PCB 불량 진단 및 수정: 전문가 단계별 가이드

불량 인쇄회로기판(PCB) 진단

인쇄회로기판(PCB) 상세 내용에 들어가기 전에 회로에 대한 기초 지식이 필요합니다.

전기(Electricity)

작은 조명부터 대형 기계까지 모든 기기에 공급되는 동력입니다. 전기는 기본적으로 한 레벨에서 다른 레벨로(주로 높은 전위에서 낮은 전위로) 흐르는 전자의 흐름입니다. 전기 회로에는 항상 전압 또는 전류 소스, 회로 부품이 있으며, 전기는 항상 양의 전압 레벨에서 음의 전압 레벨로 흐릅니다.

전압, 전류, 저항, 커패시터, 인덕터는 회로라 불리는 모든 전기 시나리오의 기본 요소입니다. 전기 전류는 정현파 교류(AC) 또는 직선인 직류(DC) 두 형태가 있습니다.

전기 회로 하드웨어 개발에서 모든 회로 부품을 한 곳(보드)에 모으는 것을 PCB 설계라 합니다.

인쇄회로기판(PCB)

이 전기 보드들의 통칭입니다. 과거에는 포인트 투 포인트 배선이라는 복잡한 공정을 거쳐 PCB가 개발되었으며, 이러한 회로는 고장이나 손상에 매우 취약했습니다. 이후 더 정확하고 안전한 설계 기술이 개발되었습니다.

요즘 PCB 구성은 4가지 주요 요소로 이루어집니다.

1. 실크스크린(Silkscreen)
2. 솔더 마스크(Solder Mask)
3. 동박(Copper)
4. 기판(Substrate) - 고급 유리섬유

과거 PCB는 단일 층이었으나 요즘은 다층 PCB가 시장에 출시되어 사용됩니다. 전기 회로의 복잡성이 증가했기 때문입니다.

새로 개발된 PCB는 고밀도 부품을 사용하며 대부분 부품이 식별 불가, 테스트 불가하고 복잡한 트러블슈팅 및 수리 기술이 필요합니다. 구형 회로 보드는 자동 테스트 장비로 수리 가능했으나 요즘은 불가능합니다. 트러블슈팅 기법으로는

PCB 트러블슈팅 기법

1. 납땜 조인트 점검
2. 문제 추적
3. 이산 소자 트러블슈팅
4. 집적회로(IC) 점검
5. 소프트웨어 도구 활용
6. 목시 검사
7. 기능 테스트

이러한 기법 대부분은 최신 회로 기판 대응 시 비기능적이 됩니다.

새로 개발된 VI 시그니처 분석 기법이 완성된 회로 요소의 트러블슈팅에 최적입니다.

아날로그 시그니처 분석으로 무전원 PCB 테스트하기

회로 내 불량 부품 상세 분석에 사용되는 최고의 필수 장비 중 하나입니다. 부품 시그니처나 문서가 분실된 경우 PCB 테스트에 최적의 선택입니다. 전원 공급이 필요 없어 불량 또는 데드 보드 테스트에 안전합니다.

• 참고: 아두이노란 무엇이며 어떻게 프로그래밍하는가?

두 개의 프로브를 사용하여 테스트 대상 부품에 정현파를 인가합니다. 결과 전류, 전압, 위상 변화가 LCD에 표시됩니다. 전류는 Y축, 전압은 X축이며 결과 트레이스가 화면에 시그니처로 표시됩니다. 이 장비 사용에는 다양한 부품 시그니처에 대한 탄탄한 이론적 지식과 완전한 이해가 필요합니다.

불량 PCB 진단 전략

이 기법은 세 단계로 진행됩니다.

1. VI 장비를 이용한 불량 검출. 미식별 고핀 카운트 부품을 교류 전압으로 테스트합니다.
2. 불량 위치 파악 단계. 불량 부품을 정확히 지목하기 위한 미세 분석을 수행합니다. 기능 테스트와 달리 입력/출력 단계만 테스트합니다.
3. 불량 부품 제거 후 새 기능 부품을 장착하는 단계

분석/결과

전기 회로에서 모든 부품은 직렬, 병렬, 또는 혼합(직병렬) 연결되어 있어 개별 시그니처 식별이 불가능합니다. 따라서 이 시나리오에서 유일한 해결책은 새 PCB를 준비하여 불량 보드의 시그니처와 기능 보드의 시그니처를 비교하는 것입니다.

• 참고: 전기/전자 엔지니어를 위한 설계 및 시뮬레이션 툴

시그니처 비교를 위해 먼저 불량 PCB의 모든 시그니처를 채취하고, 기능 PCB가 있으면 그 시그니처를 채취하거나 부품 시그니처 데이터를 저장해 두어야 합니다. 완전히 기능하는 PCB가 있다면 멀티미터로 모든 부품의 전압, 저항, 전류, 인덕턴스를 계산하여 불량 PCB의 모든 시그니처와 비교합니다.

1. 먼저 모든 포인트를 리프레시(건조되거나 손상된 납땜 제거)하고 시그니처 비교. 일치하면 불량 해결, 아니면 다음 단계로.
2. 트래킹 수행. PCB에 많은 트랙이 있어 손상 가능성이 높음. 트랙 손상 시 점퍼 와이어로 수리.
3. 최종 단계로 선형 집적회로의 모든 핀에 기능 테스트 수행. IC의 각 핀 입출력을 체크하여 원본 데이터시트와 일치하면 정상, 아니면 해당 IC 교체.

참고 자료:

• PIC18 마이크로컨트롤러 C 프로그래밍 단계별 가이드
• 테스터기로 배터리 테스트하는 방법
• 모터 효율이란? 개선 방법

참조: Analog Signature Analysis, Saelig Co. Inc.