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如何处理PCB的设计失误、组件故障、制造缺陷和老化问题

Sam Holland 2019-09-18

什么是PCB?qGg电子头条

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印刷电路板是薄的绝缘材料,它为电子设备部件提供机械结构和电连接。PCB用于不同形状和尺寸的器件,具有单层、双层和多层配置,以适应不同级别的设计复杂性。qGg电子头条

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PCB的常见问题qGg电子头条

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PCB是常见的,当然很难设想没有它们的电路设计。但是(除了明显的扩展使用问题),故障可能是由许多问题引起的,包括设计不良、组件故障、老化和制造缺陷。下面来看看这些问题以及如何解决它们。qGg电子头条

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如何处理PCB的设计失误、组件故障、制造缺陷和老化问题qGg电子头条

在印刷电路板上连接元件的导电迹线。图片由Pixabay提供。qGg电子头条

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设计错误qGg电子头条

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设计错误是导致工程师在使用PCB时遇到问题的主要原因。当设计与预期的电路板布局、系统模型或原理图不匹配时,可能会出现挑战。为了防止PCB中的电子问题,工程师必须采用最佳实践设计技术和软件工具,以获得更高的精度。正确设计PCB的一些基本技巧包括:qGg电子头条

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1.正确的组件放置qGg电子头条

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将元件放置到PCB上至关重要,需要进行战略规划。在布线过程中解决错误的最有效方法之一是将组件定向在相同方向上。工程师还可以使用CAD工具来绘制放置位置图。qGg电子头条

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2.正确的布线qGg电子头条

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电路板上元件之间的导电迹线必须尽可能短。对于使用多层PCB的复杂电路,适当的布线策略可能涉及使用垂直和水平走线以及先进的布线技术。在使用高压PCB时,设计人员应确保足够的间隙和爬电距离,以防止出现电弧和短路等问题。qGg电子头条

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3.保持导电迹线分离qGg电子头条

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在PCB上保持模拟和数字走线分离有助于最大限度地减少电磁干扰。在RF电路中,这对于保持信号完整性至关重要。当迹线彼此太靠近时,在试图彼此接触的模拟和数字信号之间引起电容耦合。此外,控制和电源的接地层应具有足够的间隙。qGg电子头条

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组件故障qGg电子头条

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由于短路、电弧和/或过热导致的组件故障会损坏PCB上的导电路径。对电路板的物理损坏可能导致阻止电流流动的开路,和/或它可能导致组件之间的端子桥接,从而导致进一步的损坏。qGg电子头条

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当系统中存在过电流或浪涌电压时,可能会出现这些问题,每个电压都会导致温度迅速升高。此外,当组件的使用高于其额定最大工作值或在恶劣的环境温度条件下时,可能会发生组件故障。qGg电子头条

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为防止PCB上的元件故障,工程师应将过流保护装置集成在一起,例如暴露于过载或浪涌的电路中的快速熔断器。这些组件将足够快地打开电路以保护敏感元件免受损坏,并且还防止导电迹线过热(这可能导致电路板在某些地方熔化)。qGg电子头条

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将元件焊接到印刷电路板上时工程师的第一人称视角图。图片由Pixabay提供。qGg电子头条

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老化qGg电子头条

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长时间使用后,所有PCB都会因多种原因而失效。加热和高压对老化PCB的破坏性作用会降低铜迹线的导电性。具有可见裂缝或空隙(或者可能仅仅是暗淡外观)的导电迹线可能表明铜或银材料的导电性存在问题。qGg电子头条

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此外,在不稳定环境中使用设备时的振动会随着时间的推移影响焊接接头的完整性。为防止因老化导致的PCB故障,工程师应对电路板进行物理检查,以确定一些问题,例如接头不良、元件不稳定或焊料脱落。发现受损的部件应在适用的情况下重新安装或重新焊接(见上图)。qGg电子头条

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制造缺陷qGg电子头条

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由于精密制造,高质量的PCB实际上是司空见惯的。然而,由于制造缺陷,一些PCB可能产生机械或电气故障。当PCB裸露时(即没有集成元件),工程师可以使用飞针或通用网格技术测试电阻或感应电容。高电阻值表示导体有缺陷,而高电容读数表示短路或开路。qGg电子头条