книги / Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры

11. Регулировка, настройка, контроль и испытания электронной аппаратуры

Semiconductor — комплементарная МОП-технология), критичных к стати­ ческому пробою, перед доступом к узлам электроники следует снять с тела статический заряд, коснувшись технологического корпуса. Проводить рабо­ ты по монтажу следует с установленным на руку браслетом съема статиче­ ского электричества. Монтажные и наладочные работы лучше не проводить в помещениях с полами, конденсирующими статический заряд. Если это невозможно, помещение следует увлажнить.

4.В силу разрушительного действия переходных процессов в элек­ тронике временная задержка между отключением и последующим включе­ нием блока питания должна составлять интервал не менее 30.. .40 с.

5.При ремонте никогда не следует обрывать нагрузку. Это создает повышенную мощность рассеивания на выходном активном элементе либо искажает картину снимаемых параметров. Так, для блока питания использу­ ется нагрузка:

•для источника +5 В — 4,7 Ом, 50 Вт;

•для источника+12 В — 12 Ом, 12 Вт.

Иллюзию неработающего источника часто создает чрезмерная нагруз­ ка. Если возможно, следует посекционно отключать потребители. В этом случае ремонт ЭВМ сводится к последовательному изъятию карт из слотов. Перед этим необходимо отключить блок питания. Замеры питающего на­ пряжения лучше проводить на самих ИС или после переходных разъемов.

Для установки ИС используют панельки (chip sockets), установка и изъятие ИС из которых может проводиться специальными подъемниками — экстракторами. Основная задача такого приспособления — изъять многоножечную ИС без перекосов и рывков. При этом используют также отвертку с тонким лезвием (twikker).

Техника выпаивания DIP-корпусов заключается в выкусывании ножек с последующим выпаиванием. Локальный перегрев многослойного монтажа паяльником в 30 Вт и выше неминуемо приведет к расслоению и обрывам дорожек, перегревам соседних элементов. Поэтому к выбору паяльных при­ надлежностей надо относиться серьезно. В большинстве случаев удобен па­ яльник 18 Вт с теплоотводом либо с газовым нагревателем. При этом необ­ ходимо использовать устройство поглощения паров припоя. Нельзя пере­ гревать элементы, но и не допускать «холодных» паек, проявляющих себя по истечении определенного времени. При работе со сквозным монтажом для одновременного прогрева всех ножек ИС и транзисторов применяют специальные насадки на паяльники или специальные паяльные станции. При ремонте рекомендуется пользоваться сигнатурными логическими ана­ лизаторами и интерфейсными тестерами. Существуют универсальные и специализированные приборы сервисного оборудования для ремонтных фирм с широким диапазоном функционального применения, позволяющие

442

] 1.3. Виды неисправностей ЭА и ихустранение

измерять параметры линий и модулей, скорость обмена и соотношение сиг­ нал— помеха, проверять структуру форматов информационных сообщений. Сигнатурные анализаторы располагают собственной системой команд, кон­ троллером (CPU (Central Processing Unit) — центральный процессор), не­ большой памятью. Подключают данные приборы, как и все остальные этой группы, либо через последовательный интерфейс RS-232, либо через парал­ лельный IEEE-488 (GPIB — General Purpose Interface Bas — шина интер­ фейса общего назначения). Один из вариантов диагностирования ЭВМ — подключение к проверяемой, заведомо исправной ЭВМ, обеспечивающей функции анализатора неисправностей в системе.

Системы автоматической проверки плат, применяемые для определения неисправностей с точностью до точки на плате или в СБИС, представляют со­ бой комплексы. Они также используются в технологии САПР элементной базы с заданными параметрами. Столь широкий диапазон действия комплексов по­ зволяет использовать их фирмами-гигантами INTEL, MOTOROLA.

