CN110888044A - 高密度电路板内故障芯片定位装置及定位方法 - Google Patents

高密度电路板内故障芯片定位装置及定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高密度电路板内故障芯片定位装置及定位方法，包括：检测台，放置待定位故障芯片的电路板；直流电源，对电路板上同一电源网络下的芯片进行供电；热成像仪，成像方向朝向检测台，对检测台上供电后的电路板进行热力成像；图像分析定位模块，与热成像仪连接，接收热成像仪生成的热力图像，并根据热力图像的热点确定电路板上故障芯片的位置。与现有的经验排除法相比，本发明查找电路板上故障芯片的准确率大幅度提高，避免反复拆除和焊接芯片导致多次高温操作引起芯片周边其它元件失效的风险，如果拆除一个故障芯片后电源网络阻值未恢复正常，可重复采用以上操作定位下一故障芯片位置，在提高工作效率的同时降低了电路板的维护成本。

Description

高密度电路板内故障芯片定位装置及定位方法
技术领域
本发明属于集成电路的技术领域，具体涉及一种高密度电路板内故障芯片定位装置及定位方法。
背景技术
随着集成电路的广泛应用，现在的电路板设计大量应用集成芯片，由于芯片的体积小、功能多，电路板在大规模应用时会用上几十上百个芯片。为方便设计和控制成本，设计时在电源输出负载能力允许的情况下，往往会将同一工作电压的芯片尽可能多的挂接到同一个电源网络下进行集中供电。
在电路板调试过程中，如果因电源调试不当造成输出的电压超出该电源网络下芯片允许的工作电压范围，将不可避免的击穿该电源网络下的芯片电源管脚；或者电路板上的芯片电源管脚在出厂时本身就有质量问题，而故障芯片供电管脚与GND(模拟地或数据地)的阻值会明显低于电源网络下其它正常芯片，致使整个电源网络处于对GND短路状态，电流过大电源处于过流保护状态，电源网络无法建立正常的电压输出，使该电源网络下的其它芯片无法工作，电路板无法顺利调试完成。
在故障排除过程中，由于该电源网络下所有芯片的输入端均连接在同一个线路中，只要有一块芯片短路，通过仪表测量该线路中的任何地方阻值都处于短路状态，无法在较短的时间内定位故障芯片。目前，普遍采用排除法进行故障芯片的定位，即列出同一电源网络下的所有芯片，通过经验找出最可能击穿电源管脚的芯片，再将故障芯片逐个从电源网络中拆除，每拆一块故障芯片便使用仪表进行线路阻值测量，当拆除某个故障芯片后电源网络的线路阻值恢复正常，即判定线路短路由该故障芯片引起。如果同一电源网络下的多个芯片电源管脚同时击穿，拆除一块故障芯片仍然无法使电源网络的线路阻值恢复正常，再定位其它故障芯片难度非常大，犹如大海捞针。并且，电路板上的芯片拆除和焊接需要在一定的高温下保持适当的时间才能完成，如果故障芯片定位不准确，使用排除法反复拆除和焊接芯片，多次高温操作会增加芯片周边其它元件失效的风险。
发明内容
为解决上述技术问题中的至少之一，本发明提出一种高密度电路板内故障芯片定位装置及定位方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一方面，本发明提供了一种高密度电路板内故障芯片定位装置，包括：
检测台，用于放置待定位故障芯片的电路板；
直流电源，用于对电路板上并联的多个芯片的电源网络进行供电；
热成像仪，成像方向朝向所述检测台，用于对检测台上供电后的电路板进行热力成像；
图像分析定位模块，与热成像仪连接，用于接收热成像仪生成的热力图像，并根据热力图像的热点确定电路板上故障芯片的位置。
作为进一步的改进，所述直流电源与电源网络之间还设置有用于检测直流电源输出电压的电压检测模块。
作为进一步的改进，所述电压检测模块为电压表。
作为进一步的改进，所述直流电源为可调直流电源。
作为进一步的改进，直流电源与电源网络之间设置有通断开关。
作为进一步的改进，直流电源的电源输出端设置有用于与电源网络连接的探针。
作为进一步的改进，所述直流电源正极设置有电流限制模块。
作为进一步的改进，所述检测台上设有防止电路板移位的电路板限位区。
作为进一步的改进，所述检测台上设有热成像仪安装支架，所述热成像仪设于所述热成像仪安装支架上。
