세계 최초의 "올인원" PCB 테스터 - 보드마스터


고장 난 PCB를 수리하기 위해 고장 원인을 찾고 수리하는 것은 힘들고 어려운 일 입니다.

"기계가 고장입니다.  동작하지 않아요!"라고 운영자가 직접 기록한 고장 상황에 대한 메모 정도만 가지고 있을 경우 사실 수리 엔지니어는 무엇을 해야 할지 막막합니다. 때문에 많은 것들을 확인해야 하고 상황을 고려해야 합니다.

시간이 흐를수록 수리 엔지니어는 고장 수리에 소요되는 시간에 대해 의식할 수밖에 없습니다. 그래서 우선 경험상 보드 상에 친숙한 부품에 대해 데이터 시트를 확인하고 입력 핀과 출력 핀들을 확인할 것 입니다. 늘 사용하던 멀티미터와 오실로스코프 또는 기타 장비를 이용하여 고장을 유발한 부품이 무엇인가에 대한 단서를 찾게 됩니다. 이러한 수리 과정은 전문 지식에 의하거나 또는 운에 따라 쉽게 고장 원인을 찾을 수도 있고 그렇지 못해 어려움을 격을 수도 있습니다. 단순한 수리를 위해서는 이렇게 하는 것도 그 자체로는 의미 있는 수리 방법입니다.

하지만, 엔지니어는 다른 사람이 수리할 수 없는 것으로 간주된 것을 수리했을 때 자부심을 느끼곤 합니다. 이럴 때 경제적인 측면뿐만 아니라 수리된 PCB는 수리 업무를 수행하는 일에 대한 자긍심과 자부심을 느낄 수 있게 할 것입니다.

 “지금은 21세기입니다. 확실히 PCB를 수리할 수 있는 좀더 쉬운 방법이 있어야만 합니다.” ABI Electronics

만일 IC가 정상적으로 동작하는지 아닌지를 알기 위해 시험하고 있는 보드를 장비에 연결하는 것을 상상해 봅시다. 매우 복잡한 PCB의 I/O 커넥터에 케이블을 몇 개 연결하여 진단 할 수 있다면 얼마나 좋을까요?

지금까지 한 번에 84개 핀을 갖는 PLCC 칩을 측정하다고 생각해 본적이 있습니까? 모든 것이 하나의 패키지로 구성되어 있고 이것은 그리 비싸지 않습니다. 기존의 측정 장비에 비해 더 나은 대안이 있을 까요?

영국은 역사적으로 오늘날 세계의 많은 응용 분야에서 적용되는 최첨단 엔지니어링 기술의 일부를 생산하고 있습니다. 1983년, South Yorkshire 엔지니어는 비용 효율적이고 현장에서 쉽게 문제 해결을 할 수 있는 시스템을 개발하고 관련 서비스를 제공하는 회사를 설립했습니다. ABI 사의 제품들은 그동안 군사, 자동차, 대중교통, 통신, 항공 우주 등의 민간과 공공의 분야에서 인기를 얻었습니다.

놀랍게도 회사의 비용 효익에 대한 접근은 제품들이 소규모나 중규모의 회사들에 좀 더 공급이 확대될 수 있었습니다. ABI 제품은 소규모의 독립적인 수리 회사들에게 큰 도움이 되었습니다. 보드마스터는 다용도 스위스 칼과 같이 다양하게 이용될 수 있는 25개 이상의 측정 도구를 모아 놓은 유니버설 통합 PCB 테스터입니다.

사용자 인터페이스인 SYSTEM8 Ultimate 소프트웨어는 시스템의 일부분으로 실행하기 위해서는 윈도우 PC가 필요합니다. 하드웨어 자기진단 시험, 사용자 관리, 사용자 정의가 가능한 인스트루먼트, 시험 리포트 생성 등 많은 기능들이 소프트웨어에서 실행됩니다. ABI는 홈페이지를 통해 무상으로 소프트웨어 업데이트 할 수 있게 보증합니다. 사용자는 여러 대의 PC에 소프트웨어를 설치할 수 있도록 다중 라이선스 키가 주어집니다.


Windows PC가 내장된 보드마스터 랙마운트 타입 모델

6종의 SYSTEM8 모듈로 구성된 보드마스터는 SYSTEM8 개별 모듈을 추가하거나 뺄 수도 있고, PC가 내장된 형태이거나 또는 없는 형태로 변경할 수도 있습니다. 사용자의 요구와 필요, 작업 환경에 따라 기기의 구성과 선정이 가능한 모듈 타입은 ABI의 SYSTEM8 모듈의 큰 장점 중에 하나입니다.  특히 보드마스터의 모듈 형 특성으로 인해 중소기업에서는 필요한 모듈을 추가해 가면서 하나씩 필요한 시스템 구축할 수 있어 초기 도입 비용을 다소 줄일 수 있음을 의미합니다.

