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我的同事是如何用示波器查出继电器板子故障的?

2021-04-16 Richard Tomkins 阅读:
当其中一个人用示波器探头探测晶体管和二极管时,他注意到,在用示波器探测二极管的PCB走线时,如果施加的力大一些,故障就会出现。

很多年前,我在一家大型通信公司工作。我加入公司时,他们刚要交付最后一台中心局使用的Strowger交换机,然后就准备开始设计制造第一台数字化中心局交换机了。jibednc

我在测试组的最后测试区工作,这里有48V直流电源、振铃发生器、卡接口,以及各种插头、开关、灯、跳线、拨号盘,还有一些东西我记不得了。在测试中,我们将待测卡的各种硬件互相连接起来,然后进行手动开关操作,观察特定的灯是否亮起而其他灯熄灭,有时候用示波器测量继电器的闭合接通和断开时间,有时候则不需要测量时间,只需监听继电器的闭合就行了。jibednc

在向全数字交换机过渡中,我们使用簧片继电器矩阵卡。我们在现场制作自己的簧片继电器,使用一台自动加工机将玻璃管切开,并将原材料电线切割成合适的长度,将电线磁化后固定在两个接触点上,然后用玻璃外壳将它们罩住,在里面灌入惰性气体并密封,并对玻璃两头进行退火处理。这台快速加工机器位于洁净室中,工作良好。jibednc

在另一条生产线上,我们制造注塑成型的绕线管,最后由另一台机器将两个簧片继电器插入绕线管中。然后,组件被送到另一条生产线,在绕线管上缠上线圈,并将导线末端连接到绕线管的接脚上(由另一台机器插入)。jibednc

数以千计这样的绕线管被组装进了模块中,每一个模块包含几百个绕线管。所有绕线管上的线圈都由一个可控硅整流器(SCR)矩阵来驱动。jibednc

我们设计制造的PCB上大约有100个继电器。这些PCB为四层,顶部或底部没有丝印。最初,我们在生产中都采用手工组装,但是为了减少成本和制造时间,我们在组装中使用了拾放机。jibednc

我们使用拾放机在第一批继电器板子上插入通孔元件、电阻、二极管和一些IC,不久继电器板子就开始间歇性地出现问题。其他的元件,晶体管和继电器,都是手工插入的,有些是手工焊接的。jibednc

我决定先不打电话麻烦工程支持人员,而是亲自上阵解决问题。他们之前已经关闭了生产线,因为太贵了。jibednc

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我发现某些板子在某些测试站上会出现故障,经过几个小时的测试(记住这是在电话测试设备上进行的,每个模块的测试要花将近一个小时),我还发现有些板子在稍微扭曲时会出现故障,即使它们在傍晚时分100%通过了测试。jibednc

那时候,我们对基本的问题解决技巧一无所知,但是我们有一个小餐厅,大家可以在那里喝咖啡、吸烟、休息,这两件事从本质上来说是一样的。我们坐在一起,集思广益,然后决定检查一下拾放机是如何插入元件的。jibednc

我们马上就注意到手工放置的元件安装的位置稍微比电路板高出一点,与电路板没有完全齐平,两线通孔组件的一端或两端都在电路板的外面。而拾放机将元件冲压到板子上,至少在我们看来它是以这样的速度安装元件的,所以元件与PCB板子表面平齐。jibednc

事情看起来有点糟,我们开始猜测是不是机器造成了元件的物理损坏。我们让元件实验室也加入了错误侦测队伍,拆下元件并进行测试,然而并没有发现任何故障。这些板子上有一些二极管,跨接在每个继电器的初级线圈上,以限制反电动势(CEMF)并防止驱动晶体管烧断。jibednc

当其中一个人用示波器探头探测晶体管和二极管时(我已经成功地勾起了整个测试组对解决这个难题的兴趣,还没有通知工程师),他注意到,在用示波器探测二极管的PCB走线时,如果施加的力大一些,故障就会出现。我取出钳子,轻轻夹起二极管上的引线,故障消除了。jibednc

我告诉工程师,二极管使PCB走线短路了,我们对电路板进行了返工,将二极管从PCB板表面的一端提起来,而不必把所有板子都报废。jibednc

(原文刊登于Aspencore旗下EDN英文网站,参考链接:Phone a friend,由Jenny Liao编译。)jibednc

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