电路板的基础知识详细解析

时间: 2022-01-13

  www.jevius.com,电路板的名称有:陶瓷电路板,氧化铝陶瓷电路板,氮化铝陶瓷电路板,线路板,PCB板,铝基板,高频板,厚铜板,阻抗板,PCB,超薄线路板,超薄电路板,印刷(铜刻蚀技术)电路板等。电路板使电路迷你化、直观化,对于固定电路的批量生产和优化用电器布局起重要作用。电路板可称为印刷线路板或印刷电路板,英文名称为(Printed Circuit Board)PCB、(Flexible Printed Circuit board)FPC线路板(FPC线路板又称柔性线路板柔性电路板是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的一种具有高度可靠性,绝佳的可挠性印刷电路板。具有配线密度高、重量轻、厚度薄、弯折性好的特点。)和软硬结合板(reechas,Soft and hard combination plate)-FPC与PCB的诞生与发展,催生了软硬结合板这一新产品。因此,软硬结合板,就是柔性线路板与硬性线路板,经过压合等工序,按相关工艺要求组合在一起,形成的具有FPC特性与PCB特性的线路板。

  首先是单面板,在最基本的PCB上,零件集中在其中一面,导线则集中在另一面上。因为导线只出现在其中一面,所以就称这种PCB叫作单面线路板。单面板通常制作简单,造价低,但是缺点是无法应用于太复杂的产品上。

  双面板是单面板的延伸,当单层布线不能满足电子产品的需要时,就要使用双面板了。双面都有覆铜有走线,并且可以通过过孔来导通两层之间的线路,使之形成所需要的网络连接。

  多层板是指具有三层以上的导电图形层与其间的绝缘材料以相隔层压而成,且其间导电图形按要求互连的印制板。多层线路板是电子信息技术向高速度、多功能、大容量、小体积、薄型化、轻量化方向发展的产物。

  线路板按特性来分的话分为软板(FPC),硬板(PCB),软硬结合板(FPCB)。

  线:阻燃覆铜箔酚醛纸层压板。IPC4101详细规范编号 02;Tg N/A;

  FR-4:1)阻燃覆铜箔环氧E玻纤布层压板及其粘结片材料。IPC4101详细规范编号 21;Tg≥100℃;

  3)阻燃覆铜箔环氧/PPO玻璃布层压板及其粘结片材料。IPC4101详细规范编号 25;Tg 150℃~200℃;

  4)阻燃覆铜箔改性或未改性环氧玻璃布层压板及其粘结片材料。IPC4101详细规范编号 26;Tg 170℃~220℃;

  5)阻燃覆铜箔环氧E玻璃布层压板(用于催化加成法)。IPC4101详细规范编号 82;Tg N/A;

  1.EPROM芯片一般不宜损坏。因这种芯片需要紫外光才能擦除掉程序, 故在测试中不会损坏程序。但有资料介绍:因制作芯片的材料所致,随着时间的推移(年头长了),即便不用也有可能损坏(主要指程序)。所以要 尽可能给以备份。

  2.EEPROM,SPROM等以及带电池的RAM芯片,均极易破坏程序。这类芯片 是否在使用测试仪进行VI曲线扫描后,是否就破坏了程序,还未有定论。尽管如此,同仁们在遇到这种情况时,还是小心为妙。笔者曾经做过 多次试验,可能大的原因是:检修工具(如测试仪,电烙铁等)的外壳漏电 所致。

  1.测试仪对器件的检测,仅能反应出截止区,放大区和饱和区。但不 能测出工作频率的高低和速度的快慢等具体数值等。

  2.同理对TTL数字芯片而言,也只能知道有高低电平的输出变化。而无 法查出它的上升与下降沿的速度。

  1.通常只能用示波器(晶振需加电)或频率计测试,万用表等无法测量, 否则只能采用代换法了。

  2.晶振常见故障有:a.内部漏电,b.内部开路c.变质频偏d.外围相连电 容漏电。这里漏电现象,用测试仪的VI曲线.整板测试时可采用两种判断方法:a.测试时晶振附近既周围的有关 芯片不通过。b.除晶振外没找到其它故障点。

  4.晶振常见有2种:a.两脚。b.四脚,其中第2脚是加电源的,注意不可随 意短路。

  1.电路板故障部位的不完全统计:1)芯片损坏30%, 2)分立元件损坏30%,

  2.由上可知,当待修电路板出现联线和程序有问题时,又没有好板子,既 不熟悉它的连线,找不到原程序。此板修好的可能性就不大了。

  电磁兼容性是指电子设备在各种电磁环境中仍能够协调、有效地进行工作的能力。目的是使电子设备既能抑制各种外来的干扰,使电子设备在特定的电磁环境中能够正常工作,同时又能减少电子设备本身对其它电子设备的电磁干扰。