각 모듈은 시험에 있어 서로 다른 기능을 제공할 수 있도록 설계, 개발되었고 고장 진단에 어려움이 없도록 사용자를 지원할 수 있게 설계되었습니다.

아래의 사례는 디지털 IC 테스터를 보여줍니다. 이러한 도구는 군사 표준 STD 0053 기준에 따라 동적인 기능시험을 수행할 수 있도록 개발되었습니다. 추가적으로 시험 기기들은 모든 핀에 대해 읽은 전압 값을 표시하고 핀 간의 연결 상태 링크를 표시하고 디지털 V-I 정보와 열특성 분석 결과를 한 번에 표시합니다.


소프트웨어는 수만의 내장된 부품 라이브러리를 이용할 수 있습니다. 테스트 클립이나 어댑터 등을 통해 시스템은 몇 초 이내에 다양한 시험을 수행합니다.

위 사진은 SOIC 디바이스에 대해 시험 클립을 연결해 시험하는 것으로 시스템에 있는 라이브러리에서 빠르게 부품을 선택할 수 있고 아래의 시험을 통해 부품이 PASS 나  FAIL 인지 표시합니다.

  • Functional or Truth-table test
  • Connection test
  • Voltage test
  • Thermal test
  • Digital V-I test

ABI 디지털 IC 시험의 경우 시스템 내부적으로 다음 나열된 14가지 정도의 시험을 빠르게 수행된 후 디바이스에 대한 최종 시험 결과와 분석 내용을 표시합니다.  

1. 고 전압 핀 검사 : 모든 핀들의 전압 정보를 감시하여 어떠한 핀에서건 일반적인 전압 레벨(-0.5V ~ +5.5V)이 아닌 높은 전압이 발견되면 즉시 시험은 자동적으로 정지되고 관련 정보는 화면에 표시됩니다.
2. 전원 핀 검사 : 시스템은 전원 핀들 (VCC, GND)을 디바이스의 데이터시트와 같은 지 확인하고 테스트 프로그램의 핀 번호는 IC 클립 위치에 따라 올바른 물리 채널 번호로 변경되어 이후 시험에 사용됩니다. 이러한 기능은 테스트 클립의 좌우가 바뀌거나 핀이 밀려 잘못 연결되더라도 시험이 수행될 수 있는 Automatic Clip Positioning을 가능하게 합니다.
3. 핀 임피던스 시험 : PCB상의 트랙 손상이나 솔더링에 관련된 문제, 또는 개방이나 단락 회로를 찾기 위해 각 핀에 대한 임피던스를 확인합니다.
4. 입력 측 단락 회로 시험 : 입력 핀이 VCC나 GND 등의 전원에 단락되거나 쇼트 되었는지를 시험하고 확인하는 것은 매우 중요합니다.
5. 회로 연결 확인 시험 : 부품은 전체가 스캐닝 되어 서로 연결된 것이 있을 경우 화면에 표시합니다. 연결은 설계상 그렇게 되었을 수 있거나 또는 고장에 의해 생성될 수도 있습니다. 이러한 연결은 양품과 불량의 비교 시험에서 하나의 부분 시험으로서 유용하게 활용됩니다.
6. 전압의 임계 값 확인 : 입력 전압들을 측정하고 일반적인 IC 전압과 비교합니다. 
7. 신호 검출 : 시스템은 클록 신호와 같은 변화하는 신호를 조사합니다. 만일 이러한 신호가 발견될 경우 사용자에게 관련 정보를 제공합니다.
8. 백드라이빙 입력 : 진리표 시험을 하기 전에 입력 핀이 풀업/풀다운되었는지를 결정하기 위해 해당 핀에 백드라이빙을 가합니다.
9. 출력 핀 쇼트 확인 시험 : 출력이 VCC나 GND에 단락된 경우에는 고장 상태로 표시됩니다. 시스템은 VCC, GND와 Low/High의 로직 레벨을 각각 구분할 수 있습니다. 출력 핀에서 전원이 감지될 경우에는 회로 보호를 위해 시험을 즉시 정지시키고 관련 고장 핀에 대한 정보를 화면에 표시합니다.
10. 시험 채널 설정 : 진리표 시험을 시작할 수 있도록 IC 입력에 연결된 채널은 발견된 조건에 따라 순차적으로 활성화되거나 비활성화될 수 있습니다.
11. 진리표 시험 (Truth Table Test) : 사용자가 미리 정의하고 설정한 상태로 모듈에 전원이 인가되면 시험이 시작됩니다. 시스템에 설정된 부품 라이브러리의 상태에 따라 신호가 동시에 입력 핀에 인가됩니다. IC가 정상적으로 정확하고 유효한 논리 레벨로 진리표처럼 동작하는지 입력 조건에 따른 출력 전압은 측정하여 비교 합니다. 만일 적합하지 않을 경우 시험은 실패할 것이고 HIGH, LOW, MIG HIGH나 MID LOW와 같이 표시될 수 있습니다.
12. 전압 시험 (Voltage Test) : 시스템은 고장 진단 과정에서 도움을 주기 위해 각 핀의 전압을 측정합니다. 각 핀에서 측정된 전압은 화면에 표시됩니다.
13. 열특성 시험 (Thermal Test) : 인가된 구동 전원이 차단되고 전류에 의한 내부 온도가 측정됩니다. 전원이 스위치 오프되면 내부 온도의 표시 장치는 일반적으로 출력 핀에서 보호 다이오드에 의해 소비되는 전류의 존재에 기초하여 측정됩니다.
14. 디지털 V-I 시험 (Digital V-I Test) : 전원 오프 시험으로 디바이스상의 그라운드를 기준으로 전류를 제한하는 저항을 통해 교류 신호를 인가한 후 대응하는 각 핀의 전류 값을 측정합니다. 전압에 대응 하는 전류의 측정을 통해 누설과 과부하나 오픈 또는 단락 회로 등으로 인한 내부 손상과 같은 고장을 검출할 수 있습니다.

