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為了盡快查找PCB制板的故障，本文通過(guò)分析引起PCB故障的常見(jiàn)原因，結(jié)合電路知識(shí)，在長(zhǎng)期實(shí)踐中總結(jié)出一套極具操作性的PCB故障檢測(cè)流程及遵循的四個(gè)“先后”原則。最后，從檢測(cè)手段和檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的角度，總結(jié)了PCB故障檢測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)。

印制電路板(PCB)是電子工業(yè)的重要部件之一。幾乎所有電子設(shè)備，小到電子手表、計(jì)算器，大到計(jì)算機(jī)，通訊電子設(shè)備，軍用武器系統(tǒng)，只要有集成電路等電子元器件，為了它們之間的電氣互連，都要使用印制電路板。

正是由于PCB應(yīng)用范圍的廣泛，對(duì)于PCB有可能出現(xiàn)的故障，本文在大量實(shí)踐的基礎(chǔ)上總結(jié)出了一套極具操作性的檢測(cè)方法，這套檢測(cè)方法以檢測(cè)流程和四條“先后”檢測(cè)原則的方式提供給大家，希望能對(duì)實(shí)踐當(dāng)中電路板檢測(cè)工作提供有益的參考。

 

1 PCB及其常見(jiàn)故障因素分析

1.1 PCB概述

PCB是印制電路板的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是將電子設(shè)備中各元器件之間的連線(xiàn)事先通過(guò)一系列過(guò)程刻蝕到覆銅板上，電子設(shè)備采用印制電路板后，由于同類(lèi)印制電路板的一致性，從而避免了人工接線(xiàn)的差錯(cuò)，并可實(shí)現(xiàn)電子元器件自動(dòng)插裝或貼裝、自動(dòng)焊錫、自動(dòng)檢測(cè)，保證了電子設(shè)備的質(zhì)量，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低了成本，并便于維修。

印制電路板從單層發(fā)展到雙面、多層和撓性，并且仍舊保持著各自的發(fā)展趨勢(shì)。由于不斷地向高精度、高密度和高可靠性方向發(fā)展，不斷縮小體積、減少成本、提高性能，使得印制電路板在未來(lái)電子設(shè)備的發(fā)展工程中，仍將保持強(qiáng)大的生命力。

 

1.2 PCB常見(jiàn)故障因素分析

隨著電路的復(fù)雜化和元器件的集成化，電路板在制作和使用過(guò)程中難免出現(xiàn)各種故障。通過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐，本文總結(jié)出了電路板出現(xiàn)故障主要有以下幾方面因素：

1) 電路板結(jié)構(gòu)布局不夠合理，受到布線(xiàn)、周?chē)骷姶诺扔跀_;

2) 電路板組件損壞，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常工作;

3) 元器件性能因自身原因不穩(wěn)定，導(dǎo)致設(shè)備工作不穩(wěn)定;

4) 電子設(shè)備的元器件無(wú)損害，導(dǎo)致不能工作的原因由焊點(diǎn)虛焊等原因造成，這會(huì)導(dǎo)致電路開(kāi)路或短路;

據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，電路板中最常見(jiàn)的故障通常都由以下因素引發(fā)。

 

2 PCB故障檢測(cè)的一般流程及檢測(cè)原則

2.1 PCB故障檢測(cè)前應(yīng)做的工作

1) 了解該設(shè)備工作時(shí)的環(huán)境，主要考慮外界電參數(shù)對(duì)設(shè)備有可能造成的影響;

2) 詢(xún)問(wèn)電路板故障時(shí)有什么現(xiàn)象，并分析導(dǎo)致故障的原因;

3) 仔細(xì)查看電路板上的元器件，找出對(duì)電路板起到關(guān)鍵作用是哪些元件;

4) 做好防電磁、靜電等干擾措施。

 

2.2 PCB故障檢測(cè)的一般流程及遵循的原則

PCB故障檢測(cè)的一般流程如圖2所示。

該流程圖從整體上給出了PCB故障檢測(cè)的一般過(guò)程，分析以上流程圖可知，檢測(cè)PCB首先應(yīng)觀(guān)察電路板的結(jié)構(gòu)和外觀(guān)，接著對(duì)有可能出現(xiàn)故障的元器件進(jìn)行測(cè)試，在找到故障點(diǎn)后，對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)或更換新的元器件，最后采用儀器儀表對(duì)電路板相關(guān)電路參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。其中對(duì)分立元件、集成電路等電路構(gòu)成是其中的重點(diǎn)，我們把該流程圖轉(zhuǎn)化為PCB故障檢測(cè)中的四條“先后”原則，即先看后量、先外后內(nèi)、先易后繁和先靜后動(dòng)。

