提高印制板组件短路故障定位效率

陕西长岭电子科技有限责任公司产品开发部 武军锋



提高印制板组件短路故障定位效率

陕西长岭电子科技有限责任公司产品开发部 武军锋

【摘要】使用新型的短路信号测试仪器，快速、精准的定位印制板组件短路故障点，整个排查过程非损伤、无破坏，方便、快捷。

【关键词】短路信号测试仪；印制板组件；短路

1.引言

在如今的电子产品加工行业中，经常会遇到装配完成或返修产品的印制板组件，在加电前用三用表测量其上某电源网络对地短路。遇到这种问题，业内人士排故的方法多种多样，但一直存在排故时间长、影响生产周期、排故过程解焊器件增加印制板可靠性风险、产生多余生产成本等不利因素，本文通过对本单位传统短路故障产生的原因、排故方法进行分析，提出并验证了一种全新的排故方法，并与传统排故方法进行了比较，规避了传统排故方法带来的一系列问题。

2.背景

目前的印制板组件其集成度越来越高，高密度BGA、QFP器件、小封装贴片器件比比皆是，再加上多数印制板均是多层设计，采用电源层或内电层分割给印制板组件上器件供电，往往一个电源网络上多的甚至有几百个器件，这些因素给短路排查过程增加了巨大的难度和工作量，给生产周期带来沉重的压力；若是器件质量问题带来的短路故障，逐个解焊会引起解焊器件和印制板焊盘的可靠性风险，再加上一些航天产品已经明确焊接和解焊的禁限用工艺，势必不能采用逐个解焊排查法来解决短路问题。所以如何快速精准的判断短路点，已经处于一种迫在眉睫的形势下。

3.在线状况

针对短路故障，对公司以往在线生产中印制板组件短路故障的排查方法进行调查总结，见下：（1）凭借经验解焊关联器件来排查。（2）直接逐个拆焊相关器件，碰运气。（3）凭借原理图判断，先借用放大仪器逐个检查相关器件，解决不了，逐个解焊排查。（4）拆焊解决不了或造成印制板损伤，报废印制板领新的从新焊接。

并收集原短路故障排查结果，最终归为几类，见下：（1）焊接问题造成短路，占短路故障中40%。（2）印制板存在多余物如锡珠、助焊剂等造成短路，占短路故障中10%。（3）器件失效本身短路，占短路故障中45%。（4）印制板质量问题内部短路，占短路故障中5%。

4.传统排查方法分析及规避短路方法解析

4.1传统排查方法分析

通过传统排查方法我们可以看出，无论现行的哪种方法排故，当无法定位时，均需要逐个拆焊相关器件， 但逐个解焊排查法存在下列两个缺点：（1）靠猜、拆，误判率大，效率低，品质、成本、效率无法保证。（2）航天禁限用工艺要求：不允许多次拆焊。

4.2常规规避短路方法

（1）加强生产检验和焊接培训

首先确定，印制板组件短路故障在生产中为偶发事件，加强生产检验和焊接培训只能控制短路故障的发生概率，无法消除，且由于元器件失效和印制板自身问题带来的短路故障无法排除，当面临短路故障时仍需要排查手段。

（2）利用高倍放大镜、X-Ray检测仪逐个检查

在印制板组件焊接完成后利用高倍放大镜、X-Ray检测仪对器件逐个检查，此项工作费时费力，且无法判定失效器件造成的短路问题。

（3）加强电路培训

加强对故障组件的原理培训只能缩小排查空间，而目前电源网络上连接的器件很多，还是无法确定短路点，仍需逐个解焊排查。

5.新的排故思路

有没有方法能够避开逐个解焊的弊端，直接定位到短路故障点，进而快速解决故障呢？ 针对此种思路，查找目前市场短路故障测试仪器及方法，并对其进行筛选，发现了一款设计思路非常精妙的短路测试仪器，该仪器具备快速、精准定位印制板组件短路故障点的功能，下面对此设备进行原理描述，如图1。

