Baskı Devre Kartlarında Arıza Tespit Yöntemleri

Elektronik devre elemanlarının üzerine yerleştirildiği ve bu elemanlar arasındaki elektriksel bağlantının bakır yüzeyde oluşturulan yollarla sağlandığı plakalara, baskı devre kartı (İngilizce: Printed Circuit Board kısa adıyla PCB) adı verilir. Çoğu elektronik sistemde bulunan baskı devre bakır yüzeyin bir bölümü eritilerek bakır yollar meydana getirilir ve devre elemanları bu bakırlı yollar aracılığıyla birbirlerine bağlanır.

Ülkemizde kullanılan elektronik sistem ve cihazların büyük bir bölümü maalesef yurtdışı menşeili ürünlerden oluşmaktadır. Örneğin bir fabrikamızın üretim bandındaki sistemlerden biri arıza yaptığında, maalesef bu arızanın giderilmesi için ne devre şemaları ne de arıza bulma kitapçığı çoğunlukla bulunmamaktadır. Çoğunlukla bu sistemlerin operatör seviyesindeki kullanım ve bakım kitapçıkları bile tam olarak mevcut olmamaktadır. Bu arızalı sistemlere yetersiz bilgiye sahip teknik personel tarafından müdahale edilirse, basit arızalar daha da büyük arızalara dönüşebilmektedir. Sonuçta; elektronik kartın yüksek maliyetlerle yenisi alınmakta veya üretici firmasına onarıma gönderilmektedir. Bu durum haftalarca fabrika üretimini de aksatabilmektedir. Yeni teknolojili elektronik devre elemanlarını ve profesyonel test metotlarını, arızayı gidermek için kaliteli lehimleme ve sökme metotlarını öğrenmek ve bu bilgileri en azından iki yılda bir güncellemek önemlidir.

• Empedans Testi:

Elektronik malzemelerin devre dışında ve devre içerisinde, empedans karakteristik eğrileri test edilerek sağlam olup olmadıkları anlaşılmaktadır. Bu test metodu ile arıza belirlemede elektronik kartın devre şemasına ihtiyaç yoktur, ayrıca elektronik kartın kendi enerjisini de vermeye gerek yoktur. Enerjisiz test yapıldığı için, onarımcıdan kaynaklanan test hataları ile başka malzemelerin bozulmaması da sağlanmaktadır.

Elektronik kartların tamirinde dünyada en çok kullanılan test metodu empedans test metodudur. Bu metot ile elektronik kartlardaki tüm malzemelerin %95 seviyesinde testi yapılarak arızalı malzeme belirlenebilmektedir.

Ohm kanunundan bilindiği gibi Voltaj / Akım oranı, direnci verir. Kondansatör ve bobin gibi direnç değeri frekansa göre değişen,kapasitans ve indüktans değerlerine sahip elektronik malzemeler de direnç kavramına dahil edilirse, genel ismi ‘empedans’ olur. Empedans eğrilerine çeşitli kaynaklarda ASA veya VI eğrileri de denilir.

Empedans eğrileri ile arıza belirlemede yaklaşım şudur; her elektronik malzemenin empedans karakteristik eğrisi vardır ve bu empedans karakteristiği bozulmuş ise malzeme bozulmuştur.

• Programlı Malzeme Testi:

Programlayıcı kullanarak, program bulunduran malzemelerin test edilmesi, program yedeklerinin (back-up) alınması ve sağlam programın malzemeye yüklenmesi işlemleri yapılır. Program yedeğinin arıza yapmadan önce alınması tavsiye edilir, yedek program alınmış ise kartın onarımı kolaylaşır. Günümüzde kütüphanesinde on binlerce programlanabilir elektronik malzemeyi bulunduran ve devamı güncelleme imkanı sunan Universal Programmer ’lar mevcuttur. Sadece bir üretici ailesini programlayabilen family programmer ’lar (aile programlayıcı) programlayıcı üreten firmalar önceliğinde üretilmiştir. Örneğin Microchip firması PICXXX ailesi programlayıcıları gibi. Teknik servisinizde 2-3 adet gibi sınırlı sayıda programlı malzemenin test edilmesi ihtiyacı var ise, universal programlayıcılara göre daha hesaplı aile programlayıcı almak daha akılcıdır. Örneğin PIC programlayıcılar günümüzde 40$ civarındadır. Aileye özel programlayıcılar ISP (In System Programming – devre içi programlama – JTAG) veya ICSP özelliği ile malzemeyi sökmeden devre içi programlayabilmektedir. Resim 2 ’de bir ISP programmer görülmektedir.

• Kısa Devre Testi:

Elektronik kartta özellikle besleme (Vcc) ve toprak (Ground-GND) arasında kısa devre olan malzemelerin bulunmasını sağlar. Nadiren karşılaşılan bir arıza şekli olmasına rağmen bu metot bilinmiyor ise arızayı bulmak saatler veya günler alabilir. LCR metreler elektronik atölye için olmaz ise olmaz test cihazlarındandır. Bobin, kondansatör ve dirençleri hassas test eder. R’ kademesi 1 miliohm olanlar Vcc ile GND arası kısa devre olan malzemeyi belirler. En küçük direnç değeri olan malzeme Vcc ile GND arası kısa devre olan malzemedir.

