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ICT檢測技術原理研究

作者:張金虎,卞國任,杜濤(珠海格力電器股份有限公司,廣東珠海 519000)時間:2023-04-03來源:電子產品世界收藏
編者按:主要介紹了ICT測試各種元器件的單元測量線路,根據元器件不同引腳間特性合理測試,且ICT測試有一定局限性,對實際生產過程具有重要的質量管控作用。

隨著空調技術和集成化技術的發展,使得電路板的線路布局有復雜化、多元化、集成化的特點。電路板中的電子小型化、引腳密集化對器件質量檢測篩選具有一定的挑戰性。在線測試技術(In-Circuit Test,) 作為電子產品印制板的重要測試手段已被大多數電子企業所采用,具有覆蓋率高、定位精準、易操作等特點。[1]本文主要介紹了在線測試原理、測試優化方法以及測試。

本文引用地址:http://www.kongbao21.cn/article/202304/445248.htm

1 在線測試技術原理

目前在線測試技術()技術主要是針對PCBA(印刷電路板)焊接故障(如開短路、虛焊、脫焊、立碑等)和物料異常(如錯插、漏插、反插、多插以及物料內部結構異常等)。某公司采用針床式 測試技術,借助針床夾具完成測試過程,精準測量PCBA 中組裝的電阻、電容、電感、跳線、二極管、三極管、光耦等通用和特殊元器件的參數值,根據標準值判斷故障類型,ICT 對不同器件的原理各不相同。

1.1 電阻測試原理

電阻“R”的測試類型元件有碳膜電阻、金屬膜電阻、熱敏電阻、片狀電阻、水泥電阻等,電阻的分為三種:分壓測量法、恒壓測量法、四針測試法。

1.1.1 分壓測量法

由圖1 可得:Rx=Vx*Rs/Is 或Rx=Vx*Rs/(Vs-Vx),兩公式中前一個需測兩個未知量Is 與Vx,而后一個只需測1 個量Vx 所以后一種算法測量速度快,但由于它用Vs 作已知量,(12 位的DA 經放大后的輸出)相對Is(14 位的AD 加高精度的儀表放大器)精度較低,所以快速測量法速度快但精度(3%~5%)不如普通方法(1%)。

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圖1 電阻分壓測量法原理圖

1.1.2 恒壓測量法

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圖2 恒壓測量法原理圖

由圖2 可知:該法與分壓法區別為存在并聯電容,且因Rs 對信號穩定時間不利,利用閉環反饋將其消除,但由于電路采用大回路的閉環反饋,有時會不穩定,產生自激(與外電路結構有關)。

1.1.3 四針測量法

對于(0.1~100)Ω 電阻的小電阻使用四針測量法,測量原理如圖3 所示。

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圖3 四針測量法原理圖

由于所有探針接觸點都存在接觸電阻,而且在多次重壓及不同的被測板間這種接觸電阻的變化較大,如果用直接兩針法測量,這種接觸電阻的變化將直接影響測量結果,使小電阻的測量變得很不穩定。

改用四針電橋法測量后PIN1與PIN2是信源發出針,PIN3 及GPIN1 是被測電壓返回探針,由于電壓采樣放大器的輸入電阻極高,所以在“返回探針接觸電阻”上的電流及壓降很小,能準確測得被測電阻的真實端電壓?;芈冯娏鞯拇笮‰m然與“源接觸電阻”大小有關,但在每次測量中,被測電阻的端電壓與回路電流的比值僅與被測電阻值有關。

1.2 電容測試原理

電容“C”的測試元件類型有瓷片電容、獨石電容、片狀電容、電解電容、金屬膜電容、風機電容等,電容的分為4 種:分壓測量法、虛地測量法、恒流源測量法、三針測量法。

1.2.1 分壓測量法

由圖4 可得:Cx=|Is|/(|Vx |*Rs)/2πf-Co; 或Cx=Rs*(Vs2-Vx2)1/2/ 2πfVx - Co, 當被測電容較小時(小于1 nF)分布電容Co(容值約1 nF)比被測電容還大,使測試精度大大下降,故此法適于測量1~10 μF 電容。

