CN114295964A - 一种验证pcb内信号互连可靠性的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种验证PCB内信号互连可靠性的系统，包括数据采集模块，工控主机、信号背板、信号PCB板、电源模块和风扇模块，信号背板与信号PCB板互连提供数据采集模块与Coupon的联通以及与直流电源连接实现电源分配，工控主机在发出控制信号后直流电源对Coupon进行加热，数据采集模块对Coupon进行实时采集及存储采集数据后将采集的数据发送到工控主机，工控主机根据采集的数据控制对Coupon的加热状态以及在Coupon的温度、升温速率达到阈值后控制风扇模块的风扇对Coupon散热以及切断直流电源对Coupon的供电。通过工控主机进行指令输出控制直流电源对Coupon的供电，控制供电电流大小以及时长可控制升温速率、恒温时间，设置风扇模块，使得降温速率也可控制，提高了测试的灵活性。
Description
技术领域
本发明涉及PCB技术领域，特别是涉及一种验证PCB内信号互连可靠性的系统。
背景技术
PCB基板作为电信号互连的载体，通常为多层结构，信号层之间填充绝缘材料压合而成，层间信号的互连通过Via过孔来连接，Via通过电镀方式与信号层走线完成连接，在PCBA加工过程，PCB产品实际现场应用过程中，PCB内部走线都会存在机械应力或热应力的冲击造成机械疲劳走线开裂，如：PCBA过程的炉温冲击与实际PCB在产品应用中的震动与环境热冲击等，因此需要通过评价预测PCB走线的可靠性，以便尽早发现加工缺陷，促进工艺改进。
业界通用的做法是在PCB生产加工同时加工检测Coupon，检测Coupon是一组独立的信号走线的小块儿PCB，与PCB一起加工，所以认为其与PCB的加工过程一致，其可靠性可以反应PCB的可靠性。
IPC-TM-650规定了2种采用加速老化测试要求，通过采用Coupon通电流产生焦耳热的方式来使Coupon升温从而加速老化，其规定了温升速度，测试老化循环数，最高温度，失效判断依据等参数，其根据参数分别定义了方法1IST和方法2CITC，并且两种测试方法均需要独立的测试设备，与独立的测试Coupon设计。
当前存在的问题是由于设备成本投入昂贵，通常企业都只能在其中一种方法体系下做认证。如目前几乎都是选择方法1IST，极少如IBM使用CITC，由于两种方法的独立存在，两者的内在关联性难以评判。
目前缺少灵活的设备即可以兼容两者，通过取长补短，形成方法来统一的PCB互连可靠性的评估方法，使得PCB生产厂商与系统集成厂商可以统一在一个标准之下来讨论PCB的可靠性，并且得到测试效率，测试成本，沟通成本上的优化,另外在方法1IST设备在测试过程中，遇到过Coupon被烧毁，导致无法进行根因分析的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种验证PCB内信号互连可靠性的系统、提供灵活宽泛的加速测试条件设定，在提供测试效率上的优化空间的同时，也兼顾之前的标准实现方法，有助于形成业界统一标准。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种验证PCB内信号互连可靠性的系统，包括数据采集模块，工控主机、信号背板、信号PCB板、电源模块和风扇模块，所述信号背板与所述信号PCB板互连提供所述数据采集模块与Coupon的联通以及与所述直流电源连接实现电源分配，所述工控主机在发出控制信号后所述直流电源对所述Coupon进行加热，所述数据采集模块对所述Coupon进行实时采集及存储采集数据后将采集的数据发送到所述工控主机，所述工控主机根据所述采集的数据控制对所述Coupon的加热状态以及在所述Coupon的温度、升温速率达到阈值后控制所述风扇模块的风扇对所述Coupon散热以及切断所述直流电源对所述Coupon的供电。
