Encontrar un chip defectuoso que consume demasiada corriente

Tenga en cuenta que esta es una pregunta teórica: no hay un esquema que pueda mostrar. Mostraré algunos esquemas, pero será una versión muy simplificada de un circuito real, solo con fines ilustrativos.

Suponga que tengo un convertidor de voltaje que toma como entrada mi voltaje principal (de una fuente de alimentación) y emite un cierto voltaje, por ejemplo 1.8V. Se vería algo así:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Al conectar mi circuito a la EP, noto que consume demasiada corriente (la EP lo muestra).

Como tengo múltiples convertidores de voltaje en mi circuito (no se muestran aquí), verifico la resistencia entre cada salida de cada convertidor a tierra. Veo que la resistencia entre 1.8V a tierra es casi 0 Ohms. Ahora sé que la falla está en el convertidor de voltaje o en uno (o más) de los otros componentes que obtienen energía de ese 1.8V.

Desoldo la resistencia que se muestra en la imagen para desconectar el convertidor de los otros componentes y veo que el convertidor está bien, pero la comprobación de la resistencia desde el punto conectado a todos esos componentes todavía muestra 0 ohmios.

Mi pregunta es: ¿cómo comprobaría qué componente es el defectuoso, sin desoldar cada componente sospechoso? Como puede ver en la imagen, el suministro de 1.8V está conectado directamente a los componentes, sin resistencia / cordón.

En aras de esta pregunta, suponga que tengo acceso a cualquier equipo necesario (no importa cuán caro). No quisiera que las soluciones se limitaran debido a la disponibilidad de equipos.

¡Gracias!

Una cámara termográfica es muy útil en esta situación. No son terriblemente caros en estos días. Si no tiene uno, puede sustituir un sensor por un dedo desnudo.

ADICIÓN: También hay pinturas termocrómicas para diferentes rangos de temperatura que se pueden usar para identificar puntos calientes.

Podría usar una sonda de corriente de PCB. Una búsqueda mostró lo siguiente.

Figura 1. Una sonda de corriente TTi .

La cabeza de la sonda se mantiene en el rastro de PCB bajo investigación y la salida se puede monitorear en un osciloscopio y, presumiblemente, en el caso de CC en un multímetro.

Figura 2. El cabezal de la sonda.

Nunca antes había oído hablar de un "magnetómetro Fluxgate" y dudo que revelen demasiados detalles. La vieja Wikipedia dice lo siguiente:

Un magnetómetro fluxgate consiste en un pequeño núcleo magnéticamente susceptible envuelto por dos bobinas de alambre. Se pasa una corriente eléctrica alterna a través de una bobina, conduciendo el núcleo a través de un ciclo alterno de saturación magnética; es decir, magnetizado, no magnetizado, inversamente magnetizado, no magnetizado, magnetizado, etc. Este campo en constante cambio induce una corriente eléctrica en la segunda bobina, y esta corriente de salida es medida por un detector. En un fondo magnéticamente neutral, las corrientes de entrada y salida coinciden. Sin embargo, cuando el núcleo está expuesto a un campo de fondo, se satura más fácilmente en alineación con ese campo y se satura menos fácilmente en oposición a él. Por lo tanto, el campo magnético alterno y la corriente de salida inducida están fuera de sintonía con la corriente de entrada. La medida en que este es el caso depende de la intensidad del campo magnético de fondo. A menudo, la corriente en la bobina de salida está integrada, produciendo un voltaje analógico de salida, proporcional al campo magnético. Fuente:Magnetómetro .

Suponiendo que el suministro está generando una gran corriente (por ejemplo, cientos de mA), puede seguir el gradiente de voltaje del suministro utilizando un voltímetro en su rango más sensible. Cuando encuentre los mínimos en la red (o plano), encontrará el sumidero (Vcc) o los máximos en la red de tierra.

Una especie de implementación manual de un algoritmo de optimización de descenso más pronunciado.

Ghetto FLIR:

Eche un poco de líquido de bajo punto de ebullición (como limpiador de fundente) en el tablero. Mira dónde hierve.

https://www.youtube.com/watch?v=t5fICjcaJ3E#t=13m19

La forma más rápida y barata que aprendo de Youtube.

Encienda su tablero y vierta un poco de alcohol. Vea qué área se seca primero.

Enlace de Youtube: https://www.youtube.com/user/rossmanngroup

Hay un spray para eso.

Google "electrónica de pulverización en frío" y encontrará muchos éxitos, como este

Rocíe las cosas y observe dónde desaparece más rápidamente. Ese es el punto que genera el calor - ergo dibujando demasiada corriente.

Este material tiene otros usos de solución de problemas: debe ser estándar en cualquier laboratorio de electrónica bien equipado.

Encontré un video en YouTube donde se demuestra este método. Se mueve bastante lento pero da la idea: el corto se encuentra alrededor de 4 minutos. Por cierto, usaron un espolvoreador con la lata al revés, incluso más fácil que comprar spray congelante.

Entonces tienes un riel en cortocircuito con el suelo En mi experiencia, esto suele ser un problema de soldadura.

