Napisane przez Keysight, 23 sierpnia 2021 Instrumenty, Keysight, Power

Moją pierwszą pracą było wiele lat temu analizowanie awarii sprzętu, pracując jako inżynier w branży produkcji twardych dysków. Musiałem rozwiązywać problemy związane z obwodami elektronicznymi w zespole płytki drukowanej (PCBA) na poziomie funkcjonalnym, na który produkt otrzymywał instrukcje dotyczące wykonania określonych funkcji. Funkcje mogą polegać na przenoszeniu głowicy siłownika z określonej ścieżki na inną, odczytywaniu i zapisywaniu danych z dysków twardych lub przetwarzaniu danych w celu komunikacji między kontrolerem dysku twardego, a adapterem hosta komputera PC.

Po zawężeniu rozwiązywania problemów do poziomu awarii komponentu, początek ma etap zwany analizą awarii na poziomie komponentu. Analiza awarii podzespołu może być dość żmudna, a na płytce PCBA występuje ich wiele rodzajów. Na przykład związane z elementami dyskretnymi, takimi jak kondensatory elektrolityczne, kondensatory ceramiczne, kondensatory tantalowe, diody, cewki indukcyjne, oscylatory kwarcowe, mikrokontrolery, układy scalone sterownika mocy (IC), układy interfejsu protokołu i inne. Dodatkowo, prawie zawsze podczas analizy awarii będzie potrzebna weryfikacja poziomu elektrycznego, na poziomie komponentu. Pomiar odbywać się będzie przed zagłębieniem się w weryfikację przekroju poprzecznego komponentu.

Przy wielu typach awarii i różnych komponentach na PCBA, analiza awarii z pewnością nie jest trywialnym zadaniem, ani procesem. Wiele osób pisze swoje tezy i księgi na ten temat. Jest to zawód dla wielu osób z branży elektronicznej, które znam. Czytając artykuły i rozmawiając z inżynierami zajmującymi się tematem, można stwierdzić, że analiza awarii na poziomie funkcjonalnym przebiega zwykle przy użyciu zasilacza, analizatora stanów logicznych, oscyloskopu i multimetru cyfrowego.

Przyczyną awarii produktu końcowego mogą być błędy oprogramowania (w tym układowego) oraz błędy komponentów sprzętowych. W tym blogu wykluczę oprogramowanie układowe oraz błędy oprogramowania. Zamiast tego skupię się na błędach komponentów sprzętowych, które mogą pochodzić z:

• Błędów projektowych, w których uszkodzony komponent działa na granicy lub poza granicami swojej specyfikacji.
• Błędów procesu produkcyjnego, w których uszkodzone komponenty są nieumyślnie przeciążone elektrycznie, nieprawidłowo zainstalowane (niewłaściwa polaryzacja) lub uszkodzone.
• Podczas procesu sprawdzania komponentów istnieje również możliwość, że partia elementów o niskiej jakości przejdzie próby.

W kolejnych akapitach omówimy kilka praktycznych przykładów przyrządów do testów laboratoryjnych służących do analizy awarii.

Używanie multimetru cyfrowego do weryfikacji komponentów

Multimetr cyfrowy (DMM) jest jednym z najbardziej wszechstronnych przyrządów testowych do wstępnej weryfikacji elementów dyskretnych. Powodem jest, że mierzy rezystancję, napięcie, prąd, pojemność, a nawet może wykonać test diody. Elementy dyskretne są zazwyczaj bardzo wytrzymałe, ale czasami procesy produkcyjne, takie jak pobieranie i umieszczanie, mogą potencjalnie je uszkodzić, powodując niewielkie pęknięcia na krawędziach elementów.

Jeśli uszkodzenie jest poważne, komponent stanie się obwodem otwartym. Niektóre elementy, takie jak diody, mogą ulec uszkodzeniu w przypadku przeciążenia. Rysunek 1 pokazuje krzywą prąd-napięcie (IV) sprawnej diody i diody uszkodzonej, tak jakby na diodzie znajdował się dodatkowy rezystor.