PCB檢測方法研究

摘要：為了盡快查找PCB的故障，通過(guò)分析引起PCB故障的常見(jiàn)原因，結合電路知識，在長(cháng)期實(shí)踐中總結出一套極具操作性的PCB檢測流程及遵循的四個(gè)”先后”原則。最后，從檢測手段和檢測技術(shù)發(fā)展的角度，總結了PCB檢測的發(fā)展趨勢。

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

正是由于PCB應用范圍的廣泛，對于PCB有可能出現的故障，本文在大量實(shí)踐的基礎上總結出了一套極具操作性的檢測方法，這套檢測方法以檢測流程和四條“先后”檢測原則的方式提供給大家，希望能對實(shí)踐當中電路板檢測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，電子設備采用印制板后，由于同類(lèi)印制板的一致性，從而避免了人工接線(xiàn)的差錯，并可實(shí)現電子元器件自動(dòng)插裝或貼裝、自動(dòng)焊錫、自動(dòng)檢測，保證了電子設備的質(zhì)量，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低了成本，并便于維修。

印制板從單層發(fā)展到雙面、多層和撓性，并且仍舊保持著(zhù)各自的發(fā)展趨勢。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，使得印制板在未來(lái)電子設備的發(fā)展工程中，仍將保持強大的生命力。

1.2 PCB常見(jiàn)故障因素分析

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

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

2)電路板組件損壞，導致系統無(wú)法正常工作;

3)元器件性能因自身原因不穩定，導致設備工作不穩定;

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

據相關(guān)統計，電路板中最常見(jiàn)的故障通常都由以下因素引發(fā)。

2 PCB檢測的一般流程及檢測原則

2.1 PCB檢測前應做的工作

1)了解該設備工作時(shí)的環(huán)境，主要考慮外界電參數對設備有可能造成的影響;

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

3)仔細查看電路板上的元器件，找出對電路板起到關(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檢測的一般流程及遵循的原則

PCB檢測的一般流程如圖2所示。

該流程圖從整體上給出了PCB檢測的一般過(guò)程，分析以上流程圖可知，檢測PCB首先應觀(guān)察電路板的結構和外觀(guān)，接著(zhù)對有可能出現故障的元器件進(jìn)行測試，在找到故障點(diǎn)后，對故障點(diǎn)進(jìn)行修復或更換新的元器件，最后采用儀器儀表對電路板相關(guān)電路參數進(jìn)行測試。其中對分立元件、集成電路等電路構成是其中的重點(diǎn)，我們把該流程圖轉化為PCB檢測中的四條“先后”原則，即先看后量、先外后內、先易后繁和先靜后動(dòng)。

2.2.1 從人工觀(guān)察到儀器測量，即“先看后量”

電子設備中的元件和它們之間的導線(xiàn)幾乎都分布于電路板表面，當一塊電路板出現故障時(shí)，應該首先對其利用肉眼觀(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確地找到問(wèn)題所在，無(wú)論使用何種方法，應著(zhù)重發(fā)現是否有以下情形：

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、亂接現象;

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

通過(guò)以上對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)用測量電路板中電源與地的阻值，如果測量值太小，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，當然有些元件在正常工作時(shí)溫度是挺高，這就需要我們對各種元件性能熟悉。如果測量結果正常，再接著(zhù)用萬(wàn)用表測量電路板上的各種元件的輸入輸出的電參數，對照已知的元件參數來(lái)判斷元件是否工作在正常狀態(tài)。

2.2.2 從外圍到內層，即“先外后內”

根據前面分析得知，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。據相關(guān)統計，由于PCB制作的要求及電路結構的特點(diǎn)，處在外圍和次外圍的元器件最容易導致電路板損壞，比例達到86%。為了便于實(shí)現與內外電路連接，外圍元件的主要功能在于驅動(dòng)、轉換、隔離、保護和通訊，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故障，顯然外圍元件是最容易受到影響的。而處于較內層的元器件一般主要進(jìn)行信號的產(chǎn)生、放大和傳遞，在首先對外圍元件進(jìn)行檢測后，再對內層元件的各項電參數進(jìn)行檢測。

2.2.3 從簡(jiǎn)單到復雜，即“先易后繁”

在對PCB檢測的過(guò)程中，需要采用一些測試技術(shù)，這些測試技術(shù)的使用應遵循“先易后繁”的原則。

1)PCB測試前應做的工作

電路板仿真是設計電路板一種很有效的方式，這樣可以大大減少設計的周期及成本，但仿真都是在各元件理想的狀況下出來(lái)的結果，忽視了實(shí)際工作中受到的各種干擾，所以在測試前屏蔽各種干擾對測試效果有很大的影響。一般屏蔽方法有：將晶振短路，另外因為電容的充放電同樣也能產(chǎn)生干擾，對大的電解電容要焊下一條腳，使其工作在開(kāi)路狀態(tài)，為了避免測試對CPU的影響，應將CPU拆下。

2)特定檢測方法使用中的“先易后繁”

對元器件的檢測往往從簡(jiǎn)單元件入手，逐步檢測更加復雜的元件，這是由于越簡(jiǎn)單的元件，越容易發(fā)現它的問(wèn)題。在對器件進(jìn)行檢測過(guò)程中采用排除法，即“測試一個(gè)通過(guò)一個(gè)”，并做記錄;對測試未通過(guò)的，為了確保準確性，可再測試一遍，若還是未通過(guò)，可先記錄結果，然后測量下一個(gè)，直到測試完電路板上的元件。對于那些測試未通過(guò)的元件，可將其作為重點(diǎn)懷疑對象。

3)不同測試方法間的補充

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

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

前面提到的無(wú)論是萬(wàn)用表還是在線(xiàn)測試法等對電路板上元器件的檢測都屬于靜態(tài)檢測的，但產(chǎn)生故障的原因有時(shí)很復雜，導致故障在靜態(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，當使用靜態(tài)檢測無(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)用表等測試儀器對PCB進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測。這種方法往往在檢測IC(集成電路)時(shí)使用較多，這是因為集成電路包含集成器件較多，而集成器件在電路中的連接都是通過(guò)它的引腳，這就要求對各引腳的功能熟悉。以下是采用萬(wàn)用表對集成電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測的方法。

一種方法是測量引腳的電壓，對于不同的引腳在電路板正常供電時(shí)的電壓值應是不同的，但使用這種方法應考慮多方面的影響，如引腳反應不靈敏，相鄰元件是否存在故障等。另外一種方法是在線(xiàn)測量電阻，由于IC內部都采用直接耦合，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)為該腳內部直流電阻，簡(jiǎn)稱(chēng)R內。所以可以通過(guò)萬(wàn)用表測量各引腳的內部直流電阻來(lái)判斷各引腳的狀態(tài)，如果測得各引腳的R內與參考數值一致，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，表明集成芯片內部出現了問(wèn)題，應進(jìn)行更換。在檢測中常將在線(xiàn)電壓與在線(xiàn)電阻的測量方法結合使用。

3 結束語(yǔ)

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