تعمیر برد مدار الکترونیکی

بسیاری از تعمیرات بردهای کوچک را می توان با یک رویکرد روشمند با استفاده از ابزارهای اساسی مانند DMM (مولتی متر دیجیتال) و اسیلوسکوپ برای اندازه گیری ولتاژ و شکل موج در نقاط آزمایش قابل توجه در مدار انجام داد. عیب یابی PCB های مدرن، پیچیده و چند لایه (بردهای مدار چاپی) اغلب چالش برانگیز است و عواملی مانند اسناد موجود در سرعت تعمیرات نقش دارند. سیستم های خودکار ممکن است برای بارهای تعمیر بزرگتر مقرون به صرفه باشند. هر کسی که علاقه مند به الکترونیک باشد، ممکن است با یک یا دو برد مرده روبرو شود، خواه مال خودش باشد یا کسی که به کمک نیاز دارد. بهترین رویکرد در مواجهه با PCB که آنچه را که قرار است انجام دهد انجام نمی دهد، چیست؟

امروزه تعمیر بردهای مدار پیچیده تر از چند سال پیش است. اشتباهات ساخت و خرابی قطعات در حین کار به امری عادی تبدیل شده است. بردهای مدارهای قدیمی ممکن است به دلیل خرابی قطعات - به ویژه خازن های الکترولیتی - دچار مشکل شوند، اما بردهای جدید (با فرض درستی چیدمان) ممکن است به دلیل خطاهای ساخت، قطعات ضعیف یا نادرست لحیم کاری، پل های لحیم کاری و غیره کار نکنند.

در حالی که لحیم کاری ساده و تغییرات اجزا ممکن است برای تعمیرات کمتر پیچیده مناسب باشد، برخی از تعمیرات ممکن است نیاز به رویکردهای متخصص بیشتری برای یافتن دلایل عیب داشته باشند. تعمیر مجموعه های PCB کامل می تواند ترسناک به نظر برسد، اما یک رویکرد روشمند به یافتن و رفع سریع مشکلات کمک می کند.

عاقلانه است که یک گزارش از کاربر نهایی درباره نحوه شکست برد دریافت کنید. آیا تا به حال به درستی کار کرده است؟ آیا آنها فقط یک به روز رسانی نرم افزار را اجرا کردند و آن را از بین برد؟ آیا می توانید سرنخ های عیب آشکاری مانند سیم های شکسته یا آهنگ را ببینید؟

معمولاً عاقلانه است که در ابتدا از روشن کردن PCB آسیب دیده خودداری کنید. به عنوان مثال، اگر به یک فیوز ساده مشکوک می‌شوید، به جای تعویض فیوز (با فیوز بزرگتر!) باید دلیل آن مشخص شود. اتصال کوتاه یا اضافه بار معمولاً علائمی از خود به جا می گذارد.

اگر PCB به طور منسجم برای جلوگیری از رطوبت و گرد و غبار پوشش داده شده است، قبل از شروع تشخیص عیب، این لایه باید برداشته شود (حداقل در چند نقطه آزمایش بحرانی). ممکن است لازم باشد پوشش‌های منسجم با حلال‌ها، لایه‌برداری یا انفجار حذف شوند، اما تکنیک جدیدی در حال توسعه است که به موجب آن می‌توان پوشش را با پین‌های آزمایشی بسیار تیز سوراخ کرد.
همه کاره ترین ابزار مولتی متر است، اما بسته به پیچیدگی PCB، ممکن است یک LCR متر، اسیلوسکوپ، منبع تغذیه، و تحلیلگر منطقی نیز برای بررسی عملکرد مدار مورد نیاز باشد. مدارهای RF ممکن است به ابزارهای پیچیده تری مانند تحلیلگر طیف برای بررسی فرکانس ها و سطوح سیگنال نیاز داشته باشند.

در اینجا چند استراتژی برای ساده کردن روند کار مجدد و تعمیر PCB ها وجود دارد. عیب یابی نیز در صورتی که یک برد خوب شناخته شده در دسترس باشد تا بتوان مقایسه بصری و سیگنالی را انجام داد، بسیار آسان تر است. فقدان تابلو یا مستندات مقایسه ای چالش را دلهره آورتر می کند.

دیداری
اتصالات یا قطعات شل را در سوکت ها بررسی کنید، که اغلب ممکن است در حمل و نقل از جای خود جدا شوند. به دنبال قطعات سوخته یا آسیب دیده یا پل های لحیم کاری که باعث اتصال کوتاه سیگنال یا خطوط برق می شوند، باشید. اینجاست که یک میکروسکوپ دیجیتال پرقدرت واقعا مفید است. بازرسی بصری اولین قدم ضروری در عیب یابی است.