本发明提供的一种高密度电路板内故障芯片定位装置，包括：检测台上放置待定位故障芯片的电路板；直流电源，用于对电路板上并联的多个芯片的电源网络进行供电；热成像仪，成像方向朝向检测台，用于对检测台上供电后的电路板进行热力成像；图像分析定位模块，与热成像仪连接，用于接收热成像仪生成的热力图像，并根据热力图像的热点确定电路板上故障芯片的位置。本发明在使用时，将待定位故障芯片的电路板放置在检测台上，直流电源负极与电路板电源网络的GND连接，直流电源正极与电路板电源网络的正极连接，由直流电源给电路板供电并控制电源电压值在电路板芯片不工作又能保证有足够的电位差支持电源网络的电流，而电路板中供电管脚处于击穿状态的芯片，其管脚与GND间的阻值会明显低于电源网络中其它芯片的管脚GND的阻值，利用电流大小与同一电源网络阻抗成反比的特点以及电流做功的原理，大量电流使故障芯片管脚温度升高，再采用成像方向朝向检测台的热成像仪对电路板进行热力成像，图像分析定位模块接收热成像仪生成的热力图像，并根据热力图像的热点与电路板的位置结合，根据光谱波长与色温的关系，电路板上温度越高的位置热力图像的颜色越接近红色来确定电路板上故障芯片的位置，对故障芯片进行精准定位。与现有的经验排除法相比，本发明一种高密度电路板内故障芯片定位装置，查找故障芯片的准确率大幅度提高，避免反复拆除和焊接芯片导致多次高温操作引起芯片周边其它元件失效的风险，如果拆除一个故障芯片后电源网络阻值未恢复正常，可重复采用以上操作准确定位下一故障芯片位置，在提高工作效率的同时降低了电路板的维护成本。
另一方面，本发明还提供一种采用上述任一项所述的高密度电路板内故障芯片定位方法，包括步骤：S1、将待定位故障芯片的电路板放置于检测台上；S2、对电路板上并联多个芯片的电源网络进行供电，供电电源负极与电路板电源网络的GND连接，供电电源正极与电路板电源网络的正极连接，由供电电源给电路板供电并控制电源电压值在电路板芯片不工作又能保证有足够的电位差支持电源网络的电流，而电路板中供电管脚处于击穿状态的芯片，其管脚与GND间的阻值会明显低于电源网络中其它芯片的管脚GND的阻值，利用电流大小与同一电源网络阻抗成反比的特点以及电流做功的原理，大量电流使故障芯片管脚温度升高；S3、对检测台上供电后的电路板进行热力成像；S4、根据生成的热力图像上的热点确定电路板上故障芯片的位置，利用光谱波长与色温的关系，电路板上温度越高的位置热力图像的颜色越接近红色来确定电路板上故障芯片的位置，对故障芯片进行精准定位。本发明的一种高密度电路板内故障芯片定位方法，查找故障芯片的准确率大幅度提高，避免反复拆除和焊接芯片导致多次高温操作引起芯片周边其它元件失效的风险，如果拆除一个故障芯片后电源网络阻值未恢复正常，可重复采用以上操作步骤准确定位下一故障芯片位置，在提高工作效率的同时降低了电路板的维护成本。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的控制框图。
图中：1，检测台；2，直流电源；3，热成像仪；4，图像分析定位模块；5，电流限制模块；6，电压检测模块；7，探针；8，热成像仪安装支架；9，通断开关；11，电路板；12，电源芯片开关。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
结合图1和图2所示，一方面，本发明实施例提供一种高密度电路板内故障芯片定位装置，包括：
检测台1，用于放置待定位故障芯片的电路板11，电路板11的同一电源网络上并联有多个芯片，检测台1上设有防止电路板11移位的电路板限位区，保障后续使用热成像仪3进行热力成像后生成的热力图像和电路板11的位置对应。电路板11上电源网络的电源输出端与后级芯片之间设有电源芯片开关12，在本实例进行故障芯片定位操作前，将电路板11上电源网络的电源输出端与后级芯片的电源芯片开关12断开连接，避免操作中电路板11上后级芯片的电流过大引起损坏。
直流电源2，用于对电路板11上并联多个芯片的电源网络进行供电，直流电源2与电源网络之间还并联有用于检测直流电源2输出电压的电压检测模块6，本实施例的电压检测模块6是采用电压表，直流电源2的正极与电路板11电源网络的正极之间设置有通断开关9，操作通断开关9可实现直流电源2与电源网络之间电流的通断。直流电源2的电源输出端设置有用于与电源网络连接的探针7，本实施例探针7良好接触在电路板11上靠近电源芯片输出端的位置，确保电路板11的电源网络有足够的过电流能力，采用的直流电源2为可调直流电源，在进行电路板内故障芯片的定位检测时，闭合通断开关9使可调直流电源向电路板11上有故障芯片的电源网络供电，同时电压检测模块6监测可调直流电源的输出电压，使其不超过电路板11中芯片额定工作电压的50％，保证可调直流电源调节的电压既能确保电源网络中的芯片不会工作，又能有足够的电位差支持电源网络的电流，电路板11中供电管脚处于击穿状态的芯片，其管脚与GND间的阻值会明显低于电源网络中其它芯片的管脚GND的阻值，利用电流大小与同一电源网络阻抗成反比的特点以及电流做功的原理，大量电流将使故障芯片管脚温度升高。
