原创 一个查找电路和器件故障机理的好仪器好方法

最近帮助一些客户做电路故障的分析，在了解情况过程中，问起哪里坏了，大都能告诉我“某某器件坏了”，但再问“哪个管脚坏了”“可能是什么原因造成的”“坏到了啥程度”，往往就没人接茬了，即使接茬，也不外乎两类话“哟，还真没研究过”，“要真知道，不就不请您来了嘛”。

下面介绍的这个仪器和测试方法，就是解决如上问题的法宝。它能解决几大问题：

1、 能定位到哪个管脚坏了，便于工程师顺藤摸瓜，将无关的影响排除在外；
2、 能判断出故障的损坏程度；
3、 可以根据损坏的程度，推理出损坏的机理；
4、 根据失效的机理，可以制定出解决问题的办法。

这个测试的工程理论基础是：1、器件外部的应力通过管脚端口对器件内部造成损伤；2、端口的应力损伤会影响到端口的阻抗特性。

本仪器的应用就是测试器件端口的阻抗特性图。即“端口的伏安特性曲线”，一个好的电路板和一个故障的电路板来对比，损伤端口的V-I曲线一定会发生变化，根据曲线的变化趋势，就可以判断出损伤的程度和机理。具体的测试和判断方法如下：

1、解决问题的操作程序

有好、坏可对比的电路板或机器各一。分别测量其每个管脚的V-I曲线，当然如果能根据现象基本锁定在哪块电路坏掉了，也可以只针对目标怀疑对象进行测试，减少测试的工作量。然后对比好坏电路板上对应管脚的曲线，差别较大的一般就可能是损伤管脚，要认真对待了。

2、如何根据测试结果判断故障原因

用此仪器测试，测试的结果一般不外乎 开路、短路、漏电路增加、阻抗变化、曲线形状变异（一般是组合电路）等几种结果。波形如图。

图1：纯电阻的V-I曲线，如果斜率发生较大变化，则说明电阻阻值变化，斜率变小，相当于加同样的电压，而电流变小，则阻值变大，说明电阻非完全性损伤，原因一般为静电、腐蚀、电迁移、瞬时电过应力；
图2：短路；
图3：开路；
图4：普通二极管V-I曲线，如果电流正向上升的转折点左移，则说明漏电流增大，一般是静电损伤，断路则是过压击穿，开路则是过流烧毁；
图5：稳压二极管V-I曲线；
图6：大电容的V-I曲线；
图7：小电容的V-I曲线；如果椭圆的形状由图6向图7的趋势发生了变化，则说明容值发生了漂移；
图8：IC管脚对地的V-I曲线，注意两个问题，一是不同厂家的相同功能器件，因为其内部电路结构的不同，对比测试时表现在外面端口的阻抗特性可能不同，不同厂家的同型号器件不具备可比性；二是IC的特性曲线测试一般要测试Pi-VDD、 Pi-VSS、Pi-Pi+1、Pi-Pi-1，这是因为Pi管脚发生故障，一般的引入路径不外乎电源、地、相邻管脚间的过压耦合。
图9-图12是组合特性的标准曲线，如果实测的值在此标准曲线基础上有某方面的变化趋势，可以据此分析出可能是哪个因素影响的，这个就是靠分析的经验和能力了。

所以T40电路和元器件故障分析仪是一个辅助分析工具，工程师的智慧才是最好的工具。不过值得欣慰的是，我和我的技术团队，我们的经验已经融入了本设计的软件和文档中，大家尽可以直接站在我们的肩膀上，在电子设计的大地上昂然前行。

3、如何根据原因制定整改方法

机理判断出来了，解决方法就好找多了。如果出现批次性的器件问题，那自然是找采购了；

如果批次某类器件出现了随机的引脚开路（不固定在某个管脚上的开路）。则最大可能是 MSD，在焊接过程的工艺上要加上一道焊前高温烘烤；

如果出现了漏电流增加或阻抗参数退化但非完全性损伤，则是ESD，改造生产储存环境则不宜迟；

如果是开路，毫无疑问是过载，尤其是在有烧的痕迹（此部分可以通过本公司S40电路板显微检测仪放大观察和灵敏的鼻子嗅来判断）；

如果是短路，则可能是电压击穿，找找看有没有上断电过程的浪涌电压的波动影响。

还有些其他的现象和判断及整改方法，大家可以熟能生巧，把这个仪器用起来。

依笔者的技术经验来看，本仪器几乎是可以和示波器、万用表、频谱仪并驾齐驱的第四大电子测试基础设备，而它的价值却远远没被发掘出来。英国人发现了这个特性，后人在前仆后继的想显示比英国人高明，俟机发现新的测试机理，然而结果每每令人失望，从1960年代至今，半个世纪的应用已经充分验证了其应用理论的成熟。我偶然在航天实验室发现了这种仪器，并将它转化为成本不高、功能简化、并将我们的经验结合进去的实用性测试仪器，希望它能帮助我们的电子技术同行能百尺竿头，更进一步。