ICT检测技术原理研究

  集成化技术的发展,使得电路板的线路布局有复杂化、多元化、集成化的特点。电路板中的电子小型化、引脚密集化对器件质量检验测试筛选具有一定的挑战性。在线测试技术(In-Circuit Test,的重要测试手段已被大多数电子企业所采用,具有覆盖率高、定位精准、易操作等特点。

  目前在线测试技术(ICT)技术主要是针对PCBA(印刷电路板)焊接故障(如开短路、虚焊、脱焊、立碑等)和物料异常(如错插、漏插、反插、多插以及物料内部结构异常等)。某公司采用针床式ICT测试技术,借助针床夹具完成测试过程,精准测量PCBA 中组装的电阻、电容、电感、跳线、二极管、三极管、光耦等通用和特殊元器件的参数值,根据标准值判断故障类型,ICT 对不同器件的测试方法原理各不相同。

  电阻“R”的测试类型元件有碳膜电阻、金属膜电阻、热敏电阻、片状电阻、水泥电阻等,电阻的测试方法分为三种:分压测量法、恒压测量法、四针测试法。

  由图1 可得:Rx=Vx*Rs/Is 或Rx=Vx*Rs/(Vs-Vx),两公式中前一个需测两个未知量Is 与Vx,而后一个只需测1 个量Vx 所以后一种算法测量速度快,但由于它用Vs 作已知量,(12 位的DA 经放大后的输出)相对Is(14 位的AD 加高精度的仪表放大器)精度较低,所以快速测量法速度快但精度(3%~5%)不如普通方法(1%)。

  由图2 可知:该法与分压法区别为存在并联电容,且因Rs 对信号稳定时间不利,利用闭环反馈将其消除,但由于电路采取大回路的闭环反馈,有时会不稳定,产生自激(与外电路结构有关)。

  对于(0.1~100)Ω 电阻的小电阻使用四针测量法,测量原理如图3 所示。

  由于所有探针接触点都存在接触电阻,而且在多次重压及不同的被测板间这种接触电阻的变化较大,如果用直接两针法测量,这种接触电阻的变化将直接影响测量结果,使小电阻的测量变得很不稳定。

  改用四针电桥法测量后PIN1与PIN2是信源发出针,PIN3 及GPIN1 是被测电压返回探针,由于电压采样放大器的输入电阻极高,所以在“返回探针接触电阻”上的电流及压降很小,能准确测得被测电阻的真实端电压。回路电流的大小虽然与“源接触电阻”大小有关,但在每次测量中,被测电阻的端电压与回路电流的比值仅与被测电阻值有关。

  电容“C”的测试元件类型有瓷片电容、独石电容、片状电容、电解电容、金属膜电容、风机电容等,电容的测试方法分为4 种:分压测量法、虚地测量法、恒流源测量法、三针测量法。

  如图6 所示,Cx=T*Ix/Vx,其中T是供电时间,Ix 是恒流源,Vx 是在T时间内电容两端的电压变化量。

  三针电容极性测量法原理如图7 所示,由于电解电容管脚对外壳的电容量相差较大所以图中电压V1与V2会有较大差异,由此可判断电容的极性是否装反,对于较大的电容由于容抗较小使得信号源驱动困难,因此常降低频率测量。

  跳线”JP”测试法是测量通断,经过测量两点间直流电阻判断跨接线 以两点间短路为正确,JP1 以两点间开路为正确。标称值不必输入,默认为20 Ω,当给定1~100 间的数时,短路的判定将以给定值为准(误差10%)。

  二极管和三极管测试是通过PN 结测试,其结构中具有PN 结特性,IC、光耦、数码管等器件部分引脚可按“PN”测试,PN 结的测试方法有3 种:曲线测量法、正反向测量法、电感并联测量法。

  当PN 结正向导通时电流与电压的关系是非线 所示,测量这种非线性可以区分双向PN 结与普通电阻。所以在判断某两电间是否有PN 结特性时常用此法。

  V2两个不相等的电压,而对于双向PN 结(或反并联的两个PN 结)V1与V2在绝对值上是相等的,但某一方向上的PN 结坏了或反装了都会影响测量结果,所以本法可以一步测量两个PN 结。

  GUARD是保护的意思,通常用在多个器件串并联的电路回路中。电流源信号时:电流会在HI-PIN 通过C

  G1、G2点隔离,此时,Vhi=VG1=VG2,因此,GUARD PIN 位于HI-PIN 串联点,即高点分支点。电压源信号时: 为防止节点L0 有外电流通过C1、R1流入,应加G1、G2点隔离,此时,Vlo=VG1=VG2,因此,GUARD PIN 位于HD PIN 串联点,即低点分支点。比如3 个电阻首位相接,有3 个测试点,每1 个测试点放1 个探针分别是A, B, C;当测试其中1 个电阻时,需用到A, B 而GUARD 设定为C。其实就是在C 针上加1 个与A 针相等的电势,保证电势只从A 流向B 这样A, B 之间的测试值只是这1 个电阻的值,而不是电阻的并联值。电势是从高电势流向低电势。图12 隔离点测试原理图

  4)升、降测试频率,升高频率可使电阻对电容和电感的影响降低,降低频率可使噪声减少。

  芯片,是高集成电路部件,内部线路包含晶体管、电阻、电容、电感等器件。某公司常常使用的2003 控制芯片,为达林顿管阵列驱动电路,内含七组NPN 型达林顿管,其内部结构电路图如图15 所示。

  图16 为电路中一个通道的达林顿管线是输出端保护二极管,用于驱动感性负载时作保护用,虚线连接的是寄生二极管,GND 与圆片P 型衬底相连接最低电位,各端口连圆片N 型区域,故各端口对GND 有1 个寄生的PN 结二极管。依据电路管脚特性可知:输入脚与GND 脚存在电阻关系,即① ~ ⑦脚与GND 脚按照“R”方式测量数值;输出端、公共端与GND 脚存在二极管连接关系,即⑨ ~ ⑯脚按照“PN”方式正反测量电压数值。

  1)小电容并联大电容,容值相差较大时,小电容损坏漏件均不可测;2)大电阻并联小电阻,这样的一种情况不多见,但通过1个大电容并联的关系较多,由于大电容不易隔离,且稳定时间长,干扰较大,且并并联后阻值比小电阻略小,这时大电阻缺件不可测;3)IC 的性能无法检测,ICT 一般不用于检测IC 的功能好坏,只检查其管脚的焊接质量及方向性;4)NTC 热敏电阻、压敏电阻等器件因随外因变化阻值不稳定,无法测试;5)放电管无法被ICT 检测好坏,其最大的作用为限制过电流和过电压,需外加电压,而ICT 测试为弱电无法检测。4 结束语

  综合来看,对电阻、电容、电感、跳线、二极管、三极管、光耦等器件测量单元线路的设计不同会造成ICT 测试范围和精度的不同,本文的测量线路仅供参考。针对由集成电路组合的元器件,需要针对其不同管脚之间的电路特性做到合理测量检测。实际生产的全部过程中,各种电路板的设计均存在不同,线路上各元器件均会存在干扰,实际值与理论值存在一定的差异,以及导致部分元器件无法精准测量,需从人员检查、过程管控、物料筛选等方面做质量预防。

  [1] 王大伟,龚清萍,张德晓.ICT测试技术在航空电子科技类产品PCBA测试中的应用[J].航空电子技术,2014(4):49-57.(本文来源于《电子科技类产品世界》杂志2023年3月期)



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