印制電路板的認識

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點擊次數:176 更新時間:2021年08月25日15:53:29 打印此頁 關閉

朝輝電子今天跟大家來普及一下印制電路板的知識,印制電路板又稱印刷電路板,他是電子元器件電氣連接的提供者。它的發展已有100多年的歷史了;它的設計主要是版圖設計;采用電路板的主要優點是大大減少布線和裝配的差錯,提高了自動化水平和生產勞動率。話不多說,快來跟小編一塊來看看他的發展歷史吧。
發展歷史
線路板從發明至今,其歷史60余年。歷史表明:沒有線路板,沒有電子線路,飛行、交通、原子能、計算機、宇航、通信、家電……這一切都無法實現。道理是容易理解的。芯片,IC,集成電路是電子信息工業的糧食,半導體技術體現了一個國家的工業現代化水平,引導電子信息產業的發展。而半導體(集成電路、 IC)的電氣互連和裝配必須靠線路板。正如日本《線路板集》作者小林正所說:"如果沒有電腦和資料,電子設備等于一個普通箱子;如果沒有半導體和線路板,電子元件就是塊普通石頭。" PCB在中國是充滿希望的產業,每年會有二位數字的增幅,許多國外訂單投入中國,機遇是存在的?!”热纾弘娔X里的主板是線路板 顯卡也是線路板 總之線路板只是完成電器功能的一個放置零件及電線的地方?!缀跞魏蔚碾娖鞫加蠵CB 它的制作流程一般是:資料原材料絲網印刷 貼片機貼片 回流焊 視檢 手插 波峰焊 視檢 測試 組裝 包裝 。
基本要求
PCB工程制作的水平,可以體現出設計者的設計水準,也可以反映出印制板生產廠家的生產工藝能力和技術水平。同時由于PCB工程制作融計算機輔助設計和輔助制造于一體,要求極高的精度和準確性,否則將影響到最終板載電子品的電氣性能,嚴重時可能引起差錯,進而導致整批印制板產品報廢而延誤生產廠家合同交貨時間,并且蒙受經濟損失。因此作為PCB工程制作者,必須時刻謹記自身的責任重大,切勿掉以輕心,務必仔細、認真、再仔細、再認真。在處理PCB設計文件時,應該仔細檢查: 接收文件是否符合設計者所制定的規則?能否符合PCB制造工藝要求?有無定位標記? 線路布局是否合理?線與線,線與元件焊盤,線與貫通孔,元件焊盤與貫通孔,貫通孔與貫通孔之間的距離是否合理,能否滿足生產要求。元件在二維、三維空間上有無沖突? 印制板尺寸是否與加工圖紙相符?后加在PCB圖形中的圖形(如圖標、注標)是否會造成信號短路。 對一些不理想的線形進行編輯、修改。 在PCB上是否加有工藝線?阻焊是否符合生產工藝的要求,阻焊尺寸是否合適,字符標志是否壓在器件焊盤上,以免影響電裝質量。

