[发明专利]诊断罩面

说明书

本发明涉及一种用于电子元件的诊断装置，特别是一种用于电子线路板的诊断罩面，该罩面运用了许多能随着温度变化而产生特征颜色的密封液晶区。

电子线路包括许多电子元件，具有代表性的元件有晶体管、电阻、延迟器和集成电路（“ICS”）或称集成片。这种集成电路可能包括只读存储器、存储器基片、激励器、接收器、门电路和微处理机。集成电路可承担许多工作，并且可按其复杂程度进行分类，比如可按其集成电路片的相对复杂程度划分成小规模集成（“SSI”），中规模集成（“MSI”），大规模集成（“LSI”）或超大规模集成（“VLSI”）型集成电路。集成电路处理信号的速度可在直流电平与兆赫和更高的频率范围之间变化。各种电气参数，如电压和电流都是在制造期间就固定的，并且通过一种确定的最小，最大和典型值在制造厂家的技术范围中作出说明。用集成电路处理的信号波形可以分成数字的或模拟的。模拟信号的波形可以有各种形状，而数字信号是理想的方形波。各种因素，包括电子元件的功能完整性都可能影响正方波的形成。要求每一块集成电路正常工作以确保整个电子线路的工作特性。

当电路板上某个元件的工作出现故障时，此电路板的工作特性也将发生变化，如果这种变化达到了相当的数量级，那么，工作特性就会失效，从而导致整个电路所需的电子响应特性的失效。

测定电子线路故障的原因是困难的，特别是故障原因由其中失效元件造成时，所以确定电路板上哪个元件出故障是一件费劲的工作。以前所有的诊断工具既复杂又难于操作。往往不能手提，且费用昂贵。在野外修理的情况下，由于强调避免停机，野外维修工程师必须使系统立即恢复工作。这样，在可能的情况下倾向于调换整块电路板或子系统，从而将实际排故工作留给了电路板维修部门。电路板维修站收到这些电路板，着手进行维修之前，先对这些电路板进行检查，使之重现故障。这道工序既费时又费钱，并且使备用电路板的库存量发生大起大落，从而使“及时”管理原则难以实施。

热图像分析测试技术是一种工业界认可的用异常热特性探测电子元件的方法。对于业已验证的电路设计来说，这种故障通常表现为集成电路故障或电路板工艺缺陷，而对于新的设计，这一技术就能够用来探测不合规格的元件或设计很差的通风装置。

电子元件热功率的预测包括涉及许多变量和参数的复杂计算，其中许多变量和参数的测定或预测是相当艰难的。业已建立的数学模式能够在实验室控制的条件下对电子元件作出描述，但是，并不存在能够预测各种环境中集成电路工作温度的切实可行的通用公式。一般来说，有关热功率的预测都必须从各种固定条件下工作得好的元件中进行取样，从所得数据中外推得出。

对于在半导体中损耗的一定量的直流功率，结温度就达到一定数值，该数值取决于集成电路片载体材料的导热率和环境温差。如同Motorola公司申请记录AN-509中所描述的，结温度可以通过下列公式来计算稳定状态的情况：

T（j）＝P（d）×R（Stdy）+T（amb）

式中：T（j）＝结温度

P（d）＝在结中损耗的功率

R（stdy）＝稳定状态热阻抗-结与环境之间

T（amb）＝环境温度

上述公式在直流功率处于热平衡状态时才是正确的。在动态条件下，还必须考虑系统的热反应，以及必须进行工作负荷循环分析。由于在脉冲间隔所出现的冷却作用，在一个脉冲群端的结温度就不等于上升值平均温度之和。这样，下列的公式比较合适：

T（jav）-T（c）＝R（jc）×P（d）×D

式中：T（jav）＝平均结温度增加量

T（c）＝集成电路片外壳温度

R（jc）＝热阻抗-结与外壳之间

P（d）＝直流功率

D＝工作负荷循环

对于更为复杂的情况，工作负荷循环的概念是以出现相同方波的稳定脉冲群为基础的。但是，这种情况在实际电子线路中是不常见的。大多数波形是频率和周期各不相同的非矩形波。

在使用电子元件工作的各种破坏机理中，发现许多故障的原因或效应都与功率密度的起伏变化有关。借助于上述的公式，这些破坏机理最终都与温度的变化相关。这样，任何机理改变功率消耗的有效电平而使某个电子元件的工作出现故障，这种故障就具有足够的数量级和持续性来改变该元件外表面的温度。从而，记录在外表面上的温度变化就会产生相应的测量误差。此外，上升的温度本身也可能构成一个造成第二次故障的破坏机理。