热成像仪3，检测台1上设有热成像仪安装支架8，热成像仪3设于热成像仪安装支架8上并将热成像仪3的成像方向朝向检测台1，热成像仪安装架8上还可设有位移装置，热成像仪3通过位移装置便于扫描检测台上供电后的电路板11不同位置的芯片并进行热力成像，而不受电路板11大小的限制。当热成像仪3扫描到供电后的电路板11上某一芯片位置温度明显高于周边元件时，可确定该芯片在未工作的状态下内部有大电流通过，产生的热量被热成像仪3捕捉。如热成像仪3扫描到的电路板11温度升高不明显而致使热成像仪3无法确定故障芯片位置，可通过调节直流电源在确保不超过电路板11上电源芯片额定工作电流的情况下，提高电路板11电源网络的电流值，使故障芯片管脚温度进一步升高，便于产生的热量被热成像仪3捕捉。
图像分析定位模块4，与热成像仪3连接，本实施例的图像分析定位模块4将接收的热成像仪3生成的热力图像，根据光谱波长与色温的关系，电路板11上温度越高的位置热力图像的颜色越接近红色即为热力图像的热点，将热力图像的热点与拍摄的电路板11实物图片按相同比例进行位置的结合，确定电路板11上故障芯片的位置。
如果拆除一个故障芯片后电源网络阻值未恢复正常，可重复采用上述操作对电路板11上下一故障芯片的位置进行定位。
作为进一步优选的实施方式，直流电源2的正极串联有电流限制模块5，所述直流电源2的正极通过电流限制模块5与其它模块进行连接，本实施例的电流限制模块5采用电流限制器。本实施例将电流限制模块5最大安全电流值设定在不超过电路板11上电源芯片工作最大电流的10％，当直流电源2的电流达到电流限制模块5设定的最大电流时，电流限制模块5保持恒定的安全电流输出。
本实施例还包括电压控制模块，电压控制模块与电压检测模块6、直流电源2连接，电压控制模块监测并接收电压检测模块6检测的电压信号，根据电压信号大小控制直流电源2的输出电压，保证直流电源2调节的电压既能确保电源网络中的芯片不会工作，又能有足够的电位差支持电源网络的电流。
另一方面，本发明实施例还提供一种采用上述任一项所述的高密度电路板内故障芯片定位方法，主要步骤是：
S1、将待定位故障芯片的电路板11放置于检测台1上，检测台1用于放置待定位故障芯片的电路板11，电路板11的同一电源网络上并联有多个芯片，检测台1上设有防止电路板11移位的电路板限位区，保障后续使用热成像仪3进行热力成像后生成的热力图像和电路板11的位置对应。电路板11上电源网络的电源输出端与后级芯片之间设有电源芯片开关12，在本实例进行故障芯片定位操作前，将电路板11上电源网络的电源输出端与后级芯片的电源芯片开关12断开连接，避免操作中电路板11上后级芯片的电流过大引起损坏。
S2、对电路板11上并联的多个芯片的电源网络进行供电，直流电源2与电源网络之间还并联有用于检测直流电源2输出电压的电压检测模块6，本实施例的电压检测模块6是采用电压表，直流电源2的正极与电路板11电源网络的正极之间设置有通断开关9，操作通断开关9可实现直流电源2与电源网络之间电流的通断。直流电源2的电源输出端设置有用于与电源网络连接的探针7，本实施例探针7良好接触在电路板11上靠近电源芯片输出端的位置，确保电路板11的电源网络有足够的过电流能力，采用的直流电源2为可调直流电源，在进行电路板内故障芯片的定位检测时，闭合通断开关9使可调直流电源向电路板11上有故障芯片的电源网络供电，同时电压检测模块6监测可调直流电源的输出电压，使其不超过电路板11中芯片额定工作电压的50％，保证可调直流电源调节的电压既能确保电源网络中的芯片不会工作，又能有足够的电位差支持电源网络的电流，电路板11中供电管脚处于击穿状态的芯片，其管脚与GND间的阻值会明显低于电源网络中其它芯片的管脚GND的阻值，利用电流大小与同一电源网络阻抗成反比的特点以及电流做功的原理，大量电流将使故障芯片管脚温度升高。
