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教学设备.压力传感器PCB电路板输出异常分析

一、摘要:压力传感器广泛应用于汽车,机械,航空,工业自动化等领域.压力传感器分为电压输出型与电流输出型,不同的传感器应用环境与输出精度不一样,基本的结构组成部分为压力敏感模块,温度补偿及信号转换模块,信号输出模块。 
传感器在进行最后的功能测试时,发生零满输出一致的问题,即零压力与满压力下的电信号电信号读数一致。现从功能测试失效这一工序用PDT(Problem Definition Tree)展开,逐步探究问题的根源。测量系统分析 
零满一致的测试不良品输出38MA与正常品4MA/20MA,存在着显著差异,所以判断测试系统是正常的。 
二、制程分析:将38MA输出的传感器车床还原成最初的三部分,对照原理图,测量每一部分的输入与输出,与理论值做比较。其中在V-I模块测量时发现了异常。取两38MA异常输出的PCB测量关键点的电压数据与原理图理论值对比如下。PCB1,U9-C≠U10-C, 说明此运放并即没有正常工作状态.理论上当运放正常工作时这两端电压应相等,即”虚短”。 
根据U,R38,U,R39两端实测电压,算得支路电流IR39=79.828MA>IR38=12.428MA,如上右图所示,推断出流经R39的电流不仅仅来自于+2.5V的支路.理论上,根据运放的”虚断”原则,运放输入端i=0,流过R38,R39的电流应相等,且正常输出的PCB测得IR38 =IR39PCB2,U12-C≠U13-C,说明此运放并即没有正常工作状态。理论上当运放正常工作时这两端电压应相等,即”虚短”。 
根据U R 2 8 ,U R 2 9 两端实测电压, 算得支路电流IR29=132MA 
U+≠U-的原因分析(三极管的解剖确认没有损伤) 
考虑到V-I 模块电路属于双极性线性电路,且实际测得的U+≠U-, 即运放的输入失调电压增大,失去了运放本身的功能,所以推断出此现象是由ESD造成的。ESD(Electro-Static Discharge)即静电释放:两个带不同静电电平的物体,通过直接接触或静电电场的作用会使两物体的静电电荷发生位移,当静电电场达到一定能量,之间的介质被击穿而产生放电。 
在确定ESD能引起V- I 模块输出异常的情况下, 根据DFMEA&PFMEA,绝缘测试对功能测试的风险指数最大。现收集了绝缘测试工序前后功能测试工序输出38MA的概率。
根据以上数据,绝缘测试之后的输出良率明显低于绝缘测试之前,初步推断出ESD的可能来源为生产员工自身以及绝缘测试。 
三、ESD员工ESD防护: 
考虑到员工接触PCB的两道工序手工焊接和Tig焊接之前的端子装配,对在这两道工序操作的员工要求必须佩带防静电手腕保护PCB。 
四、绝缘测试:绝缘测试的目的是测试电气接头PIN脚与产品外壳之间的导电性, 如果产品的绝缘性良好的话,则在产品的电源端接通高压信号时,人手触摸产品外壳是不会发生“触电”现象的。 
当电路的正负电源接入相对同一参考点等值的电压后,集成运放中的每一点的对地电压都是相等的,也即模块中任意两点之间的压差为零。整个内部电路模块类似于一个“等势体”。从电气连接图以及绝缘测试原理可以推知, 并不能测出电路模块内部的连接是否短路等。 
五、绝缘测试引起的ESD:绝缘测试的参数是(500V,>100MΩ,8S),设备产生的高强度电磁场在邻近元件中感应产生静电荷,芯片LT1491对静电非常敏感,由于静电放电导致芯片内部击穿的可能性非常大。如果有条件的话,可以采用较为先进的探测设备或解剖芯片在高倍显微镜下观察以便进一步的验证推断。 
六、解决方案:在生产过程中,员工佩带防静电的手套操作预防ESD,对由于绝缘测试高压产生的ESD则可以从绝缘测试的参数设置或是电路板布线更改方面进行改善。 

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