Типовые неисправности электронных устройств.
В этом тексте я разсмотрел типовые неисправности электронных устройств.
Определение неисправности и типовой неисправности.
Неисправность — не соответствие фактических характеристик изделия оговоренным требованиям.
Проверка проводится по методикам согласованным между исполнителем и заказчиком. Мы конечно не будем углубляться в юридические тонкости, а будем исходить с точки зрения банальной эрудиции.
Типовые неисправности— наиболее вероятные неисправности. Понятно, вероятность необходимо оценивать на корректной выборке, но с другой стороны неисправности в электронных устройствах обусловлены имеющейся технологической базой и надежностью элементной базы.
Обоснование целесообразности сбора информации о типовых неисправностях.
Востановление работоспособности устройства,как правило, связана с последовательной проверкой нескольких гипотез. Гипотезы для первоочередной проверки имеет смысл выбирать на основе наиболее вероятных неисправностей, а вероятность неисправности связана с надежностью элементов и жизненным циклом изделия.
Таким образом знание наиболее вероятных- типовых, неисправностей значительно ускоряет ремонт (привидение в рабочее состояние) электронного изделия.
Обоснование классификации типовых неисправностей по этапам жизненного цикла изделия.
На разных этапах жизненного цикла неисправности возникают от разных факторов. Если на первых этапах жизненгого цикла неисправности возникают в результате технологической не отлаженности производства, ошибок разработки, недобросовестных поставщиков (неисправных комплектующих), и просто из за человеческого фактора.
Перечень типовых неисправностей.
1. Первое место. Нет это не электролитические конденсаторы. Первое место получают обжимные контакты различных разьемов.
2. Второе место. Обрыв провода питания в месте ввода в устройство.
Осмотр прозвонка.
3. Третье место. Нарушение пайки разьема на печатной плате. Как правило это разьем питания или разьем для наушников.
Осмотр места пайки.
4. Плохо запаянный элемент, не качественная пайка.
Осмотр. Функциональный поиск.
5. Не отмытый флюс. Не смотря на повсеместное введение автоматизированых линий по монтажу печатных плат, часть элементов продолжает монтироваться в ручную. Так же существенным фактором являются не обоснованные заявления производителей флюсов о возможности безотмывочного применения флюсов.
6. Обрыв проводников в следствии не верной зачистки. При зачистке конца проводника от изоляции происходит пережатие и частичный обрыв жил много жильного провода или повреждение жилы , одножильного проводника.
В следствии нанесенной травмы проводник обрывается даже при минимальной вибрации, тряске или перегибе.
7. Замыкания в следствии кляксы припоя или волоска припоя на печатной плате. Шарика припоя между контактоми разьема.
Применение паяльной маски на печатной плате правильного температурного режима пайки сильно снижают и даже исключают появление подобных проблем.
8. И наконец электролитический конденсатор. Несмотря на значительное улучшение компонентной базы, в последние годы, электролитические конденсаторы все еще являются слабым звеном в электронике. В тоже время их большие емкости, хорошие массо габаритные показатели, а также относительная дешевизна делают их незпменимым компонентом.
Неисправность электролитичнского конденсатора пожет происходить от разных причин и в некоторых случаях не имеет внешнего проявления. Кратко рассмотрим неисправности электролитических конденсаторов.
— высыхание электролита приводит к потере емкости, но не имеет визуальных проявлений
— утечка электролита приводит к замыканиям на плате и потере емкости. Увидеть визуально не всегда возможно. Электролит имеет характерный слабо кислый запах.
— разрушение пленки окисла обиспечивающей изоляцию между обкладками конденсатора приводит к разогреву конденсаторя его вспучиванию, часто к разрушению корпуса. Такой конденсатор легко увидеть при осмотре.
9. Высоковольтные элементы. Высокое напряжение сопряжено с сильными электрическими полями. В свою очередь электрические поля приводят к постепенному разрушению структуры диелектрика и его электрическому пробою.
Далеко не всегда электрический пробой можно обнаружить визуально.
10. Силовые элементы
Работа силовых элементов сопряжена с большими токами и выделением тепла.
