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. 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), дендритная коррозия печатных проводников системной платы — 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 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.
Рис. 2. Фрагмент принципиальной схемы (разъем ATX системной платы).
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 какую-либо программу. Выключили питание системной платы и проверили наличие «дежурного» питания (ATX_5VSB, 5VSB, 3VSB, 3VA ... рис. 2, 3) - они оказались в тоже в норме.
Рис. 3. Фрагмент принципиальной схемы (контрольные точки напряжений питания на системной плате).
Нажали кнопку включения питания и провели проверку основных вторичных напряжений +12В, -12В, 5В, 3.3В (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 сигнал ATX_PWR_OK который разрешает начало процесса включения источников питания расположенных на системной плате и формируются сигналы «хорошее питание» включенных источников (сигналы подтверждающие нормальное вторичное питание этих источников оказались тоже в норме).
Проверили схемы и наличие сигналов начального «начального сброса» - все эти сигналы вырабатывались и обеспечивали «начальный сброс», но процессор после окончания «своего» сигнала «начального сброса» (рис. 4) не приступил к выборке первой исполняемой команды из ПЗУ BIOS (FWH), что подтверждалось отсутствием даже одного импульса сигнала (PCH_SPI_CS#) на входе CS (рис. 5).
Рис. 4. Фрагмент принципиальной схемы (сигнал сброса на процессор).
Рис. 5. Фрагмент принципиальной схемы (микросхема ПЗУ BIOS – FWH)
Согласно протоколу обмена шины SPI, каждое обращение к FWH начинается c выдачи сигнала PCH_SPI_CS# на вход CS (контакт 1 микросхемы SP11 на рис. 5), но данный сигнал отсутствовал. 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 (системная плата MS-7758).
Исследование решили начать, естественно с процессора (проверка питания, внешних синхроимпульсов и др.), установленного в сокет LGA 1155. 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 синхроимпульсов (см. рис. 7). При контроле осциллографом было обнаружено, что синхроимпульсы на кварцевом резонаторе Y2 и на входах Aj5 и Aj3 (U46G рис. 7) отсутствовали. Осталось теперь выяснить причину их отсутствия. Прежде всего, как и положено, с помощью электронного микроскопа произвели тщательный визуальный осмотр контактов микросхемы и кварцевого резонатора Y2. В результате визуального исследования (с увеличением х55) было обнаружено, что контакты Aj5 и Aj3 микросхемы замкнуты (см. рис. 8), что в дальнейшем было подтверждено и «прозвонкой» с помощью омметра.
Рис. 7. Фрагмент принципиальной схемы (лист 9).
На экране монитора осциллографа четко просматривалась (рис. 8) причина замыкания контактов Aj5 и Aj3 микросхемы - 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. 8. Digital Microscope Model 7311. Дендритная коррозия печатных проводников системной платы к которым припаяны контакты Aj5 и Aj3 микросхемы.
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.
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.
Версия сайта для слабовидящих