高密度电路板辅助诊疗修理模式研究

孙建/江苏金陵机械制造总厂

0 概述

高密度电路板在机载设备上应用广泛，板上通常含有CPU、DSP、FPGA等超大规模集成电路和存储器、总线驱动器等芯片，元器件大多采用贴片封装。例如，某型雷达信号处理组件由主控计算机、数据交换模块、DSP 模块等多个高密度电路板组成，使用1 片i7-620 CPU、80 片DSP、2 型24 片随机存储器、3 型34 片数据存储器等多种芯片。

机载设备通常分为雷达、显示控制、电子战等多个功能分系统，每个分系统的信息处理部件中均有大量的高密度电路板。高密度电路板的器件种类多、信号交联复杂、贴装工艺精密，故障板卡的修理难度大，已经成为限制机载设备不同功能分系统深修精修的普遍难 题。

1 修理难点

开展高密度电路板修理，需要修理人员掌握多种修理技能，如各类型集成电路的故障判定、片上程序的读写、复杂封装的拆焊、检测软件设计等。这些修理技能专业特征明显、技术含量高，要求修理人员全部掌握的难度较大。由于普通修理人员存在技能短板，以上单个环节出现的问题易成为各工位上高密度电路板的修理瓶颈。

实现全员的能力提升非一日之功，且要求所有修理人员都掌握全部修理技能的要求太高，既不现实也不经济。如果针对高密度电路板修理的关键环节，组建专门的团队来应对，建成类似医院辅助诊疗的技术支持团队，则能极大降低对修理人员知识储备覆盖面的要求，细化专业分工。

2 医院辅助诊疗模式

医院是深修精修的典范，不同的是医院“修理人”、工厂“修理产品”，但都要求应修尽修、恢复状态。现代医院管理模式从20 世纪中叶发展至今，形成了极其细化的专业设置。目前，空军修理工厂的工艺流程、工艺分工与医院的专业设置有诸多相似，但在辅助诊疗团队的设置上，医院有独到之 处。

综合性医院的辅助诊疗科室通常有医学影像科、检验科、病理科等，可为各专业诊室提供通用的技术支持。门诊医生不需要掌握CT 机操作技能和验血技能，通过医学影像科和检验科就能获取高质量的结论、报告。这种设置细化了专业分工、提高了诊断效率，降低了门诊医生的综合能力要求。

3 修理辅助诊疗模式

仿照医院模式，在高密度电路板修理过程中设置辅助诊疗流程，能够降低对部附件修理人员的能力要求，优化修理步骤。

机载设备修理的各工位遇到修理难题时，可以选择对应的辅助诊疗团队，通过委托单将故障电路板转出进行针对性处理。类似于医院门诊部门委托辅助诊疗科室开展医学成像、病理分析，辅助诊疗团队可提供芯片检测、软件管理、器件拆焊、红外对比等多种修理技术支持。辅助诊疗团队将修理后的电路板或分析结果反馈给提出需求的工位，由工位进一步开展部附件的检修。

4 修理辅助诊疗方法

4.1 图样测绘

信号分析是电路板修理的基本手段，图样是信号分析的必要条件。大部分高密度电路板的图样尤其是原理图被研制单位视为核心技术，修理工厂无法获取。高密度电路板通常是多层PCВ 板，由于芯片管脚密集且大量使用ВGA 等封装，导致修理人员无法使用万用表进行准确测绘。

通过使用工业CT 扫描技术，逐层探测PCВ 板线路走向，由人工查找线路连接关系，再汇总生成修理所需图样，能够解决关键图样缺失的瓶颈问题。

4.2 可编程逻辑器件检测

针对CPLD、FPGA 等可编程逻辑器件，将原工作程序隔离，自行编制检测程序加载到器件中，利用检测程序对周边器件进行检测。该检测方法已有十余年的应用历史，对于使用可编程逻辑器件为主控芯片的电路板修理效果明显。

4.3 处理器检测

CPU、DSP 等芯片具备复杂的控制和运算功能，应用此类芯片的高密度电路板的修理难度较大。除了研制单位预留的调试接口外，几乎没有太多可利用的修理方法，但调试接口的技术细节通常保密。

可行的修理方法包括监控启动信号和隔离工作区块。其中，处理器启动有固定的流程，如加载外部存储器的程序时，读写控制信号和数据流都有固定特征，监控这些关键启动信号即可判断处理器和存储器是否存在问题；隔离工作区块是指修改电路板原有的工作模式，如使用边界扫描技术直接控制芯片的管脚输出，或通过物理上的隔断、跳线等操作，将电路板上的运算区、数据存储区、总线驱动区脱离处理器控制，继而对各个功能区块进行检测。

此外还有两种待研究的检测方法：一是利用板卡的并行总线进行检测，需要熟练掌握总线协议，并自制接口电路；二是将工作程序替换为检测程序，需要熟练掌握操作系统和应用程序编制。两种方法较难实现，但实现后具有通 用性。

4.4 存储器检测

随机存储器、数据存储器的异常状态包括损坏或不稳定两种，其中不稳定状态较多出现于研制年代久远的芯片，随着工艺的不断发展，存储器的品质越来越稳定。

通过控制存储器管脚的状态，在存储器的每个地址写入差异数据，再读取确认与写入的是否一致，所有地址轮转一圈或多次轮转后就能确定存储器是否工作正常。对数据存储器实施读写操作的前提是必须完整备份原有数据。

4.5 软件备份

随着执行环境层软件、平台管理软件、应用软件等多层软件在机载设备中的大量使用，在修理中对高密度电路板的软件作备份管理极为重要。

更换含软件的故障芯片需要事先得到备份数据。可编程逻辑器件利用JTAG 来读取软件。对可拆卸的存储器芯片，通过通用编程器实现数据备份和烧录。对不可拆卸的存储器芯片，关闭电路板上其余芯片的使能控制，清空对总线的干扰，通过共用总线的总线驱动器将存储器转接到电路板对外接口，实现对存储器数据的间接访问。

4.6 器件拆焊

ВGA 封装芯片无法通过手工对其拆解、焊接，QFP 等其他封装芯片手工拆焊的效率和稳定度也无法与返修工作台的自动操作相媲美。因此，返修工作台在高密度电路板修理中的应用将越来越广泛。

操作返修工作台需要熟悉各类型封装拆焊的温度设置，储备多种SMT钢网。将返修工作台集中管理，只需少量专业人员就能为各工位提供芯片拆焊服务。

4.7 红外对比

通常电路板发生故障时，其板上热耗分布会发生变化，通过红外设备扫描故障板件和正常板件的热成像，专业开展红外扫描对照的工作组能够建立红外成像信息库，为修理人员提供对比信息，从而为定位故障提供判断依据。

5 辅助团队规模

以上描述的技术环节可由多个辅助诊疗团队开展研究、分工实施，每个辅助诊疗团队根据工作量大小进行人员配置。多则10 余人，如图样测绘、处理器检测团队，少则2、3 人，如器件拆焊、红外对比团队。

6 结束语

与机载设备各分系统功能性的专业划分不同，高密度电路板修理的专业划分可转变成为对不同信号分析思路、不同工艺操作方法、不同检测调试手段的区别、细分。

辅助诊疗修理模式可以在多条路径上拓展研究空间、形成解决思路，为机载设备深修精修提供专业的技术支撑，同时也避免因疑难故障导致电路板在普通工位上长期滞留，从而缩短修理 周期。