Большой ток в полупроводнике приводит к его постепенной деградации. Повышенная рабочая температура имеет тот же эффект.
11. Механические повреждения
Можно отнести к типовым неисправностям. Так как достаточно часто в условиях производства или ремонта люди соврешают ошибки, повреждая электронные компоненты или выламывая их из платы. Часто пережимаются провода при сборке изделия.
12. Элементы защиты. (разного рода предохранители).
13. Буферные элементы. Элементы специально вводимые для защиты центрального устройства от электростатики и неверных входных сигналов.
Основные типы дефектов спаянных электронных модулей
Производство электронных изделий на этапе сборки печатной платы неизбежно сопровождается появлением дефектов. Их своевременное и качественное обнаружение позволяет свести к минимуму процент бракованной продукции. В идеале для этого необходимо проводить оптическую инспекцию изделий после каждого этапа производства – нанесения припоя на печатную плату, установки компонентов, пайки.
Однако, установка трех систем оптической инспекции может стоить слишком дорого, поэтому распространенным методом является проведение АОИ после пайки с помощью инспекционного оборудования, установленного после печи оплавления. Это позволяет выявить все основные разновидности дефектов:
- Отсутствие компонентов. Такой дефект может возникнуть из-за ошибки подачи компонентов на этапе установки. Если в производственном процессе используется автоматизированный податчик, это может свидетельствовать об отсутствии в нем нужных компонентов или неисправности данного оборудования.
- Смещение компонента. Это неправильное расположение компонента относительно контактных площадок, предусмотренных для него в схеме печатной платы. Данный дефект может возникнуть из-за ошибок системы визуального позиционирования, сдвига печатной платы в процессе установки (например, из-за вибрации или удара), ошибки оператора и т. д.
- Неправильная полярность компонента. Этот дефект возникает, когда контакты компонента с заданной полярностью устанавливаются на контактные площадки с противоположным направлением течения тока. Причиной его появления может быть некорректное позиционирование, ошибка оператора.
- Недостаточная смачиваемость. Смачивание – это растекание расплавленного припоя по поверхности контактной площадки платы и контактам электронного компонента. Недостаточная смачиваемость свидетельствует о плохой обработке контактной площадки (очистке, лужении), нарушении температурного профиля пайки, слабой активации флюса, неправильно подобранной паяльной пасте и т. д. Она ведет к образованию ненадежного паяного соединения.
- Избыток припоя. Это чрезмерно большое количество припоя на поверхности печатной платы. Данный дефект появляется, чаще всего, из-за неправильной настройки печатного оборудования (трафаретного принтера, дозатора и т. д.), выбора паяльной пасты со слишком малой вязкостью. Избыток припоя может создать перемычки между соединениями, нарушающими работу электросхемы.
- Неправильно сформированная галтель. Галтель – это мениск припоя между поверхностью контактной площадки или кромками отверстия печатной платы и выводом электронного компонента. Правильно сформированная галтель имеет вогнутую форму и обеспечивает максимально прочное и проводимое соединение. При плохом смачивании или недостатке припоя она может отсутствовать вовсе или иметь выгнутую, шарообразную форму.
- Перемычки. Этот дефект заключается в том, что припой соединяет друг с другом выводы одного компонента или различных компонентов, между которыми не должно быть соединения. Перемычки часто возникают из-за слишком большого количества припоя, нарушения технологии нанесения паяльной пасты (например, слишком большого зазора между ПП и трафаретом) и т. д.
- Надгробный камень. Этот дефект возникает, когда электронный компонент одним концом приподнимается над поверхностью печатной платы, вызывая разрыв электрической цепи. Визуально это похоже на типичную надгробную плиту, откуда и название. Чаще всего причиной образования «надгробных камней» является неравномерный нагрев печатной платы и компонентов, неравномерное нанесение паяльной пасты, несоответствие размеров контактных площадок и выводов.
Помимо указанных дефектов, при сборке электронной платы могут возникнуть шлаковые включения, поры и трещины в соединениях, прожиг или оплавление основного металла ПП и т. д.
