Пример поиска неисправности в системной плате ПК

Общеизвестен факт, что отрицательное воздействие внешней среды и использование дешевых компонентов при пайке, непосредственно сказывается на показателях надежности печатных узлов и сборок выполненных по современным технологиям. Персональный компьютер, стоящий на обслуживании у грамотного специалиста-мастера, практически никогда не выходит из строя. Мастер знает, как обращаться с сложной компьютерной техникой, и не допускает ситуаций, в ко­торых могут появиться дефекты, но на практике часто возникают ситуации нарушающие нормальное функционирование техники по причинам, которых трудно избежать и при грамотной эксплуатации. Например, современные технологии изготовления печатных плат и безсвинцовые технологии пайки не только экологичны и эффективны, но они (в определенных условиях) порождают ряд явлений, приводящих к отказам электронных схем. Микроскопические проростки металла из мест пайки на печатной плате («усы» олова) — часто являются одной из причиной возникновения отказов современных электронных схем из-за замыканий между контактами и проводниками.

Представленная на ремонт системная плата, по словам ее хозяина «не работает в составе системного блока», но все остальные компоненты компьютера исправны (это было установлено установкой точно такой же материнской платы в системный блок). Поиск неисправности в системной плате (Desktop Boards D915GAV) привезенной на ремонт производился по «классической» схеме на стенде имитирующем оборудование ПК. До включения электропитания были проведены измерения и было обнаружено, что напряжение батареи CMOS-памяти чуть ниже нормы, генератор часов реального времени функционирует нормально (рис.1), положение джамперов соответствует требованиям установленного оборудования и нормальным режимам работы. Нет видимых повреждений, нет неустановленного оборудования. Было видно, что плата эксплуатировалась в нормальных условиях и заметного ее загрязнения нет.

Рис. 1. Фрагмент принципиальной схемы (схема формирования питания CMOS-памяти и кварцевый резонатор генератора часов реального времени)

 О возможном замыкании в цепях питания устройств, размещенных  на данной системной плате можно судить, анализируя диагностическую информацию, полученную с разъема ATX омметром. Измеряли сопротивление, например,  между контактом +5 вольт и "землей" на разъеме электропитания в прямом и обратном измерении (при нормальной «нагрузке» при прямом и обратном измерении  видна разница измеренного сопротивления в соотношении примерно 3:2). Данные наших замеров по всем вариантам питания говорили об отсутствии в «нагрузках» короткого замыкания, замеренного через линии питания, но ведь  возможны замыкания или обрывы в логических цепях, а это может выясниться только после подаче на плату электропитания. Подключили «хороший» блок питания к разъему ATX системной платы и подали 220 вольт сети переменного тока на блок питания.

После включения электропитания и анализа состояния системной платы было зафиксировано:

- состояние индикаторов: активен индикатор “Питание” на мониторе;

- механические перемещения и вращения узлов внешних устройств – отсутствуют;

 - звуковые эффекты – отсутствуют;

- тепловые эффекты и запахи, вызываемые излишним нагревом,  отсутствуют;

- звуковые сообщения программ через динамик  -  отсутствуют;

- сообщения программ на экране монитора – отсутствуют.

 Таким образом, исходное состояния этой системы, полученное после включения электропитания не дало оснований для утверждения, что процессор выполнял, или начинал выполнять программу.

Выключили питание системной платы и проверили наличие «дежурного» питания 5V_SB_SYS (рис.2)  и VCC3_3SB (рис.3) -  они оказались в тоже в норме.

Рис.2. Фрагмент принципиальной схемы (разъем питания)

Рис. 3. Фрагмент принципиальной схемы (схема формирования питания 3D3V_SB)

 Нажали кнопку включения питания и провели проверку основных вторичных напряжений 12В, 5В, 3.3В (12V_SYS, 3D3V_SYS, 5V_SYS – см. рис. 2). Обнаружили, что вторичные напряжения системного блока питания достигли номинальных значений и колеблются в пределах допуска, то блок питания формирует с выхода PWROK (рис. 2, контакт 8 разъема питания) сигнал PWRG_ATX по которому (рис. 4) формируется сигнал (хорошее питание), а этот сигнал формирует сигнал PWRGD_3V (сигналы подтверждающие нормальное вторичное питание оказались тоже в норме).

Рис. 4. Фрагмент принципиальной схемы формирующей сигнал PWRGD_3V

                Проверили схемы и наличие сигналов начального «начального сброса» - все эти сигналы вырабатывались и обеспечивали «начальный сброс», но процессор после окончания «своего» сигнала «начального сброса» не приступил к выборке первой исполняемой команды из ПЗУ BIOS (FWH), что подтверждалось отсутствием даже одного импульса сигнала L_FRAMEJ на контакте 23 микросхемы FWH (см. рис.5). Дело в том, что согласно протоколу обмена шины LPC, каждое обращение к FWH начинается со стартовой посылки по линиям L_AD0 - L_AD3, которая сопровождается сигналом L_FRAMEJ.

