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手机、硬件电路板分析维修思路(1)第六条气死人!

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分析、定位、维修电路是硬件工程师的基本工作内容,现场总会出现各种各样奇奇怪怪的问题,我们需要逐步定位问题一个一个解决,来降低故障率、提高产线良率、提高平均无故障时间、减少售后问题,本节介绍几个常见分析思路,在手机、平板、电脑等硬件电路中都是通用的。

在平时工作时,我发现有同学并没有定位到问题根因就匆忙投板子,虽然问题不出现了但是并没有定位到根因,这始终是个隐患,万一在售后集中爆发,后果不可估计,本节介绍几个常见的电路问题及其分析整改思路。再次强调,遇到问题一定要定位到根因,定位到根因。

以前接触过某公司的产品,使用IMU传感器单元,它是检测机体角速度与角加速度,也叫A+G(加速度计陀螺仪),当前的手机中必备IMU单元,对于无人机等产品而言IMU是捷联惯性导航必备单元之一,当时他们试产时发现有几个板子功能异常,最终发现更换IMU芯片后板子就正常了,得出结论是IMU芯片异常,公司规模较小研发体系不成熟,该问题就没有继续跟踪。

其实IMU芯片导致板子工作异常只是表面现象,我去交流时问他们是芯片坏了还是外围电路有问题,是虚焊还是脱焊,是结构应力导致还是电气应力导致,这些问题他们都无法回答,因为他们并没有定位到根因,因此也就没有针对性地进行修改,这就是隐患,后来我就帮他们制定了一套研发流程来规范试产问题跟踪。

那么像这种问题,通常都有哪些根因呢?又如何修改呢?

1.    焊接不良——短路。

工厂在SMT时有可能导致局部连锡,连锡量不多,因此刚开始使用时系统正常,随着温度升高、或者板子振动,连锡开始影响电路,进而使得电路工作异常。

2.    焊接不良——虚焊。

这也是常见的焊接问题,很多同学都遇到过,一些IC工作不正常,加焊(也就是重新焊接)后就可以正常使用了,这很可能就是虚焊。

3.    振动导致虚焊。

我们的PCB电路板在使用过程中难免发生振动,比如手机中的马达振动、无人机中的螺旋桨振动或者日常跌落,这些高频振动很可能使得元件脱落或加剧引脚虚焊现象,因此在试产时为了排除这些振动导致的异常,手机研发时往往会摔无数台手机,筛选出异常手机出问题的位置,进行整改。

4.    振动导致芯片损坏。

这个有时在显微镜下就能看的清,可以看到芯片表面有裂痕;

有时表面无异常但是芯片内部却已经损坏了,需要让芯片原厂进行根因分析,所以工程师对于异常IC一般是进行外观和阻抗检查,同时负责结构的同学要分析该芯片是否处于应力敏感区域。

5.    芯片烧毁。

这个有的也可以通过显微镜观察到,有时却不行,对于项目进度非常紧凑的产品,需要芯片原厂和产品双方同步分析问题,排除自己电路与排除IC双方向同步分析。

6.    假冒芯片。

话不多说。

7.    芯片本身有问题。

芯片也是有出厂批次的,不同的批次生产环境多多少少会有差异,有可能这批次芯片本身就有问题。

短路、虚焊都和焊接相关,判断是否短路、虚焊方法也很简单,一般可以进行加焊和交叉验证,点一点助焊剂焊接下,如果工作正常则大概率和焊接有关;如果加焊也无效,就可以进行交叉验证,把异常板子上怀疑有问题的IC和正常板子上正常的IC分别拆下来交叉焊接下,

如果交叉后两个电路板都正常,则大概率和焊接有关;

如果正在板子焊接了异常IC后也不正常,而异常板子焊接了正常IC后变的正常,则问题跟着IC走,大概率是IC问题;

如果正常板子焊接了异常IC后正常、异常板子焊接了正常IC后依然异常,则问题可能跟着电路板走。

焊接问题整改方向也很接近,可以在找几个异常电路板通过3D X光或者切片来观察焊接情况,然后针对性地整改,比如控制焊接温度、通过调整钢网来调整焊锡量,或者微调元器件位置避免短路。下图中可以看到IC的焊锡球与PCB电路板接触的并不是十分饱满有待优化调整。

有些产品很正常,摔着摔着就坏了,这时候就拆机分析哪里坏了,然后结合电路板的应力分布整改,有的芯片体积大、又是玻璃封装(看起来亮晶晶的),对力就很敏感,我们不能把这样的芯片布局在板子容易扭曲的位置或者受力大的位置,可以尝试移动布局,或在芯片另一侧的PCB上加上加强固定件来缓解电路板变形,或者尝试在芯片后面增加垫片缓冲,当然,直接移动芯片布局是最好的办法。很多仿真软件可以完成力的仿真,在前期布局时我们就要提前优化布局,减小这种问题的出现。

(图来自安世亚太)

红外热成像仪是硬件调试时常用的设备之一,来定位短路位置很方便,有时开机上电,就可以用红外成像仪看到短路的位置,这比你一个一个元件测试或者拆卸要快多了,有时短路电流太小、或者PMIC电源模块进行了短路保护就看不到发热点,此时可以用外置电源直接往对地阻抗异常的电源网络上灌电流,比如取100mA电流源往电路板里灌电流(电脑PC主板分析时往往会灌几安培的大电流),此时就容易看到短路、击穿的发热点了。

如果确实是芯片坏了,我们也要分析为什么芯片会坏掉。芯片也是有批次的,我们把芯片提供给芯片设计厂家,由他们分析芯片坏的具体原因,我们就不要自己分析了,术业有专攻,比如以前遇到过,某芯片的一个批次中出现了wafer被污染的问题,导致这一批次的芯片概率性异常,我们都知道芯片的制作过程对环境要求特别高,IC原厂甚至可以追踪到芯片属于晶圆上哪个位置。如果这批次芯片有问题 ,就需要及时隔离,避免问题批次芯片混入正常芯片,对物料进行合理管控。

以上就是硬件电路板分析维修思路(1),希望大家不要遇到第六条,真是气死人!

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