Trovare un chip difettoso che assorbe troppa corrente


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Si noti che questa è una domanda teorica: non esiste uno schema che posso mostrare. Mostrerò alcuni schemi, ma sarà una versione molto semplificata di un circuito reale, solo a scopo illustrativo.

Supponiamo che io abbia un convertitore di tensione che prende come input la mia tensione principale (da un alimentatore) e genera una certa tensione, ad esempio 1,8 V. Sarebbe simile a questo:

schematico

simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab

Quando collego il mio circuito al PS, noto che assorbe troppa corrente (il PS lo mostra).

Dato che ho più convertitori di tensione nel mio circuito (non mostrato qui), controllo la resistenza tra ciascuna uscita di ciascun convertitore verso terra. Vedo che la resistenza tra 1,8 V a terra è quasi 0 Ohm. Ora so che l'errore è nel convertitore di tensione o uno (o più) degli altri componenti che assorbono energia da quel 1.8V.

Dissaldare il resistore mostrato nell'immagine per scollegare il convertitore dagli altri componenti e vedere che il convertitore va bene, ma il controllo della resistenza dal punto collegato a tutti quei componenti mostra ancora 0 Ohm.

La mia domanda è: come verifichi quale componente è difettoso, senza dissaldare ogni componente sospetto? Come puoi vedere nell'immagine, l'alimentazione da 1,8 V è collegata direttamente ai componenti, senza un resistore / tallone.

Per motivi di questa domanda, supponiamo che io abbia accesso a qualsiasi attrezzatura necessaria (non importa quanto costosa). Non vorrei che le soluzioni fossero limitate a causa della disponibilità delle attrezzature.

Grazie!


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Avevo una tecnologia nel mio primo lavoro fuori dalla scuola che aveva il suo modo speciale di trovare tali pantaloncini. Un'altra parte della stessa divisione produceva alimentatori per galvanica. Questi emettevano 5 V a 100s di A. Avrebbe collegato uno di questi tra la rete offensiva e la terra. La buca fumante risultante ti ha dato una buona idea di dove fosse il corto.
Olin Lathrop,

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Soluzione sbagliata ma veloce, applicare 1,8 V senza limite di corrente e vedere cosa brucia.
Winny

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@winny, no, dovresti impostare la tensione su 1,8 V e impostare un piccolo limite sulla corrente. Quindi aumentare gradualmente il limite corrente fino a quando qualcosa ha iniziato a riscaldarsi al di sopra del previsto.
Ale..chenski,

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Prendere in prestito una termocamera?
user253751

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Hai una scheda non popolata, per essere sicuro che questo non sia un piano di potenza corto, un difetto di routing? Hai qualche altra scheda che funziona e solo questa ha un difetto?
Ale..chenski,

Risposte:


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Una termocamera è molto utile in questa situazione. In questi giorni non sono molto costosi. Se non ne hai uno, un dito nudo può essere sostituito da un sensore.

AGGIUNTA: Esistono anche vernici termocromiche per diversi intervalli di temperatura che possono essere utilizzate per identificare i punti caldi.


Grazie @ Ali Chen. In realtà ne uso uno, suppongo che avrei dovuto menzionarlo nel post. Aiuta molto, ma il punto di questa domanda era vedere se esiste un altro modo a cui non ho pensato.
Eran,

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Non vedevo l'usabilità di una termocamera nel mio lavoro quotidiano, fino a quando non ne ho ottenuto uno. È il mio secondo equipaggiamento più usato, dietro all'o'scope.
CHendrix,

tenere presente, tuttavia, che l'imaging termico su una scheda non preparata può essere fuorviante, poiché le parti riflettenti mostreranno molto più calde di quanto non siano in realtà.
Grebu,

2
@Grebu, in realtà, è vero il contrario: le parti in metallo lucido sembrano molto più fredde di quanto non siano, perché la loro emissività è molto meno di un tipico corpo nero.
Ale..chenski,

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@Eran, in realtà, se hai un corto corto, voterei per il metodo Spehro Pefhany. Dovresti applicare una corrente ragionevole nel piano di 1,8 V; La tensione sarà vicina allo zero in ogni punto, ma non completamente zero. Avresti bisogno di un buon millivoltmetro DC e quindi tracciare una mappa di tensioni con risoluzione u-volt su tutta la scheda. Fai la mappa simile per piano terra. In questo caso potresti essere in grado di individuare il tuo short, dove Vcc è più basso e Gnd è più alto.
Ale..chenski,

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È possibile utilizzare una sonda di corrente PCB. Una ricerca ha mostrato quanto segue.

inserisci qui la descrizione dell'immagine

Figura 1. Una sonda di corrente TTi .

