PCB，即印制電路板(Printed Circuit Board)，是現(xiàn)代電子設(shè)備中不可或缺的重要部件。它是電子元器件電氣連接的提供者，是電子產(chǎn)品的大腦和心臟，被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。
什么是PCB板?
PCB板，也稱印制電路板，是一種通過將導(dǎo)電銅箔圖案化鋪設(shè)在絕緣材料(如玻璃纖維、環(huán)氧樹脂等)表面上，形成電子元器件之間的電氣連接的板子。其主要功能是通過這些銅箔線路實現(xiàn)電子元件之間的電氣連接，并支撐元器件固定在板上。
無論是簡單的家用電器、復(fù)雜的智能設(shè)備，還是工業(yè)控制系統(tǒng)，都離不開PCB板的支持。
PCB板的構(gòu)成與分類
一般來說，PCB板主要由以下幾個部分組成：
基材：通常由玻璃纖維或環(huán)氧樹脂制成，提供機械支撐和絕緣功能。
導(dǎo)電層：由銅箔構(gòu)成，負(fù)責(zé)傳輸電流和信號。
阻焊層：保護電路板的銅箔不被氧化，防止短路。
字符層：標(biāo)記電路板上元件的位置，便于組裝和維護。
從分類上，根據(jù)導(dǎo)電層的數(shù)量，PCB板可以分為單面板、雙面板和多層板。具體說來，單面板是最基本的PCB類型，它僅有一面是導(dǎo)電層(銅箔)，另一面則是非導(dǎo)電材料。這種設(shè)計簡單，通常用于低復(fù)雜度的電路，如簡單的家電或電子玩具。
雙面板則在PCB的兩面都有導(dǎo)電層，意味著電氣連接可以通過兩面實現(xiàn)。雙層板比單層板能夠?qū)崿F(xiàn)更加復(fù)雜的電路設(shè)計，適合更高要求的電子產(chǎn)品，如汽車電子、消費類電子等。
多層板則是4層及以上的PCB板，通過內(nèi)部導(dǎo)線連接，適用于高度集成的大型電路。其中，在多層板中，高多層PCB正成為外界關(guān)注的焦點。從人形機器人到AI大模型，高多層PCB都在背后發(fā)揮著重要作用。
目前，行業(yè)內(nèi)可生產(chǎn)高多層PCB的企業(yè)為數(shù)不多，比如深南電路、鵬鼎控股、東山精密、嘉立創(chuàng)。像嘉立創(chuàng)擁有多項自主研發(fā)的 PCB 制造核心技術(shù)，具備生產(chǎn)高多層印制線路板產(chǎn)品的技術(shù)能力，包括超高層工藝、盤中孔工藝、阻焊開窗工藝等。公司目前生產(chǎn)的印制電路板最高層數(shù)可達 32層，最小孔徑可達 0.15mm，最小線寬線距可達 0.0762mm，并支持?jǐn)?shù)百種層壓結(jié)構(gòu)。
pcb電路設(shè)計者需要根據(jù)電路原理圖，在pcb電路設(shè)計中實現(xiàn)所需要的功能。pcb電路設(shè)計是一項很復(fù)雜、技術(shù)性很強的工作，通常pcb電路設(shè)計初級者都會遇到非常多問題，(本文列好“pcb電路設(shè)計中的常見問題”)也希望pcb電路設(shè)計者們都需要通過不斷的學(xué)習(xí)和經(jīng)驗積累，能夠在一次次的電路設(shè)計中不斷提升，達到優(yōu)良的電路性能和散熱性能，能有效的節(jié)約生產(chǎn)成本。
在PCB板的設(shè)計和制作過程中，工程師不僅需要防止PCB板在制造加工時出現(xiàn)意外，還需要避免設(shè)計失誤的問題出現(xiàn)。本文就這些常見的PCB問題進行匯總和分析，希望能夠?qū)Υ蠹业脑O(shè)計和制作工作帶來一定的幫助。
問題一：PCB板短路
這一問題是會直接造成PCB板無法工作的常見故障之一，而造成這種問題的原因有很多，下面我們逐一進行分析。
造成PCB短路的最大原因，是焊墊設(shè)計不當(dāng)，此時可以將圓形焊墊改為橢圓形，加大點與點之間的距離，防止短路。
PCB零件方向的設(shè)計不適當(dāng)，也同樣會造成板子短路，無法工作。如SOIC的腳如果與錫波平行，便容易引起短路事故，此時可以適當(dāng)修改零件方向，使其與錫波垂直。
還有一種可能性也會造成PCB的短路故障，那就是自動插件彎腳。由于IPC規(guī)定線腳的長度在2mm以下及擔(dān)心彎腳角度太大時零件會掉，故易因此而造成短路，需將焊點離開線路2mm以上。
除了上面提及的三種原因之外，還有一些原因也會導(dǎo)致PCB板的短路故障，例如基板孔太大、錫爐溫度太低、板面可焊性不佳、阻焊膜失效、板面污染等，都是比較常見的故障原因，工程師可以對比以上原因和發(fā)生故障的情況逐一進行排除和檢查。
