CN112946459A - 成品印刷电路板短路故障点检测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种成品印刷电路板短路故障点追踪装置，包括：激励信号发生器、激励信号分流电路、四个输出端、探针和短路信号处理器，激励信号发生器发出两路分时独立输出的直流脉动激励信号，上述两路激励信号经激励信号分流电路分流为四路电信号，该四路电信号经四个输出端输入至待测电路板，探针的一端于待测电路板相对接触移动，将收集到的短路信号传递至短路信号处理器，该短路信号处理器将短路信号转化成光信号，用来指示短路故障点的位置。该装置能精确搜索到微小器件焊接短路点或损坏的板载器件等，其检测精度高、对成品印刷电路板和板载元器件无损害，具有对电路板故障点的搜索次数少，搜索时间短等优点。

Description

成品印刷电路板短路故障点检测装置和方法

技术领域

本公开涉及成品印刷电路板质量检测领域，尤其涉及一种成品印刷电路板短路故障点检测装置及其检测方法。

背景技术

随着电子技术和计算机的不断发展，近年来包括智能手机、笔记本电脑等在内的电子终端产品的市场需求量越来越大，而成品印刷电路板(Prineted Circuit BoardAssembly，缩写为PCBA)作为电子终端产品的关键部件，用户对其质量要求也越来越高。

工厂在生产成品印刷电路板的过程中，电子元器件的故障短路、焊锡短路或组装短路等现象是严重影响成品印刷电路板制造的成品率的重要因素，所以成品印刷电路板焊接组装后的一个重要工序就是短路故障点的检测追踪。其中，板件的电源和地线短路是诸多短路情况中最难检测的，是现如今高校、研究所和企业中都非常热门的研究方向。

目前现有短路检测方法主要有以下几种：

热效应法：申请号为CN201110164594.6的专利文献公开了一种电路板短路故障快速检测和修复方法，该方法利用热效应，利用大电流使锡丝熔断的原理，迫使短路点的焊锡熔断，从而找到短路故障点。此方法具有破坏性，且可靠性较差，不适用于集成度较高芯片管脚密集的成品印刷电路板，熔断过程中易烧毁相邻芯片，进而引起新的故障。

红外效应法：申请号为CN201510699976.7的专利文献公开了一种印制电路板短路故障点快速检测装置，利用短路点热辐射红外线信号特性，借助热成像仪来确定故障点。具体地，该方法通过红外热像仪检测通电后的印制电路板中异常发热点来判断故障位置。此方法适用于查找因器件故障产生的短路，需对故障板件通电测量，通电过程中有对板件产生再次损伤的风险；由于短路处电阻小，辐射功率小，故障点容易被附近大电阻热源干扰，测量精度差。

磁效应法：申请号为CN202011010377.7的专利文献公开了一种针对电路板焊接短路的定位识别方法，利用电流磁场感应效应原理，在短路网络和地平面之间通上特定信号，用感应表笔搜索待测量点处地平面是否有电流流过来反推短路故障点。由于电流在地平面是发散的，且电流大小与信号回流接地点及接地方式密切相关，所以该方法属一维搜索，其测试易受空间耦合磁场干扰，感应精度低，测试有盲区。

电路法：主要包括电势差法、电阻法和信号传输延迟法。申请号为CN201510658697.6的专利文献公开了一种快速测试电路板电源对地短路点的方法，利用电压梯度原理，用万用表检测短路点，由于短路电阻小，万用表精度较低，导致该方法的测量精度也较低。此外，该方法需对故障板件进行通电测量，故障板件的持续通电短路极易损坏板件及供电电源。申请号为CN201710952135.1的专利文献公开了一种基于TDR技术的电路板短路点测量设备及方法，该方法利用短路点处信号反射的原理，通过测量信号反射延迟时间反推短路点位置。电路板电源平面属多径，该方法的测量精度低，路径搜索复杂，缺乏实用性。

通过分析上述成品印刷电路板短路故障点检测方法可知，现有方法大多按照逐个器件、逐块电路进行排查的方法，其效率较低，而且对于集成度高且管脚密集的系统，甚至是无法实现的。

此外，成品印刷电路板的电源与地线短路故障与其他短路故障相比，其查找和定位十分困难，由于不能加电测量以免损坏电路板和电源，上述现有检测方法很难准确检测出电源与地线短路故障。因此，为满足成品印刷电路板的大批量工业生产的应用要求，亟需一种适用范围广、高效率和高精度的成品印刷电路板短路故障点的检测装置和方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开的目的在于提供一种成品印刷电路板电源地线短路故障点追踪方法及装置，以解决上述的至少一项技术问题。