Наиболее простая категория комплексов предназначена для ремонт­ ных работ, причем квалификация оператора (не электронщика) значения не имеет, поскольку процесс полностью автоматизирован. Комплекс со­ стоит из двух компонентов — контроллера (РС-386) и собственно прибора, состыкованного с контроллером через интерфейсы RS-232, VXI, ISA, GPIB, EISA. Прибор — это автоматизированный тестер, имеющий управ­ ляющую часть (CPU типа FVD2910 с обрамлением и DRAM) и узел изме­ рений, который стыкуется с различными платами с помощью набора сты­ ковочных элементов (драйверов-сенсоров), а также подключается непо­ средственно к элементам на плате с помощью группы клипсов и активных щупов. Для правильной настройки на конкретную плату электроники ис­ пользуют обширную базу данных, в которой находятся все электрические и конструктивные параметры, топология, система питания и другие сведе­ ния, интересующие систему. Операционная система из UNIX-подобных также активно взаимодействует с утилитами ввода-вывода и программамиимитаторами, обеспечивающими проверку плат. Все программные средст­ ва являются разработками фирм-изготовителей тестеров, среди которых можно выделить фирму SHLUMBERGER, у которой наиболее известны следующие тестеры:

S-635, S-645 — для ремонта плат;

S-730, S-780, S-790, S-900, S-3000, S-3500 — для САПР. Среди прочих выделяются следующие тестеры:

GR-2225, GR-2235 — фирмы GEN REG;

UL -500 (рабочая частота F = 800 мГц) — фирмы AT&T.

Логический пульсатор — устройство, предназначенное для формиро­ вания импульсов различной длительности, которые вводятся в проверяемую

443

11. Регулировка, настройка, контроль и испытания электронной аппаратуры

схему. Логические щупы (пробники) устройства, предназначенные для ин­ дикации логических уровней TTL и схем CMOS. Кроме индикации единиц и нулей требуется индикация серий импульсов. Настройка на уровни и часто­ ту следования проводится индивидуально. В качестве генератора импульсов можно рекомендовать один из генераторов стандартных сигналов (ГСС) промышленного образца. Желательно иметь инвертированный и фиксиро­ ванный уровни TTL.

11.4. Испытания ЭА

Испытания как основная форма контроля ЭА

Испытания ЭА представляют собой экспериментальное определение при различных воздействиях количественных и качественных характери­ стик изделий при их функционировании. При этом как сами испытываемые изделия, так и воздействия могут быть смоделированы. Цели испытаний различны на различных этапах проектирования и изготовления ЭА. К ос­ новным целям испытания, общим для всех видов ЭА, можно отнести: вы­ бор оптимальных конструктивно-технологических решений при создании новых изделий; доводку изделий до необходимого уровня качества; объек­ тивную оценку качества изделий при их постановке на производство, в про­ цессе производства и при техническом обслуживании; гарантирование каче­ ства изделий при международном товарообмене.

Испытания служат эффективным средством повышения качества, так как позволяют выявить: недостатки конструкции и технологии изготовления ЭА, приводящие к срыву выполнения заданных функций в условиях экс­ плуатации; отклонения от выбранной конструкции или принятой техноло­ гии, допущенные в производстве; скрытые случайные дефекты материалов и элементов конструкции, не поддающиеся обнаружению существующими методами технического контроля; резервы повышения качества и надежно­ сти разрабатываемого конструктивно-технологического варианта изделия. По результатам испытаний изделий в производстве разработчик ЭА уста­ навливает причины снижения качества. Если эти причины установить не удается, совершенствуют методы и средства контроля изделий и ТП их из­ готовления.

Для повышения качества выпускаемой ЭА на конечных операциях ТП их изготовления проводят предварительные испытания, позволяющие вы­ явить изделия со скрытыми дефектами. Режимы этих испытаний выбирают такими, чтобы они обеспечивали отказы изделий, содержащих скрытые де­ фекты, и в то же время не вырабатывали ресурса тех изделий, которые не

444

11.4. Испытания ЭА

содержат дефектов, вызывающих при эксплуатации отказы. Эти испытания часто называют технологическими тренировками (термотоковая трениров­ ка, электротренировка, тренировка термоциклами и др.).

Программа и методы проведения испытаний определяются конкрет­ ным видом и назначением ЭА, а также условиями эксплуатации. Для кон­ троля качества и приемки изделий устанавливают основные категории кон­ трольных испытаний, оговоренные в ТУ: приемо-сдаточные, периодические и типовые.