خازن ها را به صورت چشمی بازرسی کنید. اگر نشتی، ترک، برآمدگی یا سایر علائم خرابی مشهود است، خازن را با نوع و ولتاژ معادل آن تعویض کنید. خازن ها عمر محدودی دارند و اغلب عامل خرابی هستند.

به دنبال سرنخ های شکسته در قطعات باشید. برخی از دستگاه ها دارای سرنخ های کوچکی هستند که می توانند به راحتی از روی برد مدار جدا شوند. پاهای آی سی ممکن است در هنگام مونتاژ خم شوند. به دنبال ترک هایی بر روی برد مدار باشید که منجر به شکستگی مدار یا قطعات شکسته می شود.

اجزا یا قطعاتی مانند ترانسفورماتورها، ترانزیستورهای خروجی توان، مقاومت ها و خازن هایی که علامت سوختگی را نشان می دهند به راحتی با مشاهده قابل تشخیص هستند. سوختگی‌های ظاهری و لکه‌های قهوه‌ای (و بوی بد) می‌توانند اجزای بیش از حد گرم شده را شناسایی کنند، اما باید علت گرم شدن بیش از حد آنها را بیابید.

اتصال یا پل لحیم کاری ضعیف یکی دیگر از موارد رایجی است که در طی بازرسی بصری یافت می شود. اتصالات لحیم کاری خوب همیشه صاف، روشن و یکنواخت به نظر می رسند. سطح کدر می تواند نشان دهنده یک مفصل معیوب باشد. آیا پل لحیم کاری بین مسیرها وجود دارد؟ اجزای معکوس یا نادرست؟

عیب یابی اتصال کوتاه می تواند بسیار مشکل باشد. یک تست روشن کردن لحظه ای ممکن است نشان دهد که یک شورت وجود دارد، اما اغلب محل کوتاه نامشخص است. می‌توانید زمان طولانی و خسته‌کننده‌ای را صرف تلاش برای یافتن یک کوتاه، به‌ویژه یک کوتاه بین لایه‌ای کنید. روشن کردن مختصر برد بعد از پاشش با اسپری فریزر، راه بیچاره برای یافتن شورت است که ناحیه ای با مقاومت کم در خطوط برق را گرم می کند.
ولتاژ ریل را با چیزی کمتر از 3.3 ولت یا 5.0 ولت مورد نیاز تغذیه کنید و جریان منبع تغذیه را نیز محدود کنید. با ولت/آمپر کم شروع کنید و هر دو را به آرامی بالا بیاورید. PCB ها ممکن است از طریق طراحی ضعیف گرمایش بیش از حد قطعات، هیت سینک های ناکافی، یا هیت سینک هایی با ترکیب هیت سینک خشک شده، عمر خود محدود شوند.

یک راه سریع برای یافتن عیب، مقایسه تصاویر حرارتی یک برد خوب شناخته شده با دستگاه تحت آزمایش (DUT) است. تفاوت دما قابل توجه می تواند محل خطا را برجسته کند. با استفاده از این رویکرد، می توان کل تخته های پیچیده را به صورت غیر تماسی بازرسی کرد.

با این روش می توان عیوب رایجی مانند شورت برقی به زمین و قطعات بد را به سرعت پیدا کرد. تغییر یا نمایش رنگ متفاوت تصویر ممکن است نشان دهنده گرم شدن بیش از حد در اتصال لحیم کاری، ردپای مدار، یا نشان دهنده عملکرد نادرست بخشی از برد باشد.

آزمایش سخت هر مقاومت، خازن، دیود، ترانزیستور، سلف، ماسفت، LED و اجزای فعال گسسته را می توان با یک مولتی متر یا LCR متر انجام داد، اما روش کارآمدی برای رفع اشکال نیست.

تست های ساده
اگر می توان برد را روشن کرد، می توان از یک مولتی متر دیجیتال برای بررسی ولتاژ ریل در آی سی ها، خروجی های تنظیم کننده های ولتاژ و سیگنال های واضح مانند ساعت، منطق صحیح/مورد انتظار و سطوح ورودی/خروجی استفاده کرد. یک اسیلوسکوپ می تواند برای بررسی شکل موج ولتاژ و ارتباطات یک برد برقی استفاده شود. برای بررسی وجود خروجی سیگنال Wi-Fi PCB، حتی یک تلفن همراه نیز می تواند مفید باشد.