(二)技术方案

为达到上述目的，本公开提供了一种成品印刷电路板短路故障点追踪装置，包括：

激励信号发生器，发出第一激励信号和与第一激励信号分时独立输出的第二激励信号，第一激励信号为直流脉动信号，第二激励信号为直流脉动信号；

激励信号分流电路，与激励信号发生器相连，用于将第一激励信号和第二激励信号分流为四个电信号；

四个输出端，四个输出端中每个输出端与四个电信号中每个电信号一一对应设置，四个输出端用于为待测电路板提供电信号；

探针，其一端与待测电路板相对接触移动，用于收集并输出短路信号至短路信号处理器；

短路信号处理器，短路信号处理器与探针的另一端相连，用于将短路信号转化成光信号，光信号对应探针移动搜索方向及短路故障点的位置关系。

可选地，激励信号发生器包括：

电源；

变压器，变压器的输入端与电源相连；

输出绕组，输出绕组的第一端串联一桥式整流二极管，用于输出第一激励信号；输出绕组的第二端串联一桥式整流二极管，用于输出第二激励信号。

可选地，激励信号分流电路包括：

第一支路，与第一激励信号的第一输出端相连，第一支路包括顺次串联的自恢复保险丝，用于将第一激励信号分流为第一电信号；

第二支路，与第二激励信号的第一输出端相连，第二支路包括顺次串联的限流电阻、无铁芯自感应线圈，用于将第二激励信号分流为与第一电信号的极性相反的第二电信号；

第三支路，与第二激励信号的第二输出端相连，第三支路包括顺次串联的自恢复保险丝，用于将第二激励信号分流为第三电信号；

第四支路，与第一激励信号的第二输出端相连，第四支路包括顺次串联的限流电阻、无铁芯自感应线圈，用于将第二激励信号分流为与第三电信号的极性相反的第四电信号。

可选地，限流电阻为水泥电阻。

可选地，四个输出端分别焊接于待测电路板的棱边或顶点处，且四个输出端定义一平面直角坐标系。

可选地，平面直角坐标系包括：

X轴，X轴正向由第二电信号对应的输出端指向第一电信号对应的输出端定义，X轴负向由第一电信号对应的输出端指向第二电信号对应的输出端定义；

Y轴，Y轴正向由第四电信号对应的输出端指向第三电信号对应的输出端定义，Y轴负向由第三电信号对应的输出端指向第四电信号对应的输出端定义。

可选地，短路信号处理器包括顺次串联的放大器、滤波器、测算电路。

可选地，短路信号处理器还包括：

四个发光器件，设置于测算电路上，发光器件用于指示探针移动方向及短路故障点位置，四个发光器件与四个输出端中每个输出端一一对应相连；

数码显示装置，设置于测算电路上，数码显示装置用于指示探针当前搜索点与短路故障点的相对距离。

本公开还提供了一种成品印刷电路板短路故障点追踪装置的方法，包括：

操作S1：将四个输出端分别焊接于待测电路板的棱边或顶点处；

操作S2：接通激励信号发生器、激励信号分流电路和短路信号处理器；

操作S3：根据短路信号处理器发出的光信号的指示移动探针，直至找到短路故障点。

可选地，步骤三还包括：

当第一发光器件点亮时，将探针向平面直角坐标系的X轴正向移动搜索，探针的相对移动距离为数码显示装置显示的数值；

当第二发光器件点亮时，将探针向平面直角坐标系的X轴负向移动搜索，探针的相对移动距离为数码显示装置显示的数值；

当第三发光器件点亮时，将探针向平面直角坐标系的Y轴正向移动搜索，探针的相对移动距离为数码显示装置显示的数值；

当第四发光器件点亮时，将探针向平面直角坐标系的Y轴负向移动搜索，探针的相对移动距离为数码显示装置显示的数值；

重复上述步骤，当所述发光器件全部点亮时，停止移动所述探针，标记所述探针位置为短路故障点。

(三)有益效果

本公开提供了一种成品印刷电路板短路故障点检测装置及其检测方法，相较于现有技术，至少具有以下优点：

1、本公开的短路故障点检测装置通过向待测电路板输入分时独立输出的单向脉动直流激励信号，该激励信号源谐波失真小、驱动电流大、成本极低；

2、通过激励信号分流电路将激励信号分成四路，各路的输出点组成一直角坐标系，且坐标轴上设置不同的发光器件，有助于使用者根据坐标系中发光器件的指示移动探针，更加快速且精确的定位短路故障点；