其中，所述直流电源为电流可调的直流电源，所述直流可调电源的数量为8～10。
其中，还包括与所述直流电源连接的智能PDU，所述智能PDU通过接触器接入AC电源，所述接触器通过紧急按键、启动按键实现对输入的所述AC电源的通断控制。
其中，所述数据采集模块包括第一数据采集仪和第二数据采集仪，所述第一数据采集仪用于对所述Coupon的P端的电压值进行实时采集及存储采集数据，所述第二数据采集仪用于对所述Coupon的S端进行4线电阻值实时量测及存储采集数据，所述工控主机接收所述第一数据采集仪和所述第二数据采集仪获得的数据进行温度计算以及温度值记录。
其中，所述Coupon为圆形Coupon，包括多个环绕所述圆形Coupon均匀设置的via孔，相邻的所述via孔通过所述圆形Coupon表层连接或通过所述圆形Coupon内层连接。
其中，所述via孔与左侧的所述via孔通过所述圆形Coupon表层连接，与右侧的所述via孔通过所述圆形Coupon内层连接，或所述via孔与右侧的所述via孔通过所述圆形Coupon表层连接，与左侧的所述via孔通过所述圆形Coupon内层连接。
其中，还包括与所述数据采集模块连接的异常判断模块，用于在检测到所述数据采集模块获得的所述相邻两次采样数据的温升速率大于阈值后输出异常温度信号。
其中，还包括与所述异常判断模块连接的警报模块，用于在接收到所述异常温度信号后发出警报信号，使得所述工控主机对所述直流电源实施断电操作以及向所述风扇模块发出启动信号，控制所述风扇模块中的风扇对所述Coupon进行散热操作。
其中，还包括与所述智能PDU的烟雾传感器，所述智能PDU在收到所述烟雾传感器的告警信号后对所述直流电源实施断电操作。
其中，所述风扇模块包括主控单元、信号转换单元和风扇控制单元，所述主控单元获取所述启动信号并根据所述Coupon的PCB层数、所述Coupon的层数计算并输出风扇的风扇控制信号，所述信号转换单元将所述风扇控制信号转换后向所述风扇输出对应的PWM信号，所述风扇控制单元对所述风扇的风扇通道的环境温度、风扇转速、状态进行实时侦测后的信息反馈至所述主控单元，所述风扇控制单元与所述风扇对应的所述风扇通道一一对应。
本发明实施例提供的验证PCB内信号互连可靠性的系统，与现有技术相比，具有以下优点：
本发明实施例提供的验证PCB内信号互连可靠性的系统，通过工控主机进行指令输出控制直流电源对Coupon的供电，控制供电电流以及时长可控制升温速率、恒温时间，设置风扇模块，使得降温速率也可控制，提高了测试的灵活性。在提供灵活宽泛的加速测试条件设定，在提供测试效率上的优化空间的同时，也使得测试过程中的参数的设置也可以变得可控制，能够实现测试过程的标准化，有助于形成业界统一标准。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的验证PCB内信号互连可靠性的系统的一种具体实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1为本发明实施例提供的验证PCB内信号互连可靠性的系统的一种具体实施方式的结构示意图。
在一种具体实施方式中，所述验证PCB内信号互连可靠性的系统，包括数据采集模块20，工控主机10、信号背板50、信号PCB板30、电源模块和风扇模块70，所述信号背板50与所述信号PCB板30互连提供所述数据采集模块20与Coupon60的联通以及与所述直流电源40连接实现电源分配，所述工控主机10在发出控制信号后所述直流电源40对所述Coupon60进行加热，所述数据采集模块20对所述Coupon60进行实时采集及存储采集数据后将采集的数据发送到所述工控主机10，所述工控主机10根据所述采集的数据控制对所述Coupon60的加热状态以及在所述Coupon60的温度、升温速率达到阈值后控制所述风扇模块70的风扇对所述Coupon60散热以及切断所述直流电源40对所述Coupon60的供电。