S3、对检测台1上的供电后的电路板进行热力成像，检测台1上设有热成像仪安装支架8，热成像仪3设于热成像仪安装支架8上并将热成像仪3的成像方向朝向检测台1，热成像仪安装架8上还可设有位移装置，热成像仪3通过位移装置便于扫描检测台上供电后的电路板11不同位置的芯片并进行热力成像，而不受电路板11大小的限制。当热成像仪3扫描到供电后的电路板11上某一芯片位置温度明显高于周边元件时，可确定该芯片在未工作的状态下内部有大电流通过，产生的热量被热成像仪3捕捉。如热成像仪3扫描到的电路板11温度升高不明显而致使热成像仪3无法确定故障芯片位置，可通过调节直流电源在确保不超过电路板11上电源芯片额定工作电流的情况下，提高电路板11电源网络的电流值，使故障芯片管脚温度进一步升高，便于产生的热量被热成像仪3捕捉。
S4、根据生成的热力图像上的热点确定电路板11上故障芯片的位置，本实施例的图像分析定位模块4将接收的热成像仪3生成的热力图像，根据光谱波长与色温的关系，电路板11上温度越高的位置热力图像的颜色越接近红色即为热力图像的热点，将热力图像的热点与拍摄的电路板11实物图片按相同比例进行位置的结合，确定电路板11上故障芯片的位置。
如果拆除一个故障芯片后电源网络阻值未恢复正常，可重复采用上述操作对电路板11上下一故障芯片的位置进行定位。
作为进一步优选的实施方式，直流电源2的正极串联有电流限制模块5，所述直流电源2的正极通过电流限制模块5与其它模块进行连接，本实施例的电流限制模块5采用电流限制器。本实施例将电流限制模块5最大安全电流值设定在不超过电路板11上电源芯片工作最大电流的10％，当直流电源2的电流达到电流限制模块5设定的最大电流时，电流限制模块5保持恒定的安全电流输出。
本实施例还包括电压控制模块，电压控制模块与电压检测模块6、直流电源2连接，电压控制模块监测并接收电压检测模块6检测的电压信号，根据电压信号大小控制直流电源2的输出电压，保证直流电源2调节的电压既能确保电源网络中的芯片不会工作，又能有足够的电位差支持电源网络的电流。
上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，不能理解为对本发明保护范围的限制。
总之，本发明虽然列举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本发明范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高密度电路板内故障芯片定位装置，其特征在于，包括：
检测台(1)，用于放置待定位故障芯片的电路板(11)；
直流电源(2)，用于对电路板(11)上并联的多个芯片的电源网络进行供电；
热成像仪(3)，成像方向朝向所述检测台(1)，用于对检测台(1)上供电后的电路板(11)进行热力成像；
图像分析定位模块(4)，与热成像仪(3)连接，用于接收热成像仪(3)生成的热力图像，并根据热力图像的热点确定电路板(11)上故障芯片的位置。
2.如权利要求1所述的高密度电路板内故障芯片定位装置，其特征在于，所述直流电源(2)与电源网络之间还设置有用于检测直流电源(2)输出电压的电压检测模块(6)。
3.如权利要求2所述的高密度电路板内故障芯片定位装置，其特征在于，所述电压检测模块(6)为电压表。
4.如权利要求3所述的高密度电路板内故障芯片定位装置，其特征在于，所述直流电源(2)为可调直流电源。
5.如权利要求4所述的高密度电路板内故障芯片定位装置，其特征在于，所述直流电源(2)与电源网络之间设置有通断开关(9)。
6.如权利要求5所述的高密度电路板内故障芯片定位装置，其特征在于，所述直流电源(2)的电源输出端设置有用于与电源网络连接的探针(7)。
7.如权利要求1至6任一项所述的高密度电路板内故障芯片定位装置，其特征在于，所述直流电源(2)正极设置有电流限制模块(5)。
8.如权利要求1所述的高密度电路板内故障芯片定位装置，其特征在于，所述检测台(1)上设有防止电路板(11)移位的电路板限位区。
9.如权利要求1所述的高密度电路板内故障芯片定位装置，其特征在于，所述检测台(1)上设有热成像仪安装支架(8)，所述热成像仪(3)设于所述热成像仪安装支架(8)上。
10.一种采用权利要求1至9中任一项所述的高密度电路板内故障芯片定位方法，包括如下步骤：
S1、将待定位故障芯片的电路板(11)放置于检测台(1)上；
S2、对电路板(11)上并联多个芯片的电源网络进行供电；
S3、对检测台(1)上供电后的电路板进行热力成像；
S4、根据生成的热力图像上的热点确定电路板(11)上故障芯片的位置。
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