Mi técnica es conectar el riel en cuestión a una fuente de alimentación de banco. Establezca el límite de voltaje en el voltaje de funcionamiento normal del riel y el límite de corriente en aproximadamente 1 amperio. La corriente es algo comprometida, demasiado baja y las caídas de voltaje serán difíciles de medir, demasiado altas y corre el riesgo de quemar las cosas. 1 amplificador parece un compromiso razonable para la mayoría de las placas.

Luego uso un multímetro en un rango de voltaje sensible para rastrear el flujo de corriente alrededor del tablero.

No ha mencionado específicamente que puede descartar los rastros o puntos de soldadura visibles. Entonces, lo primero que haría es tomar un microscopio y verificar los rastros (especialmente en tableros caseros) y los puntos de soldadura para cortos.

He encontrado muchos cortos de soldadura (porque obviamente soy malo para soldar) pero también muchos cortos de cobre entre trazas en tableros hechos a sí mismos.

Este método no lleva mucho tiempo, pero no lo ayudará a encontrar todas las fallas posibles.

Como mencionó que el precio no es un problema, diría que este es otro método valioso:

Como otra solución real de alta tecnología, puede usar una máquina de rayos X. Con eso, incluso tiene la posibilidad de ver cortos debajo de los chips, lo que es especialmente útil con los chips BGA.

Así se vería algo así:

Por X-Ray_Circuit_Board_Zoom.jpg: trabajo secreto secreto: Emdee (X-Ray_Circuit_Board_Zoom.jpg) [ CC BY-SA 3.0 o GFDL ], a través de Wikimedia Commons

Las imágenes de rayos X pueden ser un poco confusas a veces, pero te acostumbras a interpretar lo que ves, al igual que un médico.

Si las máquinas lo admiten, también puede ver diferentes ángulos y hacer un escaneo 3D completo, lo cual es bastante impresionante, pero a menudo no es necesario.

Y al tratarse de rayos X, tiene bastante papeleo por delante para configurarlo todo.

Otro método, que está relacionado con el método de caída de voltaje, podría ser usar un medidor de miliamperios y medir todos los nodos de Vcc a GND cerca de los chips.

Mientras que su medidor normal puede leer 0 Ohm, un Milli-Ohm-Meter puede mostrar un valor, el nodo con la menor resistencia sería el más interesante.

Coloque un poco de papel termosensible (como el de un recibo de compra) en el circuito. Aquí hay un video de Youtube.

Encender. Espere. Verifique la decoloración. Por supuesto, un cortocircuito realmente sólido tiene un voltaje de cero y no producirá calor significativo. Pero la mayoría de los circuitos defectuosos con un gran consumo de corriente tendrán suficiente resistencia para ser rastreables con calor que no sea solo en el regulador de voltaje.

Inyecte una onda cuadrada y alcance el (pequeño - obviamente) que suena en el extremo impulsado y luego "camine" la tierra del alcance (y la sonda, por supuesto) a lo largo de cada camino (hacia cada CI). El timbre disminuirá hasta que llegue al corto en sí (con el retorno de tierra del telescopio y la punta de la sonda a cada lado).

Su problema es el resultado de una negligencia administrativa por parte de los creadores de la placa de circuito: no pudieron diseñar la capacidad de prueba. Este es un problema común en la ingeniería de prueba automática.

Las respuestas anteriores utilizando imágenes térmicas o alguna otra forma de encontrar el chip caliente son su mejor opción. Sin embargo, tenga en cuenta que si el chip es un corto absoluto, no disipará ninguna energía y parecerá frío porque TODA la energía está calentando la resistencia interna de la fuente de alimentación. En ese caso, la sonda de corriente que se muestra en la respuesta anterior podría funcionar ... si las trazas de su placa de circuito son lo suficientemente grandes y espaciadas lo suficiente como para aislar sus campos magnéticos.

Por desgracia, si tiene una placa de circuito moderna con 17 capas y chips SMT súper pequeños, probablemente no tenga suerte. El análisis de soporte logístico generalmente designa tales dispositivos como desechables.

Bienvenido al mundo ATE.

Esto es solo un experimento mental.

Usando una fuente de corriente pulsando a aproximadamente 1 kHz de onda cuadrada de CC a aproximadamente 0,9 µS de tiempo de subida o bajada: Esto emitirá un tono audible al comienzo del rango de frecuencia de un receptor AM estándar. La unión del plano de tierra de la ruta de falla debe ser distinguible como máximo. Puede ajustar la longitud de la antena para ajustar la sensibilidad.

Tengo la idea después de ver esta respuesta sobre EMC: /electronics//a/30684/62403

Las técnicas que dependen de la detección de calor disipado en el corto serán de uso limitado cuando tenga paquetes bga. El paquete ocultará el corto. Una traza de 10 mil es buena para aproximadamente 1/2 amp. Suba hasta 1 amperio y corre el riesgo de fusionar la traza (no necesariamente una traza de potencia, pero ¿a qué se acorta?). Quitaría la soldadura de los chips uno por uno hasta que se elimine el corto o se haga evidente.

Otra opción es medir (sin potencia aplicada) los ohmios en cada IC, entre V ++ y GND. Suponiendo que haya un corto, los ohmios serán más bajos que el resto. He usado esta técnica antes para aislar, pero confieso que nunca en una PCB. Aún así, es una opción más disponible. Con estos medidores digitales puede medir los ohmios con tanta precisión. Y donde los ohmios son más bajos, es donde está el corto.