通过工控主机10进行指令输出控制直流电源40对Coupon60的供电，控制供电电压以及时长可控制升温速率、恒温时间，设置风扇模块70，使得降温速率也可控制，提高了测试的灵活性。在提供灵活宽泛的加速测试条件设定，在提供测试效率上的优化空间的同时，也使得测试过程中的参数的设置也可以变得可控制，能够实现测试过程的标准化，有助于形成业界统一标准。
本申请中对于工控主机10的结构等不做限定，作为软件上位机，完成数据收集与计算，仪器控制，提供软件UI操作界面，是测试设备实现软件算法和核心，对外提供SCSI并行I/O接口与信号PCB板30连接实现对测试箱内风扇控制。
本申请中的工控主机10进一步还可以通过设置通信组件实现测试数据的分享以及远程控制等，或者其它的功能等。
本申请中的直流电源40为用于向Coupon60供电，实现加热，本申请中对于直流电源40的输出电压不做限定，其输出电压可以为手中调节，也可以为自动调节，如采用滑动变阻器实现手动调节输出电压，或者采用其它的方式进行手动变压输出，也可以是采用自动输出，本申请对此不作限定。
为了进一步提高自动化效率，在一个实施例中，所述直流电源40为电流可调的直流电源，所述直流可调电源的数量为8～10。
通过将直流电源40设置为电流可调的直流电源，使得工控主机10可以实现自动电流调节，如接通不同的电路，实现输出电压的变化。
本申请对于电流可调的直流电源40的电流调节方式不做限定，可以是连续调节，也可以是在指定的电流调节，而且为了实现高效测试，一个所述直流可调电源对应一个Coupon60，一般所述直流可调电源的数量为8～10，使得所有的Coupon60可以同时进测试，从而提高测试效率，而且相互之间相互独立。
一个实施例中，直流电源40作为加热电流的电源，工作在恒流模式，通过信号背板50分别为8片Coupon60的P端进行独立加热，输出电流大小，受工控机控制。直流电源40参数：支持USB/LAN接口，电压范围在0～30V，电流输出范围在0～30A，电流读取精度不低于0.1％，支持恒流模式输出等。
为进一步提高系统本身的可靠性与可操作性，在一个实施例中，所述验证PCB内信号互连可靠性的系统还包括与所述直流电源40连接的智能PDU，所述智能PDU通过接触器接入AC电源，所述接触器通过紧急按键、启动按键实现对输入的所述AC电源的通断控制。
本申请对于AC电源的使用方式不做限定，可以是只给直流电源40供电，也可以是还给其它部件如数据采集模块20、工控主机10等进行供电，即在本申请中数据采集模块20可以是采用直流供电，也可以是交流供电，本申请对此不作限定。
本申请中对于数据采集模块20的结构以及数据采集仪参数不做限定，在一个实施例中，所述数据采集模块20包括第一数据采集仪和第二数据采集仪，所述第一数据采集仪用于对所述Coupon60的P端的电压值进行实时采集及存储采集数据，所述第二数据采集仪用于对所述Coupon60的S端进行4线电阻值实时量测及存储采集数据，所述工控主机10接收所述第一数据采集仪和所述第二数据采集仪获得的数据进行温度计算以及温度值记录。
一个实施例中，第一数据采集仪：对8片Coupon60的P端的电压值进行实时采集，存储采集数据，数据被工控主机10实时读取，计算用于温度值计算，并完成调控，温度值记录.数据采集仪参数参考：40通道快速采样1秒100次通道切换，6位半高精度电压电阻量测，支持4线电阻量测，支持外部触发信号，电压最小量程100mv，电阻最小量程1ohm.。第二数据采集仪：对8片Coupon60的S端进行4线电阻值进行实时量测，存储采集数据，数据被工控主机10实时读取，计算用于温度值记录。