3、激励信号分流电路中的限流电阻为水泥电阻，使本公开的成品印刷电路板短路故障点检测装置具有耐受长时间大电流，场耦合干扰小，测量精度高等特性，进一步降低本公开短路故障点检测装置的制造成本及延长使用寿命；以及

4、本公开的成品印刷电路板短路故障点检测装置能精确搜索到的微小器件焊接短路点或损坏的板载器件等，其检测精度高、对成品印刷电路板和板载元器件无损害，且对电路板故障点的搜索次数少，搜索时间短，成本低，该短路故障点检测装置具有极高的应用价值。

附图说明

图1是成品印刷电路板短路故障点追踪装置的组成示意图；

图2是第一激励信号和第二激励信号的波形图；

图3是激励信号发生器示意图；

图4是激励信号分流电路示意图；

图5是探针与短路故障点的相对位置示意图；

图6图1所示装置的使用方法流程图。

【符号说明】

100：激励信号发生器；

101：电源；

102：变压器；

103：输出绕组；

104：桥式整流二极管；

105：第一激励信号；

106：第二激励信号；

200：激励信号分流电路；

201：自恢复保险丝；

202：水泥电阻；

203：无铁芯自感应线圈；

300：第一电信号对应的输出端；

400：第二电信号对应的输出端；

500：第三电信号对应的输出端；

600：第四电信号对应的输出端；

700：待测电路板；

800：探针；

900：短路信号处理器。

901：第一发光器件；

902：第二发光器件；

903：第三发光器件；

904：第四发光器件。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开作进一步的详细说明。但是，本公开能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本公开的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大，自始至终相同附图标记表示相同元件。

本公开提供了一种成品印刷电路板短路故障点追踪装置，如图1所示，包括：激励信号发生器100、激励信号分流电路200、四个输出端、探针800和短路信号处理器900。

激励信号发生器100发出的第一激励信号105和第二激励信号106，其中第一激励信号105和第二激励信号106均为分时独立输出的单向脉动直流，如图2所示。

如图3所示，激励信号发生器100包括电源101、变压器102、输出绕组103和桥式整流二极管104。现技术中的激励信号存在严重的谐波失真现象且驱动电流较小，所以现技术中的激励信号已不再满足短路故障点检测装置的高检测精度的应用要求。而本公开实施例的电源100选用民用单相交流50赫兹220伏特市电，采用该市电经变压器102进行降压转换后经过整流桥输出的激励信号具有谐波失真小、驱动电流大的优势，进而使得短路故障点检测装置的制造成本极低。

激励信号分流电路200，如图4所示，该分流电路包括四个支路。

第一支路包括一自恢复保险丝201，该自恢复保险丝201串联接入第一激励信号的第一输出端，进而将第一激励信号分流为极性为正的第一电信号。

第二支路与第二激励信号的第一输出端相连，该支路包括顺次串联的水泥电阻202(用于电路限流)和无铁芯自感应线圈203，二者的串联连接顺序包括但不限于此，该支路输出极性为负的第二电信号。

第三支路包括一自恢复保险丝201，该自恢复保险丝201串联接入第二激励信号的第二输出端，进而将第二激励信号分流为极性为正的第三电信号。

第四支路与第一激励信号的第二输出端相连，该支路包括顺次串联的水泥电阻202(用于电路限流)和无铁芯自感应线圈203，二者的串联连接顺序包括但不限于此，该支路输出极性为负的第四电信号。

该激励信号分流电路200通过接入水泥电阻202作为限流电阻，可调整通入待测板的电流大小，本实施例的限流电阻将激励信号分流电路200的电流大小的控制在1～3A之间，进而避免待测电路板或板载电子元器件因电流过载而损坏，提高了短路故障点检测装置的信噪比及检测精度。

探针800的一端与待测电路板700相对接触移动，收集并输出短路信号至短路信号处理器900。

短路信号处理器900包括放大器、滤波器、测算电路、四个发光器件和一个数码管显示装置。放大器、滤波器和测算电路顺次串联，其串联连接顺序包括但不限于此。四个发光器件设置于测算电路上，第一发光器件901与第一电信号对应的所述输出端对应设置，第二发光器件902与第二电信号对应的所述输出端对应设置；第三发光器件903与第三电信号对应的所述输出端对应设置；第四发光器件904与第四电信号对应的所述输出端对应设置。当上述四个发光器件全部点亮时则表示探针800当前位置即短路故障点，单个亮时则指示探针搜索的方向。数码管显示装置则显示相对数值，用来指示探针800在待测电路板700上的相对移动距离。

