PCB檢測方法研究

摘要：為了盡快查找PCB的故障，通過分析引起PCB故障的常見原因，結(jié)合電路知識，在長期實踐中總結(jié)出一套極具操作性的PCB檢測流程及遵循的四個”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(jié)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(shè)備，小到電子手表、計算器，大到計算機(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，都要使用印制板。

正是由于PCB應(yīng)用范圍的廣泛，對于PCB有可能出現(xiàn)的故障，本文在大量實踐的基礎(chǔ)上總結(jié)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，希望能對實踐當(dāng)中電路板檢測工作提供有益的參考。

1 PCB及其常見故障因素分析

1.1 PCB概述

PCB是印制電路板的簡稱，它是將電子設(shè)備中各元器件之間的連線事先通過一系列過程刻蝕到覆銅板上，電子設(shè)備采用印制板后，由于同類印制板的一致性，從而避免了人工接線的差錯，并可實現(xiàn)電子元器件自動插裝或貼裝、自動焊錫、自動檢測，保證了電子設(shè)備的質(zhì)量，提高了勞動生產(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程中難免出現(xiàn)各種故障。通過長期的實踐，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、周圍元器件電磁等于擾;

2)電路板組件損壞，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作;

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)備的元器件無損害，導(dǎo)致不能工作的原因由焊點虛焊等原因造成，這會導(dǎo)致電路開路或短路;

據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，電路板中最常見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(yīng)做的工作

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

2)詢問電路板故障時有什么現(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檢測的一般過程，分析以上流程圖可知，檢測PCB首先應(yīng)觀察電路板的結(jié)構(gòu)和外觀，接著對有可能出現(xiàn)故障的元器件進(jìn)行測試，在找到故障點后，對故障點進(jìn)行修復(fù)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(shù)進(jìn)行測試。其中對分立元件、集成電路等電路構(gòu)成是其中的重點，我們把該流程圖轉(zhuǎn)化為PCB檢測中的四條“先后”原則，即先看后量、先外后內(nèi)、先易后繁和先靜后動。

2.2.1 從人工觀察到儀器測量，即“先看后量”

電子設(shè)備中的元件和它們之間的導(dǎo)線幾乎都分布于電路板表面，當(dāng)一塊電路板出現(xiàn)故障時，應(yīng)該首先對其利用肉眼觀察，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)確地找到問題所在，無論使用何種方法，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)各元件焊點是否存在虛焊、漏焊、引腳插錯等操作方面的問題;

通過以上對電路板所作的初步觀察與判斷，很多情況下已經(jīng)可以找出問題的所在，但有些問題是不容易被肉眼觀察到，所以這時可以采用常用測試儀表如萬用表來進(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，這時用萬用測量電路板中電源與地的阻值，如果測量值太小，例如幾個或十幾個歐姆，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。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，感覺各器件表面的溫度，能感覺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(jié)果正常，再接著用萬用表測量電路板上的各種元件的輸入輸出的電參數(shù)，對照已知的元件參數(shù)來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題元件是非常重要的。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，由于PCB制作的要求及電路結(jié)構(gòu)的特點，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%。為了便于實現(xiàn)與內(nèi)外電路連接，外圍元件的主要功能在于驅(qū)動、轉(zhuǎn)換、隔離、保護(hù)和通訊，所以在PCB進(jìn)行布局時往往被安置在電路板外圍，電路板工作時受到諸如電流浪涌、震動、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(nèi)層元件的各項電參數(shù)進(jìn)行檢測。

2.2.3 從簡單到復(fù)雜，即“先易后繁”

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

1)PCB測試前應(yīng)做的工作

電路板仿真是設(shè)計電路板一種很有效的方式，這樣可以大大減少設(shè)計的周期及成本，但仿真都是在各元件理想的狀況下出來的結(jié)果，忽視了實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，使其工作在開路狀態(tài)，為了避免測試對CPU的影響，應(yīng)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單元件入手，逐步檢測更加復(fù)雜的元件，這是由于越簡單的元件，越容易發(fā)現(xiàn)它的問題。在對器件進(jìn)行檢測過程中采用排除法，即“測試一個通過一個”，并做記錄;對測試未通過的，為了確保準(zhǔn)確性，可再測試一遍，若還是未通過，可先記錄結(jié)果，然后測量下一個，直到測試完電路板上的元件。對于那些測試未通過的元件，可將其作為重點懷疑對象。

3)不同測試方法間的補(bǔ)充

在實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，比較簡便的方法是從簡單的測試方法入手，簡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單方法是不容易發(fā)現(xiàn)問題的，這時就應(yīng)該選擇更先進(jìn)的方法作為補(bǔ)充。PCB測試方法經(jīng)歷了人工目測(MVI)，到在線測試(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)檢測到動態(tài)檢測，即“先靜后動”

前面提到的無論是萬用表還是在線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，無法暴露，使得故障原因無法診斷。因此，當(dāng)使用靜態(tài)檢測無法找到故障時，可通過給電路板電源端供電，采用萬用表等測試儀器對PCB進(jìn)行動態(tài)檢測。這種方法往往在檢測IC(集成電路)時使用較多，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它的引腳，這就要求對各引腳的功能熟悉。以下是采用萬用表對集成電路進(jìn)行動態(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測量電阻，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，該等效電阻稱為該腳內(nèi)部直流電阻，簡稱R內(nèi)。所以可以通過萬用表測量各引腳的內(nèi)部直流電阻來判斷各引腳的狀態(tài)，如果測得各引腳的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，若與參考值相差過大，表明集成芯片內(nèi)部出現(xiàn)了問題，應(yīng)進(jìn)行更換。在檢測中常將在線電壓與在線電阻的測量方法結(jié)合使用。

3 結(jié)束語

當(dāng)前，結(jié)合多種學(xué)科的PCB測試技術(shù)越來越多樣化，每一種測試技術(shù)都有各自的適用范圍，例如在線測試法會受到器件測試庫的限制，邊界掃描法對參照電路板有嚴(yán)格的要求。所以在實踐中為了使PCB檢測準(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原則，靈活運用各種檢測技術(shù)，將使PCB檢測工作更加自動化、智能化、高效化。