另一个实施例中，AC交流输入通过接触器与2台智能PDU相连接，接触器配合紧急按键与启动按键实现对AC电源输入的通断控制，智能PDU对AC输入电源进行分配，给到工控主机10，数据采集仪，直流电源40提供交流输入电源，同时提供AC-DC电源输入，AC-DC电源的DC输出连接到信号PCB板30，为信号PCB板30上的逻辑线路供电，并提供用直流电源40给到FAN。
现有的Coupon60的过往设计均采用长条形行的设计，信号线加热的均匀性是一个比较大的挑战，加入不均匀性在于走线位于长条中间的部分和走线靠近边缘的位置的散热环境有差异，边缘的散热更快，这导致难以在现有的Coupon60长条行设计的基础上把测试加速因子继续增加，比如升温速度继续增加这会导致中间和边缘的温度不均匀性进一步增大，导致测试样本数量减少，即有效Via孔数量的减少。
为配合本申请中的高加速因子的测试方法，一个实施例中，所述Coupon60为圆形Coupon60，包括多个环绕所述圆形Coupon60均匀设置的via孔，相邻的所述via孔通过所述圆形Coupon60表层连接或通过所述圆形Coupon60内层连接。
本申请中对于圆形Coupon60的具体尺寸以及via孔的数量以及相邻之间的间距不做限定。
为了进一步保证加热的均匀性，一个实施例中，所述via孔与左侧的所述via孔通过所述圆形Coupon60表层连接，与右侧的所述via孔通过所述圆形Coupon60内层连接，或所述via孔与右侧的所述via孔通过所述圆形Coupon60表层连接，与左侧的所述via孔通过所述圆形Coupon60内层连接。
一个实施例中，圆形Coupon60外形设计，保证了每个via孔与其中间线段的周围散热环境是一致的，可以更加均匀的进行加热。via孔的一侧的信号走线位于表层，另一侧的信号走线位于内层，避免仅仅在表面加热，从而使得加热变得更加均匀，提高测试效果。
由于在测试过程中，容易出现测试极限等情况，这时候容易发生测试事故，如温度过高甚至发生火灾等，为了实现提前预测，在一个实施例中，所述验证PCB内信号互连可靠性的系统还包括与所述数据采集模块20连接的异常判断模块，用于在检测到所述数据采集模块20获得的所述相邻两次采样数据的温升速率大于阈值后输出异常温度信号。
Coupon60之所以导致烧板是由于温度过高，过高的温度来自于电流的持续加温，如果没有异常温度变化的识别能力则无法控制，所以在本申请的测试设备中增加了异常温度的识别能力，在绝对温度值的判断下，增加通过温升速率来识别，通过设定两次采样的之间的温度差值作为判定异常的条件，可以在烧毁高温前超前识别出异常温度变化，其中最高温度可以设定为300C，温升速率可以设定为目标温升速率的2倍等。
需要指出的是，本申请中对于温升速率的阈值以及最高温度阈值不做限定。对于该参数可以是固定的，也可以是在测试前设置的，如在不同的测试电压下可以设置不同的参数等，采用类似不同的档位设计自动进行设置，或者采用其它不同的参数设置方式。
更进一步，在发生异常之后，在一个实施例中，所述验证PCB内信号互连可靠性的系统还包括与所述异常判断模块连接的警报模块，用于在接收到所述异常温度信号后发出警报信号，使得所述工控主机10对所述直流电源40实施断电操作以及向所述风扇模块70发出启动信号，控制所述风扇模块70中的风扇对所述Coupon60进行散热操作。
通过警报模块，当检测到异常后，直接断掉电流防止进一步温升，同时开启风扇进行快速降温，可以实现提前预警，使得维护人员或者测试人员能够提早采取措施，减少测试设备发生损坏等的风险，提高了测试的可靠性。而在发生异常之后，为了进一步降低设备发生损坏的风险，通过工控主机10对所述直流电源40实施断电操作，避免温度进一步上升，同时向所述风扇模块70发出启动信号，控制所述风扇模块70中的风扇对所述Coupon60进行散热操作，从而降低温度，提高测试的安全性以及可靠性。
