PCB检测方法研究

李宏恩

（长治医学院 生物医学工程系，山西 长治 046000）

印制电路板（PCB）是电子工业的重要部件之一。几乎所有电子设备，小到电子手表、计算器，大到计算机，通讯电子设备，军用武器系统，只要有集成电路等电子元器件，为了它们之间的电气互连，都要使用印制板[1]。

正是由于PCB应用范围的广泛，对于PCB有可能出现的故障，本文在大量实践的基础上总结出了一套极具操作性的检测方法，这套检测方法以检测流程和四条“先后”检测原则的方式提供给大家，希望能对实践当中电路板检测工作提供有益的参考。

1 PCB及其常见故障因素分析

1.1 PCB概述

PCB是印制电路板的简称，它是将电子设备中各元器件之间的连线事先通过一系列过程刻蚀到覆铜板上，电子设备采用印制板后，由于同类印制板的一致性，从而避免了人工接线的差错，并可实现电子元器件自动插装或贴装、自动焊锡、自动检测，保证了电子设备的质量，提高了劳动生产率、降低了成本，并便于维修。

印制板从单层发展到双面、多层和挠性，并且仍旧保持着各自的发展趋势。由于不断地向高精度、高密度和高可靠性方向发展，不断缩小体积、减少成本、提高性能，使得印制板在未来电子设备的发展工程中，仍将保持强大的生命力。

1.2 PCB常见故障因素分析

随着电路的复杂化和元器件的集成化，电路板在制作和使用过程中难免出现各种故障。通过长期的实践，本文总结出了电路板出现故障主要有以下几方面因素：

1）电路板结构布局不够合理，受到布线、周围元器件电磁等干扰；

2）电路板组件损坏，导致系统无法正常工作；

3）元器件性能因自身原因不稳定，导致设备工作不稳定；

4）电子设备的元器件无损害，导致不能工作的原因由焊点虚焊等原因造成，这会导致电路开路或短路；

据相关统计，电路板中最常见的故障通常都由以下因素引发[2]。

图1 电路板故障比例Fig.1 Proportion of PCB fault

2 PCB检测的一般流程及检测原则

2.1 PCB检测前应做的工作

1）了解该设备工作时的环境，主要考虑外界电参数对设备有可能造成的影响；

2）询问电路板故障时有什么现象，并分析导致故障的原因；

3）仔细查看电路板上的元器件，找出对电路板起到关键作用是哪些元件；

4）做好防电磁、静电等干扰措施。

2.2 PCB检测的一般流程及遵循的原则

PCB检测的一般流程如图2所示。

图2 PCB检测的一般流程Fig.2 General procedure of PCB detection

该流程图从整体上给出了PCB检测的一般过程，分析以上流程图可知，检测PCB首先应观察电路板的结构和外观，接着对有可能出现故障的元器件进行测试，在找到故障点后，对故障点进行修复或更换新的元器件，最后采用仪器仪表对电路板相关电路参数进行测试。其中对分立元件、集成电路等电路构成是其中的重点，我们把该流程图转化为PCB检测中的四条“先后”原则，即先看后量、先外后内、先易后繁和先静后动。

2.2.1 从人工观察到仪器测量，即“先看后量”

电子设备中的元件和它们之间的导线几乎都分布于电路板表面，当一块电路板出现故障时，应该首先对其利用肉眼观察，如果想要获得更好的效果，借助显微镜、放大镜等光学仪器可以帮助我们更准确地找到问题所在，无论使用何种方法，应着重发现是否有以下情形：

1）元器件之间的连接是否完整，电源、地等特殊点是否工作正常；

2）集成芯片、二极管、三极管、电阻、电解电容、电感等元件各引脚是否存在少接、乱接现象；

3）各元件焊点是否存在虚焊、漏焊、引脚插错等操作方面的问题；

通过以上对电路板所作的初步观察与判断，很多情况下已经可以找出问题的所在，但有些问题是不容易被肉眼观察到，所以这时可以采用常用测试仪表如万用表来进一步判断故障原因。电路板的电源和地之间的阻值通常是比较固定的，一般大于70~80Ω，这时用万用测量电路板中电源与地的阻值，如果测量值太小，例如几个或十几个欧姆，表明电路板上有元器件很有可能被击穿或部分击穿，这样就需要首先将被击穿的元件找出来。通常操作流程是将电路板与电源正常连接后，用手去摸电路板，感觉各器件表面的温度，能感觉到烫手有可能就是被击穿的元件，当然有些元件在正常工作时温度是挺高，这就需要我们对各种元件性能熟悉。如果测量结果正常，再接着用万用表测量电路板上的各种元件的输入输出的电参数，对照已知的元件参数来判断元件是否工作在正常状态[3]。

2.2.2 从外围到内层，即“先外后内”

根据前面分析得知，元器件引起的电路板故障所占的比例最大，所以如何更高效地找到问题元件是非常重要的。据相关统计，由于PCB制作的要求及电路结构的特点，处在外围和次外围的元器件最容易导致电路板损坏，比例达到86%[4]。为了便于实现与内外电路连接，外围元件的主要功能在于驱动、转换、隔离、保护和通讯，所以在PCB进行布局时往往被安置在电路板外围，电路板工作时受到诸如电流浪涌、震动、外部电源冲击、引起的噪声和尘埃而出现故障，显然外围元件是最容易受到影响的。而处于较内层的元器件一般主要进行信号的产生、放大和传递，在首先对外围元件进行检测后，再对内层元件的各项电参数进行检测。

2.2.3 从简单到复杂，即“先易后繁”