Использование АОИ для выявления дефектов сборки
Автоматизированная оптическая инспекция – это проверка электронного изделия на наличие дефектов с помощью системы машинного зрения. Ее преимущества перед обычной визуальной инспекцией, выполняемой оператором:
- Возможность проверки плат с малым размером компонентов, высокой плотностью их размещения;
- Высокая скорость и эффективность проверки, что особенно важно при производстве крупных партий изделий;
- Отсутствия человеческого фактора – усталости, снижения концентрации внимания и т. д.
Исследование результатов оптической инспекции позволяет не только обнаружить сами дефекты, но и определить причины их возникновения. Для максимально эффективной проверки рекомендуется инспектировать печатные платы на этапе нанесения паяльной пасты. Это позволяет предупредить появление многих дефектов на ранних стадиях производства, тем самым сократив затраты на их последующее исправление.
Сегодня для проверки электронных плат используются системы 2D- и 3D-инспекции. Первые более доступны в плане стоимости, но имеет ограниченную эффективность. Трехмерная инспекция позволяет выявить практически все возможные дефекты, в том числе те, которые недоступны для двухмерной. Оптимальным вариантом является сочетание этих двух методик.
В каталоге компании «СМТ Технологии» вы можете выбрать различное инспекционное оборудование для электронного производства. Наши специалисты поделятся подробной информации о возможностях каждой представленной системы, проконсультируют насчет особенностей их эксплуатации.
Поиск дефектов в релейно-контакторных схемах. Часть 1
Электрики разных профессий изготовляют, монтируют, настраивают, ремонтируют и обслуживают разнообразное электрооборудование. При этом непременной частью их работы является поиск дефектов. Необходимость своевременного обнаружения и устранения дефектов трудно переоценить, так как чем совершеннее и производительнее электрооборудование, тем значительнее экономический ущерб от его простоя или нерационального использования даже в короткие промежутки времени. Вот почему так важно умение электриков находить дефекты в разнообразном электрооборудовании.
Слово схема употребляется для обозначения документации электроустановки или электротехнического изделия. В том случае, когда необходимо обратиться к какому-либо документу, к этому слову будет добавляться поясняющее слово, указывающее рассматриваемую схему.
Если релейно-контакторная схема (для краткости в дальнейшем изделие или объект) соответствует всем установленным в документации требованиям, то принято говорить, что она находится в исправном состоянии . Когда такого соответствия нет, то говорят о неисправном состоянии изделия или о его неисправности .
Переход изделия из исправного состояния в неисправное происходит вследствие дефектов. Слово дефект употребляется для обозначения каждого отдельного несоответствия изделия установленным к нему в документации требованиям.
Из определений следует, что устранить неисправность изделия нельзя, но можно устранить дефект в изделии. Если он единственный, то затем изделие перейдет в исправное состояние.
Дефекты в изделии могут возникать в разные моменты его жизненного цикла — при изготовлении, монтаже, настройке, эксплуатации, испытаниях, ремонте, и иметь различные последствия.
По последствиям различают критические , значительные и малозначительные дефекты .
Наличие критических дефектов делает использование изделия по прямому назначению невозможным или недопустимым.
Пример 1. Критический дефект .
В качестве примера изделия выбираем реле постоянного тока на номинальное напряжение 110 В, катушка которого имеет wx = 10 000 витков, а её сопротивление Rx = 2200 Ом.
Другие параметры: номинальный ток Iном = 0,05 А, ток срабатывания Iсраб = 0,033 А, коэффициент запаса Кзш = 1,5, номинальная МДС (магнитно-движущая сила) Aw = 500 А.
Пусть в катушке существует дефект, приведший к закорачиванию 90% витков и уменьшению сопротивления катушки до R2=220 Ом (если условно положить, что все витки имеют одинаковую длину).
При напряжении 110 В этому сопротивлению будет соответствовать ток I2 = 0,5 А и МДС Aw2=l2*w2=0,5 • 1000= 500 А.