本申请中对于警报模块的警报方式不做限定，对于风扇模块70对应的控制策略不做限定。
为更进一步实现对于Coupon60的保护，在考虑软件失效等情况下来快速切断电源以尽可能保护Coupon60，在一个实施例中，所述验证PCB内信号互连可靠性的系统还包括与所述智能PDU的烟雾传感器，所述智能PDU在收到所述烟雾传感器的告警信号后对所述直流电源40实施断电操作。
其实施方案如下描述，硬件保护逻辑的主要模块为：
智能PDU与烟雾告警相结合，考虑到PCB在高温时刻后会产生烟雾，通过烟雾来判断高温的产生，烟雾传感器置于测试箱内与智能PDU的外设口RJ11连接，智能PDU在收到烟雾传感器的告警后可对直流电源40直接实施断电操作以实现保护。
在降温阶段，本申请采用风扇辅助降温的方式，对于其具体控制过程不做限定。
一个实施例中，所述风扇模块70包括主控单元、信号转换单元和风扇控制单元，所述主控单元获取所述启动信号并根据所述Coupon60的PCB层数、所述Coupon60的层数计算并输出风扇的风扇控制信号，所述信号转换单元将所述风扇控制信号转换后向所述风扇输出对应的PWM信号，所述风扇控制单元对所述风扇的风扇通道的环境温度、风扇转速、状态进行实时侦测后的信息反馈至所述主控单元，所述风扇控制单元与所述风扇对应的所述风扇通道一一对应。
本申请中对于风扇的结构不做限定，风扇用于为Coupon60提供散热的分流，每片Coupon60实现独立散热，风道隔离。风扇型号参考，支持PWM占空比调控，具有放空气回流设计。
本申请对于风扇的控制策略不做限定，以下为两种控制方式：
方按1，根据Coupon60的PCB层数设计对特定通道下风扇的状态、转速进行调整，降温阶段转速固定。
方按2，实时转速调整，对不同层数Coupon60设计规定降温速率，根据实时侦测问题对风扇转速进行实时调整.并将控制信息打包至USB控制信号输入到信号转换单元。
软件程序跑在工控主机10上，并通过USB接口输出USB风扇控制信号。信号转换单元：在此单元中，带有风扇控制信号的USB控制信号首先转换为I2C控制信号，然后根据I2C控制信号所携带的SMBus地址信息进行寻址，确定风扇通道，并将控制信息输入到特定风扇控制单元，优选的，该单元可集成于独立的MCU上。
风扇控制单元：当I2C风扇控制信号进入该单元后，该单元首先将I2C控制信号转换为可控制风扇的PWM信号，然后通过风扇连接器将PWM信号输入至风扇对其进行控制，同时，该单元需配置特定的SMBus地址信息以方便信号转换单元能够进行风扇通道寻址，进一步的，该单元可对当下特定通道的环境温度、风扇转速、状态等信息进行实时侦测，并将侦测后的信息反馈至主控单元，通过控制程序对特定通道下风扇的状态进行调整，优选的，对于每个风扇通道均需搭配对应的风扇控制单元。
一个实施例中，工控主机10对第一数据采集仪和第二数据采集仪的控制，通过USB接口与USBHUB扩展相连接，实现对第一数据采集仪和第二数据采集仪的，8台直流可调电源的配置、控制、数据收集等。工控主机10配置参考IntelI5 4核芯处理器，DDR4 16GB内存，4*USB3.0接口，8*GPIO通用输入输出，交流AC供电等。
综上所述，本发明实施例提供的验证PCB内信号互连可靠性的系统，通过工控主机进行指令输出控制直流电源对Coupon的供电，控制供电电压以及时长可控制升温速率、恒温时间，设置风扇模块，使得降温速率也可控制，提高了测试的灵活性。在提供灵活宽泛的加速测试条件设定，在提供测试效率上的优化空间的同时，也使得测试过程中的参数的设置也可以变得可控制，能够实现测试过程的标准化，有助于形成业界统一标准。