拼版
PCB設計完成因為PCB板形太小,不能滿足生產工藝要求,或者一個產品由幾塊PCB組成,這樣就需要把若干小板拼成一個面積符合生產要求的大板,或者將一個產品所用的多個PCB拼在一起而便于生產電裝。前者類似于郵票板,它既能夠滿足PCB生產工藝條件也便于元器件電裝,在使用時再分開,十分方便;后者是將一個產品的若干套PCB板拼裝在一起,這樣便于生產,也便于對一個產品齊套,清楚明了。
光繪圖數據的生成
PCB板生產的基礎是菲林底版。早期制作菲林底版時,需要先制作出菲林底圖,然后再利用底圖進行照相或翻版。底圖的精度必須與印制板所要求的一致,并且應該考慮對生產工藝造成的偏差進行補償。底圖可由客戶提供也可由生產廠家制作,但雙方應密切合作和協商,使之既能滿足用戶要求,又能適應生產條件。在用戶提供底圖的情況下,廠家應檢驗并認可底圖,用戶可以評定并認可原版或第一塊印制板產品。底圖制作方法有手工繪制、貼圖和CAD制圖。隨著計算機技術的發展,印制板CAD技術得到極大的進步,印制板生產工藝水平也不斷向多層,細導線,小孔徑,高密度方向迅速提高,原有的菲林制版工藝已無法滿足印制板的設計需要,于是出現了光繪技術。使用光繪機可以直接將CAD設計的PCB圖形數 據文件送入光繪機的計算機系統,控制光繪機利用光線直接在底片上繪制圖形。然后經過顯影、定影得到菲林底版。使用光繪技術制作的印制板菲林底版,速度快,精度高,質量好,而且避免了在人工貼圖或繪制底圖時可能出現的人為錯誤,大大提高了工作效率,縮短了印制板的生產周期。激光光繪機在很短的時間內就能完成過去多人長時間才能完成的工作,而且其繪制的細導線、高密度底版也是人工操作無法比擬的。按照激光光繪機的結構不同,可以分為平板式、內滾桶式(Internal Drum)和外滾桶式(External Drum)。 光繪圖數據的產生,是將CAD軟件產生的設計數據轉化稱為光繪數據(多為Gerber數據),經過CAM系統進行修改、編輯,完成光繪預處理(拼版、鏡像等),使之達到印制板生產工藝的要求。然后將處理完的數據送入光繪機,由光繪機的光柵(Raster)圖象數據處理器轉換成為光柵數據,此光柵數據通過高倍快速壓縮還原算法發送至激光光繪機,完成光繪。
功能測試
說明
更密集的PCB、更高的總線速度以及模擬RF電路等等對測試都提出了前所未有的挑戰,這種環境下的功能測試需要認真的設計、深思熟慮的測試方法和適當的工具才能提供可信的測試結果,充足的準備和仔細篩選工具將可以達到事半功倍的效果。
意義
功能測試正變得越來越重要,然而與在線測試一樣,技術的發展和PCB設計會使測試范圍受到限制。盡管在編程的軟件環境方面已取得了很大的進展,有助于克服其中一些困難,但若想按照你的測試策略成功實施功能測試,還有很多問題需要避免并且要做更周密的準備。本文就介紹成功實施功能測試應考慮的一些因素和應對方法策略。 電子產品功能測試有著其盛衰的歷史,60年代后期它是第一種自動化測試方法,隨著70年代后期在線測試技術的出現,功能測試似乎注定要讓位于編程與判斷日趨簡易快速的在線測試。然而如今,潮流又變了。在線測試目前有一個問題越來越嚴重,即探測方式。據美國NEMI(國家電子制造組織)分析,到2003年底可探測到的節點基本上將為零,如果無法進行探測,那么在線測試幾乎就沒有用武之地。

功能測試正日益更多地用于生產線后工序中,甚至也用于進行工藝中段的測試,但是其體系和實施方法與以前的測試幾乎已完全不同。如今的測試系統在多數情況下速度更快,結構也更加緊湊,功能測試對于驗證產品的總體功能性、維護校準信息、向ISO9000程序提供數據以及保證高風險產品,如醫療設備的質量等都是不可缺少的。


測試方法
測試的實施方法受預算、產量以及待測產品(UUT)設計等因素的影響,而正是最后一項對到底能測出什么影響最大,預算和產量則會限制測試的項目。為了讓測試得到盡可能高的故障覆蓋率,在設計階段就必須注意元器件的選擇和PCB布局,遺憾的是實際情況并不總是這樣,急于進入市場和緊張的開發經常會打亂你的如意算盤。

這里對如何處理這些限制進行一個初步分析。針對測試而不得不作的一些讓步(特別是在設計早期階段)可能會影響設計,但卻使測試工作更容易,并提高測試故障覆蓋率。請注意下列問題和建議不是每個測試工程師都要面臨或需要解決的,這些問題許多會相互影響,因此應對每個問題進行評估,并在需要時靈活應用。

待測產品測試要求是什么?