四个输出端分别与第一电信号、第二电信号、第三电信号和第四电信号对应设置。如图5所示，第一发光器件901所在的输出端(图中未示出)焊接于待测电路板700的右侧棱边中点处，第二发光器件902所在的输出端(图中未示出)焊接于待测电路板700的左侧棱边中点处，第三发光器件903所在的输出端(图中未示出)焊接于待测电路板700的上侧棱边中点处，第四发光器件904所在的输出端(图中未示出)焊接于待测电路板700的下侧棱边中点处。

如图5所示，发光器件或四个输出端定义一平面直角坐标系。该直角坐标系的X轴正向由第二电信号对应的输出端400指向第一电信号对应的输出端300定义，X轴负向由第一电信号对应的输出端300指向第二电信号对应的输出端400定义。该直角坐标系的Y轴正向由第四电信号对应的输出端600指向第三电信号对应的输出端500定义，Y轴负向由第三电信号对应的输出端500指向第四电信号对应的输出端600定义。

短路信号处理器900根据探针800输入的短路信号处理计算出短路点位置信号，控制发光器件和四个数码管的点亮。短路点位置信号r_x、r_y的计算公式如下：

其中，R_x为第二支路中水泥电阻201与导线电阻之和，R_v为第四支路中水泥电阻209与导线电阻之和，N_Ax为经放大器和滤波器处理后的X轴方向短路信号峰值，S_Ay为经放大器和滤波器处理后的Y轴方向短路信号峰值，G_x为X轴方向电信号增益常数，G_y为Y轴方向电信号增益常数，V_Ax为第一激励电信号峰值，V_Ay为第二激励电信号峰值。

本公开还提供了一种成品印刷电路板短路故障点追踪装置的使用方法，如图6所示，将该方法的具体操作步骤说明如下：

操作S1：将四个输出端焊接于待测电路板700的棱边或顶点上，本实施例焊接于棱边中点处。

操作S2：接通激励信号发生器100、激励信号分流电路200和短路信号处理器900。

操作S3：根据短路信号处理器900发出的光信号的指示移动探针800，直至找到短路故障点。

现结合图5与具体实施例，将步骤三中探针800的移动方法详细介绍如下：

在实际使用过程中，短路信号处理器900根据探针800与短路点的相对位置关系，控制点亮四个发光器件中的一个指示搜索方向，控制数码显示装置显示数值来指示探针800的位置点至短路故障点的相对移动距离。

具体地，如图5所示，当第一发光器件901点亮且数码管显示装置的数值为“16”时，探针800向平行于X轴的正向移动，在移动过程中数码管显示装置显示的数值会不断变化，发光器件也会交替亮起和熄灭，按照发光器件指示的方向并使数码管显示装置显示的数值变小的方式搜索，比如在移动搜索时第四发光器件904点亮且数码管显示装置的数值为“5”，应将探针800在当前位置向平行于Y轴负向移动搜索，在移动过程中数码管显示装置显示的数值逐渐减小，当四个发光器件都亮时，表示探针800已搜索到短路故障点。

此时，短路信号处理器900上的四个发光器件全部点亮，标记探针800的当前位置为短路故障点，则表示该探针800找到短路故障点，即停止探针800的搜索移动。

本公开的成品印刷电路板短路故障点检测装置能精确搜索到的微小器件焊接短路点或损坏的板载器件等，其检测精度高、对成品印刷电路板和板载元器件无损害，且对电路板故障点的搜索次数少，搜索时间短，成本低，该短路故障点检测装置具有极高的应用价值。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造，并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种成品印刷电路板短路故障点追踪装置，包括：

