设备仪器的软故障维修

付少辉，林升，邵强

（中国电子科技集团公司第十三研究所，河北石家庄050051）

设备仪器的软故障维修

付少辉，林升，邵强

（中国电子科技集团公司第十三研究所，河北石家庄050051）

仪器设备软故障主要由元器件参数变化、环境变化、软击穿等引起，具有随机性、隐蔽性等特点，给仪器设备的维修带来了一定困难，传统的检测方法不易发现存在软故障的元件。本文结合维修实例对软故障的表现形式、形成原因及失效机理进行分析，提出了新的检测方法、建立了相应维修手段，方便维修人员准确快速地完成该类故障仪器的维修，保证维修进度和质量。

仪器维修；软故障；故障诊断

仪器设备的故障可分为硬故障和软故障两类。硬故障也叫结构性故障，是指影响电路拓扑结构的故障，电路不能实现其功能；软故障也叫参数性故障，是指元件性能达不到指标要求，超过了该元件参数的容差范围，电路不能很好的完成其功能［1］。

软故障有以下特点：工作状态下时而正常时而故障，呈间隙性、随机性；元件拆机测量时正常，接回电路后不能正常工作，有隐蔽性；故障发生后断电放置一段时间再开机又能正常工作，有暂态性。基于以上难点致使维修困难，目前尚无系统的维修资料，本文提出了新的元件检测和维修方法，对软故障的判断和维修有一定帮助。

1　常见的软故障及原因分析

发生硬故障时，指标变化明显容易检测。软故障为元器件本身或电路在某方面的容限太小而引起的不稳定现象。设备仪器中的模拟电路部分的元器件存在较大容差和广泛的非线性，为软故障多发部位［2］，据统计，在混合电路中80%是数字电路，但80%的故障发生在模拟电路部分［3］。常见的软故障及形成原因参见以下分析。

1.1接触电阻

因机械压力使两导体接触对外呈现的电阻特性称为接触电阻，如接插件、电位器、继电器、微动开关触点等。该部位的杂质污染、疲劳、磨损、氧化等会引起接触电阻的变大，较小的毫伏、毫安级的电信号无法完全击穿氧化膜，等于串入阻值不稳定的电阻，会使信号无规律衰减使电路无法进行正常工作状态。

当电位器阻值调小时单位面积上承受功率将加大，会损坏滑片触点，接触电阻发生变化，致使负反馈信号产生干扰脉冲，仪器无法正常工作。焊接工艺不良或发热严重的元器件热胀冷缩会产生虚焊型接触电阻变化，使设备仪器噪声增加、无规律、不稳定的间歇性工作，对数字电路而言短的通断时间也会影响工作状态。

1.2温度因素

温度对半导体器件的性能参数和可靠性有直接关系。随温度增加晶体管的跨导或增益会下降，安全区和稳定区也会随之下降［4］。由晶体管反向电流公式：

其中，IS（T0）为温度T0时的反向饱和电流，IS（T）为温度上升到T时的反向饱和电流，可知三极管温度上升10℃，反向电流将增加1倍［5］。

工作在较高电压下的滤波电容，漏电流将增大引起自身发热而较易损坏。离发热元件较近的电容器因长期受热电解液干涸造成容量下降，引发软故障。电解电容器的寿命与温度存在指数级关系，软故障产生时电压下降微小或不下降，但产生的纹波、噪声增大导致故障。

温度因素对A/D、D/A转换、DSP、计算机南北桥芯片等需要高速大量运算的大规模集成电路和功率器件影响明显。当为其散热的部分出现老化或风道不畅时，温度反馈回路能进行判断并启动保护，重新启动后温度低于阈值会重新工作，从而呈现软故障状态。

1.3软击穿

相对于器件的永久性失效，如开路或短路造成的硬击穿表现不同，软击穿则是元件的性能降低，指标参数降低而造成故障隐患。软击穿时电路时好时坏，能轻载或低性能工作不易被发现。

软击穿多发于晶体管、MOS管、电容、变压器漆包线匝间短路等元器件。三极管软击穿时没有破坏PN结的结构，击穿条件消失后，PN结的功能得到恢复或部分恢复。软击穿不易测量的原因有两种，一是需加到一定的电压时故障复现，二是需达到一定温度时故障复现，维修中常有使用万用表检测性能正常，装回电路不能正常工作的情况发生。轻微击穿比如晶体管极间反向电阻变小，有漏电用万用表也不能检测到。

电容充电后电压升高，软击穿的电容产生短路或呈低阻状态，电容电压泄放后击穿暂时复原，容量随之恢复正常，但装回电路不能正常工作。

1.4环境变化

元件参数值随时间、温湿度、静电、电磁辐射等外界环境的变化，引起参数发生变化而导致软故障的出现。电容除开路、短路等硬性故障外还存在参数变化软故障的现象。腐蚀环境中，内部引脚接触不良，通断过程中会有噪音出现。绝缘电阻参数ESR会随环境发生变化，极间绝缘性能下降产生漏电流，用在耦合时噪声会增大，用在滤波时直流电压会下降。

