电路板选择、焊接和调试技巧详解

电路板选择、焊接和调试技巧详解一、万用电路板选择和焊接万用电路板俗称“洞洞板”。相比专业的PCB制版，洞洞板(万用电路板)具有以下优势：使用门槛低，成本低廉，使用方便，扩展灵活。比如在大学生电子设计竞赛中，作品通常需要在几天时间内争分夺秒地完成，所以大多使用洞洞板。洞洞板的选择目前市场上出售的洞洞板主要有两种，一种焊盘各自独立(图1，以下简称单孔板)，另一种是多个焊盘连在一起(图2，以下简称连孔板)，单孔板又分为单面板和双面板两种。根据笔者的经验，单孔板较适合数字电路和单片机电路，连孔板则更适合模拟电路和分立电路。因为数字电路和单片机电路以芯片为主，电路较规则;而模拟电路和分立电路往往较不规则。分立元件的引脚常常需要连接多根线，这时如果有多个焊盘连在一起就要方便一些。当然这并不绝对，每个人的喜好不一样，选择自己用起来比较顺手的就OK了。图1单孔板图2连孔板另外，读者需要区分两种不同材质的洞洞板：铜板和锡板。铜板的焊盘是裸露的铜，呈现金黄色，平时应该用纸包好保存，以防止焊盘氧化，万一焊盘氧化了(焊盘失去光泽、不好上锡)，可以用棉棒蘸酒精清洗或用橡皮擦拭。焊盘表面镀了一层锡的是锡板，焊盘呈现银白色，锡板的基板材质要比铜板坚硬，不易变形。他们的价格也有区别，以大小为100cm2(10cm×10cm)的单面板为例：铜板价格3~4元，锡板7~8元，一般每平方厘米不超过8分钱。焊接前的准备在焊接洞洞板之前需要准备足够的细导线(图3)用于走线。细导线分为单股的和多股的(图4)：单股硬导线可将其弯折成固定形状，剥皮之后还可以当作跳线使用;多股细导线质地柔软，焊接后显得较为杂乱。图3细导线图4多股和单股细导线洞洞板具有焊盘紧密等特点，这就要求我们的烙铁头有较高的精度，建议使用功率30W左右的尖头电烙铁。同样，焊锡丝也不能太粗，建议选择线径为0.5~0.6mm的。洞洞板的焊接方法对于元器件在洞洞板上的布局，大多数人习惯“顺藤摸瓜”，就是以芯片等关键器件为中心，其他元器件见缝插针的方法。这种方法是边焊接边规划，无序中体现着有序，效率较高。但由于初学者缺乏经验，所以不太适合用这种方法，初学者可以先在纸上做好初步的布局，然后用铅笔画在洞洞板正面(元件面)上，继而也可以将走线规划出来，方便自己焊接。洞洞板的焊接方法，一般是利用前面提到的细导线进行飞线连接，飞线连接没有太多的技巧，但应尽量做到水平和竖直走线，整洁清晰(图5)。现在网上流行一种方法叫锡接走线法，如图6所示，工艺不错，性能也稳定，但比较浪费锡。纯粹的锡接走线难度较高，受到锡丝、个人焊接工艺等各方面的影响。如果先拉一根细铜丝，再随着细铜丝进行拖焊，则简单许多。洞洞板的焊接方法是很灵活的，因人而异，找到适合自己的方法即可。图5常用的飞线连接法洞洞板的焊接技巧很多初学者焊的板子很不稳定，容易短路或断路。除了布局不够合理和焊工不良等因素外，缺乏技巧是造成这些问题的重要原因之一。掌握一些技巧可以使电路反映到实物硬件的复杂程度大大降低，减少飞线的数量，让电路更加稳定。下面就笔者的经验谈谈洞洞板的焊接技巧。1.初步确定电源、地线的布局电源贯穿电路始终，合理的电源布局对简化电路起着十分关键的作用。某些洞洞板布置有贯穿整块板子的铜箔，应将其用作电源线和地线;如果无此类铜箔，你也需要对电源线、地线的布局有个初步的规划。2.善于利用元器件的引脚洞洞板的焊接需要大量的跨接、跳线等，不要急于剪断元器件多余的引脚，有时候直接跨接到周围待连接的元器件引脚上会事半功倍。另外，本着节约材料的目的，可以把剪断的元器件引脚收集起来作为跳线用材料。3.善于设置跳线特别要强调这一点，多设置跳线不仅可以简化连线，而且要美观得多，见图7。图6锡接走线法图7多使用跳线4.善于利用元器件自身的结构图8是矩阵键盘电路，图9是笔者焊接的矩阵键盘。这是一个利用了元器件自身结构的典型例子：图9中的轻触式按键有4只脚，其中两两相通，我们可以利用这一特点来简化连线，电气相通的两只脚充当了跳线。读者可以对照图10好好体会一下。图8矩阵键盘电路图9矩阵键盘5.善于利用排针笔者喜欢使用排针，因为排针有许多灵活的用法。