خازن های نشتی را می توان با استفاده از تنظیم مقاومت DMM پیدا کرد. متر را تنظیم کنید تا در محدوده اهم بالا بخواند و سیم های متر را به سیم های مربوطه روی خازن لمس کنید. قرمز به مثبت و سیاه به منفی. متر باید از صفر شروع شود و سپس به آرامی به سمت بی نهایت حرکت کند. با مقادیر ظرفیت خازنی زیاد، رمپ بسیار کند خواهد بود.

نکته: یک خازن خوب یک بار الکتریکی را ذخیره می کند و ممکن است پس از قطع برق همچنان فعال بماند.

قبل از اندازه گیری الکترولیت ها، برق را قطع کرده و با اتصال یک مقاومت از طریق سیم ها، خازن را با دقت تخلیه کنید. با تنظیم اهم متر، مقداری جریان ثابت از کابل های مثبت به منفی ارسال می شود. یک کلاه باز باز نشان داده می شود. یک کوتاه شده نزدیک به صفر اهم را نشان می دهد.

بررسی عملکرد آیتم‌های رابط HMI مانند پانل‌های لمسی و سوئیچ‌ها ممکن است مشکلات عملکردی ناشی از مشکلات اتصال یا قطعات را آشکار کند.

کاوش سیگنال با DMM یا اسیلوسکوپ برای تفسیر نتیجه نیاز به درک مدار دارد، اما m است.
اگر یک تابلوی خوب شناخته شده برای مقایسه نتایج نقطه به نقطه داشته باشید، بسیار آسان تر خواهد بود. آزمایش های ولتاژ DC با کاوش با ارجاع به زمین شروع می شود. هنگام بررسی یک آی سی، با آزمایش پایه تغذیه ولتاژ شروع کنید.

اکثر آی سی ها را می توان با علامت گذاری آنها شناسایی کرد و بسیاری از آنها را می توان با استفاده از اسکوپ ها و تحلیلگرهای منطقی در برابر مشخصات منتشر شده آنها آزمایش کرد. مقایسه رفتار یک IC با یک خوب شناخته شده راهی سریع برای شناسایی رفتار غیرعادی است.

عادت مورد علاقه یک مهندس برای لمس قطعات ولتاژ پایین مدار می تواند امپدانس ها را تغییر دهد که به نوبه خود می تواند رفتار سیستم را تغییر دهد (یا به طور ناخواسته گرمای بیش از حد را پیدا کند!). به عنوان مثال، این تکنیک در کنار یک اسکوپ استفاده می‌شود و می‌تواند به شناسایی مکان‌هایی که برای حذف نوسانات ناخواسته نیاز به ظرفیت اضافی دارند، کمک کند.

خرابی های متناوب چالش برانگیزترین و زمان برترین جنبه فرآیند عیب یابی است. خطاهای نامنظم رایج می تواند به دلیل گرم شدن یا تخریب بیش از حد قطعات، لحیم کاری ضعیف و اتصالات شل باشد. حافظه طولانی در یک محدوده می تواند برای بزرگنمایی روی رکورد سیگنال برای یافتن رویدادهای نادر مفید باشد. استفاده از اسپری فریزر در محل مناسب گاهی اوقات می تواند باعث تشدید و شناسایی مشکلات متناوب شود.

پسرهای بزرگ چگونه این کار را انجام می دهند؟
تعمیرگاه های حرفه ای و مراکز تعمیراتی که همیشه تخته ها را تعمیر می کنند به راه حل های بهتری نسبت به اسکوپ و DMM نیاز دارند. در شرایطی که PCB های معیوب در جریان ثابتی قرار می گیرند و با تاکید بیشتر بر کارایی و کاهش هزینه ها، سیستم های تست خودکار جهانی جایگزین ابزارهای تست فردی شده اند. تسترهای مدار مبتنی بر کامپیوتر، هم یک تست منطقی در مدار برقی از آی سی های دیجیتال و بسیاری از IC های آنالوگ و همچنین تجزیه و تحلیل امضای V-I تراشه ها را با استفاده از انواع گیره های تست انجام می دهند.

سیستم‌های تجهیزات تست خودکار (ATE) که حاوی کتابخانه‌هایی از پایه‌های تراشه‌های دیجیتال هستند، می‌توانند به تکنسین در عیب‌یابی کمک کنند، و همچنین الگوهای سیم‌کشی مدارها را در صورت ناشناخته بودن تعیین کنند. ATE ها می توانند عملکرد دیجیتال IC ها را بررسی کنند و همچنین یک تجزیه و تحلیل امضا از اجزای فعال و غیرفعال ارائه دهند. تراشه های ناشناخته را می توان با خروجی Boolean آنها شناسایی کرد.

