印刷線路板

印刷線路板(3張)

工程技術人員要了解必要的生產工藝，同時掌握相關的軟件製作，包括常見的線路設計軟件如：altium designer、Pads2000、Autocad等等，更應熟悉必要的CAM軟件如：View2001、CAM350；GCCAM等等，CAM應包括有PCB設計輸入，可以對電路圖形進行編輯、校正、修理和拼版，以磁盤為介質材料，並輸出光繪、鑽孔和檢測的自動化數據。

激光光繪機市場成功的一個重要方面就是在工程製作方面為廠家提供了大量的技術力量。同時我們也看到了建和線路板生產廠家對工程製作人員的大量需求，以及對工程技術人員的水平要求也越來越高。因此促使我們不斷的提高自身的技術水平，以備滿足更多更高的需求。學員在我公司培訓學習期間，一方面要熟練掌握我公司的激光光繪機及其配套產品和激光光繪系統軟件的使用，另一方面應該儘快熟悉各種電子CAD/CAM軟件的基本應用。在這裏首先祝大家在本公司期間學習順利，生活愉快！

建和線路板

線路板維修是一門新興的修理行業。工業設備的自動化程度越來越高，所以各個行業的工控板的數量也越來越多，工控板損壞後，更換線路板所需的高額費用（少則幾千元，多則上萬或幾十萬元）也成為各企業非常頭痛的一件事。其實，這些損壞的電路板絕大多數在國內是可以維修的，而且費用只是購買一塊新板的20%－30%，所用時間也比國外定板的時間短的多。下面介紹下線路板維修基礎知識。 幾乎所有的電路板維修都沒有圖紙材料，因此很多人對電路板維修持懷疑態度，雖然各種電路板千差萬別，但是不變的是每種電路板都是由各種集成塊、電阻、電容及其它器件構成的，所以線路板損壞一定是其中某個或某些個器件損壞造成的，電路板維修的思想就是基於上述因素建立起來的。線路板維修分為檢測跟維修兩個部分，其中檢測佔據了很重要的位置。對電路板上的每一個器件進行修基礎知識的驗測，直到將壞件找到更換掉，那麼一塊線路板就修好了。 電路板檢測就是對線路板上的每一個電子元件故障的查找、確定和糾正的過程。其實整個檢測過程是思維過程和提供邏輯推理線索的測試過程，所以，檢測工程師必需要在電路板的維護、測試、檢修過程中，逐漸地積累經驗，不斷地提高水平。一般的電子設備都是由成千上萬的元器件組成的，在維護、檢修時，若靠直接一一測試檢查電路板中的每一個元器件來發現問題的話將十分費時，實施起來也非常困難。那麼從故障現象到故障原因的對號入座式的檢修方式，是一種重要的檢修方法。線路板只要檢測出了問題的所在，那麼維修就很容易了。以上即為線路板維修基礎知識介紹

線路板從發明至今，其歷史60餘年。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》作者小林正所説："如果沒有電腦和資料，電子設備等於一個普通箱子；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。　比如：電腦裏的主板是線路板　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。　幾乎任何的電器都有PCB　它的製作流程一般是：資料原材料絲網印刷　貼片機貼片　迴流焊　視檢　手插　波峯焊　視檢　測試　組裝　包裝 。

PCB工程製作的水平，可以體現出設計者的設計水準，也可以反映出印製板生產廠家的生產工藝能力和技術水平。同時由於PCB工程製作融計算機輔助設計和輔助製造於一體，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，進而導致整批印製板產品報廢而延誤生產廠家合同交貨時間，並且蒙受經濟損失。因此作為PCB工程製作者，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製造工藝要求？有無定位標記？ 線路佈局是否合理？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、三維空間上有無衝突？ 印製板尺寸是否與加工圖紙相符？後加在PCB圖形中的圖形（如圖標、註標）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，字符標誌是否壓在器件焊盤上，以免影響電裝質量。

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拼在一起而便於生產電裝。前者類似於郵票板，它既能夠滿足PCB生產工藝條件也便於元器件電裝，在使用時再分開，十分方便；後者是將一個產品的若干套PCB板拼裝在一起，這樣便於生產，也便於對一個產品齊套，清楚明瞭。

PCB板生產的基礎是菲林底版。早期製作菲林底版時，需要先製作出菲林底圖，然後再利用底圖進行照相或翻版。底圖的精度必須與印製板所要求的一致，並且應該考慮對生產工藝造成的偏差進行補償。底圖可由客户提供也可由生產廠家製作，但雙方應密切合作和協商，使之既能滿足用户要求，又能適應生產條件。在用户提供底圖的情況下，廠家應檢驗並認可底圖，用户可以評定並認可原版或第一塊印製板產品。底圖製作方法有手工繪製、貼圖和CAD製圖。隨着計算機技術的發展，印製板CAD技術得到極大的進步，印製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，原有的菲林製版工藝已無法滿足印製板的設計需要，於是出現了光繪技術。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製圖形。然後經過顯影、定影得到菲林底版。使用光繪技術製作的印製板菲林底版，速度快，精度高，質量好，而且避免了在人工貼圖或繪製底圖時可能出現的人為錯誤，大大提高了工作效率，縮短了印製板的生產週期。使用我公司的激光光繪機，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，而且其繪製的細導線、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）。宇之光公司的系列光繪機產品均為國際流行的外滾筒式。 光繪機使用的標準數據格式是Gerber-RS274格式，也是印製板設計生產行業的標準數據格式。Gerber格式的命名引用自光繪機設計生產的先驅者---美國Gerber公司。 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），使之達到印製板生產工藝的要求。然後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。