問題二：PCB板上出現(xiàn)暗色及粒狀的接點
PCB板上出現(xiàn)暗色或者是成小粒狀的接點問題，多半是因于焊錫被污染及溶錫中混入的氧化物過多，形成焊點結(jié)構(gòu)太脆。須注意勿與使用含錫成份低的焊錫造成的暗色混淆。
而造成這一問題出現(xiàn)的另一個原因，是加工制造過程中所使用的焊錫本身成份產(chǎn)生變化，雜質(zhì)含量過多，需加純錫或更換焊錫。斑痕玻璃起纖維積層物理變化，如層與層之間發(fā)生分離現(xiàn)象。但這種情形并非焊點不良。原因是基板受熱過高，需降低預(yù)熱及焊錫溫度或增加基板行進速度。
問題三：PCB焊點變成金黃色
一般情況下PCB板的焊錫呈現(xiàn)的是銀灰色，但偶爾也有金黃色的焊點出現(xiàn)。造成這一問題的主要原因是溫度過高，此時只需要調(diào)低錫爐溫度即可。
問題四：板子的不良也受環(huán)境的影響
由于PCB本身的構(gòu)造原因，當(dāng)處于不利環(huán)境下，很容易造成PCB板的損害。極端溫度或者溫度變化不定，濕度過大、高強度的振動等其他條件都是導(dǎo)致板子性能降低甚至報廢的因素。比如說，環(huán)境溫度的變化會引起板子的形變。因此將會破壞焊點，彎曲板子形狀，或者還將可能引起板子上的銅跡線斷路。
另一方面，空氣中的水分會導(dǎo)致金屬表面氧化，腐蝕和生銹，如暴露的在外的銅跡線，焊點，焊盤以及元器件引線。在部件和電路板表面堆積污垢，灰塵或碎屑還會減少部件的空氣流動和冷卻，導(dǎo)致PCB過熱和性能降級。振動，跌落，擊打或彎曲PCB會使其變形并導(dǎo)致出席那裂痕，而大電流或過電壓則會導(dǎo)致PCB板被擊穿或者導(dǎo)致元器件和通路的迅速老化。
問題五：PCB開路
當(dāng)跡線斷裂時，或者焊料僅在焊盤上而不在元件引線上時，會發(fā)生開路。在這種情況下，元件和PCB之間沒有粘連或連接。就像短路一樣，這些也可能發(fā)生在生產(chǎn)過程中或焊接過程中以及其他操作過程中。振動或拉伸電路板，跌落它們或其他機械形變因素都會破壞跡線或焊點。同樣，化學(xué)或濕氣會導(dǎo)致焊料或金屬部件磨損，從而導(dǎo)致組件引線斷裂。
問題六：元器件的松動或錯位
在回流焊過程中，小部件可能浮在熔融焊料上并最終脫離目標(biāo)焊點。移位或傾斜的可能原因包括由于電路板支撐不足，回流爐設(shè)置，焊膏問題，人為錯誤等引起焊接PCB板上元器件的振動或彈跳。
問題七：焊接問題
以下是由于不良的焊接做法而引起的一些問題：
受干擾的焊點：由于外界擾動導(dǎo)致焊料在凝固之前移動。這與冷焊點類似，但原因不同，可以通過重新加熱進行矯正，并保證焊點在冷卻時而不受外界干擾。
冷焊：這種情況發(fā)生在焊料不能正確熔化時，導(dǎo)致表面粗糙和連接不可靠。由于過量的焊料阻止了完全熔化，冷焊點也可能發(fā)生。補救措施是重新加熱接頭并去除多余的焊料。
焊錫橋：當(dāng)焊錫交叉并將兩條引線物理連接在一起時會發(fā)生這種情況。這些有可能形成意想不到的連接和短路，可能會導(dǎo)致組件燒毀或在電流過高時燒斷走線。
焊盤：引腳或引線潤濕不足。太多或太少的焊料。由于過熱或粗糙焊接而被抬高的焊盤。
問題八：人為失誤
PCB制造中出現(xiàn)缺陷大部分是有人為失誤造成的，大多數(shù)情況下，錯誤的生產(chǎn)工藝，元器件的錯誤放置以及不專業(yè)的生產(chǎn)制造規(guī)范是導(dǎo)致多達64%可避免的產(chǎn)品缺陷出現(xiàn)。由于以下幾點，導(dǎo)致缺陷的可能性隨著電路復(fù)雜性和生產(chǎn)工藝數(shù)量而增加的原因：密集封裝的組件;多重電路層;精細的走線;表面焊接組件;電源和接地面。
盡管每個制造者或組裝者都希望生產(chǎn)出來的PCB板子是沒有缺陷問題，但就是有那么幾種設(shè)計和生產(chǎn)的過程的難題造成了PCB板問題不斷。
典型的問題和結(jié)果包括如下幾點：焊接不良會導(dǎo)致短路，開路，冷焊點等情況;板層的錯位會導(dǎo)致接觸不良和整體性能不佳;銅跡線絕緣不佳會導(dǎo)致跡線與跡線之間出現(xiàn)電弧;將銅跡線與通路之間靠的太緊，很容易出現(xiàn)短路的風(fēng)險;電路板的厚度不足會導(dǎo)彎曲和斷裂。
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