以上对本发明所提供的验证PCB内信号互连可靠性的系统，进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种验证PCB内信号互连可靠性的系统，其特征在于，包括数据采集模块，工控主机、信号背板、信号PCB板、直流电源和风扇模块，所述信号背板与所述信号PCB板互连提供所述数据采集模块与Coupon的联通以及与所述直流电源连接实现电源分配，所述工控主机在发出控制信号后所述直流电源对所述Coupon进行加热，所述数据采集模块对所述Coupon进行实时采集及存储采集数据后将采集的数据发送到所述工控主机，所述工控主机根据所述采集的数据控制对所述Coupon的加热状态以及在所述Coupon的温度、升温速率达到阈值后控制所述风扇模块的风扇对所述Coupon散热以及切断所述直流电源对所述Coupon的供电。
2.如权利要求1所述验证PCB内信号互连可靠性的系统，其特征在于，所述直流电源为电流可调的直流电源，所述直流可调电源的数量为8～10。
3.如权利要求2所述验证PCB内信号互连可靠性的系统，其特征在于，还包括与所述直流电源连接的智能PDU，所述智能PDU通过接触器接入AC电源，所述接触器通过紧急按键、启动按键实现对输入的所述AC电源的通断控制。
4.如权利要求3所述验证PCB内信号互连可靠性的系统，其特征在于，所述数据采集模块包括第一数据采集仪和第二数据采集仪，所述第一数据采集仪用于对所述Coupon的P端的电压值进行实时采集及存储采集数据，所述第二数据采集仪用于对所述Coupon的S端进行4线电阻值实时量测及存储采集数据，所述工控主机接收所述第一数据采集仪和所述第二数据采集仪获得的数据进行温度计算以及温度值记录。
5.如权利要求4所述验证PCB内信号互连可靠性的系统，其特征在于，所述Coupon为圆形Coupon，包括多个环绕所述圆形Coupon均匀设置的via孔，相邻的所述via孔通过所述圆形Coupon表层连接或通过所述圆形Coupon内层连接。
6.如权利要求5所述验证PCB内信号互连可靠性的系统，其特征在于，所述via孔与左侧的所述via孔通过所述圆形Coupon表层连接，与右侧的所述via孔通过所述圆形Coupon内层连接，或所述via孔与右侧的所述via孔通过所述圆形Coupon表层连接，与左侧的所述via孔通过所述圆形Coupon内层连接。
7.如权利要求6所述验证PCB内信号互连可靠性的系统，其特征在于，还包括与所述数据采集模块连接的异常判断模块，用于在检测到所述数据采集模块获得的所述相邻两次采样数据的温升速率大于阈值后输出异常温度信号。
8.如权利要求7所述验证PCB内信号互连可靠性的系统，其特征在于，还包括与所述异常判断模块连接的警报模块，用于在接收到所述异常温度信号后发出警报信号，使得所述工控主机对所述直流电源实施断电操作以及向所述风扇模块发出启动信号，控制所述风扇模块中的风扇对所述Coupon进行散热操作。
9.如权利要求8所述验证PCB内信号互连可靠性的系统，其特征在于，还包括与所述智能PDU的烟雾传感器，所述智能PDU在收到所述烟雾传感器的告警信号后对所述直流电源实施断电操作。
10.如权利要求9所述验证PCB内信号互连可靠性的系统，其特征在于，所述风扇模块包括主控单元、信号转换单元和风扇控制单元，所述主控单元获取所述启动信号并根据所述Coupon的PCB层数、所述Coupon的层数计算并输出风扇的风扇控制信号，所述信号转换单元将所述风扇控制信号转换后向所述风扇输出对应的PWM信号，所述风扇控制单元对所述风扇的风扇通道的环境温度、风扇转速、状态进行实时侦测后的信息反馈至所述主控单元，所述风扇控制单元与所述风扇对应的所述风扇通道一一对应。
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