  1、选择合理的导线宽度由于瞬变电流在PCB电路板印制线条上所产生的冲击干扰主要是由印制导线的电感成分造成的,因此应尽量减小印制导线、采用正确的布线策略采用平等走线可以减少导线电感,但导线之间的互感和分布电容增加,如果布局允许,最好采用井字形网状布线结构,具体做法是印制板的一面横向布线,另一面纵向布线,然后在交叉孔处用金属化孔相连。

  3、为了抑制PCB电路板导线之间的串扰,在设计布线时应尽量避免长距离的平等走线,尽可能拉开线与线之间的距离,信号线与地线及电源线尽可能不交叉。在一些对干扰十分敏感的信号线之间设置一根接地的印制线,可以有效地抑制串扰。

  电路板主要由焊盘、过孔、安装孔、导线、元器件、接插件、填充、电气边界等组成,各组成部分的主要功能如下:

  过孔:有金属过孔 和 非金属过孔,其中金属过孔用于连接各层之间元器件引脚。

  我们刚刚提到过,所以我们就称这种PCB叫作单面板(Single-sided)。因为单面板在设计线路上有许多严格的限制(因为只有一面,布线间不能交*而必须绕独自的路径),所以只有早期的电路才使用这类的板子。

  这种电路板的两面都有布线。不过要用上两面的导线,必须要在两面间有适当的电路连接才行。这种电路间的「桥梁」叫做导孔(via)。导孔是在PCB上,充满或涂上金属的小洞,它可以与两面的导线相连接。因为双面板的面积比单面板大了一倍,而且因为布线可以互相交错(可以绕到另一面),它更适合用在比单面板更复杂的电路上。

  【多层板】在较复杂的应用需求时,电路可以被布置成多层的结构并压合在一起,并在层间布建通孔电路连通各层电路。

  铜箔基板先裁切成适合加工生产的尺寸大小。基板压膜前通常需先用刷磨、微蚀等方法将板面铜箔做适当的粗化处理,再以适当的温度及压力将干膜光阻密合贴附其上。将贴好干膜光阻的基板送入紫外线曝光机中曝光,光阻在底片透光区域受紫外线照射后会产生聚合反应(该区域的干膜在稍后的显影、蚀铜步骤中将被保留下来当作蚀刻阻剂),而将底片上的线路影像移转到板面干膜光阻上。撕去膜面上的保护胶膜后,先以碳酸钠水溶液将膜面上未受光照的区域显影去除,再用盐酸及双氧水混合溶液将裸露出来的铜箔腐蚀去除,形成线路。最后再以氢氧化钠水溶液将功成身退的干膜光阻洗除。对于六层(含)以上的内层线路板以自动定位冲孔机冲出层间线路对位的铆合基准孔。Multi-Layer Boards

  为了增加可以布线的面积,多层板用上了更多单或双面的布线板。多层板使用数片双面板,并在每层板间放进一层绝缘层后黏牢(压合)。

  板子的层数就代表了有几层独立的布线层,通常层数都是偶数,并且包含最外侧的两层。大部分的主机板都是4到8层的结构,不过技术上可以做到近100层的PCB板。大型的超级计算机大多使用相当多层的主机板,不过因为这类计算机已经可以用许多普通计算机的集群代替,超多层板已经渐渐不被使用了。因为PCB中的各层都紧密的结合,一般不太容易看出实际数目,不过如果您仔细观察主机板,也许可以看出来。

  电路板的自动检测技术随着表面贴装技术的引入而得到应用,并使得电路板的封装密度飞速增加。因此,即使对于密度不高、一般数量的电路板,电路板的自动检测不但是基本的,而且也是经济的。在复杂的电路板检测中,两种常见的方法是针床测试法和双探针或飞针测试法。

  根据电路板的材质的特性及广泛应用的领域,为了更有效节省体积和达到一定的精确度,使三度空间的特性和薄的厚度更好的应用到数码产品、手机和笔记本电脑中。推荐适合电路板(FPC)检测的仪器有MUMA200全铝合金式光学影像测量仪、三轴全自动光学影像测量仪VMC250S、VMC四轴全自动光学影像测量仪、VMS系列光学影像测量仪等等。

  这种方法由带有弹簧的探针连接到电路板上的每一个检测点。弹簧使每个探针具有100 - 200g 的压力,以保证每个检测点接触良好,这样的探针排列在一起被称为“针床”。在检测软件的控制下,可以对检测点和检测信号进行编程,图14-3 是一种典型的针床测试仪结构,检测者可以获知所有测试点的信息。实际上只有那些需要测试的测试点的探针是安装了的。尽管使用针床测试法可能同时在电路板的两面进行检测,当设计电路板时,还是应该使所有的检测点在电路板的焊接面。针床测试仪设备昂贵,且很难维修。针头依据其具体应用选不同排列的探针。

