Auffinden eines fehlerhaften Chips, der zu viel Strom zieht

Beachten Sie, dass dies eine theoretische Frage ist - es gibt keinen Schaltplan, den ich zeigen kann. Ich werde einige Schaltpläne zeigen, aber es wird eine sehr vereinfachte Version einer tatsächlichen Schaltung sein, nur zu Illustrationszwecken.

Angenommen, ich habe einen Spannungswandler, der meine Hauptspannung (von einem Netzteil) als Eingang verwendet und eine bestimmte Spannung ausgibt, z. B. 1,8V. Es würde ungefähr so ​​aussehen:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Wenn ich meine Schaltung an die PS anschließe, bemerke ich, dass sie zu viel Strom zieht (die PS zeigt das).

Da ich mehrere Spannungswandler in meiner Schaltung habe (hier nicht gezeigt), überprüfe ich den Widerstand zwischen jedem Ausgang jedes Wandlers gegen Masse. Ich sehe, dass der Widerstand zwischen 1,8 V und Masse fast 0 Ohm beträgt. Jetzt weiß ich, dass der Fehler entweder im Spannungswandler liegt oder dass eine (oder mehrere) der anderen Komponenten von diesen 1,8 V Strom bezieht.

Ich löte den im Bild gezeigten Widerstand aus, um den Wandler von den anderen Bauteilen zu trennen und festzustellen, dass der Wandler in Ordnung ist, aber die Überprüfung des Widerstands an dem Punkt, der mit all diesen Bauteilen verbunden ist, zeigt immer noch 0 Ohm an.

Meine Frage lautet: Wie können Sie überprüfen, welche Komponente fehlerhaft ist, ohne jede verdächtige Komponente zu entlöten? Wie Sie in der Abbildung sehen können, wird die 1,8-V-Versorgung ohne Widerstand / Wulst direkt an die Komponenten angeschlossen.

Um diese Frage zu beantworten, gehe ich davon aus, dass ich Zugriff auf die benötigte Ausrüstung habe (egal wie teuer). Ich möchte nicht, dass die Lösungen aufgrund der Verfügbarkeit von Geräten eingeschränkt werden.

Vielen Dank!

Eine Wärmebildkamera ist in dieser Situation sehr nützlich. Sie sind heutzutage nicht besonders teuer. Wenn Sie keinen haben, kann ein Sensor durch einen bloßen Finger ersetzt werden.

ZUSATZ: Es gibt auch thermochrome Farben für verschiedene Temperaturbereiche, mit denen Hot Spots identifiziert werden können.

Sie könnten eine PCB-Stromsonde verwenden. Eine Suche ergab folgendes.

Abbildung 1. Eine TTi-Stromsonde .

Der Tastkopf wird auf der zu untersuchenden Leiterplatte gehalten und die Ausgabe kann auf einem Oszilloskop und vermutlich bei Gleichstrom auf einem Multimeter überwacht werden.

Abbildung 2. Der Sondenkopf.

Ich habe noch nie von einem "Fluxgate Magnetometer" gehört und ich bezweifle, dass sie zu viele Details preisgeben werden. Gute alte Wikipedia sagt folgendes:

Ein Fluxgate-Magnetometer besteht aus einem kleinen, magnetisch empfindlichen Kern, der von zwei Drahtspulen umwickelt ist. Ein elektrischer Wechselstrom wird durch eine Spule geleitet und treibt den Kern durch einen Wechselzyklus der magnetischen Sättigung; dh magnetisiert, nicht magnetisiert, umgekehrt magnetisiert, nicht magnetisiert, magnetisiert und so weiter. Dieses sich ständig ändernde Feld induziert einen elektrischen Strom in der zweiten Spule, und dieser Ausgangsstrom wird von einem Detektor gemessen. Bei einem magnetisch neutralen Hintergrund stimmen die Eingangs- und Ausgangsströme überein. Wenn der Kern jedoch einem Hintergrundfeld ausgesetzt ist, ist er in Ausrichtung mit diesem Feld leichter gesättigt und im Gegensatz dazu weniger leicht gesättigt. Das magnetische Wechselfeld und der induzierte Ausgangsstrom stimmen daher nicht mit dem Eingangsstrom überein. Inwieweit dies der Fall ist, hängt von der Stärke des Hintergrundmagnetfeldes ab. Oft wird der Strom in der Ausgangsspule integriert, wodurch sich eine analoge Ausgangsspannung ergibt, die proportional zum Magnetfeld ist. Quelle:Magnetometer .