La testa della sonda viene trattenuta sulla traccia del PCB sotto inchiesta e l'uscita può essere monitorata su un oscilloscopio e, presumibilmente, nel caso della corrente continua su un multimetro.

inserisci qui la descrizione dell'immagine

Figura 2. La testa della sonda.

Non ho mai sentito parlare di un "magnetometro Fluxgate" prima e dubito che daranno troppi dettagli. La buona vecchia Wikipedia dice quanto segue:

Un magnetometro fluxgate è costituito da un piccolo nucleo magneticamente sensibile avvolto da due bobine di filo. Una corrente elettrica alternata viene fatta passare attraverso una bobina, guidando il nucleo attraverso un ciclo alternato di saturazione magnetica; vale a dire magnetizzato, non smagnetizzato, inversamente magnetizzato, non smagnetizzato, magnetizzato e così via. Questo campo in costante cambiamento induce una corrente elettrica nella seconda bobina e questa corrente di uscita viene misurata da un rivelatore. In uno sfondo magneticamente neutro, le correnti di ingresso e uscita corrispondono. Tuttavia, quando il nucleo è esposto a un campo di sfondo, è più facilmente saturato in allineamento con quel campo e meno facilmente saturato in opposizione ad esso. Quindi il campo magnetico alternato e la corrente di uscita indotta sono fuori passo rispetto alla corrente di ingresso. La misura in cui questo è il caso dipende dalla forza del campo magnetico di fondo. Spesso, la corrente nella bobina di uscita è integrata, producendo una tensione analogica di uscita, proporzionale al campo magnetico. Fonte:Magnetometro .


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È possibile improvvisare una sonda di corrente PCB grezza per CA con un piccolo induttore collegato alla punta di una normale sonda portata 10: 1. Utilizzare un piccolo induttore SMT su un nucleo di ferrite con un'intercapedine d'aria, preferibilmente un nucleo a bobina. Alcuni esempi: digikey.de/product-detail/en/wurth-electronics-inc/74477420/…
Klaus Kaiser

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Saldare sottili fili solidi all'induttore e avvolgerli sulla punta e sul manicotto GND della sonda dell'oscilloscopio. Inserire un segnale rettangolare di alcuni Volt nell'alimentazione del PCB e seguire la corrente.
Klaus Kaiser,

Wow. Non sapevo che esistesse.
mkeith,

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Supponendo che l'alimentazione stia emettendo una grande corrente (ad es. Centinaia di mA), è possibile seguire il gradiente di tensione dall'alimentazione utilizzando un voltmetro sulla sua gamma più sensibile. Quando trovi i minimi sulla rete (o piano) hai trovato il sink (Vcc) o i massimi sulla rete di terra.

Tipo di implementazione manuale di un algoritmo di ottimizzazione della discesa più ripido.


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Mi dispiace, ma a parte la prima frase, non ho davvero capito cosa stavi cercando di dire. Puoi dare una spiegazione più approfondita? Ad esempio, quali punti sondare (se presenti)?
Eran,

2
Supponiamo di mettere una sonda vicino all'uscita del regolatore (ad esempio sul condensatore del filtro di uscita). Il pin Vcc del chip più basso sarà il colpevole. Se più pareggi, il più vicino è il colpevole.
Spehro Pefhany,

Quindi misuro effettivamente la tensione di ingresso in riferimento all'uscita del regolatore?
Eran,

1
Dovresti vedere solo una piccola caduta dall'uscita del regolatore al chip. Millivolt, di solito, ma su un buon multimetro che conta molti.
Spehro Pefhany,

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@Eran Una sonda voltmetro potrebbe andare a 1,8 V_out di U1 . L'altra sonda voltmetro va all'ingresso P1 di U2 . Se la corrente pesante scorre lungo quel percorso, il voltmetro visualizzerà molti mV. Quindi prova a sondare l' ingresso P1 di U3 .... quindi l' ingresso P1 di U4 ... quindi l' ingresso P1 di U5 . Su circuiti stampati, è possibile sondare lungo un percorso con sonde abbastanza vicine tra loro (forse separate di alcuni centimetri) se il flusso di corrente CC è abbastanza grande.
glen_geek,

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Ghetto FLIR:

Spruzza un po 'di liquido a basso punto di ebollizione (come il pulitore di flusso) sulla scheda. Vedi dove bolle.