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圖4 電容分壓測量法原理圖

1.2.2 虛地測量法

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圖5 電容虛地測量法原理圖

1.2.3 恒流源測量法

如圖6 所示,Cx=T*Ix/Vx,其中T 是供電時間,Ix 是恒流源,Vx 是在T 時間內電容兩端的電壓變化量。

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圖6 電容恒流源測量法原理圖

1.2.4 三針測量法

三針電容極性測量法原理如圖7 所示,由于電解電容管腳對外殼的電容量相差較大所以圖中電壓V1V2會有較大差異,由此可判斷電容的極性是否裝反,對于較大的電容由于容抗較小使得信號源驅動困難,因此常降低頻率測量。

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圖7 電容三針測量法原理圖

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圖8 電感分壓測量法原理圖

1.4 跳線測試原理

跳線”JP”測試法是測量通斷,通過測量兩點間直流電阻判斷跨接線的安裝情況,JP0 以兩點間短路為正確,JP1 以兩點間開路為正確。標稱值不必輸入,默認為20 Ω,當給定1~100 間的數時,短路的判定將以給定值為準(誤差10%)。

1.5 二極管、三極管測試原理

二極管和三極管測試是通過PN 結測試,其結構中具有PN 結特性,IC、光耦、數碼管等器件部分引腳可按“PN”測試,PN 結的測試方法有3 種:曲線測量法、正反向測量法、電感并聯測量法。

1.5.1 曲線測量法

當PN 結正向導通時電流與電壓的關系是非線性的,如圖9 所示,測量這種非線性可以區分雙向PN 結與普通電阻。所以在判斷某兩電間是否有PN 結特性時常用此法。

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圖9 PN結特性曲線

1.5.2 正反向測量法

本方法用一定的原電阻分別對被測點施加正反向兩種電壓,對普通PN 結將得到V1、V2 兩個不相等的電壓,而對于雙向PN 結(或反并聯的兩個PN 結)V1V2在絕對值上是相等的,但某一方向上的PN 結壞了或反裝了都會影響測量結果,所以本法可以一步測量兩個PN 結。

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圖10 雙向PN結特性曲線

1.5.3 電感并聯測量法

用高頻交流源驅動PN 結及電感,使電感呈現高阻態,正反向PN 結兩端電壓波形如圖11 所示,分別讀取正反向峰值可判斷PN 結的安裝情況。

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圖11 電感并聯測量波形圖

1.6 光耦測試原理

光電藕合器“OP”最少是四個端子,兩個發光控制端和兩個受光被控端,只有真正的進行發光控制才能測試其好壞,所以我們采取四端測量方法先在控制側不驅動,測量被控測的電壓,以測試光藕的關斷特性,然后以(5~10)mA的電流驅動發光側,被控側電壓將下降,由此可檢測其導通特性。

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圖11 光耦四針測量法原理圖

1.7 隔離點測試原理

GUARD是保護的意思,通常用在多個器件串并聯的電路回路中。

電流源信號時:電流會在HI-PIN 通過C1、R1 分流,因此會提供G1、G2 點隔離,此時,Vhi = VG1 = VG2,因此,GUARD PIN 位于HI-PIN 串聯點,即高點分支點。電壓源信號時: 為防止節點L0 有外電流通過C1、R1 流入,應加G1、G2 點隔離,此時,Vlo = VG1 = VG2,因此,GUARD PIN 位于HD PIN 串聯點,即低點分支點。

比如3 個電阻首位相接,有3 個測試點,每1 個測試點放1 個探針分別是A, B, C;當測試其中1 個電阻時,需用到A, B 而GUARD 設定為C。實際上是在C 針上加1 個與A 針相等的電勢,保證電勢只從A 流向B 這樣A, B 之間的測試值只是這1 個電阻的值,而不是電阻的并聯值。電勢是從高電勢流向低電勢。