Elektronik kartlarda oluşan kısa devrenin tespiti için mikroskop veya büyüteç yardımıyla PCB dikkatli bir şekilde gözden geçirilmelidir. Güç kaynağından başlayarak ileri yönde tüm yollar, pedler ve bağlantı noktaları incelenmelidir. Lehimdeki herhangi bir çatlak veya taşmaya dikkat edilmelidir. Kısa devre, malzemeler kritik sıcaklık seviyesine ulaştığında kartta yanık bölgelerin oluşmasına sebep olur. Yanık olan yer yeşil lehim maskesi yerine kahverengi renge dönüşür. Arızanın teşhisi oluşmuş yanık bölge ve çevresinde aranmalıdır. Eğer kartta herhangi bir yanık oluşmamışsa arızanın tespiti başka yöntemlerle aranmalıdır. Kısa devre göz ile tespit edilemiyorsa infrared kamera kullanılmalıdır. Kızılötesi kamera kullanılması kartta ısının yüksek olduğu bölgeleri görmemizi sağlar. Kısa devre üzerinde yüksek bir direnç doğal olarak yüksek bir akım vardır. Bu da kısa devre hattının üzerindeki malzemelerin ısınacağı anlamına gelir.

• Fonksiyonel Test:

Fonksiyonel test, malzemeye çalışması için gerekli olan gerilim ve sinyallerin uygulanarak, çıkışlardan doğru değerlerin alınıp alınmadığının tespitidir. Fonksiyonel test enerji altında yapılan testtir. Malzemeye besleme ve toprak verilerek devre içi veya dışı testi yapılabilir.

Elektronik kartlarda oluşan arızaların tespitinde kullanılan fonksiyonel sistemler Elektronik PCB veya sistemi simüle eden Otomatik Test Sistemleridir(ATE). Bu sistemler çok pahalıdır ve sadece o sisteme özeldirler. Başka sistemlerde kullanılamazlar. Testi malzeme seviyesinde yapan sistemler daha ekonomiktir.

Fonksiyonel testin %100 arızalı bölgeyi ve arızalı elemanı bulma özelliği vardır. Elektronik malzemelerin ilgili pinlerine(bacaklarına) dijital 0 ve 1 değerleri gönderilerek dijital serisi malzemelerin output pinleri kontrol edilir. Eğer giriş mantık değerlerine göre 0 ve 1 değerleri malzemeden alınıyorsa malzeme sağlamdır. Test cihazı doğrudan kütüphanesindeki verilerle test ettiği malzemeden aldığı verileri bire bir mukayese eder ve sonucu arızalı veya sağlam olarak bildirir.

• Boundaryscan (Sınır Tarama) Testi:

BGA (Ball Grid Array) kılıf yapısındaki malzemelerin pinleri (bacakları) kılıfın altındadır ve test ederken prop ile dokunarak test edilemezler. Bu ve benzeri komplike entegreleri devre içinde test etmeye yarayan metottur. Ayrıca bu kılıf yapısında ve içerisinde yazılım bulunan (flash yapılı) programlı malzemeleri de devreden sökmeden okuyup yazabilir.

Standart operasyonlarda boundary scan hücreleri aktif değildir, sinyaller entegrenin içine normal olarak yayılır. Test modu süresince bütün giriş sinyalleri analiz için tutulur ve tüm çıkış sinyalleri test edilir. Bu hücrelerin kontrolü test access port (TAP) kontrol birimi ile sağlanır.

• Termal Test:

Elektronik karta kendi besleme enerjisini belirli süreyle verip termal kamera çekimi yapılır. Aynı işlem sağlam elektronik karta da yapılır. Bilgisayar ortamında iki görüntü karşılaştırılarak farklar tespit edilir. Resim 3 ’de bir elektronik kontrol kartı termal görüntüsü görülmektedir. Bu görüntüde sağlam kartın görüntüsü karşılaştırmasına göre daha fazla ısınmış elektronik entegre arızası tespit edilmiştir.

• Test Point (TP) Testi:

Profesyonel kart üreticileri, kartlarındaki arızaların kolayca belirlenebilmesi için TP noktaları oluştururlar. Elektronik kartlarda tasarım arge sürecine paralel şekilde düşünülen ve belirlenen bu TP noktaları; üretim sonrasında bazı ayarlamalarda ve ISP (ICSP) yani devre içi programlama işinde de kullanılmaktadır. Üretici firma bu bilgileri maalesef genellikle paylaşmaz. Elektronik kartlara besleme enerjisi verilerek TP noktalarındaki elektriksel sinyaller olması gereken sağlam sinyaller ile karşılaştırılır. TP noktaları olmayan elektronik kartlarda bu noktaların tanımlanması da yapılabilir.