Хотя цифры показывают, что значение МДС не изменится и реле сможет притянуть свой якорь, но сколько-нибудь длительная работа реле с таким дефектом невозможна, так как после подведения к дефектной катушке номинального напряжения обмоточный провод, перегруженный током в10 раз, перегорит практически мгновенно.
Значительные дефекты ограничивают возможность использования изделия по прямому назначению или сокращают его долговечность (см. пример 6).
Пример 2. Значительный дефект
Пусть в катушке реле, рассмотренного в примере 1, существует дефект, приведший к замыканию 20% витков, то есть в ней осталось действующими 8000 витков.
Предполагая по-прежнему пропорциональность между количеством витков и сопротивлением обмотки, можно определить, что сопротивление дефектной обмотки R3 =1760 Ом.
Это сопротивление при напряжении 110 В ограничит ток в катушке значением I3 = 0,062 А.
Следовательно, МДС Aw3= 0,062 • 8000 = 496 А.
Таким образом, и при данном дефекте МДС будет достаточной для срабатывания реле, однако увеличение тока через обмотку практически на 25 % приведет к перегреву катушки сверх допустимого для её изоляции и преждевременному отказу реле, хотя оно и сможет проработать некоторое время.
Если наличие дефекта не оказывает влияния на работу изделия, то его называют малозначительным.
Пример 3. Малозначительный дефект
В катушке реле, параметры которого приведены в примере 1, закорочено 5 % витков сопротивление которых примерно равно 2090 Ом.
Это сопротивление ограничит ток в катушке до значения I4=0,053А, что соответствует МДС Aw4 = Um W4 = 503 А.
Если учесть, что в документации реле установлен 10 %-ный допуск на номинальный ток, т.е. Iном max = 0,055 А, то увеличение тока на 0,003 А нельзя обоснованно отнести к дефекту реле или его катушки, так как I4
В связи с тем, что увеличение тока не превосходит допускаемого для данного реле, то дефект, вызвавший его, не влияет на работу реле.
Рассмотренные примеры показывают, что не только разные дефекты, но один и тот же вид дефекта (в нашем случае — короткое замыкание витков катушки) могут иметь неодинаковые последствия. Само же наличие дефекта в изделии далеко не всегда влияет на его способность выполнять свои функции.
В подтверждение сказанного приведем пример, где в качестве объекта рассмотрена гирлянда электрических ламп. Этот достаточно простой объект будет использован еще в нескольких примерах, при рассмотрении основных технологических вопросов поиска дефектов.
Простота объекта позволит, не отвлекаясь на пояснения принципа его действия и происходящих в нем процессов, обратить внимание только на вопросы поиска дефектов.
Пример 4. Различное проявление одинаковых дефектов .
Пусть в объекте, представляющем собой переносной светильник (рис. 1, а), произошло короткое замыкание между выводами лампы.
Рис. 1 Различное проявление одинаковых дефектов: а — в переносном светильнике, б — в гирлянде электрических ламп
При подключении светильника к источнику питания произойдет короткое замыкание в источнике. В данном случае по своим последствиям короткое замыкание в лампе является критическим дефектом.
Другой объект — гирлянда электрических ламп (рис. 1, б). Точно такой же дефект в этом объекте может привести к различным последствиям в зависимости от числа ламп в гирлянде.
В частности, при 25-30 или более лампах и сумме их номинальных напряжений, превосходящей напряжение сети, короткое замыкание в одной из ламп не приведет к увеличению напряжения сверх допустимого на каждую из оставшихся исправными ламп и к заметному возрастанию яркости свечения остальных ламп.
Хотя внешне оба дефекта проявляют себя одинаково (отсутствие свечения неисправной лампы), по своим последствиям короткое замыкание в одной из ламп гирлянды не приводит к короткому замыканию источника электроэнергии и для всей гирлянды является по принятой классификации малозначительнымдефектом.
Кроме исправного и неисправного состояний в технической диагностике различают работоспособное и неработоспособное состояния.
Работоспособным считается изделие, способное выполнять возложенные на него функции, сохраняя значения заданных параметров в заранее установленных пределах.
В противном случае изделие неработоспособно.