光繪數據格式是以向量式光繪機的數據格式Gerber數據為基礎發展起來的，並對向量式光繪機的數據格式進行了擴展，併兼容了HPGL惠普繪圖儀格式，Autocad DXF、TIFF等專用和通用圖形數據格式。一些CAD和CAM開發廠商還對Gerber數據作了擴展。

以下對Gerber數據作一簡單介紹。 Gerber數據的正式名稱為Gerber RS-274格式。向量式光繪機碼盤上的每一種符號，在Gerber數據中，均有一相應的D碼（D-CODE）。這樣，光繪機就能夠通過D碼來控制、選擇碼盤，繪製出相應的圖形。將D碼和D碼所對應符號的形狀，尺寸大小進行列表，即得到一D碼錶。此D碼錶就成為從CAD設計，到光繪機利用此數據進行光繪的一個橋樑。用户在提供Gerber光繪數據的同時，必須提供相應的D碼錶。這樣，光繪機就可以依據D碼錶確定應選用何種符號盤進行曝光，從而繪製出正確的圖形。 在一個D碼錶中，一般應該包括D碼，每個D碼所對應碼盤的形狀、尺寸、以及該碼盤的曝光方式。以國內最常用的電子CAD軟件Protel的某D碼錶為例，其擴展名為.APT，為ACSII文件，

可以用任意非文本編輯軟件進行編輯。 D11 CIRCULAR 7.333 7.333 0.000 LINE D12 CIRCULAR 7.874 7.874 0.000 MULTI D13 SQUARE 7.934 7.934 0.000 LINE D14 CIRCULAR 8.000 8.000 0.000 LINE D15 CIRCULAR 10.000 10.000 0.000 LINE D16 CIRCULAR 11.811 11.811 0.000 LINE D17 CIRCULAR 12.000 12.000 0.000 MULTI D18 CIRCULAR 16.000 16.000 0.000 MULTI D19 CIRCULAR 19.685 19.685 0.000 MULTI D20 ROUNDED 24.000 24.000 0.000 MULTI D21 CIRCULAR 29.528

29.528 0.000 MULTI D22 CIRCULAR 30.000 30.000 0.000 FLASH D23 ROUNDED 31.000 31.000 0.000 MULTI D24 ROUNDED 31.496 31.496 0.000 FLASH D25 ROUNDED 39.000 39.000 0.000 MULTI D26 ROUNDED 39.370 39.370 0.000 MULTI D27 ROUNDED 47.000 47.000 0.000 MULTI D28 ROUNDED 50.000 50.000 0.000 FLASH D29 ROUNDED 51.496 51.496 0.000 FLASH D30 ROUNDED 59.055 98.425 0.000 FLASH D31 ROUNDED 62.992 98.000 0.000 FLASH D32 ROUNDED 63.055 102.425 0.000 FLASH 在上表中，每行定義了一個D碼，包含了有6種參數。

第一列為D碼序號，由字母‘D’加一數字組成。

第二列為該D碼代表的符號的形狀説明，如CIRCULAR表示該符號的形狀為圓形，SQUARE表示該符號的形狀為方型。

第三列和第四列分別定義了符號圖形的X方向和Y方向的尺寸，單位為mil；1mil=1/1000英寸，約等於0.0254毫米。

第五列為符號圖形中心孔的尺寸，單位也是mil。

第六列説明了該符號盤的使用方式，如LINE表示這個符號用於劃線，FLASH表示用於焊盤曝光，MULTI表示既可以用於劃線又可以用於曝光焊盤。 在Gerber RS-274格式中除了使用D碼定義了符號盤以外，D碼還用於光繪機的曝光控制；另外還使用了一些其它命令用於光繪機的控制和運行。不同的CAD軟件產生的Gerber數據格式可能有一些小的區別，但總體框架為Gerber-RS0274格式沒有變化。

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。

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設計會使測試範圍受到限制。儘管在編程的軟件環境方面已取得了很大的進展，有助於克服其中一些困難，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並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着其盛衰的歷史，60年代後期它是第一種自動化測試方法，隨着70年代後期在線測試技術的出現，功能測試似乎註定要讓位於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。在線測試有一個問題越來越嚴重，即探測方式。據美國NEMI(國家電子製造組織)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，那麼在線測試幾乎就沒有用武之地。