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


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Anche la webcam con filtro IR funziona bene.
Winny

2
Termometro digitale o sonda di temperatura multimetro?
Ian Bland,

4
@winny, a meno che tu non abbia una webcam davvero insolita, raccoglierà solo cose che stanno per far uscire la magia.
Segna il

4
@winny non intendi con filtro IR rimosso ?
Adam Eberbach,

1
@AdamEberbach Sì, filtro IR rimosso. Se hai accesso a un pezzo di vetro Woods per filtrare la luce visibile, è ancora meglio, ma ho avuto buoni risultati con solo il nero pece e impostando la sensibilità della fotocamera al massimo. Nel corso della giornata c'era un filo con cui marca e modelli di webcam erano abbastanza scadenti da lasciare fuori il filtro IR dalla fabbrica. A Mark, il tuo chilometraggio può variare, ma ho avuto un grande successo usando una webcam fino a quando non potevamo permetterci una vera telecamera IR.
Winny

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Il modo più veloce ed economico che imparo da Youtube.

Accendi la tua tavola e versa un po 'di alcol. Guarda quale area si asciuga per prima.

Collegamento Youtube: https://www.youtube.com/user/rossmanngroup


È stupefacente. Nessun danno sarà fatto (nulla esploderà o qualcosa del genere)? Puoi fornire un link al video di YouTube?
Eran,

3
@eran cerca video di Louis Rossmann. Lo usa molto.
Chupacabras,

1
Aggiunto il link. Saluti.
Jason Han,

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Posso garantire questo metodo. Assicurati solo che il tuo alcol sia del 99% o superiore (cioè puro). Ma dipende. Potresti cavartela con il 91%.
PNDA

Ma il primo ordine è un test con la punta delle dita, vedi youtube.com/watch?v=t5fICjcaJ3E a circa 15:01 '. In realtà il caso YouTube è semplice: avere 0,6 V indica un guasto in alcuni dispositivi a semiconduttore e non un ponte a saldare.
Ale..chenski,

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C'è uno spray per quello.

"Elettronica spray fredda" di Google e troverai molti successi, come questo

Spruzza il materiale e osserva dove scompare più rapidamente. Questo è il punto che genera il calore - ergo che assorbe troppa corrente.

Questa roba ha altri usi di risoluzione dei problemi - dovrebbe essere standard in qualsiasi laboratorio di elettronica ben attrezzato.

Ho trovato un video su YouTube in cui è dimostrato questo metodo. È piuttosto lento ma dà l'idea - il corto si trova in circa 4 minuti. Per inciso hanno usato uno spray per spolverare con la bomboletta capovolta - ancora più facile dell'acquisto di spray congelanti.


+1, questa è un'idea molto economica. Il risultato potrebbe dipendere dalla topologia / dal routing della power rail, ma vale la pena provarlo.
Ale..chenski,

8

Quindi hai un binario corto a terra. Nella mia esperienza questo è di solito un problema di saldatura.

La mia tecnica è quella di collegare il binario in questione a un alimentatore da banco. Impostare il limite di tensione alla normale tensione operativa della guida e il limite di corrente a circa 1 amp. La corrente è un compromesso, troppo bassa e le cadute di volt saranno difficili da misurare, troppo alte e rischi di bruciare le cose. 1 amp sembra un ragionevole compromesso per la maggior parte delle schede.

Quindi uso un multimetro su un intervallo di tensione sensibile per tracciare il flusso di corrente attorno alla scheda.


1
Quindi consigli di utilizzare il metodo @ SpehroPefhany, ma invece suggerisci di collegare 1,8 V da un alimentatore e non dal convertitore di tensione che lo fornisce?
Eran,

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Sì, le PSU da banco guideranno felicemente una corrente specificata dall'utente in un corto circuito indefinitamente. La maggior parte dei convertitori di tensione di bordo non lo farà.
Peter Green,

+1. Il titolo della domanda OP è fuorviante, il che sposta l'attenzione sul lato della dissipazione del calore del problema e meno sui ponti di saldatura o sui componenti dead-short, che potrebbero non dissipare molto (questa è una scusa debole per la mia probabile risposta errata :-( )
Ale..chenski il

5

Non hai menzionato specificamente che puoi escludere tracce o punti di saldatura visibili. Quindi la prima cosa che vorrei fare è prendere un microscopio e controllare le tracce (specialmente nelle tavole fatte in casa) e i punti di saldatura per i pantaloncini.

Ho trovato molti pantaloncini da saldatura (perché ovviamente sono un brutto soldato) ma anche molti pantaloncini di rame tra le tracce su tavole autoprodotte.

Questo metodo non richiede molto tempo ma non ti aiuterà a trovare tutti i possibili guasti.


Come hai detto il prezzo non è un problema, direi che questo è un altro metodo degno:

Come un'altra vera soluzione high-tech, puoi usare una macchina a raggi X. Con ciò hai anche la possibilità di vedere i pantaloncini sotto i chip che è particolarmente utile con i chip BGA.

Quindi sarebbe simile a questo: Immagine a raggi X del PCB

Di X-Ray_Circuit_Board_Zoom.jpg: SecretDiscderivative work: Emdee (X-Ray_Circuit_Board_Zoom.jpg) [ CC BY-SA 3.0 o GFDL ], tramite Wikimedia Commons

Le immagini a raggi X possono essere un po 'fuorvianti a volte, ma ti abitui a interpretare ciò che vedi, proprio come fa un medico.