적은 세부 사항과 더 상세한 결과

실용적인 측면에서 사용자들을 위한 주요 이점은 시험하고 있는 컴포넌트에 대해 신속하고 명확한 PASS 나  FAIL 결과를 제공한다는 점입니다. 고장 결과를 통해 부품을 교체할 수 있게 하거나 사용자에게 고장의 원인을 추정할 수 있도록 실마리를 제공하기도 합니다.

ABI의 보드마스터는 특별한 기능중 하나는 AMS 모듈의 3D V-I 테스터입니다. 수리 엔지니어는 자신의 DSO나 그 외 다른 기기를 이용해 오래전부터 전자부품에 대한 V-I 시그니처 형상 분석을 했습니다. ABI는 간단하고 실용적인 사용자 인터페이스를 제공하는 다수의 채널(최대 2048채널)을 이용 할 수 있는 기술을 개발했습니다.

뿐만 아니라, AMS의 3D V-I는 출력 전압(+/-25V)과 최소 1Hz부터 최대 10kHz까지의 주파수 대역을 자동으로 실행해 V-I-F 모드를 수행할 수 있고 측정된 결과를 화면에 3차원 그래프로 출력합니다. 전원 오프 비교 시험은 시험 대상 장치 내부의 어떠한 변화나 고장에 대해 실마리를 제공할 수 있습니다.

시험을 위해 제공되는 특별한 프로브를 이용하거나 테스트 클립과 케이블 조립 체를 이용할 수 도 있습니다. PCB I/O 커넥터나 카드 엣지 등의 커넥터에 직접 케이블을 연결하고 이를 양품과 비교하거나 저장된 양품의 데이터와 비교, 분석해 PASS 나  FAIL 을 결정할 수 있습니다.

ABI의 SYSTEM8 Ultimate Software는 엔지니어가 고장 난 PCB에서 복잡한 시험을 수행하고 측정할 수 있도록 미리 디자인된 측정 및 시험 기기들이 포함되어 있어 이를 이용해 PCB 상의 각종 시험을 수행할 수 있습니다. 소프트웨어는 자동으로 시험을 수행하고 결과를 기록하게 함으로서 생산성을 향상시킬 뿐만 아니라 전체적인 고장 수리 과정을 좀 더 흥미롭게 만들어 줍니다.

보드마스터를 이용한 고장 진단을 위한 시험은 크게 전원 오프 시험(Power Off Test)과 전원 인가 시험으로 구분할 수 있습니다. 전원 오프 시험은 인서킷 상에서 V-I matrix, 3D V-I, V-I Comparision과 같이 전통적인 V-I 시험을 수행하여 고장을 찾아냅니다. 전원 인가 시험(Power On Test)에는 인서킷 시험과 아웃오브 서킷 시험으로 구분할 수 있습니다. 각종 디지털 IC나 아날로그 IC를 PCB 회로에서 떼어 내지 않고 PCB상에서 테스트 클립을 연결하여 수행하는 시험입니다. 디지털 IC에 대한 인서킷 시험을 수행할 경우 앞서 설명한 15가지 정도의 단계별 시험을 내부적으로 수행하여 결과를 표시합니다. 아웃오브 서킷 시험의 경우 별도의 어댑터를 이용해 IC나 부품을 떼어내어 시험을 수행하는 것을 말합니다.