激励信号发生器，发出第一激励信号和与所述第一激励信号分时独立输出的第二激励信号，所述第一激励信号为直流脉动信号，所述第二激励信号为直流脉动信号；

激励信号分流电路，与所述激励信号发生器相连，用于将所述第一激励信号和所述第二激励信号分流为四个电信号；

四个输出端，所述四个输出端中每个输出端与所述四个电信号中每个电信号一一对应设置，所述四个输出端用于为待测电路板提供电信号；

探针，所述探针的一端与所述待测电路板相对接触移动，用于收集并输出短路信号至短路信号处理器；

短路信号处理器，所述短路信号处理器与所述探针的另一端相连，用于将所述短路信号转化成光信号，所述光信号对应所述探针移动搜索方向及所述短路故障点的位置关系。

2.根据权利要求1所述的一种成品印刷电路板短路故障点追踪装置，其中，所述激励信号发生器包括：

电源；

变压器，所述变压器的输入端与所述电源相连；

输出绕组，所述输出绕组的第一端串联一桥式整流二极管，用于输出第一激励信号；所述输出绕组的第二端串联一桥式整流二极管，用于输出第二激励信号。

3.根据权利要求1所述的一种成品印刷电路板短路故障点追踪装置，其中，所述激励信号分流电路包括：

第一支路，与所述第一激励信号的第一输出端相连，所述第一支路串联一自恢复保险丝，用于将所述第一激励信号分流为第一电信号；

第二支路，与所述第二激励信号的第一输出端相连，所述第二支路包括顺次串联的限流电阻、无铁芯自感应线圈，用于将所述第二激励信号分流为与所述第一电信号的极性相反的第二电信号；

第三支路，与所述第二激励信号的第二输出端相连，所述第三支路串联一自恢复保险丝，用于将所述第二激励信号分流为第三电信号；

第四支路，与所述第一激励信号的第二输出端相连，所述第四支路包括顺次串联的限流电阻、无铁芯自感应线圈，用于将所述第二激励信号分流为与所述第三电信号的极性相反的第四电信号。

4.根据权利要求3所述的一种成品印刷电路板短路故障点追踪装置，其中，所述限流电阻为水泥电阻。

5.根据权利要求3所述的一种成品印刷电路板短路故障点追踪装置，其中，所述四个输出端分别焊接于所述待测电路板的棱边或顶点处，且所述四个输出端定义一平面直角坐标系。

6.根据权利要求5所述的一种成品印刷电路板短路故障点追踪装置，其中，所述平面直角坐标系包括：

X轴，所述X轴正向由所述第二电信号对应的所述输出端指向所述第一电信号对应的输出端定义，所述X轴负向由所述第一电信号对应的所述输出端指向所述第二电信号对应的输出端定义；

Y轴，所述Y轴正向由所述第四电信号对应的所述输出端指向所述第三电信号对应的输出端定义，所述Y轴负向由所述第三电信号对应的所述输出端指向所述第四电信号对应的输出端定义。

7.根据权利要求1所述的一种成品印刷电路板短路故障点追踪装置，其中，所述短路信号处理器包括顺次串联的放大器、滤波器、测算电路。

8.根据权利要求7所述的一种成品印刷电路板短路故障点追踪装置，其中，所述短路信号处理器还包括：

第一发光器件，与所述第一电信号对应的所述输出端对应设置；

第二发光器件，与所述第二电信号对应的所述输出端对应设置；

第三发光器件，与所述第三电信号对应的所述输出端对应设置；

第四发光器件，与所述第四电信号对应的所述输出端对应设置；

所述第一、第二、第三和第四发光器件均设置于所述测算电路上，四个所述发光器件用于指示探针移动方向及短路故障点位置；

数码显示装置，设置于所述测算电路上，所述数码显示装置用于指示所述探针当前搜索点与短路故障点的相对距离。

9.一种利用如权利要求1至6中任一项所述的成品印刷电路板短路故障点追踪装置的方法，包括：

操作S1：将所述四个输出端分别焊接于所述待测电路板的棱边或顶点处；

操作S2：接通所述激励信号发生器、所述激励信号分流电路和所述短路信号处理器；

操作S3：根据所述短路信号处理器发出的光信号的指示移动所述探针，直至找到所述短路故障点。

10.根据权利要求9所述的一种利用如权利要求1至6中任一项所述的成品印刷电路板短路故障点追踪装置的方法，其中，所述步骤三还包括：

当所述第一发光器件点亮时，将所述探针向所述平面直角坐标系的X轴正向移动搜索，所述探针的相对移动距离为所述数码显示装置显示的数值；

当所述第二发光器件点亮时，将所述探针向所述平面直角坐标系的X轴负向移动搜索，所述探针的相对移动距离为所述数码显示装置显示的数值；

当所述第三发光器件点亮时，将所述探针向所述平面直角坐标系的Y轴正向移动搜索，所述探针的相对移动距离为所述数码显示装置显示的数值；

当所述第四发光器件点亮时，将所述探针向所述平面直角坐标系的Y轴负向移动搜索，所述探针的相对移动距离为所述数码显示装置显示的数值；

重复上述步骤，当所述发光器件全部点亮时，停止移动所述探针，标记所述探针位置为短路故障点。

Images