Каждая категория испытаний может включать несколько видов испы­ таний (электрические, механические, климатические, на надежность и др.) и видов контроля (визуальный, инструментальный и др.). В зависимости от особенностей эксплуатации и назначения изделий, а также специфики их производства некоторые виды испытаний выделяют в отдельные категории испытаний (на надежность — безотказность, долговечность, сохраняемость и др.). Виды испытаний и контроля, последовательность проведения, прове­ ряемые параметры и их значения устанавливаются в ТУ (стандартах, про­ граммах, методиках и др.).

Во время испытаний применяют сплошной или выборочный контроль по ТУ и плану контроля. Результаты испытаний считаются отрицательными, если обнаружено несоответствие изделия хотя бы одному требованию ТУ для проводимой категории испытаний. Применяемые средства испытаний, измерения и контроля, а также методики измерений должны соответство­ вать требованиям метрологического обеспечения. Запрещается использовать средства испытаний, не прошедших метрологическую аттестацию.

Приемо-сдаточные испытания (ПСИ). Эти испытания проводят для контроля изделия на соответствие требованиям ТУ, установленным для данной категории испытаний. На ПСИ изделия предъявляют поштучно. Ис­ пытания и приемку проводит представитель заказчика в присутствии пред­ ставителя отдела технического контроля (ОТК) предприятия-изготовителя в объеме и последовательности, предусмотренными в ТУ на изделие. О го­ товности изделия к ПСИ предприятие-изготовитель уведомляет представи­ теля заказчика извещением, оформленным в установленном порядке. К из­ вещению прикладываются протоколы технологической тренировки и предъ­ явительских испытаний, выполненных по форме, принятой на предприятииизготовителе.

Проводятся ПСИ в следующем составе и последовательности (пример для самолетной аппаратуры).

1.Контроль проведения технологической тренировки (проверка нали­ чия протокола тренировки).

2.Проверка комплектности и качества эксплуатационной документации.

3.Проверка маркировки.

445

/1. Регулировка, настройка, контроль и испытания электронной аппаратуры

4.Проверка изделия на соответствие требованиям конструкторской документации.

5.Проверка покупных изделий и материалов на срок службы и срок сохраняемости.

6.Проверка переходного сопротивления.

7.Проверка электрической прочности изоляции.

8.Проверка электрического сопротивления изоляции.

9.Испытание на прочность при воздействии синусоидальной вибра­ ции одной частоты.

10.Проверка потребляемых токов.

11.Проверка при изменении напряжения питания.

12.Проверка запаса регулировки.

13.Испытание на взаимозаменяемость составных частей.

14.Испытание на воздействие акустического шума.

15.Испытание на устойчивость к воздействию синусоидальной виб­

рации.

16.Проверка массы.

17.Проверка качества упаковки.

Состав и последовательность проведения испытаний могут быть из­ менены по согласованию с представителем заказчика. Принятыми считают­ ся изделия, выдержавшие испытания, укомплектованные и упакованные в соответствии с ТУ.

Периодические испытания. Такие испытания проводят с целью: пе­ риодического контроля качества изделий; контроля стабильности ТП в пе­ риод между испытаниями; подтверждения возможности продолжения изго­ товления изделий по действующим конструкторской и технологической до­ кументации, ТУ и приемки. Календарные сроки испытаний устанавливаются в графике, составленном предприятием-изготовителем с участием представителя заказчика. Периодическим испытаниям подвергает­ ся одно изделие ежегодно. Результаты испытаний оформляются актом, к которому прилагается протокол, выполненный по форме, принятой на пред- приятии-изготовителе.

Состав и последовательность периодических испытаний следующий (пример для самолетной аппаратуры).

1.Проверка взаимозаменяемости составных частей.

2.Проверка времени готовности.

3.Испытание на непрерывную работу.

4.Испытание по обследованию резонансов конструкции.

5.Испытание на прочность при воздействии синусоидальной вибрации.