Unter der Annahme, dass die Versorgung einen großen Strom abgibt (z. B. Hunderte von mA), können Sie den Spannungsgradienten von der Versorgung mit einem Voltmeter in seinem empfindlichsten Bereich verfolgen. Wenn Sie die Minima im Netz (oder Flugzeug) finden, haben Sie die Senke (Vcc) oder die Maxima im Bodennetz gefunden.

Art manuelle Implementierung eines Optimierungsalgorithmus für die steilste Abfahrt.

Ghetto FLIR:

Sprühen Sie etwas Flüssigkeit mit niedrigem Siedepunkt (wie Flussmittelreiniger) auf die Platte. Sehen Sie, wo es kocht.

https://www.youtube.com/watch?v=t5fICjcaJ3E#t=13m19

Am schnellsten und billigsten lerne ich von Youtube.

Schalten Sie Ihr Board ein und gießen Sie etwas Alkohol ein. Sehen Sie, welcher Bereich zuerst austrocknet.

Youtube-Link: https://www.youtube.com/user/rossmanngroup

Dafür gibt es ein Spray.

Google "Cold Spray Electronics" und Sie werden viele Hits finden, wie diese

Sprühen Sie das Zeug auf und beobachten Sie, wo es am schnellsten verschwindet. Das ist der Punkt, an dem das Heizen zu viel Strom zieht.

Dieses Zeug hat andere Möglichkeiten zur Fehlerbehebung - sollte in jedem gut ausgestatteten Elektroniklabor Standard sein.

Ich habe auf YouTube ein Video gefunden, in dem diese Methode demonstriert wird. Es bewegt sich eher langsam, aber es gibt die Idee - der Kurzschluss ist in ungefähr 4 Minuten gefunden. Übrigens verwendeten sie ein Staubspray, wobei die Dose auf dem Kopf gehalten wurde - sogar einfacher als das Kaufen von Frostspray.

Sie haben also eine Schiene, die schwer zu erden ist. Nach meiner Erfahrung handelt es sich in der Regel um ein Lötproblem.

Meine Technik besteht darin, die betreffende Schiene mit einem Tischnetzteil zu verbinden. Stellen Sie die Spannungsgrenze auf die normale Betriebsspannung der Schiene und die Stromgrenze auf ca. 1 Ampere ein. Der Strom ist ein Kompromiss, zu niedrig und die Spannungsabfälle sind schwer zu messen, zu hoch und es besteht Verbrennungsgefahr. 1 Ampere scheint für die meisten Boards ein vernünftiger Kompromiss zu sein.

Ich benutze dann ein Multimeter in einem empfindlichen Spannungsbereich, um den Stromfluss auf der Platine zu verfolgen.

Sie haben nicht ausdrücklich erwähnt, dass Sie die Spuren oder sichtbaren Lötstellen ausschließen können. Also nehme ich als erstes ein Mikroskop und überprüfe die Spuren (besonders in hausgemachten Platinen) und die Lötpunkte auf Kurzschlüsse.

Ich habe viele Lötkurzschlüsse gefunden (weil ich offensichtlich schlecht löten kann), aber auch viele Kupferkurzschlüsse zwischen Spuren auf selbst hergestellten Platinen.

Diese Methode dauert nicht lange, hilft Ihnen jedoch nicht, alle möglichen Fehler zu finden.

Da Sie erwähnt haben, dass der Preis kein Problem ist, würde ich sagen, dass dies eine andere Methode ist, die es wert ist:

Als weitere echte High-Tech-Lösung können Sie ein Röntgengerät verwenden. Damit haben Sie sogar die Möglichkeit, Shorts unter Chips zu sehen, was besonders bei BGA-Chips nützlich ist.

Das würde ungefähr so ​​aussehen:

Mit X-Ray_Circuit_Board_Zoom.jpg: SecretDiscderivative Arbeit: Emdee (X-Ray_Circuit_Board_Zoom.jpg) [ CC BY-SA 3.0 oder GFDL ], über Wikimedia Commons

Röntgenbilder können manchmal etwas irreführend sein, aber man gewöhnt sich daran, das, was man sieht, so zu interpretieren, wie es ein Arzt tut.

Wenn die Maschine dies unterstützt, können Sie auch verschiedene Blickwinkel betrachten und einen vollständigen 3D-Scan durchführen. Dies ist beeindruckend, aber oftmals nicht erforderlich.