比如两块板子相连，就可以用排针和排座。排针既起到了两块板子间的机械连接作用，又起到电气连接的作用。这一点借鉴了电脑的板卡连接方法。6.在需要的时候隔断铜箔在使用连孔板的时候，为了充分利用空间，必要时可用小刀割断某处铜箔，这样就可以在有限的空间放置更多的元器件。7.充分利用双面板双面板比较昂贵，既然选择它就应该充分利用它。双面板的每一个焊盘都可以当作过孔，灵活实现正反面电气连接。8.充分利用板上的空间芯片座里面隐藏元件，既美观又能保护元件(图11)。图10矩阵键盘背面图11芯片座内隐藏元件参考笔者提供的这些小经验、多动手实践，你将会体会到更好、更适合自己的使用方法和技巧。二、自己印制电路板是不是又在检修用万能板搭出的电路?是不是苦于万能板搭不出自己想要的电路、布局?对于当今广大电子爱好者来说，万能板已经不能满足制作的需求，但是找厂家做PCB样板又不太划算，几十元钱一块板……那就没有办法了么?且慢，这时，感光板横空出世!成本低廉，制作方便，可以轻易搭建出复杂的电路甚至是贴片电路，精度高。方便，实用，是感光电路板的优势所在!而今天我就以最简单的20颗"草帽"LED并联电路来示范一下，教教大家如何充分发挥感光板的优势--我电路就是比你整洁，方便，好用!1材料和工具○感光电路板x1块○三氯化铁x1瓶，或者环保蚀刻剂x1包○感光板显影剂x1包○透明胶x1卷○铅笔x1●台灯x1●玻璃片(越厚越好)x1●塑料盆或保鲜盒x1(注意一定是塑料的啊!!)●美工刀x1●钢尺x1●电子称或天平x1(除非你想一次把所有药品用完)●秒表，手表，钟，能计时就行●平头镊子x1●电钻，台钻，能打孔的就行了。注意要用细钻头!0.8mm左右合适。2绘制并打印你的电路图!首先当然是绘制电路图啦，这里我用的是一个叫SprintLayout的PCB设计软件，至于你用神马软件，我是管不着的啦……不过我还是给诸位菜鸟盆友们推荐SprintLayout!它因为操作简单，易上手等优势赢得了无数菜鸟的喜爱!画出电路图。对了，这个SprintLayout需要打印才行……家里有打印机的当我什么也没讲，没打印机的去百度查查"SmartRrinter虚拟打印机破解版",这是一款很实用的绿色软件(当然要破解之后)，可以把任何文档--只要有打印选项的，转换成N多格式的图片，再把这图片拿到文印店去打印，这就省去了拿着个。LAY文件去打印，人家又打不开的囧况……好啦，现在你已经把电路图打印出来了!(用普通A4纸即可，越轻越好)按照你设计的尺寸，裁下来吧!当心手指!需要注意的是，请仔细观察你打印出来的线路，有的时候会有断线或者短路的情况……没错，任何瑕疵，感光板都会跟着你照做。所以如果是喷墨打印机，请把线距放宽一点，要是断线了就补上，短路了就调宽线距再重新打印!如果你有一台极品激光打印机，请无视这段话……3开始感光!中间是金电子的旧版感光板(已经过期了TwT)，左边是新版的感光板。最右边是三氯化铁块，一瓶装的。下面是感光板显像剂。很多人问感光板的价格，在我住的广州，岗顶新赛格电子城，三楼有一家，10元可以买到100×150mm的巨大板子了，很够用了。瓶装三氯化铁十几元的样子，可以腐蚀N多线路板。显像剂，1元的东西……裁下来的电路图。注意：以下由于感光板对光敏感的缘故，我关了台灯，木有办法……用美工刀+钢尺在感光板上划出你需要的区域，多划几次，多用点力!按图所示摆放好电路板，然后用另一只手按下去!用力!"啪!"好了，切割完毕!杯具的事情还是发生了……切口不整齐，归根还是没有用够力切割板子(可以用玻璃刀试试)。好了，重新切割，切好了。注意要把白色的保护膜撕掉!再进行感光作业!撕掉感光膜之后的效果，应该看到墨绿色的感光层。把电路图图纸有字迹的那一面朝感光膜用透明胶贴好。感光膜朝上,用玻璃压好。玻璃是我从别人家装修时搞来的……越厚越好，厚就重，压的就紧。控制台灯与板子之间的距离在5CM左右!好了，开始感光!注意感光过程中不要碰玻璃，不要关台灯和移动台灯的位置。20分钟左右之后来关掉台灯吧!4配置显影剂，显影!在感光的间隙里，咱们来配置显影剂。一包显影剂有29G,多了，10G左右就够了……按照显影剂：水为1:20的比例来配制显影液(再次强调一定要用塑料盆!)