6.Испытание на устойчивость при воздействии синусоидальных вибраций.

446

11.4.Испытания ЭА

7.Испытание на устойчивость к воздействию линейных ускорений.

8.Испытание на прочность при транспортировании в запакованном

виде.

9.Испытание на воздействие повышенной влажности.

10.Испытание на воздействие пониженной и предельно пониженной температуры среды.

11.Испытание на воздействие повышенной и предельно повышенной температуры среды.

12.Испытание на воздействие циклического изменения температуры среды от предельно пониженной до предельно повышенной.

13.Испытание на воздействие пониженного атмосферного давления.

14.Испытание на воздействие изменения атмосферного давления.

15.Испытание на герметичность.

16.Испытание на безотказность.

17.Испытание на воздействие акустического шума.

Состав и последовательность проведения испытаний могут быть из­ менены по согласованию с представителем заказчика.

Если изделие выдержало периодические испытания, то его производ­ ство продолжается до следующего срока испытаний. Если изделие не вы­ держало периодических испытаний, то приемку изделий и отгрузку приня­ тых изделий приостанавливают до выявления и устранения причин возник­ новения дефектов и получения положительных результатов повторных испытаний.

Типовые испытания проводят для изделий прерывистого производ­ ства (единичного и мелкосерийного прерывистого производства) для оценки эффективности и целесообразности предлагающихся изменений в изделие или технологию его изготовления, которые могут изменить тех­ нические и другие характеристики изделия и его эксплуатацию. Испыта­ ния проводят на изделиях, в которые внесены предлагающиеся измене­ ния, по программе и методике необходимых испытаний из состава прие­ мо-сдаточных и периодических.

Если эффективность и целесообразность предлагаемых изменений подтверждается результатами типовых испытаний, то их вносят в соот­ ветствующую документацию на изделие в соответствии с требованиями Государственных стандартов.

П редъявительские испытания (ПИ). Перед предъявлением изделий на испытания и приемку представителю заказчика ОТК проводит предъяви­ тельские испытания готовых изделий. Такие испытания проводятся с целью контроля изделий на соответствие требованиям ТУ и готовности для предъ­ явления заказчику. Как правило, их проводят в объеме не менее приемо­ сдаточных испытаний, но планы контроля и нормы на проверяемые пара­

447

11. Регулировка, настройка, контроль и испытания электронной аппаратуры

метры могут устанавливаться более жесткими. Документация по испытани­ ям согласуется с заказчиком.

Кроме перечисленных выше основных категорий испытаний сущест­ вуют квалификационные испытания по приемке установочной серии, испы­ тания на долговечность и проверочные испытания (проводит научноисследовательская организация заказчика).

Основным организационно-методическим документом при испытани­ ях ЭА является программа испытаний. Она регламентирует цели испытаний, объем и методику проводимых исследований; порядок, условия, место и сроки проведения испытаний; ответственность за обеспечение и проведение испытаний; ответственность за оформление протоколов и отчетов.

Общие цели контрольных, сравнительных и определительных испы­ таний, общие положения о испытаниях на воздействие механических и кли­ матических факторов конкретизированы в Государственных стандартах. В программе испытаний в краткой форме излагается информация об объекте испытания (срок его изготовления, номер паспорта, особенность конструк­ ции и технологии изготовления и т. п.), а также параметры, подлежащие прямому или косвенному измерению, критерии годности изделия ЭА, тре­ бования к внешнему виду и электрические параметры. В разделах програм­ мы испытаний указывают объем и методику испытаний, в которых даются сведения о количестве испытываемых изделий, общая продолжительность испытаний при различных воздействующих факторах, о периодичности, со­ ставе и последовательности испытаний, о параметрах испытательных режи­ мов, пределах изменения питающих напряжений и продолжительности ра­ боты ЭА при этих напряжениях и т. п.

В плане испытаний указывают необходимые работы, такие как из­ готовление образцов, их приемка ОТК, измерение и определение пара­ метров, подготовка испытательного оборудования, проведение испыта­ ний, оформление результатов, согласование и утверждение протокола испытаний и т. п.

