斷短路點(diǎn)應(yīng)該不會(huì)再A區(qū)域內(nèi)。然后再把紅表筆連接到單板的G點(diǎn)處，用電波捕捉筆探測(cè)D和E兩點(diǎn)，這時(shí)發(fā)現(xiàn)D點(diǎn)處的信號(hào)強(qiáng)度明顯變微弱了，而E點(diǎn)處的信號(hào)強(qiáng)度依然很強(qiáng)。這就更進(jìn)一步排除了短路點(diǎn)在A區(qū)域的可能性。電磁波是通過(guò)G點(diǎn)接入后流經(jīng)了E點(diǎn)到達(dá)C區(qū)域。短路點(diǎn)很可能在C區(qū)域內(nèi)。再把紅表筆連接到單板的H點(diǎn)處，發(fā)現(xiàn)在C點(diǎn)處附近信號(hào)強(qiáng)度比較強(qiáng)，而E點(diǎn)處的信號(hào)強(qiáng)度比之前稍微弱了一些，由此可以判斷短路點(diǎn)應(yīng)該在C區(qū)域內(nèi)。

圖3 一塊3.3V電源對(duì)地短路的PCB圖

接下來(lái)需要對(duì)C區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)掃描，C區(qū)域放大后如圖4所示。我們先把紅表筆連接到圖4中I點(diǎn)處，用電波捕捉筆以I點(diǎn)為圓心向四周進(jìn)行輻射掃描。在經(jīng)過(guò)多次掃描后發(fā)現(xiàn)，在I點(diǎn)的右側(cè)J區(qū)域內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度比較大。仔細(xì)分析I點(diǎn)右側(cè)的J區(qū)域，發(fā)現(xiàn)3.3 V在單板上的連接焊盤(pán)并不是很多，而且只有器件一端的焊盤(pán)連接到3.3 V上，另外一端的焊盤(pán)連接到地上的器件才有可能造成3.3 V對(duì)地短路。分析這個(gè)區(qū)域內(nèi)這樣的器件并不多，只有3.3 V對(duì)地的濾波電容最可能，而這個(gè)區(qū)域只有幾個(gè)電容，因此可很快排查出來(lái)是由于K點(diǎn)的濾波電容短路造成整個(gè)單板單板3.3 V對(duì)地短路。對(duì)拆下K點(diǎn)的電容進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)K點(diǎn)的電容確實(shí)發(fā)生了短路，而單板在焊下短路的電容后阻抗已經(jīng)恢復(fù)正常，至此該單板短路問(wèn)題得到快速定位，更換電容后，單板可正常交付使用。

圖4 放大后的C區(qū)域PCB圖

3 結(jié)論

單板生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)地短路是焊接過(guò)程中最常見(jiàn)的失效形式，其查找和定位十分困難。M&S 45短路定位探測(cè)儀可在不損傷單板的情況下，快速定位出短路位置。本文介紹其工作原理和使用技巧，并結(jié)合有短路的單板案例給出了詳細(xì)定位和分析過(guò)程，對(duì)于單板失效分析可資借鑒。