将显影剂倒进准备好了的200ML水中，搅拌，晃动容器，直至显影剂完全溶解，不再有任何颗粒为止。取出感光好了的电路板，撕掉透明胶，此时应该是这个样子的……将板子缓缓放进显影液中(别扔进去哦亲!)，数秒后可以看见非电路部分的感光膜逐渐变成绿色烟雾状并漂浮出来，此时轻轻晃动塑料盆，直到如下图所示的情况。线路部分已经清晰明了，非线路部分的墨绿色感光膜也应该全部溶解。此时再等个3-5秒。以保证显像过程100%完成!注意：用过的显像液严禁再次使用。用过的显像液请稀释20倍后再排放到城市下水系统中!此时的板子应该是很漂亮的了，嘿嘿。5开始蚀刻!称出适量三氯化铁块，再按三氯化铁块：水为3:1左右的比例配置蚀刻液。注意：三氯化铁有腐蚀性，严禁直接用手抓取，用来夹取的镊子用完后也应及时清洗。若不慎入眼请立刻用大量清水清洗并以最快速度找医生!将三氯化铁块扔进水里，过几分钟再来看吧，溶解的很慢的……当溶液呈褐色且没有任何固体在内的时候，就表示蚀刻液已经配置好了!注意：一定要保证蚀刻液中没有任何杂质!蚀刻液最不能容忍的杂质就是油脂!所以你要是刚刚吃完薯片，请洗净双手再开工!水中放几颗铁钉可以加快蚀刻速度，据说哈。反正也不影响使用，试试又何妨?将感光好的板子缓缓放入蚀刻液中(其实应该电路朝下飘在液面上的，但是由于板子面积不够，所以只有沉底了……)注意时刻过程中不要动盆子，也不要用任何东西去碰板子!否则后果自负!过一个小时之后来看吧(嫌时间太长?加大蚀刻液浓度!)，这时可以用塑料袋当手套，把板子小心翼翼的拿出来(注意不要碰到线路部分哦!)，观察非线路部分是不是已经没有金属色泽?要是还有的话，继续泡半个小时再来看啦~如果不确定的话，可以如下图所示用万用表测测非电路部分的电阻，阻值要是无穷大的话就好了!如果你测出来是这个样子，那么恭喜你，你的第一块感光电路板已经制作成功了!6打孔，安装元件，焊接，成功了!台钻出场，打孔!注意别打偏了哦!密密麻麻的孔……最好清理一下打孔出来的渣渣……好吧，顺道秀秀改造后的台钻……亮点在于增加了补光系统(6个3MMLED而已嘛)，加强了结构的稳定性。安装元件，焊接!放好20个"草帽LED".我焊呀焊呀焊呀焊呀……PS:剪下来的元件腿……好啦，至此你的第一块漂亮的印制电路板就制作成功啦，庆祝一下吧!三、怎样去调试一个新设计的电路板对于一个新设计的电路板，调试起来往往会遇到一些困难，特别是当板比较大、元件比较多时，往往无从下手。但如果掌握好一套合理的调试方法，调试起来将会事半功倍。对于刚拿回来的新PCB板，我们首先要大概观察一下，板上是否存在问题，例如是否有明显的裂痕，有无短路、开路等现象。如果有必要的话，可以检查一下电源跟地线之间的电阻是否足够大。然后就是安装元件了。相互独立的模块，如果您没有把握保证它们工作正常时，最好不要全部都装上，而是一部分一部分的装上(对于比较小的电路，可以一次全部装上)，这样容易确定故障范围，免得到时遇到问题时，无从下手。一般来说，可以把电源部分先装好，然后就上电检测电源输出电压是否正常。如果在上电时您没有太大的把握(即使有很大的把握，也建议您加上一个保险丝，以防万一)，可考虑使用带限流功能的可调稳压电源。先预设好过流保护电流，然后将稳压电电源的电压值慢慢往上调，并监测输入电流、输入电压以及输出电压。如果往上调的过程中，没有出现过流保护等问题，且输出电压也达到了正常，则说明电源部分OK。反之，则要断开电源，寻找故障点，并重复上述步骤，直到电源正常为止。接下来逐渐安装其它模块，每安装好一个模块，就上电测试一下，上电时也是按照上面的步骤，以避免因为设计错误或/和安装错误而导致过流而烧坏元件。寻找故障的办法一般有下面几种：①测量电压法。首先要确认的是各芯片电源引脚的电压是否正常，其次检查各种参考电压是否正常，另外还有各点的工作电压是否正常等。例如，一般的硅三极管导通时，BE结电压在0.7V左右，而CE结电压则在0.3V左右或者更小。如果一个三极管的BE结电压大于0.7V(特殊三极管除外，例如达林顿管等)，可能就是BE结就开路。②信号注入法。