假设ABCD四颗元件可能短路，假设D点短路，从‘I’点注入雷达信号，信号电流将流到D点，以短路回路为发射天线，并在路径上发射电磁波，使用矢量雷达探笔捕捉雷达信号轨迹，以雷达探测笔显示的亮灯多少来确认短路回路，（即远离回路信号弱，回路附近信号强，短路点信号最强）从而定位短路位置。该原理简单易懂，设计思路巧妙，让人感到信服。

图1　短路测试仪工作原理图

6.新方法的实施

6.1短路测试仪准备

购买来的此款短路测试仪为ESAMBER品牌，型号为M&S 45-E。

6.2工艺准备

在公司生产过程中，原来存在过因各种原因造成报废的印制板组件，将之领回，人为制造短路故障，统一备用。

另一方面随时收集生产中出现的、有短路故障的新装或返修的印制板组件，用于排故验证。

6.3短路测试仪短路定位效果检查

对人为制造的短路印制板组件，用短路测试仪进行短路定位，因不需要二次确认，均能在极短时间内达到一次定位准确率100%。

6.4二次确认

收集半年多生产中处理的短路故障，共计8起，涉及到在线产品和返修产品，用短路测试仪进行故障定位并排查，详细记录见下：

1）装配完成的印制板3.3V对地短路

测试仪定位在贴片电源芯片，经X-Ray检测仪观察印制板电源和地管脚间的焊盘有很细的锡丝，补焊清理后，解决。

2）装配完成的印制板1.5V对地短路

BGA封装的FPGA器件BGA封装的FPGA器件，经X-Ray检测仪观察FPGA的焊盘有桥连，解焊后从新焊接，解决。

3）装配完成的印制板5V对地短路

测试仪定位在一引脚间距小的QFP封装器件，经高倍放大镜下发现该芯片电源与地引脚间有很细的锡丝，返修焊点后解决。

4）返修设备印制板5V对地短路

测试仪定位在矩形插座，经X-Ray检测仪下观察该插座下有丝状多余物，解焊后取出多余物从新焊接解决。

5）工序试验中1.5V对地短路

测试仪定位在BGA封装的FPGA器件，经X-Ray检测仪下发现焊盘无桥连，解焊后印制板无短路现象，判断为器件失效，更换器件后从新焊接解决。

6）返修机器3V对地短路

测试仪定位在0603封装的贴片电容器，经40倍放大镜下观察，发现该电容器外壳损伤，判断为错层断裂，更换同型号电容解决。

7）装配完成的印制板5V对地短路

测试仪定位在矩形插座或印制板，解焊插座后测量印制板本身短路，通知厂家，厂家确认为印制板加工问题，赔偿损失。

8）返修过程中3.3V对地短路

测试仪定位在QFP封装集成电路，经40倍放大镜下观察引脚间卡有小锡珠，判断为返修过程中有锡珠滚入，划针剔除锡珠后解决。

6.5优点描述

经过多次短路故障的排查，短路测试仪定位法优点非常明显：（1）以“分”“秒”计算定位时间。（2）一次定位准确性几乎100%。（3）操作简单、快捷。（4）排查过程非损伤，无破坏，可靠性有巨大保证。

7.效果确认

根据对生产中出现的短路故障排查的一系列验证，自2015年7月开始，截止2015年12月，遇到所有的8起短路故障，利用短路测试仪均能在不超过30分钟内快速定位，后经二次确认后均达到一次判定100%的准确率，效果极其明显，得到生产线的一致好评。

8.总结

综上所述，就目前统计数据，我们可以得出如下结论：

a.公司已具备对短路故障印制板组件快速定位及解决的能力和手段，生产效率极大提高。

b.非损伤、无破坏准确定位率达到95%以上，满足航天产品解焊的相关禁限用工艺要求，保证了产品可靠性。

作者简介：

武军锋（1980-），男，高级工程师，河南开封人，西安电子科技大学电子工程本科毕业，从事雷达信号处理、系统调试研究。