在討論設計、測試系統、軟件以及測試方法之前,先要了解“對象”——待測產品,這里不光是指PCB或最終組裝件本身,而且還需要明白將要生產多少、預計的故障等等,包括:產品種類

結構(單個PCB/預先做好的PCB/最終產品)

測試規范

計劃測試點

預期產量(每條線/每天/每班等)

高密度問題

表面上看,元件密度好象對功能測試來講不是問題,畢竟這里主要考慮的是“給一個輸入而得到正確的輸出”。誠然它有些過于單純,但實際情況就是如此。向UUT輸入端施加給定的激勵信號,一定時間后UUT將會輸出特定的系列數據,與I/O連接器相連應是唯一的接入問題。

但是元器件密度也有一定影響,看看圖1的PCB樣品(或你自己的設計),你先得回答下面的問題;

需要接入校準電路嗎?

對UUT具體元件或特定區域進行診斷是否重要?

如果對上述問題的回答持肯定意見,那么探查是由人來做還是用某種自動機械裝置?

要使用自動化測試裝置嗎?

采用的I/O連接器是否容易接觸或連接?如果不是,那么連接器是一個能通過針床接觸的通孔安裝件嗎?

下面我們來逐個討論這些問題。

校準電路

功能測試經常用于模擬電路的校準或驗證,包括檢查UUT的內部(如射頻電路的中頻部分)以驗證其工作,要這樣做就可能需要測試點或測試焊盤。高頻設計的一個問題是測試點的相對阻抗(路徑長度、測試焊盤大小等)加上探針的阻抗會影響該電路的性能,在設置測試區時應記住這點,而自動機械探測和針床夾具(本文后面討論)只需較小的測試區即可,可緩和這一矛盾,這主要是由于和人工操作相比,自動機械本身的精度可使測試儀探測到更小的區域。

故障診斷

如果只是用功能測試作為通過/不通過的篩選而不需要測量校準點,可以將本節跳過,因為此時應用可能不需要用到探針。在多數情況下,功能測試都進行通過/不通過檢測,這是因為功能測試在診斷故障方面非常緩慢,特別是在出現多個故障的情況下。但是在某些工業里,功能測試正在深入到制造工藝里面,例如蜂窩電話制造,一些制造商要在PCB一級進行某些關鍵測量,也即在最終組裝前的裝配過程中進行,這是由手機易被淘汰的性質所決定的。換言之,手機被設計為以較低成本進行裝配,它們不易拆卸,因此在終測前對功能進行驗證可以節省返工成本并減少可能出現的廢品(因為手機拆開時會被損壞)。

所以要探查PCB就需要有充足的測試點,例如檢查一個間距20mil的表面安裝器件的J形引線就不是很方便,而BGA則更沒有可能。根據美國表面安裝技術協會(SMTA)的建議,測試點間隔最小為0.040英寸,焊盤之間的間隔取決于測試區四周的元件高度、探針大小等等,但是0.200英寸間隔應是最小要求,特別是人工探查區域。很顯然,測試夾具和自動機械探針更加精確一些。

測試設計
無庸置疑,一個便于測試的設計在生產中要比隨隨便便的設計更容易處理。但工程人員通常希望在最小的體積里以最低成本裝入更多的技術,這種思想增加了在線測試和功能測試中與線路板接觸的限制。

對這類問題市場也做出了反應,已有軟件工具能對設計作分析,根據裝配和測試設備規定的規則進行審查,提出使PCB更易于生產的建議。如果這些工具適用于你的產品,建議對每個設計都作分析,至少它能很快指出哪里發現了測試接觸的問題,其最終目的是使產品更易于制造。

滿足高密度要求的結構配置

高密度可以是PCB尺寸小,也可以是UUT上有大量電路,或者二者兼有,上面的標題說明對系統的機械和電氣結構必須要進行考慮以滿足測試的要求。在機械方面需考慮的問題有:

如何支持UUT

測試區

多層板測試(測試儀能做并行測試嗎?)

I/O連接器

在電氣方面,如果是多層板,那么哪個更經濟呢?是采用多儀器方式還是用開關轉換器加少量儀器的方式?根據UUT結構或所需的儀器類型,答案可能并不容易得出。

自動測試還是人工測試?