Se le macchine lo supportano, puoi anche guardare diverse angolazioni ed eseguire una scansione 3D completa, che è piuttosto impressionante ma spesso non necessaria.

Ed essendo a raggi X hai un bel po 'di scartoffie davanti a te per avere tutto pronto.


Un altro metodo, correlato al metodo della caduta di tensione, potrebbe essere l'utilizzo di un Milli-Ohm-Meter e la misurazione di tutti i nodi da Vcc a GND vicino ai chip.

Mentre il tuo metro normale potrebbe leggere 0 Ohm, un Milli-Ohm-Meter potrebbe mostrare un valore, il nodo con la minor resistenza sarebbe il più interessante.


@Mast la domanda non pone esplicitamente alcun limite alle risorse.
Arsenale,

Giusto, davvero esplicito. Il mio errore :-)
Mast

4

Metti della carta termosensibile (come da una ricevuta di acquisto) sul circuito. Ecco un video di Youtube.

Accendere. Aspettare. Verificare lo scolorimento. Naturalmente, un corto circuito davvero solido ha una tensione pari a zero e non produce calore significativo. Ma la maggior parte dei circuiti difettosi con un grande assorbimento di corrente avrà una resistenza sufficiente per essere rintracciabile con calore diverso dal solo regolatore di tensione.


3

Iniettare un'onda quadra e mirare il (minuscolo - ovviamente) squillo all'estremità comandata e quindi "camminare" sulla terra dell'oscilloscopio (e naturalmente la sonda) lungo ciascun percorso (verso ciascun IC). La suoneria diminuirà fino a quando non si arriva al corto stesso (con ritorno a terra dell'oscilloscopio e punta della sonda su entrambi i lati).


3

Il tuo problema è il risultato di negligenza gestionale da parte dei creatori del circuito: non sono riusciti a progettare per testabilità. Questo è un problema comune nell'ingegneria dei test automatici.

Le risposte sopra usando l'imaging termico o un altro modo per trovare l'hot chip sono la soluzione migliore. Si noti, tuttavia, che se il chip è un corto assoluto, non dissiperà alcuna potenza e sembrerà freddo perché TUTTA la potenza sta riscaldando la resistenza interna dell'alimentatore. In tal caso, la sonda corrente mostrata nella risposta precedente potrebbe funzionare ... se le tracce del circuito stampato sono abbastanza grandi e distanziate abbastanza da isolare i loro campi magnetici.

Purtroppo, se hai un moderno circuito stampato con 17 strati e chip SMT super piccoli, probabilmente sei sfortunato. L'analisi del supporto logistico generalmente designa tali dispositivi come monouso.

Benvenuti nel mondo ATE.


+1 per mancata implementazione di DFT e per designazione "usa e getta". L'OP probabilmente sprecherà più ore di ingegneria rispetto al costo dell'intera scheda.
Ale..chenski,

2

Questo è solo un esperimento mentale.

Uso di una sorgente di corrente che pulsa a circa 1 kHz di onda quadra CC a circa 0,9 µS di tempo di salita o di discesa: Questo emetterà un segnale acustico all'inizio della gamma di frequenza di un ricevitore AM standard. La giunzione del piano di massa del percorso di guasto deve essere distinguibile al massimo. È possibile regolare la lunghezza dell'antenna per regolare la sensibilità.

Ho avuto l'idea dopo aver visto questa risposta su EMC: /electronics//a/30684/62403


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Le tecniche che si basano sul rilevamento del calore dissipato in breve saranno di utilità limitata quando si hanno pacchetti bga. Il pacchetto nasconderà il corto. Una traccia da 10 mil è buona per circa 1/2 amp. Salire a 1 amp e si rischia di fondere la traccia (non necessariamente una traccia di potenza ma a cosa è abbreviata?). Devo saldare i chip uno alla volta fino a quando il corto non viene eliminato o diventa evidente.


0

Un'altra opzione è quella di misurare (senza alimentazione applicata) gli ohm su ciascun circuito integrato, tra V ++ e GND. Supponendo che ci sia un corto, gli ohm saranno inferiori rispetto al resto. Ho usato questa tecnica prima di isolare, ma non confesso mai su un PCB. Tuttavia, è un'altra opzione disponibile. Con questi misuratori digitali puoi misurare gli ohm in modo così preciso. E dove gli ohm sono più bassi, è dove si trova il corto.


Tutti i V ++ dei vari circuiti integrati sono collegati; ciò richiederebbe la rottura distruttiva delle tracce del circuito.
richard1941,
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