PCB不良のテストと修正: エキスパートによるステップバイステップガイド

不良プリント基板（PCB）の診断

プリント基板（PCB）の詳細に入る前に、回路に関するいくつかの基礎知識を押さえておきましょう。

電気: 小さな照明から大型機械まで、あらゆる機器に供給される動力です。電気とは、電子があるレベルから別のレベル（主に高電位から低電位）へ流れる現象です。電気回路には常に電圧源/電流源、回路部品があり、電気は常に正の電圧レベルから負の電圧レベルへ流れます。

電圧、電流、抵抗、コンデンサ、インダクタは、いわゆる「回路」と呼ばれるあらゆる電気的シナリオの主要素子です。電流は、正弦波交流（AC）または直線的な直流（DC）の2形態を取ります。

電気回路のハードウェア開発において、回路のすべての部品を1つの場所/基板上に実装することをPCB設計と呼びます。

プリント基板（PCB）は、これらの電気基板の一般的な呼称です。歴史的にPCBは、ポイントツーポイント配線という複雑な手順を経て開発され、これらの回路は故障や損傷に非常に晒されやすいものでした。その後、より精密で安全な設計技術が開発されました。

現代のプリント基板は、主に以下の4つの主要層で構成されています。

1. シルクスクリーン（シルク印刷層）
2. ソルダーマスク（レジスト層）
3. 銅箔層
4. 基材（ガラス繊維強化エポキシ樹脂など）

古いPCBは単層でしたが、現代では回路の複雑化に伴い多層PCBが主流となっています。

新世代のPCBには高密度実装部品が多く、大半の部品が未識別・テスト不能で、複雑なトラブルシューティングと修理技術が要求されます。古い基板は自動テスト装置で修理可能でしたが、現代では不可能です。従来のトラブルシューティング技術は以下の通りでした。

PCBトラブルシューティング技法

1. はんだ接合部のチェック
2. パターン（配線）の追跡・問題追跡
3. ディスクリート部品のトラブルシューティング
4. 集積回路（IC）のチェック
5. ソフトウェア支援による解析
6. 目視検査
7. 機能テスト

これらの技法の多くは、現代の回路基板に対応する際に機能しなくなります。

新たに開発されたVIシグネチャ解析技法は、実装済み回路素子のトラブルシューティングに最適です。

アナログ・シグネチャ解析による無電源プリント基板（PCB）テスト

回路内の不良部品を詳細に分析するための最も重要なデバイスの1つです。部品のシグネチャやドキュメントが失われた場合のPCBテストに最適な選択肢です。このテストは電源不要で実行できるため、通電が危険な不良基板や死んだ基板のチェックに最適です。

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テスト対象の特定部品に2本のプローブを用いて正弦波を印加します。その結果生じる電流、電圧、位相シフトがLCDに表示されます。電流はY軸、電圧はX軸にプロットされ、結果のトレースが画面上にシグネチャとして表示されます。このデバイスを使用するには、さまざまな部品のシグネチャに関する確かな理論的知識と完全な理解が必要です。

不良PCB診断の戦略

この技法には3つの異なる段階があります。

1. VI機器による故障検出: 未特定の高ピン数部品を交流電圧でテストします。
2. 故障箇所の特定: 微細な解析により不良部品をピンポイントで特定します。機能テストとは異なり、入力/出力段のみでテストを行います。
3. 部品交換: 不良部品を取り外し、新しい正常部品を実装します。

解析/結果

電気回路ではすべての部品が直列、並列、または混合（直並列）接続されているため、個々のシグネチャを特定することは不可能です。このシナリオでの唯一の適切な解決策は、正常なPCBを用意し、不良基板のシグネチャと正常基板のシグネチャを比較することです。

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シグネチャを比較するには、まず不良PCBのすべてのシグネチャを取得し、正常PCB（入手可能な場合）のシグネチャを取得します。または、保存済みの部品シグネチャデータが必要です。完全に正常なPCBがある場合、マルチメーターを用いてそのすべてのシグネチャを取得します。各部品の電圧、抵抗、電流、インダクタンスを計算し、不良PCBのすべてのシグネチャと比較します。

1. まずすべてのポイントをリフレッシュします（ドライはんだや損傷したはんだがあれば除去）し、シグネチャを比較。一致すれば故障は解消、 그렇지 않으면次のステップへ。
2. このステップではパターン追跡を行います。PCBには多数のパターンがあるため、パターン損傷の可能性が高いです。パターン損傷があればジャンパー線で修復します。
3. 最後のステップでは、リニアICの各ピン、ICの入出力ピンすべてで機能テストを実行します。元のデータシートと一致すれば正常、一致しなければそのICを交換します。

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参考文献: Analog Signature Analysis, Saelig Co. Inc.