Хотя любое исправное изделие является одновременно и работоспособным, но о работоспособном изделии не всегда можно сказать, что оно исправно.
В примерах 3, 4 показано, что и неисправные изделия могут выполнять возложенные на них функции.
Нарушение исправного состояния изделия при сохранении его работоспособности происходит в результате повреждения, а при нарушении работоспособности — из-за отказа.
Из приведенных определений следует, что хотя отказ изделия и вызывается наличием в нем тех или иных дефектов, однако само по себе появление дефекта не всегда приводит к отказу (см. примеры 3, 4).
Отказы, не связанные с неисправностью других элементов, называют независимыми , а возникающие, как следствие другого, — зависимыми .
Пример 5. Зависимый отказ.
В некоторых типах контакторов используют секционированные катушки (рис. 2).
Рис. 2 Секционированная катушка
При включении контактора работает секция катушки К1.2-1, называемая пусковой, или включающей. Вторая же секция катушки К1.2-2 в это время зашунтирована размыкающим контактом К1:3 контактора. В зависимости от габарита контактора ток, протекающий через пусковую секцию, достигает 8 — 15 А.
После того, как подвижная система контактора переместится в конечное положение, контакт K1.3 разомкнётся и в работу включится удерживающая катушка К1.2-2, а ток уменьшится до 0,2-0,8 А.
Предположим, что в контакторе существует дефект, препятствующий размыканию контакта К1:3.
В этом случае через некоторое время после подачи напряжения на катушку от перегрузки перегорит провод, которым намотана включающая катушка. Провод этой катушки рассчитан только на кратковременную, в течение долей секунды, работу в период включения контактора. Таким образом, дефект контакта К1:3 приводит к отказу контактора.
В зависимости от причин, вызвавших появление отказов, они подразделяются на систематические и случайные .
Систематические отказы изделий возникают при нарушении технологических процессов их изготовления или монтажа, настройки или эксплуатации, ремонта или испытаний. Причины таких отказов могут быть выявлены и устранены.
Возникновение случайных отказов представляют собой, хотя и нежелательное, но вполне естественное явление и характерно для любого технического объекта.
Вероятность таких отказов определяется показателями его надежности: наработкой на отказ, вероятностью безотказной работы, долговечностью и др.
Проиллюстрируем взаимосвязь некоторых из перечисленных понятий.
Пример 6. Наработка на отказ и долговечность
«Иногда новая установка сразу отказывает или работает плохо. В таких случаях немедленно принимают необходимые меры. Или сначала все хорошо, затем работа ухудшается и, наконец, наступает отказ: электроустановка выходит из строя, например через 3 месяца, хотя срок ее службы 16 лет».
Здесь приведены две характеристики надежности — наработка на отказ (продолжительность работы до первого отказа) и долговечность (срок службы). В соответствии с принятой системой понятий для ремонтопригодных изделий наработка на отказ всегда меньше срока их службы. Таким образом, если для данного изделия установлена наработка на отказ меньшая или равная 3 месяцам, то его отказ закономерен. В том же случае, когда установленная наработка на отказ превышает 3 месяца, можно говорить о низкой фактической надежности данного изделия.
По-иному обстоит дело с неремонтнопригодными изделиями, для которых наработка на отказ всегда должна быть не меньше срока их службы. Таким образом, отказ неремонтнопригодного изделия со сроком службы 16 лет через 3 месяца работы явление ненормальное.
Однако следует помнить, что все показатели надежности характеризуют случайные величины и поэтому по преждевременному отказу одного единственного изделия нельзя обоснованно судить о надежности других изделий данного типа.
В примере 3 был рассмотрен случай, когда дефект в изделии внешне себя не проявил. Каким же образом можно узнать о существовании этого или любого другого дефекта в том или ином изделии, не дожидаясь возникновения отказа, аварии или других нежелательных последствий?
Прежде всего, дефект в изделии проявляется во время его настройки, испытаний или при плановой профилактической проверке по признакам, позволяющим установить факт нарушения его исправности или работоспособности.