دستیابی به تجهیزات تست خودکار به این معنی است که تعمیرات مکرر را می توان در داخل خانه با کارایی بیشتری نسبت به ارسال اقلام به یک سرویس خارجی انجام داد. برخی از ATE ها می توانند بسیار گران باشند و ممکن است با منحنی یادگیری شیب دار همراه باشند. یعنی بعد از خرید بیکار در انباری می نشینند. ATEها می‌توانند رویه‌های تست خودکار یا کامپیوتری را روی یک DUT انجام دهند، از جمله تست عملکردی آی‌سی‌ها، قطعات آنالوگ و دیجیتال، بردهای کامل و غیره.

پیچیدگی این محصولات بسته به سطوح مختلف قابلیت های تست مورد نیاز برای نیازهای مختلف برد متفاوت است. رویه‌های تست خودکار مبتنی بر رایانه می‌توانند به‌طور قابل‌اعتماد و سازگار با نتایج آزمایشی که به‌طور خودکار، با دقت بالا، با سرعت‌های تست بالا و با انعطاف‌پذیری فوق‌العاده ضبط می‌شوند، اجرا شوند.

ATEهای معمولی عبارتند از: تسترهای درون مدار، انجام تست های سطح دستگاه بر روی قطعات نصب شده بر روی بردهای مدار. تسترهای عملکردی که برای آزمایش عملکرد کامل بردها و ماژول ها از طریق اتصال دهنده های لبه استفاده می آموزش تعمیر برد کرکره برقی شود. و آزمایش‌کننده‌های اسکن مرزی برای محصولاتی که با JTAG سازگار هستند، مانند BGA، FPGA، CPLD یا حتی بردهای کامل با اتصال JTAG.
سیستم 8 که در یک محفظه رایانه شخصی یا پایه رک 19 اینچی ساخته شده است، مجموعه ای از ابزارهای آزمایشی ترکیبی و تطبیقی ​​برای پاسخگویی به اکثر نیازهای آزمایش و عیب یابی است. با مقایسه نتایج یک برد خوب شناخته شده با روش‌های عیب‌یابی خودکار توالی، تشخیص عیب توسط کارکنان با حداقل آموزش ممکن می‌شود.

نرم‌افزار System 8 را می‌توان به گونه‌ای پیکربندی کرد که کاربران کمتر آموزش دیده را گام به گام از طریق یک روش آزمایشی، با تصاویر تصویری مشروح شده، دستورالعمل‌ها، و برگه‌های داده پیوست شده برای ارائه سریع نتایج Pass/Fail راهنمایی کند. این بسیار سریعتر و مقرون به صرفه تر از استفاده از اسیلوسکوپ های سنتی، متر و سایر روش های تست رومیزی است. ماژول های سیستم 8 شامل:

یاب خطای برد: 64 کانال تست برای چندین روش تست برای تشخیص عیب و تست عملکرد آی سی های دیجیتال (داخل مدار/خارج از مدار)، وضعیت اتصالات آی سی و دریافت ولتاژ، به علاوه تست منحنی V-I قطعات بر روی بردهای بدون برق.
تستر آی سی آنالوگ: برای تست عملکرد درون مدار آی سی های آنالوگ و قطعات گسسته (هیچ برنامه نویسی یا مدار مورد نیاز نیست). یک تستر V-I کاملاً قابل تنظیم برای تشخیص عیب در بردهای بدون برق وجود دارد.
ایستگاه چندگانه: شامل هشت دستگاه تست و اندازه گیری با مشخصات بالا در یک ماژول (فرکانس شمار، اسیلوسکوپ ذخیره سازی دیجیتال، ژنراتور تابع، مولتی متر شناور دیجیتال، PSU کمکی و I/O جهانی).
ماژول تست پیشرفته: ترکیبات آزمایشی قدرتمندی را برای تشخیص عیب قابل انعطاف و جامع، از جمله تست های عملکردی، اتصالات، ولتاژ، حرارتی و امضای V-I ارائه می دهد.
اسکنر ماتریس پیشرفته: 64 کانال برای جمع آوری سریع داده ها برای آزمایش دستگاه های با تعداد پین بالا و همچنین PCB های کامل. فرکانس سیگنال جارو برای مشاهده پاسخ DUT در یک محدوده فرکانسی.
منبع تغذیه متغیر خروجی سه گانه: ولتاژهای تغذیه مورد نیاز را برای واحد تحت آزمایش فراهم می کند.
منبع : https://www.nutsvolts.com/magazine/article/repairing-circuit-boards