一种电路板焊接短路定位方法的介绍

戴大海

（南京中兴软件有限责任公司，江苏 南京 210000）

0 前言

由于集成电路的高速发展，单板上元器件越来越小、密度越来越大，这些给单板的焊接直通率造成越来越多的压力。据统计在所有单板焊接失效中，仅由于短路所造成的失效就已经占据25%左右，而在所有短路失效中，对地短路占据了近70%[1]。这么高的失效比例，在集成度高的电路中虽然可通过万用表判断出短路现象，但究竟是单板中哪个元器件造成短路的？表1[2]是当前业界几种常规短路定位方法：简单排除法需逐一拆除相关元器件，并逐一确认，对技能要求最低、适用广，但效率低，难以用于规模生产；加电寻热方法虽然效率高，但使用中有极高的过电压和过电流损伤风险，极易造成单板损坏报废。有M&S 45短路定位仪在对单板不造成损伤的情况下，可快速定位出短路位置。本文介绍其工作原理和使用技巧，并结合一块3.3 V电源上有短路的单板，给出了详细定位和分析过程。

1 M&S 45短路定位探测仪工作原理及特点

图1所示为M&S 45短路定位探测仪实物图，包含注入电波信号的红（＋）黑（－）表笔和电波捕捉笔，它的工作原理是利用往短路线路中施加特定的电波信号，再利用电波捕捉笔进行跟踪识别定位；以短路回路为天线，发射雷达信号，通过电波捕捉笔捕捉雷达信号的轨迹跟踪“扫雷”，确认短路回路，从而快速准确地定位短路位置和短路元器件。

表1 当前业界几种常规短路定位方法

图1 M&S 45短路定位探测仪实物图

电波捕捉笔通过表笔上指示灯的不同组合，指示捕捉到的电波信号强弱，表明捕捉表所处短路回路的位置，从而判定短路位置和短路元器件，如图2所示分别为短路点、接近短路点、远离短路点时对应的指示灯组合。

图2 捕捉笔上指示灯不同组合

M&S 45短路定位探测仪有如下优点：

（1）非接触式探测，精确定位各种厚度PCB内外层短路位置；

（1）非破坏性侦测技术，减少报废及切割的风险；

（2）缩短生产维修时间，提高定位效率，增加产量；

（3）操作简单，无需专业技术人员操作；

（4）直观易用，捕捉笔指示灯指示，易于观察。

因此，相对于表1中简单排除法，M&S 45短路定位探测仪无需拆除元器件，无需切割线路；相对于加电寻热法，它注入的电波信号可根据需要调整，通常0.5V以下，该电压对单板上元器件不会造成损伤。

2 M&S探测仪在实际工作中的应用

3.3V电源是单板中大多数芯片的公共电源，一旦出现短路，需要对整个单板进行定位，由于接3.3V电源的元器件比较多，如果采用传统的方法来定位短路点，单板很可能会无法复原或造成损坏。图4是一块3.3V对地短路的单板，黄色点亮区域为单板上3.3V电压网络，主要有A、B、C三大区域，其中区域D、E是比较特殊的区域，其PCB 走线相对较窄，有信号流过时M&S45探测仪的信号强度会比较大。

首先，先判断短路点大致在哪个区域。短路探测仪是通过红（＋）黑（－）两个表笔之间加入特定的电磁波后再由电波捕捉笔来跟踪电磁波走向，进而探测到短路点。单板的第二层为地层，所以只要把探测仪的黑表笔接一个接地点连接即可。而红表笔需要找单板上3.3 V的网络点连接。我们先把红表笔连接到单板F点处，然后用电波捕捉笔进行探测，发现在D和E这两点处信号的强度都比较大，由于D和E两点的PCB走向都相对较窄，如果有电磁波流过时信号就会比较强，所以电磁波是流过了D和E两点的，可以初步判断短路点应该不会再A区域内。然后再把红表笔连接到单板的G点处，用电波捕捉笔探测D和E两点，这时发现D点处的信号强度明显变微弱了，而E点处的信号强度依然很强。这就更进一步排除了短路点在A区域的可能性。电磁波是通过G点接入后流经了E点到达C区域。短路点很可能在C区域内。再把红表笔连接到单板的H点处，发现在C点处附近信号强度比较强，而E点处的信号强度比之前稍微弱了一些，由此可以判断短路点应该在C区域内。

图3 一块3.3V电源对地短路的PCB图

接下来需要对C区域进行重点扫描，C区域放大后如图4所示。我们先把红表笔连接到图4中I点处，用电波捕捉笔以I点为圆心向四周进行辐射扫描。在经过多次扫描后发现，在I点的右侧J区域内信号强度比较大。仔细分析I点右侧的J区域，发现3.3 V在单板上的连接焊盘并不是很多，而且只有器件一端的焊盘连接到3.3 V上，另外一端的焊盘连接到地上的器件才有可能造成3.3 V对地短路。分析这个区域内这样的器件并不多，只有3.3 V对地的滤波电容最可能，而这个区域只有几个电容，因此可很快排查出来是由于K点的滤波电容短路造成整个单板单板3.3 V对地短路。对拆下K点的电容进行测量，发现K点的电容确实发生了短路，而单板在焊下短路的电容后阻抗已经恢复正常，至此该单板短路问题得到快速定位，更换电容后，单板可正常交付使用。

图4 放大后的C区域PCB图

3 结论

单板生产过程中，对地短路是焊接过程中最常见的失效形式，其查找和定位十分困难。M&S 45短路定位探测仪可在不损伤单板的情况下，快速定位出短路位置。本文介绍其工作原理和使用技巧，并结合有短路的单板案例给出了详细定位和分析过程，对于单板失效分析可资借鉴。