  一种基本的通用栅格处理器由一个钻孔的板子构成,其上插针的中心间距为100 、75 或50mil。插针起探针的作用,并利用电路板上的电连接器或节点进行直接的机械连接。如果电路板上的焊盘与测试栅格相配,那么按照规范打孔的聚醋薄膜就会被放置在栅格和电路板之间,以便于设计特定的探测。连续性检测是通过访问网格的末端点(已被定义为焊盘的x-y 坐标)实现的。既然电路板上的每一个网络都进行连续性检测。这样,一个独立的检测就完成了。然而,探针的接近程度限制了针床测试法的效能。

  电路板体积小,结构复杂,因此对电路板的观察也必须用到专业的观测仪器。一般的,我们采用便携式视频显微镜来观察电路板的结构,通过视频显微摄像头,可以清晰从显微镜看到非常直观的电路板的显微结构。通过这种方式,我们就比较容易进行电路板的设计和检测了。现工厂现场采用的便携式视频显微镜,采用的便携式视频显微镜MSA200、VT101,因它可实现“随时观测、随时检测、多人讨论”比传统的显微镜更加方便!

  飞针测试仪不依赖于安装在夹具或支架上的插脚图案。基于这种系统,两个或更多的探针安装在x-y 平面上可自由移动的微小磁头上,测试点由CADI Gerber 数据直接控制。双探针能在彼此相距4mil 的范围内移动。探针能够独立地移动,并且没有真正的限定它们彼此靠近的程度。带有两个可来回移动的臂状物的测试仪是以电容的测量为基础的。将电路板紧压着放在一块金属板上的绝缘层上,作为电容器的另一个金属板。假如在线路之间有一条短路,电容将比在一个确定的点上大。如果有-条断路,电容将变小。

  测试速度是选择测试仪的一个重要标准。针床测试仪能够一次精确地测试数千个测试点,而飞针测试仪一次仅仅能测试两个或四个测试点。另外,针床测试仪进行单面测试时,可能仅仅花费20 - 305 ,这要根据板子的复杂性而定,而飞针测试仪则需要Ih 或更多的时间完成同样的评估。Shipley (1991) 解释说,即使高产量印制电路板的生产商认为移动的飞针测试技术慢,但是这种方法对于较低产量的复杂电路板的生产商来说还是不错的选择。

  对于裸板测试来说,有专用的测试仪器(Lea,1990)。一种成本更为优化的方法是使用一个通用的仪器,尽管这类仪器最初比专用的仪器更昂贵,但它最初的高费用将被个别配置成本的减少抵消。对于通用的栅格,带引脚元器件的板子和表面贴装设备的标准栅格是2.5mm。此时测试焊盘应该大于或等于1.3mm。对于Imm 的栅格,测试焊盘设计得要大于0.7mm。假如栅格较小,则测试针小而脆,并且容易损坏。因此,最好选用大于2.5mm 的栅格。Crum (1994b) 阐明,将通用测试仪(标准的栅格测试仪)和飞针测试仪联合使用,可使高密度电路板的检测即精确又经济。他建议的另外一种方法是使用导电橡胶测试仪,这种技术可以用来检测偏离栅格的点。然而,采用热风整平处理的焊盘高度不同,将有碍测试点的连接。

  采用通用类型的测试仪,可以对一类风格和类型的电路板进行检测,也可以用于特殊应用的检测。

  电路板维修是一门新兴的修理行业。工业设备的自动化程度越来越高,所以各个行业的工控板的数量也越来越多,工控板损坏后,更换电路板所需的高额费用(少则几千元,多则上万或几十万元)也成为各企业非常头痛的一件事。其实,这些损坏的电路板绝大多数在国内是可以维修的,而且费用只是购买一块新板的20%-30%,所用时间也比国外定板的时间短的多。下面介绍下电路板维修基础知识。

  几乎所有的电路板维修都没有图纸材料,因此很多人对电路板维修持怀疑态度,虽然各种电路板千差万别,但是不变的是每种电路板都是由各种集成块、电阻、电容及其它器件构成的,所以电路板损坏一定是其中某个或某些个器件损坏造成的,电路板维修的思想就是基于上述因素建立起来的。电路板维修分为检测跟维修两个部分,其中检测占据了很重要的位置。对电路板上的每一个器件进行修基础知识的验测,直到将坏件找到更换掉,那么一块电路板就修好了。

  电路板检测就是对电路板上的每一个电子元件故障的查找、确定和纠正的过程。其实整个检测过程是思维过程和提供逻辑推理线索的测试过程,所以,检测工程师必需要在电路板的维护、测试、检修过程中,逐渐地积累经验,不断地提高水平。一般的电子设备都是由成千上万的元器件组成的,在维护、检修时,若靠直接一一测试检查电路板中的每一个元器件来发现问题的话将十分费时,实施起来也非常困难。那么从故障现象到故障原因的对号入座式的检修方式,是一种重要的检修方法。电路板只要检测出了问题的所在,那么维修就很容易了。以上即为电路板维修基础知识介绍。

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