輕鬆秒修繼電器電路故障

作者 : Richard Tomkins

當繼電器電路板上插入通孔元件、電阻、二極體和IC後,開始間歇性地出現故障。儘管問題看似無解,但我們發現,採用示波器探測二極體的PCB走線時,施力較大就會出現故障;用箝子輕輕夾起二極體上的導線,故障也隨即消除了…

許多年前,我曾經在一家大型電話製造公司工作。我剛加入時,公司正準備出貨最後一台中央機房(CO)使用的Strowger交換機,接著就開始設計製造第一台數位CO交換機了。

我被分配到測試組的最後測試區,這裡有48V直流(DC)電源、振鈴產生器、板卡介面,以及各種插槽、開關、燈、跳線、撥號盤,還有一些有的沒的差不多都記不得名稱了。

在測試過程中,我們將待測卡的各種硬體互連起來,然後進行手動開關操作,觀察特定的燈是否亮起而其他燈熄滅,有時候用示波器測量繼電器的閉合接通和斷開時間,有時候則不需要測量時間,只需監聽繼電器的閉合就行了。

在過渡至全數位CO交換機的過程中,我們使用簧片繼電器矩陣卡。在現場自行製作簧片繼電器,使用一台自動加工機將玻璃管切開,並將原材料電線切割成合適的長度,將電線磁化後固定在兩個接觸點上,然後用玻璃外殼進行封罩,在內部灌入惰性氣體後加以密封,最後再對玻璃兩端進行退火處理。這台快速加工機器位於無塵室中,且運作良好。

在另一條生產線上,我們製造注入成型的塑膠繞線管,最後由另一台機器將兩個簧片繼電器插入繞線管中。然後,再將這一組裝送到另一條生產線,在繞線管上纏上線圈,最後再由另一台機器將導線末端連接到插入繞線管的接腳上。

數以千計的這種繞線管被組裝進模組中,每一個模組包含幾百個繞線管。所有繞線管上的線圈都由一個可控矽整流器(SCR)矩陣加以驅動。

我們設計製造的PCB上面大約有100個繼電器。這些PCB為四層,頂部或底部都沒有網版印刷層。一開始,我們在生產中都採用手工組裝,但是為了縮減成本和製造時間,我們在組裝中使用了拾放機。

透過使用拾放機,我們在第一批繼電器板子上插入通孔元件、電阻、二極體和一些IC,不久繼電器板子就開始間歇性地出現問題。其他的元件、電晶體和繼電器都是手工插入的,有些則是手工焊接的。

我決定先不打電話麻煩工程支援人員,而是親自上陣解決問題。他們之前已經關閉了生產線,因為成本太高了。

我發現某些板子在特定的測試站上會出現故障,經過幾個小時的測試(記得這是在電話測試設備上進行的,每個模組的測試要花將近一個小時),我還發現有些板子在稍微扭曲時會出現故障,即使它們稍早在傍晚時100%通過了測試。

那時候,我們對基本的問題解決技巧一無所知,但是我們有一個小餐廳,大家可以在那裡喝咖啡、吸煙、休息,這兩件事從本質上來說是一樣的。於是我們大家就坐在一起集思廣益,然後決定檢查一下拾放機是如何插入元件的。

我們馬上就注意到手工放置的元件安裝位置稍微比電路板高出一點,並未與電路板完全齊平,兩線通孔元件的一端或兩端都在電路板的外面。而拾放機則將元件沖壓到板子上,至少在我們看來它是以這樣的速度安裝元件的,所以元件與PCB板子表面平齊。

事情看起來有點糟,我們開始猜測是不是機器造成了元件的實體損壞。我們讓元件實驗室也加入了錯誤偵察隊伍,拆下元件並進行測試,然而並沒有發現任何故障。這些板子上有一些二極體,跨接在每個繼電器的初級線圈上,以箝位反電動勢(CEMF),並防止驅動電晶體燒斷。

當其中一位同事用示波器探棒探測電晶體和二極體時(在知會工程師以前,我已經成功地引起整個測試組對解決這個難題的興趣),他注意到,在用示波器探測二極體的PCB走線時,如果施加的力大一些,故障就會出現。我取出箝子,輕輕夾起二極體上的導線,隨即排除故障了。

據我推測,二極體上的料號是用導電塗料噴塗的。因此,只要二極體本身沒再接觸到電路板,故障總會消除的。

後來我告訴工程師們,二極體導致PCB走線短路了,我們重新設計了電路板,將二極體從電路板表面的一端提起來,如此就不必報廢所有的電路板了。

(原文刊登於Aspencore旗下EDN英文網站,參考鏈接:Phone a friend,由Jenny Liao編譯。)

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