在对PCB检测的过程中，需要采用一些测试技术，这些测试技术的使用应遵循“先易后繁”的原则。

1）PCB测试前应做的工作

电路板仿真是设计电路板一种很有效的方式，这样可以大大减少设计的周期及成本，但仿真都是在各元件理想的状况下出来的结果，忽视了实际工作中受到的各种干扰，所以在测试前屏蔽各种干扰对测试效果有很大的影响。一般屏蔽方法有：将晶振短路，另外因为电容的充放电同样也能产生干扰，对大的电解电容要焊下一条脚，使其工作在开路状态，为了避免测试对CPU的影响，应将CPU拆下。

2）特定检测方法使用中的“先易后繁”

对元器件的检测往往从简单元件入手，逐步检测更加复杂的元件，这是由于越简单的元件，越容易发现它的问题。在对器件进行检测过程中采用排除法，即 “测试一个通过一个”，并做记录；对测试未通过的，为了确保准确性，可再测试一遍，若还是未通过，可先记录结果，然后测量下一个，直到测试完电路板上的元件。对于那些测试未通过的元件，可将其作为重点怀疑对象。

3）不同测试方法间的补充

在实践中如果只使用一种方法进行测试也许仍然找不到故障所在，比较简便的方法是从简单的测试方法入手，简单方法可以找到故障的就不用复杂方法，当然有些情形下使用简单方法是不容易发现问题的，这时就应该选择更先进的方法作为补充。PCB测试方法经历了人工目测（MVI），到在线测试（ICT），再到边界扫面技术（BST），目前又增添了非矢量测试技术[5-9]。

2.2.4 从静态检测到动态检测，即“先静后动”

前面提到的无论是万用表还是在线测试法等对电路板上元器件的检测都属于静态检测的，但产生故障的原因有时很复杂，导致故障在静态，也就是在电路板不通电的情形下，无法暴露，使得故障原因无法诊断。因此，当使用静态检测无法找到故障时，可通过给电路板电源端供电，采用万用表等测试仪器对PCB进行动态检测。这种方法往往在检测IC（集成电路）时使用较多，这是因为集成电路包含集成器件较多，而集成器件在电路中的连接都是通过它的引脚，这就要求对各引脚的功能熟悉。以下是采用万用表对集成电路进行动态检测的方法[10-11]。

一种方法是测量引脚的电压，对于不同的引脚在电路板正常供电时的电压值应是不同的，但使用这种方法应考虑多方面的影响，如引脚反应不灵敏，相邻元件是否存在故障等。另外一种方法是在线测量电阻，由于IC内部都采用直接耦合，使得IC的其它引脚与接地脚之间的直流电阻阻值比较固定，该等效电阻称为该脚内部直流电阻，简称R内。所以可以通过万用表测量各引脚的内部直流电阻来判断各引脚的状态，如果测得各引脚的R内与参考数值一致，可以确定该集成电路工作正常，反之，若与参考值相差过大，表明集成芯片内部出现了问题，应进行更换。在检测中常将在线电压与在线电阻的测量方法结合使用。

3 结束语

当前，结合多种学科的PCB测试技术越来越多样化，每一种测试技术都有各自的适用范围，例如在线测试法会受到器件测试库的限制，边界扫描法对参照电路板有严格的要求。所以在实践中为了使PCB检测准确率和效率更高，以本文提出的一般流程为参考并遵循四条检测原则，灵活运用各种检测技术，将使PCB检测工作更加自动化、智能化、高效化。

[1]任枫轩，李伟.PCB设计与制作[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2]曹加美.PCB故障诊断路内测试系统的研究[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2008:130-135.

[3]李栋.印刷电路板故障测试的可靠性分析[J].山西电子技术，2007（5）:83-90.LI Dong.The reliability analysis of faults test for PCB[J].Shanxi Electronic Technology，2007（5）:83-90.

[4]韩焰林.PCB生产中内层电路故障分析[J].科技传播，2010（10）:54.HAN Yan-lin.The fault analysis of inner circuit in the production of PCB[J].Technology Communication，2010（10）:54.

[5]蔡希彪，赵悦.PCB测试方法综述[J].辽宁工学院学报：自然科学版，2004，24（4）:32-34.CAIXi-biao，ZHAOYue.The summary of PCBtest method[J].The journal of LiaoNing College of Engineering：science version，2004，24（4）:32-34.

[6]李月，陈天华.PCB功能测试系统的设计与实现[J].制造业自动化，2012，34（17）:27-29.LI Yue，CHEN Tian-hua.The design and implement of PCB functional test system[J].The Automation of Manufacturing Industry，2012，34（17）:27-29.

[7]阙沛文.确保印制板质量的在线测试系统[J].国外电子测量技术，2003，22（3）:13-14.QUE Pei-wen.The in-circuit test system for ensuring the PCB quality[J].Foreign Electronic Measurement Technology，2003，22（3）:13-14.

[8]Tom Lecklider.PCB Inspection Outlook for 2005[S].Senior Technical Editor，2004.

[9]Moganti.M，Ercal.F.Automatic PCB Inspection Potentials[S].Potentials IEEE，2003.

[10]刘付强.万用表检测集成电路方法探讨[J].太原城市职业技术学院学报，2008（6）:157-158.LIU Fu qiang.The discussion on methods of using multimeter to test IC[J].The journal of Taiyuan city College of Vocational and Technical，2008（6）:157-158.

[11]李海勇，左玉营.万用表检测IC元件的几种方法[J].职业，2007（6）:24.LI Hai-yong，ZUO Yu-ying.Some methods of using multimeter to test IC[J].Career，2007（6）:24.