隨著每條生產線的產量和速度增加(實現規模經濟的一個主要方法是提高每個測試設備的生產率),應該要考慮能否使測試過程自動化。自動化功能測試實際上省去了裝載/卸載的時間,并不需要再增加其它測試系統,在考慮提高產量的時候通常不會顧及輸運設備增加的成本。

測試自動化的缺點包括有一個初始硬件投資、與生產線整合的時間、測試系統能否與生產線速度保持同步以及如果設備出故障而會給生產帶來的問題等等。離線式測試儀不會直接影響裝配線,如果測試儀出現故障,可以把產品從生產線上拿出放在一邊繼續生產,這樣生產線不會受影響,不過處理時間和人工也是個問題。

應記住人工測試通??赡芤萌舾呻娎|和連接器連接UUT,這些電纜與針床夾具上的探針相比較,其使用壽命一般較低,因此應將它納入維護計劃中,這可以降低間發性故障。

夾具問題

由于生產線產量、車間場地和勞動率等不同,夾具可以從簡單帶有插銷和連接電纜的膠合板到復雜的由傳送帶連接到裝配線的全自動針床測試夾具。顯然,這些因素說明并不存在一個固定的方案。

一個人工裝載雙面夾具,一個帶狀電纜連接到主要的I/O連接器上,頂端安裝的探針可以接觸到UUT上的關鍵測試點。這是一家中等規模工廠所要求的理想設計方案,操作者必須連上帶狀電纜,關上頂板然后再開始測試。這里不用人工探查進行校準和診斷,因為頂板能接觸到所有相關區域。帶狀電纜和頂板探針連線應設計得容易更換,這是由于這些電纜經常會彎曲而受到磨損。

在同夾具供應商打交道時,要記住這些問題,同時還要想到產品將在何處制造,這是一個很多測試工程師會忽略的地方。例如我們假定測試工程師身在美國的加利福尼亞,而產品制造地卻在泰國。測試工程師會認為產品需要昂貴的自動化夾具,因為在加州廠房價格高,要求測試儀盡量少,而且還要用自動化夾具以減少雇用高技術高工資的操作工。但在泰國,這兩個問題都不存在,讓人工來解決這些問題更加便宜,因為這里的勞動力成本很低,地價也很便宜,大廠房不是一個問題。因此有時候一流設備在有的國家可能不一定受歡迎。

操作員技術水平

在高密度UUT中,如果需要校準或診斷則很可能需要由人工進行探查,這是由于針床接觸受到限制以及測試更快(用探針測試UUT可以迅速采集到數據而不是將信息反饋到邊緣連接器上)等原因,所以要求由操作員探查UUT上的測試點。不管在哪里,都應確保測試點已清楚地標出。

探針類型和普通操作工也應該注意,需要考慮的問題包括:

探針大過測試點嗎?

探針有使幾個測試點短路并損壞UUT的危險嗎?

對操作工有觸電危害嗎?

每個操作工能很快找出測試點并進行檢查嗎?測試點是否很大易于辨認呢?

操作工將探針按在測試點上要多長時間才能得出準確的讀數?如果時間太長,在小的測試區會出現一些麻煩,如操作工的手會因測試時間太長而滑動,所以建議擴大測試區以避免這個問題。

考慮上述問題后測試工程師應重新評估測試探針的類型,修改測試文件以更好地識別出測試點位置,或者甚至改變對操作工的要求。


自動探查
在某些情況下會要求使用自動探查,例如在PCB難以用人工探查,或者操作工技術水平所限而使得測試速度大大降低的時候,這時就應考慮用自動化方法。

自動探查通常不用針床夾具接觸其它測試點,而且一般它比生產線速度慢,因此可能需要采取兩種步驟:如果探測儀僅用于診斷,可以考慮在生產線上采用傳統的功能測試系統,而把探測儀作為診斷系統放在生產線邊上;如果探測儀的目的是UUT校準,那么唯一的真正解決辦法是采用多個系統,要知道這還是比人工操作要快得多。

如何整合到生產線上也是必須要研究的一個關鍵問題,生產線上還有空間嗎?系統能與傳送帶連接嗎?幸好許多新型探測系統都與SMEMA標準兼容,因此它們可以在在線環境下工作。

上一條:印制電路板的清洗技術 下一條:射頻電路設計要點
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