На основании этих признаков фактическое состояние изделия относят к одному из четырех названых выше состояний (исправное, неисправное, работоспособное, неработоспособное) или же к предельному состоянию, когда выполнение каких-либо настроечных или ремонтных работ нецелесообразно и изделие должно быть заменено новым.
Упомянутые выше признаки принято называть критериями дефекта, а задаются они в документации изделия в виде перечня параметров или характеристик с указанием допустимых пределов их изменения -допусков.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Неисправности электропроводки: чем они опасны, и как их предотвратить
Электричество является безопасным и полезным источником энергии только до тех пор, пока оно под контролем. Не контролированная утечка электричества может принести немало бед, основной среди которых является пожар в доме. В этой статье мы расскажем об основных причинах неисправности электропроводки, а также приведем рекомендации по их устранению.
Поврежденная изоляция
Главной причиной пожароопасных ситуаций в жилье является неисправная проводка. Во избежание чрезвычайных ситуаций требуется регулярно проводить диагностику электропроводки, а также вовремя ее ремонтировать или менять.
Особенный контроль следует уделять старой проводке, поскольку сухая и растрескавшаяся изоляция может привести к короткому замыканию.
Такую проводку, конечно же, лучше сразу заменить. По качеству современная изоляция в разы превосходит ту,которая использовалась в советское время.
Это касается не только проводов, использующихся для монтажа линий электросети, но и проводов от бытовых приборов. Достаточно вспомнить ниточную изоляцию шнуров в старых электроприборах.
Сечение токопроводящих жил
Еще одной довольно частой причиной пожара является неправильно подобранное сечение жил проводов. Например, проводника сечением 1 кв. мм вполне достаточно для питания лампочки, но при подключении чайника или утюга он перегреется, что приведет к расплавлению изоляции. Поэтому очень важно правильно рассчитывать будущую нагрузку на линии и подбирать кабель соответствующего сечения.
Утечка тока
Основная опасность поврежденной изоляции кабелей состоит в том, что это может привести к утечке электричества. То есть, вместо того, чтобы идти по проводникам к потребителю, ток пойдет куда-то в сторону. Давайте разберем этот случай на простом примере.
Итак, представьте обычную квартиру, в которой выполнена скрытая электропроводка, проходящая под штукатуркой. Сухая штукатурка является отличным изолятором, поэтому определить, что изоляция кабеля нарушена, практически невозможно. Но, как только штукатурка увлажнится (например, соседи сверху забыли закрыть кран), она станет токопроводящей. Это может не только нести угрозу пожара, но и удара электрическим током.
Короткое замыкание
Как уже упоминалось, неисправности в электропроводке очень часто приводят к короткому замыканию. В отчетах пожарных короткое замыкание очень часто фигурирует как причина возникновения пожара. Давайте разберемся, что такое короткое замыкание, почему оно возникает и как его избежать.
В большинстве случаев все проблемы связанные с квартирной электропроводкой возникают по двум причинам: наличие контакта там, где его быть не должно, и отсутствие его там, где он должен быть. Короткое замыкание относится к первой части фразы.
Оно может возникнуть по следующим причинам:
- плохая изоляция проводов;
- неграмотно выполненный монтаж электропроводки;
- плохой контакт при подключении электроприборов в сеть.
Ниже мы приведем 6 советов, соблюдение которых позволит избежать возникновения короткого замыкания.
- Не вводить в эксплуатацию старую проводку, на изоляции которой есть дефекты. В случае обнаружения трещин на изоляции используемой проводки, вовремя проводить ее ремонт или полную замену.
- При проведении ремонтных работ в квартире всегда использовать схему прохождения трасс электропроводки. Очень часто возникают случаи, когда при сверлении стены повреждается скрытая электропроводка.
- Всегда обесточивать линию перед электромонтажными работами.
- Линии электросети должны быть оборудованы защитными устройствами: УЗО, автоматами, пробками.
- Своевременно проводить замену неработающих или искрящих розеток и выключателей. Если на корпусе данных устройств есть трещины или копоть, то они также подлежат замене.
- Не использовать искрящие электроприборы (пылесос, перфоратор, дрель — исключение) и неисправную бытовую технику.