Вторым организационно-методическим документом является методи­ ка испытаний ЭА. В ней излагаются: метод, средства и условия испытаний, алгоритмы выполнения операций по определению одной или нескольких взаимосвязанных характеристик свойств объекта, формы представления данных и методы оценивания точности, достоверности результатов, требо­ вания техники безопасности и охраны окружающей среды. Основным тре­ бованием к методике является обеспечение максимальной эффективности процесса испытаний и минимально возможные погрешности полученных результатов. Она включает требования к методу и условиям испытаний и техническим средствам. Методика испытаний должна содержать описание следующих этапов процесса испытаний: проверку испытательного оборудо­

448

11.4. Испытания ЭА

вания, подготовку испытываемых изделий, совместную проверку испыта­ тельного оборудования и испытуемого изделия, регистрацию результатов испытаний и данных об условиях их проведения.

Испытание на воздействие внешних факторов предназначено для оп­ ределения с некоторой долей вероятности способности изделий сохранять работоспособность и параметры в заданных условиях окружающей среды путем имитации реальных условий окружающей среды или путем воспроиз­ ведения их воздействий.

Когда возникает необходимость в проведении испытаний ЭА межнацио­ нального использования на воздействие внешних факторов, следует пользо­ ваться методами испытаний, указанными в СТ МЭК 68-2, за исключением тех случаев, когда соответствующий метод испытаний отсутствует. Для этого имеются следующие основания:

а) полное соответствие с методами испытания СТ МЭК 68-2 необхо­ димо для обеспечения повторяемости и воспроизводимости результатов;

б) испытания СТ МЭК 68-2 подходят для применения к разнообраз­ ным образцам. Они разработаны независимо от вида испытуемого образца. Образец может не быть электротехническим изделием;

в) результаты, полученные в различных лабораториях, могут быть со­ поставимы;

г) исключается распространение мало отличающихся друг от друга методов испытаний и оборудования;

д) длительное использование одного и того же испытания позволяет сравнивать результаты предыдущих испытаний образцов, технические ха­ рактеристики которых в условиях эксплуатации известны.

Испытания характеризуют посредством задания параметров испыта­ тельных режимов, а не описанием испытательных средств. Для некоторых испытаний необходимо описать испытательное оборудование.

Выбирая метод испытания, который следует применять, разработчик нормативно-технологической документации (НТД) должен всегда учиты­ вать экономические аспекты, в частности, когда существует два различных испытания, по результатам которых может быть получена одинаковая за­ данная информация.

Если при раздельном последовательном воздействии двух или более внешних факторов не обеспечивается получение желаемой информации, следует воспользоваться комбинированными или составными испытания­ ми. Самые важные комбинированные и составные испытания даны в СТ МЭК 68-2.

В соответствии с Государственным стандартом механические и кли­ матические испытания проводят с целью проверки соответствия изделий ЭА требованиям, установленным в ТЗ, стандартах и ТУ на изделия конкретных

11. Регулировка, настройка, контроль и испытания электронной аппаратуры

классов и типов. Испытаниям подвергается ЭА или отдельные ее части, число которых устанавливают в ТУ на изделия и в программе испытаний. Перечень испытаний, рекомендуемых при разработке, освоении и серийном производст­ ве, приведен в табл. 11.5. Виды механических испытаний обозначены номерами 101— 114, климатических — 201— 220, 301 и 302, испытания на соответствие конструктивно-технологическим требованиям — 401— 412.

Все испытания проводят в нормальных климатических условиях, ко­ торые характеризуются следующими значениями параметров:

•температура воздуха 15... 35 °С;

•относительная влажность воздуха 45... 80 %;

•атмосферное давление 84... 106 кПа (630. ..800 мм рт. ст.). Испытания последовательно включают в себя начальную стабилиза­

цию (если требуется); начальную проверку и измерения (если требуется); выдержку; конечную стабилизацию (если требуется); заключительные про­ верки и измерения (если требуется).

Таблица 11.5. П е р е ч е н ь р е к о м е н д у е м ы х и с п ы т а н и й

Необходимость проведения испытаний

450