 Рис. 5. Фрагмент принципиальной схемы (микросхема ПЗУ BIOS – FWH)

После анализа этой ситуации решили проверить работоспособность компонентов всей цепочки по которой операция обмена (транзакция), инициированная процессором для чтения первой исполняемой команды, доходит до чипа FWH (рис.6).

Рис. 6. Фрагмент блок-схемы ПК (на системной плате Desktop Boards D915GAV) 

Исследование решили начать, естественно с процессора (проверка питания, внешних синхроимпульсов и др.), установленного в сокет LGA775. Проконтролировали все его питание и «землю» на соответствующих контактах процессора (что заняло много времени и внимания) – все электропитание процессора соответствовало  «норме». Проверку внешних синхроимпульсов процессора было удобно начать от источника.

Рис. 7. Фрагмент принципиальной схемы (процессор, секция 3 OF 7)

синхроимпульсов  - микросхемы синхрогенератора (см. рис. 8). При контроле осциллографом было обнаружено, что внешние синхроимпульсы для процессора (CK_200M_P_CPU и CK_200M_N_CPU) на выходах 45 и 44 микросхемы U12 (рис. 8) отсутствовали. Осталось теперь выяснить причину их отсутствия. Прежде всего, как и положено, с помощью электронного микроскопа произвели тщательный визуальный осмотр микросхемы синхрогенератора и ее контактов. В результате визуального исследования (с увеличением х 55) было обнаружено, что контакты 44, 45 микросхемы замкнуты (см. рис.8), что в дальнейшем было подтверждено и «прозвонкой» с помощью омметра.

Рис. 8. Фрагмент принципиальной схемы (микросхема синхрогененратора)

На экране монитора электронного микроскопа четко просматривалась (рис. 9) причина замыкания контактов 44 и 45 микросхемы (рис. 8) - дендритная коррозия печатных проводников системной платы  к которым припаяны эти контакты микросхемы (остатки флюса и прочих электропроводных материалов тоже могут стать причиной низкого зна­чения поверхностного сопротивления).

Рис. 9. Причина замыкания контактов 44 и 45 микросхемы (рис. 8) - дендритная коррозия печатных проводников системной платы  к которым припаяны эти контакты микросхемы, и Digital Microscope Model 7311.

В чем же причина возникновения обнаруженной дендритной коррозии печатных проводников? С целью увеличения срока службы и безот­казности оборудования на печатные узлы принято наносить защитные покрытия (в зависимо­сти от условий эксплуатации это могут быть акри­ловые или полиуретановые лаки, силиконовые ма­териалы, эпоксидные смолы). Однако далеко не все­гда перед нанесением влагозащитного покрытия должное внимание уделяется обеспечению чистоты поверхности печатного узла. Почему так важно обеспечить отсутствие загрязнений на поверхности печатного узла перед нанесением влагозащитного покрытия и как проявляется плохое качество отмывки в процессе эксплуатации? При нанесении влагозащитного покрытия необ­ходимо обеспечить хорошую адгезию покрытия к пе­чатному узлу, так как это гарантирует высо­кую надежность и долговечность влагозащитного покрытия.

Канифольные остатки флюса и активаторы в ря­де случаев оказываются несовместимыми с приме­няемыми влагозащитными материалами и могут привести к значительному уменьшению адгезии. В результате происходит отшелушивание или отсла­ивание покрытия, ухудшение влагозащитных харак­теристик. Поэтому для обеспечения хорошей адге­зии влагозащитного покрытия высокая чистота пе­чатного узла является необходимым условием. Современные покрытия являются препятствием для сконденсировавшейся влаги и молекул загрязне­ний, но, в то же время, они «запирают» загрязнения, имеющиеся на поверхности печатного узла. Это означает, что не отмытые остатки флюса, а так­же другие загрязнения после нанесения влагозащит­ного покрытия остаются на поверхности печатного узла и сохраняют свои свойства на протяжении все­го периода хранения и использования изделия. При нормальных условиях эксплуатации данное яв­ление не представляет серьезной опасности. Но при эксплуатации в условиях повышенной влажности, воздействия солевого тумана, перепадов температур, запертые внутри загрязнения становятся существен­ной угрозой надежности изделия. Разрушительные механизмы на поверхности не отмытого печатного узла под влагозащитным по­крытием могут быть спровоцированы различными факторами воздействия окружающей среды, и ре­зультатом таких процессов, как правило, являются следующие дефекты: отслаивание влагозащитного покрытия; токи утечки между проводниками; уменьшение поверхностного сопротивления изо­ляции; коррозионное разрушение печатного узла; рост дендритов между проводниками, при­водящий к короткому замыканию (рис. 9). После устранения дефекта и восстановления нормального состояния печатных проводников работоспособность данной системной платы была полностью восстановлена.

Для обеспечения высокой надежности со­временных электронных устройств производителям печатных плат и ремонтному персоналу необходи­мо устранять причины с даже самой малой вероятностью порождающие деградационные процессы, так как даже минимальные искажения сигналов или незначительные разрушения проводни­ков печатного узла могут вызвать отказ или неправильное функционирование устройства.