当仪器内部的灰尘、油污、潮湿等污染后，会使泄漏电流和相邻敷铜线间产生串绕和调频电容等参数改变，若发生在高电压部分会产生放电、打火等现象影响其它部分工作。

2　软故障的维修方法

发生软故障的仪器设备中元器件，简单使用万用表、示波器往往效率不高，传统的维修方法也存在需改进的地方，科学的检测方法和模拟故障环境能较好地解决维修中遇到的问题。

2.1科学的检测方法

软击穿元件拆机检测或未通电检测时，其值可能正常，但接回电路不能正常工作。传统的测量方法不易发现存在软故障的元件，需有专用仪器或检测方法来解决软故障元件的检测。

虚焊或接插件触点氧化进行常规目视判定困难时可借助放大镜。对于电位器的检测时指针万用表的响应时间快于数字式多用表且直观。晶体管图示仪可方便显示极限特性、击穿特性、软击穿漏电流等各项参数，而万用表的电压为9 V无法使软击穿复现，因此图示仪比万用表更利于发现软故障。

电容性能不良，电压、外观不一定变化，但会在直流中叠加一定幅度的纹波。建议使用示波器或者高频毫伏表代替万用表完成对纹波的测量，测量漏电流或软击穿时也可用图示仪直接观察V/I曲线，完成测量。兆欧表对电容进行检测，若在摇至电容的额定电压前阻值有下降出现，则可证明电容存在软击穿故障，此方法也可用检测变压器的匝间短路。

存在软击穿的器件带病工作时温度高于正常温度，通过点温计或红外测温枪对温度进行测量能发现故障器件。

2.2模拟环境法

某些接触类的故障在温度、湿度、振动的环境下表现明显，模拟出故障环境可加速故障出现以便于进行观察故障现象或测试数据。热风枪对温度要求较高或怀疑的元件进行加温，绝缘棒敲击震动，加温器增大湿度后再进行测量或检测故障出现时的数据。排除环境因素可反证是否由此软故障引起，以调整维修思路。如用酒精棉、导热脂加散热片等降温，加屏蔽罩防止电磁干扰等，若故障不出现可证故障点在此。

2.3休克疗法

由于软故障不易测试，待其完全击穿可方便测试，让其断开相应保护电路或满负载或长时间工作，使软击穿、漏电、受温度影响严重的不符合使用条件的元件得到充分的暴露，彻底损坏后进行检测更换。晶体管、MOS管等功率元件在多次发生软击穿后，PN结或栅氧薄层将完全击穿，电容的极间在多次软击穿后也会彻底失效。休克疗法的弊端是有时会引入人为损坏，但会使检测相对简单，在深入了解设备仪器的工作原理后酌情合理使用。

3　软故障的维修实例

3.1接触电阻引发软故障的维修实例

Agilent6654A电源，保护措施完善不易发生结构性损坏，常为软故障。此机故障现象为液晶屏显示时有时无，输出值稳定，故障应在显示部分，且无明显损坏的元器件。首先要排除供电原因后，分析可知故障为送至液晶屏的显示信号或主机送至显示处理板的数据线引起。将标号J1封装形式为RJ11的插座和标号J2的数据线进行超声波清洗。插头用除锈笔将氧化层去除后喷HIRI731高效复活剂，并加强插座卡片弹性恢复，装回后故障解决。故障原因为RJ11封装可能存在触点氧化或是插座弹性接触不良两种可能。

3.2温度因素引发软故障的维修实例

BedaQC200双晶衍射仪主机工作一段时间后进入保护状态，保护指示灯报警，关机15 min及以上时间，又能恢复工作。首先分析能工作，说明仪器所属电路静态参数正常，排除电源和各板卡接插后，发现聚焦控制板有发黄烤焦。在线测试各元件正常，测电源工作电流为5 A，散热片较小且无通风道，保护电路启动时散热片上温度为80℃，散热不及时引起主控芯片过热，参数漂移所致。在散热片加装12 V、300 mA风扇，并加装独立电源为其供电。加强通风散热措施后，软故障消失。

4　结语

软故障的维修思路是首先确定发生的单元电参考文献：

路，根据故障现象确定为何种软故障如：振动可复现的多为虚焊类；重启故障消失为温度引发；加大负载故障复现为软击穿故障；输出不稳定多有接触不良存在或电容反向漏电。维修原则是让故障复现并监测到数据，以便找到损坏的元件，避免盲目大范围的对元件进行替换，防止引入新的故障。

［1］杨士元.模拟电路软故障诊断的研究［J］.微电子学与计算机，2008，25（1）：1-8.

［2］朱大奇.电子设备故障诊断原理与实践［M］.北京：电子工业出版社，2004.

［3］Li F，Woo P Y.Fault detection for linear analog IC-the method of short-circuit admittance parameters［J］.IEEE Trans.on CAS I：Fundamental Theory and Applications，2002，49（1）：105-108.

［4］史保华.微电子器件可靠性［M］.西安：西安电子科技大学出版社，1999.39-44.

［5］申忠如.模拟电子技术基础［M］.西安：西安交通大学出版社，2012：6.

Soft Faults Maintenance of Equipment and Instrument

FU Shaohui，LIN Sheng，SHAO Qiang
（The 13thResearch Institute of CETC，Shijiazhuang 050051，China）

Soft faults caused by parameter variation，changed environment and soft breakup in instrument maintenance are random and cryptic，which brings trouble in daily maintenance. Conventional test is hard to find the elements of soft breakdowns.This paper shows the behavior，causation and principle of invalidation on soft breakdowns with typical examples.On the basis of above，the item obtains new test and maintenance methods which help to work accurately and quickly，and to guarantee the process and quality.

Maintenance on instrument；Soft breakdown；Fault diagnosis

TN607

B

1004-4507（2016）01-0031-04

2016-01-03