功能測試正日益更多地用於生產線後工序中，甚至也用於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，功能測試對於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，而正是最後一項對到底能測出什麼影響最大，預算和產量則會限制測試的項目。為了讓測試得到儘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佈局，遺憾的是實際情況並不總是這樣，急於進入市場和緊張的開發經常會打亂你的如意算盤。

這裏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，並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，並在需要時靈活應用。

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，這裏不光是指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)

測試規範

計劃測試點

預期產量(每條線/每天/每班等)

預計故障類型

很明顯，上面忽略了“預算”，但是隻有對上述各項瞭解之後才能確定某件產品測試要花多少錢，在弄清楚全面測試UUT需要什麼後再開始討論資金問題，也只有在這個時候才能知道如何進行折衷以使工作完成。初期的報告完成後，公司可能會給你一個預算並祝你“好運”——盤算着你能作出什麼，此時確實需要“好運”，但還要有其它東西，下面列出了其中一些。

表面上看，元件密度好象對功能測試來講不是問題，畢竟這裏主要考慮的是“給一個輸入而得到正確的輸出”。誠然它有些過於單純，但實際情況就是如此。向UUT輸入端施加給定的激勵信號，一定時間後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，那麼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？

採用的I/O連接器是否容易接觸或連接？如果不是，那麼連接器是一個能通過針牀接觸的通孔安裝件嗎？

下面我們來逐個討論這些問題。

功能測試經常用於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牀夾具(本文後面討論)只需較小的測試區即可，可緩和這一矛盾，這主要是由於和人工操作相比，自動機械本身的精度可使測試儀探測到更小的區域。

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。但是在某些工業裏，功能測試正在深入到製造工藝裏面，例如蜂窩電話製造，一些製造商要在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並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於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。

無庸置疑，一個便於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裏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更易於生產的建議。如果這些工具適用於你的產品，建議對每個設計都作分析，至少它能很快指出哪裏發現了測試接觸的問題，其最終目的是使產品更易於製造。

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，上面的標題説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(測試儀能做並行測試嗎？)

在電氣方面，如果是多層板，那麼哪個更經濟呢？是採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，答案可能並不容易得出。

隨着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，並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。

應記住人工測試通常可能要用若干電纜和連接器連接UUT，這些電纜與針牀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。

由於生產線產量、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複雜的由傳送帶連接到裝配線的全自動針牀測試夾具。顯然，這些因素説明並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，關上頂板然後再開始測試。這裏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，這是由於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製造，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，而產品製造地卻在泰國。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，要求測試儀儘量少，而且還要用自動化夾具以減少僱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，因為這裏的勞動力成本很低，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。

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，這是由於針牀接觸受到限制以及測試更快(用探針測試UUT可以迅速採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。不管在哪裏，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並損壞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並進行檢查嗎？測試點是否很大易於辨認呢？

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。

考慮上述問題後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。

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。

自動探查可以消除人為誤差，降低幾個測試點短路的可能性，並使測試操作加快。但是要知道自動探查也可能存在一些侷限，根據供應商的設計而各有不同，包括：

UUT的大小

同步探針的數量

兩個測試點相距有多近？

測試探針的定位精度

系統能對UUT進行兩面探測嗎？

探針移至下一個測試點有多快？

探針系統要求的實際間隔是多少？(一般來講它比離線式功能測試系統要大)

自動探查通常不用針牀夾具接觸其它測試點，而且一般它比生產線速度慢，因此可能需要採取兩種步驟：如果探測儀僅用於診斷，可以考慮在生產線上採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，那麼唯一的真正解決辦法是採用多個系統，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。

這項技術早在產品設計階段就應該進行討論，因為它需要專門的元器件來執行這項任務。在以數字電路為主的UUT中，可以購買帶有IEEE 1194(邊界掃描)支持的器件，這樣只做很少或不用探測就能解決大部分診斷問題。邊界掃描會降低UUT的整體功能性，因為它會增大每個兼容器件的面積(每個芯片增加4～5個引腳以及一些線路)，所以選擇這項技術的原則，就是所花費的成本應該能使診斷結果得到改善。應記住邊界掃描可用於對UUT上的閃速存儲器和PLD器件進行編程，這也更進一步增加了選用該測試方法的理由。

如果UUT設計已經完成並確定下來，此時選擇就很有限。當然也可以要求在下次改版或新產品中進行修改，但是工藝改善總是需要一定的時間，而你仍然要進行處理。

這裏的主要指導思想是你能做多少測試。按照預期的故障類型也許是夠的，但如果不夠，通常就需要在更加昂貴的測試系統之間取得一個微妙平衡，將UUT的產品銷售成本(COGS)與邊際利潤進行權衡後選擇更精確的探測方法。所以，答案就是沒有一個簡單的答案。

對將來設計的最好參考意見就是功能測試在受到限制時的完成情況，面臨這些侷限時，應記下在生產線速度規定的時間範圍裏能完成的測試，以及生產線上擁有的測試儀數量。時間限定是很關鍵的，因為不可能讓產量向你作讓步，故而你的工作就是為了時間而犧牲測試覆蓋率，所以才會要求改進以便將來能解除這些限制！