 

2.2.1 從人工觀(guān)察到儀器測(cè)量，即“先看后量”

電子設(shè)備中的元件和它們之間的導(dǎo)線(xiàn)幾乎都分布于電路板表面，當(dāng)一塊電路板出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)該首先對(duì)其利用肉眼觀(guān)察，如果想要獲得更好的效果，借助顯微鏡、放大鏡等光學(xué)儀器可以幫助我們更準(zhǔn)確地找到問(wèn)題所在，無(wú)論使用何種方法，應(yīng)著重發(fā)現(xiàn)是否有以下情形：

1) 元器件之間的連接是否完整，電源、地等特殊點(diǎn)是否工作正常;

2) 集成芯片、二極管、三極管、電阻、電解電容、電感等元件各引腳是否存在少接、亂接現(xiàn)象;

3) 各元件焊點(diǎn)是否存在虛焊、漏焊、引腳插錯(cuò)等操作方面的問(wèn)題;

通過(guò)以上對(duì)電路板所作的初步觀(guān)察與判斷，很多情況下已經(jīng)可以找出問(wèn)題的所在，但有些問(wèn)題是不容易被肉眼觀(guān)察到，所以這時(shí)可以采用常用測(cè)試儀表如萬(wàn)用表來(lái)進(jìn)一步判斷故障原因。電路板的電源和地之間的阻值通常是比較固定的，一般大于70～80 Ω，這時(shí)用萬(wàn)用測(cè)量電路板中電源與地的阻值，如果測(cè)量值太小，例如幾個(gè)或十幾個(gè)歐姆，表明電路板上有元器件很有可能被擊穿或部分擊穿，這樣就需要首先將被擊穿的元件找出來(lái)。通常操作流程是將電路板與電源正常連接后，用手去摸電路板，感覺(jué)各器件表面的溫度，能感覺(jué)到燙手有可能就是被擊穿的元件，當(dāng)然有些元件在正常工作時(shí)溫度是挺高，這就需要我們對(duì)各種元件性能熟悉。如果測(cè)量結(jié)果正常，再接著用萬(wàn)用表測(cè)量電路板上的各種元件的輸入輸出的電參數(shù)，對(duì)照已知的元件參數(shù)來(lái)判斷元件是否工作在正常狀態(tài)。

 

2.2.2 從外圍到內(nèi)層，即“先外后內(nèi)”

根據(jù)前面分析得知，元器件引起的電路板故障所占的比例最大，所以如何更高效地找到問(wèn)題元件是非常重要的。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，由于PCB制作的要求及電路結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，處在外圍和次外圍的元器件最容易導(dǎo)致電路板損壞，比例達(dá)到86%。為了便于實(shí)現(xiàn)與內(nèi)外電路連接，外圍元件的主要功能在于驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)換、隔離、保護(hù)和通訊，所以在PCB進(jìn)行布局時(shí)往往被安置在電路板外圍，電路板工作時(shí)受到諸如電流浪涌、震動(dòng)、外部電源沖擊、引起的噪聲和塵埃而出現(xiàn)故障，顯然外圍元件是最容易受到影響的。而處于較內(nèi)層的元器件一般主要進(jìn)行信號(hào)的產(chǎn)生、放大和傳遞，在首先對(duì)外圍元件進(jìn)行檢測(cè)后，再對(duì)內(nèi)層元件的各項(xiàng)電參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。

 

2.2.3 從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，即“先易后繁”

在對(duì)PCB故障檢測(cè)的過(guò)程中，需要采用一些測(cè)試技術(shù)，這些測(cè)試技術(shù)的使用應(yīng)遵循“先易后繁”的原則。

1) PCB測(cè)試前應(yīng)做的工作

電路板仿真是設(shè)計(jì)電路板一種很有效的方式，這樣可以大大減少設(shè)計(jì)的周期及成本，但仿真都是在各元件理想的狀況下出來(lái)的結(jié)果，忽視了實(shí)際工作中受到的各種干擾，所以在測(cè)試前屏蔽各種干擾對(duì)測(cè)試效果有很大的影響。一般屏蔽方法有：將晶振短路，另外因?yàn)殡娙莸某浞烹娡瑯右材墚a(chǎn)生干擾，對(duì)大的電解電容要焊下一條腳，使其工作在開(kāi)路狀態(tài)，為了避免測(cè)試對(duì)CPU的影響，應(yīng)將CPU拆下。

2) 特定檢測(cè)方法使用中的“先易后繁”