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圖12 隔離點測試原理圖

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圖13

2 在線測試優化方法

2.1 元件測試精調的常用方法

1)加隔離針,對阻值偏小的電阻和容值偏大的電容進行隔離。

2)加延時,適當增加延時時間使信號穩定。

3)增、減測試電壓,增加電壓可增加信噪比,減少電壓可防止飽和與串擾。

4)升、降測試頻率,升高頻率可使電阻對電容和電感的影響降低,降低頻率可使噪聲減少。

2.2 元器件測試轉化方法

PCB 電路板涉及多種元器件,不僅是電阻、電容、電感、光耦、二極管、三極管這些器件,還會涉及固態繼電器、芯片、蜂鳴器、陶振晶振等。ICT 測試根據每種元器件的不同引腳所組成的結構特性進行轉化測量,以固態繼電器和芯片為例。

2.2.1 固態繼電器

固態繼電器是一種無觸點開關器件,是全部由固態電子元件所組成的。列舉某公司經常使用的一種固態繼電器,其內部結構圖如下所示,一種AC 型負載的可控硅輸出光電耦合器,由二極管、雙向二極管、雙向可控硅等組成。ICT 測試固態繼電器,針對不同進行區別測試:①腳和②腳按照二極管特性即PN 結測試數值大?。?① 腳可替換為③ 腳/④腳),③腳和④膠按照跳線JP 方式測量開短路(①和③、①和④均可),根據其光電耦合的特性,①腳、②腳、⑥腳、⑧腳4 個腳按照光耦特性OP測試,⑤腳和⑥腳按照電阻特性R 測試數值。

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圖14 固態繼電器內部結構圖

2.2.2 芯片

芯片,是高集成電路部件,內部線路包含晶體管、電阻、電容、電感等器件。某公司經常使用的2003 控制芯片,為達林頓管陣列驅動電路,內含七組NPN 型達林頓管,其內部結構電路圖如圖15 所示。

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圖15 2003芯片內部結構圖

圖16 為電路中一個通道的達林頓管線路圖,其中T1 作驅動管,T2 為輸出管,D1 是輸出端保護二極管,用于驅動感性負載時作保護用,虛線連接的是寄生二極管,GND 與圓片P 型襯底相連接最低電位,各端口連圓片N 型區域,故各端口對GND 有1 個寄生的PN 結二極管。根據電路管腳特性可知:輸入腳與GND 腳存在電阻關系,即① ~ ⑦腳與GND 腳按照“R”方式測量數值;輸出端、公共端與GND 腳存在二極管連接關系,即⑨ ~ ?腳按照“PN”方式正反測量電壓數值。

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圖16 單通道達林頓管線路圖

3 在線測試

實際生活中電器產品多種多樣,產品設計電路板不盡相同,各種元器件通過串并聯方式連接起來,實際ICT 測試時電路板其他元器件會對其測量值存在干擾,實際值與理論值存在差異性,以下情形中ICT 無法測試:

1)小電容并聯大電容,容值相差較大時,小電容損壞漏件均不可測;

2)大電阻并聯小電阻,這種情況不多見,但通過1個大電容并聯的關系較多,由于大電容不易隔離,且穩定時間長,干擾較大,且并并聯后阻值比小電阻略小,這時大電阻缺件不可測;

3)IC 的性能無法檢測,ICT 一般不用于檢測IC 的功能好壞,只檢查其管腳的焊接質量及方向性;

4)NTC 熱敏電阻、壓敏電阻等器件因隨環境因素變化阻值不穩定,無法測試;

5)放電管無法被ICT 檢測好壞,其主要作用為限制過電流和過電壓,需外加電壓,而ICT 測試為弱電無法檢測。

4 結束語

綜合來看,對電阻、電容、電感、跳線、二極管、三極管、光耦等器件測量單元線路的設計不同會造成ICT 測試范圍和精度的不同,本文的測量線路僅供參考。針對由集成電路組合的元器件,需要針對其不同管腳之間的電路特性進行合理測量檢測。實際生產過程中,各種電路板的設計均存在不同,線路上各元器件均會存在干擾,實際值與理論值存在差異,以及導致部分元器件無法準確測量,需從人員檢查、過程管控、物料篩選等方面進行質量預防。

參考文獻:

[1] 王大偉,龔清萍,張德曉.ICT測試技術在航空電子產品PCBA測試中的應用[J].航空電子技術,2014(4):49-57.

(本文來源于《電子產品世界》雜志2023年3月期)



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