Und da es sich um eine Röntgenaufnahme handelt, haben Sie eine Menge Papierkram vor sich, um alles einzurichten.

Eine andere Methode, die mit der Spannungsabfallmethode verwandt ist, könnte die Verwendung eines Milli-Ohm-Meters und das Messen aller Vcc-GND-Knoten in der Nähe der Chips sein.

Während Ihr normales Messgerät 0 Ohm anzeigen könnte, könnte ein Milli-Ohm-Messgerät einen Wert anzeigen, der Knoten mit dem geringsten Widerstand wäre der interessanteste.

Legen Sie etwas wärmeempfindliches Papier (wie von einem Einkaufsbeleg) in den Stromkreis. Hier ist ein Youtube-Video.

Einschalten. Warten. Auf Verfärbung prüfen. Natürlich hat ein wirklich fester Kurzschluss eine Spannung von Null und erzeugt keine nennenswerte Wärme. Die meisten fehlerhaften Stromkreise mit einer hohen Stromaufnahme weisen jedoch einen ausreichenden Widerstand auf, um mit einer anderen Wärme als nur am Spannungsregler verfolgt werden zu können.

Injizieren Sie eine Rechteckwelle und beobachten Sie das (winzige - offensichtlich) Klingeln am angetriebenen Ende und "gehen" Sie dann die Erde des Oszilloskops (und natürlich die Sonde) entlang jedes Pfades (zu jedem IC). Das Klingeln lässt nach, bis Sie den Kurzschluss selbst erreichen (mit der Erdung des Oszilloskops und der Sondenspitze zu beiden Seiten).

Ihr Problem ist das Ergebnis von Verwaltungsfehlern bei den Entwicklern der Leiterplatte: Sie konnten nicht auf Testbarkeit ausgelegt werden. Dies ist ein häufiges Problem in der automatischen Prüftechnik.

Die obigen Antworten mit Wärmebildkameras oder auf andere Weise, um den Hot Chip zu finden, sind die beste Wahl. Beachten Sie jedoch, dass bei einem absoluten Kurzschluss der Chip keine Energie verbraucht und kühl erscheint, da die gesamte Energie den Innenwiderstand des Netzteils erwärmt. In diesem Fall funktioniert die in der vorherigen Antwort gezeigte Stromsonde möglicherweise ... wenn die Leiterplattenspuren groß genug und weit genug voneinander entfernt sind, um ihre Magnetfelder zu isolieren.

Leider, wenn Sie eine moderne Leiterplatte mit 17 Schichten und winzigen SMT-Chips haben, haben Sie wahrscheinlich Pech. Die Analyse der logistischen Unterstützung bezeichnet solche Geräte im Allgemeinen als Einwegprodukte.

Willkommen in der ATE-Welt.

Dies ist nur ein Gedankenexperiment.

Verwenden einer Stromquelle, die mit einer Rechteckwelle von ca. 1 kHz bei einer Anstiegs- oder Abfallzeit von ca. 0,9 µS pulsiert: Dies erzeugt einen hörbaren Ton am Beginn des Frequenzbereichs eines Standard-AM-Empfängers. Die Masseebenenverbindung des Fehlerpfades darf höchstens unterscheidbar sein. Sie können die Antennenlänge anpassen, um die Empfindlichkeit anzupassen.

Ich habe die Idee, nachdem ich diese Antwort zu EMC gelesen habe: /electronics//a/30684/62403

Techniken, die sich auf die Erkennung der am Kurzschluss abgeführten Wärme stützen, sind bei bga-Paketen nur eingeschränkt geeignet. Das Paket wird die kurze verstecken. Eine Spur von 10 mil reicht für ca. 1/2 Ampere. Steigen Sie auf 1 Ampere und riskieren Sie, die Spur zu verschmelzen (nicht unbedingt eine Stromspur, aber woran liegt der Kurzschluss?). Ich würde die Chips einzeln entlöten, bis der Kurzschluss beseitigt ist oder offensichtlich wird.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Ohm an jedem IC zwischen V ++ und GND (ohne angelegte Leistung) zu messen. Angenommen, es liegt ein Kurzschluss vor, dann sind die Ohm-Werte niedriger als die anderen. Ich habe diese Technik zuvor zum Isolieren verwendet, aber ich gestehe nie auf einer Leiterplatte. Es ist jedoch eine weitere verfügbare Option. Mit diesen digitalen Messgeräten können Sie die Ohmwerte so genau messen. Und wo die Ohm am niedrigsten sind, ist der Kurzschluss.