對(duì)元器件的檢測(cè)往往從簡(jiǎn)單元件入手，逐步檢測(cè)更加復(fù)雜的元件，這是由于越簡(jiǎn)單的元件，越容易發(fā)現(xiàn)它的問(wèn)題。在對(duì)器件進(jìn)行檢測(cè)過(guò)程中采用排除法，即“測(cè)試一個(gè)通過(guò)一個(gè)”，并做記錄;對(duì)測(cè)試未通過(guò)的，為了確保準(zhǔn)確性，可再測(cè)試一遍，若還是未通過(guò)，可先記錄結(jié)果，然后測(cè)量下一個(gè)，直到測(cè)試完電路板上的元件。對(duì)于那些測(cè)試未通過(guò)的元件，可將其作為重點(diǎn)懷疑對(duì)象。

3) 不同測(cè)試方法間的補(bǔ)充

在實(shí)踐中如果只使用一種方法進(jìn)行測(cè)試也許仍然找不到故障所在，比較簡(jiǎn)便的方法是從簡(jiǎn)單的測(cè)試方法入手，簡(jiǎn)單方法可以找到故障的就不用復(fù)雜方法，當(dāng)然有些情形下使用簡(jiǎn)單方法是不容易發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的，這時(shí)就應(yīng)該選擇更先進(jìn)的方法作為補(bǔ)充。PCB測(cè)試方法經(jīng)歷了人工目測(cè)(MVI)，到在線(xiàn)測(cè)試(ICT)，再到邊界掃面技術(shù)(BST)，目前又增添了非矢量測(cè)試技術(shù)。

 

2.2.4 從靜態(tài)檢測(cè)到動(dòng)態(tài)檢測(cè)，即“先靜后動(dòng)”

前面提到的無(wú)論是萬(wàn)用表還是在線(xiàn)測(cè)試法等對(duì)電路板上元器件的檢測(cè)都屬于靜態(tài)檢測(cè)的，但產(chǎn)生故障的原因有時(shí)很復(fù)雜，導(dǎo)致故障在靜態(tài)，也就是在電路板不通電的情形下，無(wú)法暴露，使得故障原因無(wú)法診斷。因此，當(dāng)使用靜態(tài)檢測(cè)無(wú)法找到故障時(shí)，可通過(guò)給電路板電源端供電，采用萬(wàn)用表等測(cè)試儀器對(duì)PCB進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)。這種方法往往在檢測(cè)IC(集成電路)時(shí)使用較多，這是因?yàn)榧呻娐钒善骷^多，而集成器件在電路中的連接都是通過(guò)它的引腳，這就要求對(duì)各引腳的功能熟悉。以下是采用萬(wàn)用表對(duì)集成電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)的方法。

一種方法是測(cè)量引腳的電壓，對(duì)于不同的引腳在電路板正常供電時(shí)的電壓值應(yīng)是不同的，但使用這種方法應(yīng)考慮多方面的影響，如引腳反應(yīng)不靈敏，相鄰元件是否存在故障等。另外一種方法是在線(xiàn)測(cè)量電阻，由于IC內(nèi)部都采用直接耦合，使得IC的其它引腳與接地腳之間的直流電阻阻值比較固定，該等效電阻稱(chēng)為該腳內(nèi)部直流電阻，簡(jiǎn)稱(chēng)R內(nèi)。所以可以通過(guò)萬(wàn)用表測(cè)量各引腳的內(nèi)部直流電阻來(lái)判斷各引腳的狀態(tài)，如果測(cè)得各引腳的R內(nèi)與參考數(shù)值一致，可以確定該集成電路工作正常，反之，若與參考值相差過(guò)大，表明集成芯片內(nèi)部出現(xiàn)了問(wèn)題，應(yīng)進(jìn)行更換。在檢測(cè)中常將在線(xiàn)電壓與在線(xiàn)電阻的測(cè)量方法結(jié)合使用。

 

3 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前，結(jié)合多種學(xué)科的PCB測(cè)試技術(shù)越來(lái)越多樣化，每一種測(cè)試技術(shù)都有各自的適用范圍，例如在線(xiàn)測(cè)試法會(huì)受到器件測(cè)試庫(kù)的限制，邊界掃描法對(duì)參照電路板有嚴(yán)格的要求。所以在實(shí)踐中為了使PCB故障檢測(cè)準(zhǔn)確率和效率更高，以本文提出的一般流程為參考并遵循四條檢測(cè)原則，靈活運(yùn)用各種檢測(cè)技術(shù)，將使PCB故障檢測(cè)工作更加自動(dòng)化、智能化、高效化。