소프트웨어의 주요 기능 중 하나인 테스트플로우 관리자는 PCB 고장진단 및 수리, 검사 업무에 매우 유용하게 활용될 수 있습니다. 아마도 수리에 대한 기존 개념을 획기적으로 변화시킬 수 있을 것입니다. 주요 핵심 사항으로 시험에 참여하는 기기들에 대해서 설정을 위한 각종 파라미터를 저장할 수 있고 시험 절차와 많은 양의 참고 자료를 해당 절차에 포함시킬 수 있습니다. 각 단계별 작업을 만들고 이를 수행할 경우 비록 숙련된 기술자가 아니더라도 훌륭한 결과를 생성할 수 있도록 돕습니다.

사용자의 모든 시험 명령과 기기 운영의 모든 정보를 한곳에 갖게 된다.

 

 

우리는 테스트플로우를 이용한다면 처음 회로를 수리할 경우 엔지니어에 의해 설정되어 수행되어야 하는 모든 기기를 이용한 시험과 PCB 고장 진단에 소요되는 시간의 80프로 정도를 감소시킬 수 있습니다.

이러한 주장은 DOS나 DMM등을 이용해 측정을 하는 사례에 근거한 것으로 실제 80%의 시간동안 계측기나 기기의 설정과 관련된 일에 시간을 소요하고 정작 고장 검출과 시험에 소요되는 시간은 20%정도밖에 되지 않습니다.

테스트플로우를 만드는 누구나 시험에 필요한 기기를 메뉴에서 선정하고 설정을 변경함으로써 이러한 일련의 작업과 내용이 하나의 항목으로 생성되어 절차화 됩니다. 이렇게 생성된 테스트플로우는 수리나 점검, 고장 진단 경험이 적은 동료들도 시험을 수행하고 훌륭한 결과를 생성할 수 있기 때문에 선임 엔지니어는 더 많은 테스트플로우를 개발에 집중할 수 있을 것입니다.

또 다른 장점으로 고장 수리를 위해 양품의 PCB가 없어도 된다는 점입니다. 모든 테스트 포인트에서의 시험 결과는 ABI의 테스트플로우에 결과로 저장되기 때문에 이를 토대로 양품처럼 비교 시험에 활용할 수 있습니다. 고장 난 PCB가 수리되는 과정에서의 테스트플로우에 저장되는 모든 정보는 향후 반복되는 수리에 매우 유용하게 활용될 수 있습니다. 이는 수리에 대한 철학과 개념을 새롭게 탄생시킨 아이디어에 의한 것입니다. 따라서 한번 수리된 PCB와 동일한 PCB가 향후에 고장 수리를 위해 접수될 경우 테스트플로우는 이미 저장된 정보와 새로운 PCB를 비교해 PASS 나  FAIL 을 결정하게 됩니다.

수리를 시작할 때 양품의 PCB가 없을 경우 하나하나의 점검 과정과 시험, 수리 과정을 일지로 기록할 수 있어 이를 향후 반복된 작업에 활용할 수 있게 하는 대단히 유용한 도구입니다. 이러한 수리 과정의 기록들은 수리 엔지니어의 전문 지식을 데이터베이스화 할 수 있는 아주 훌륭한 방법입니다. 고장 난 부품을 교체한 다음에는 이미 했던 몇 가지 관련된 시험을 다시 해야 할 경우가 있는데 이런 경우에도 테스트플로우는 멋진 도구로 활용될 수 있습니다.

8-in-1 MIS4의 기능에 대하여

ABI는 새로운 모듈과 흥미로운 기능으로 고객을 놀라게 하고 있습니다. 최근에 보드마스터에는 세계 최초로 PCB 수리에 반드시 필요한 8가지 종류의 다양한 계측기기를 하나의 모듈로 통합한 MIS4가 추가되었습니다. MIS4는 고사양의 다기능 계측기로 아래와 같은 기능을 제공합니다.

  • 3 채널 350MHz 디지털 오실로스코프 - 정교한 트리거와 자동 측정 기능
  • 1.1 GHz 범용 주파수 계수기 + 3개 350MHz 계수기
  • 2 채널 임의 파형함수 발생기 (14비트, 25MHz)
  • 전류 측정기
  • 전압 측정기
  • 저항 측정기
  • 4채널 전원 공급기
  • 8 개 채널의 프로그래머블 I/O

 
 
 리버스엔지니어링 회로 학습 도구, JTAG Boundary Scan Tester, 위조 전자부품 검출기 SENTRY, 핸디형 IC 테스터 등 더 많은 ABI 제품에 대해 알고 싶은 경우 아래의 홈페이지를 방문해 주시기 바랍니다.

www.incoretech.co.kr
www.abielectronics.co.uk

ABI의 보드마스터8000Plus는 철도, 전력, 국방, 시험, 제조, 통신, 일반수리 분야에서 다양하게 활용되고 있습니다.

“PCB 고장 진단 및 수리에 최적화된 유용한 도구입니다.”


 
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2016. 4. 19. 오전 2:45