将信号源加至输入端，然后依次往后测量各点的波形，看是否正常，以找到故障点。有时我们也会用更简单的办法，例如用手握一个镊子，去碰触各级的输入端，看输出端是否有反应，这在音频、视频等放大电路中常使用(但要注意，热底板的电路或者电压高的电路，不能使用此法，否则可能会导致触电)。如果碰前一级没有反应，而碰后一级有反应，则说明问题出在前一级，应重点检查。③当然，还有很多其它的寻找故障点的方法，例如看、听、闻、摸等。“看”就是看元件有无明显的机械损坏，例如破裂、烧黑、变形等;“听”就是听工作声音是否正常，例如一些不该响的东西在响，该响的地方不响或者声音不正常等;“闻”就是检查是否有异味，例如烧焦的味道、电容电解液的味道等，对于一个有经验的电子维修人员来说，对这些气味是很敏感的;“摸”就是用手去试探器件的温度是否正常，例如太热，或者太凉。一些功率器件，工作起来时会发热，如果摸上去是凉的，则基本上可以判断它没有工作起来。但如果不该热的地方热了或者该热的地方太热了，那也是不行的。一般的功率三极管、稳压芯片等，工作在70度以下是完全没问题的。70度大概是怎样的一个概念呢?如果你将手压上去，可以坚持三秒钟以上，就说明温度大概在70度以下(注意要先试探性的去摸，千万别把手烫伤了)。四、电路板维修中的方法技巧引言控制系统由于价格不菲，因此当其发生故障时，为了讲求经济效益，节约成本，一般采用维修的方式。但是在发生以下几种情况时，需要更换新的电路板：电路板已到报废年限;电路板被损坏的情况严重，无法修理;经过多次反复维修，不断出现问题的，说明电路板存在不稳定因素，已经不适于在机床中继续使用的。本人从事电路板的维修工作多年，在工作中总结了一些维修的方法及技巧，介绍给大家，与大家共勉之。1观察法当我们拿到一块待维修的电路板时，首先对它的外观进行仔细的观察。如果电路板被烧过，那么在给电路板通电前，一定要仔细检查电源电路是否正常，在确保不会引起二次损伤后再通电。观察法是属于静态检查法的一种，在运用观察法时，一般遵循以下几个步骤。第一步观察电路板有没有被人为损坏，这主要从以下几个方面来看：①看是否电路板被摔过，导致了板角发生变形，或是板上芯片被摔变形或摔坏的。②观察芯片的插座，看是否由于没有专用工具，而被强制撬坏的。③观察电路板上的芯片，若是带插座的，首先观察芯片是否被插错，这主要是防止操作者自己维修电路板时将芯片的位置或方向插错。如果没有及时把错误改正，当给电路板通电时，有可能会烧坏芯片，造成不必要的损失。④如果电路板上带有短接端子的，观察短接端子是否被插错。电路板的维修需要的是理论上的扎实功底，工作上的仔细认真，通过维修者的仔细观察，有时在这一步就能判断出发生问题的原因。第二步观察电路板上的元器件有没有被烧坏的。比如电阻、电容、二极管有没有发黑、变糊的情况。正常情况下，电阻即使被烧糊了，它的阻值也不会有变化，性能不会改变，不影响正常使用，这时需要使用万用表辅助测量。但是如果是电容、二极管被烧糊了，他们的性能就会发生改变，在电路中就不能发挥其应有的作用，将会影响整个电路的正常运行，这时必须更换新的元器件。第三步观察电路板上的集成电路，比如74系列、CPU、协处理器、AD等等芯片，有没有鼓包、裂口、烧糊、发黑的情况。如果有这样的情况发生，基本可以确定芯片已经被烧坏，必须更换。第四步观察电路板上的走线有没有起皮、烧糊断路的情况。沉铜孔有没有脱离焊盘的。第五步：观察电路板上的保险(包括保险管和热敏电阻)，看保险丝是否被熔断。有时由于保险丝太细，看不清楚，可以借助辅助工具-万用表来判断保险管是否损坏。以上四种情况的发生，大都是由于电路中电流过大造成的后果。但是具体是什么原因造成的电流过大，就要具体问题具体分析。但查找问题的总体思路是首先要仔细分析电路板的原理图，然后根据所烧毁的元器件所在电路，查找它的上级电路，一步一步向上推导，再凭工作中积累的一些经验，分析最容易发生问题的地方，找出故障发生的原因。2静态测量法对大部分的电路板来说，通过前面的观察法，并不能发现问题。只要少部分的电路板会因为一些特殊的原因发生物理变形，轻易的找出故障原因，大部分发生故障的电路板，还是需要借助万用表，对电路板上的一些主要元器件、关键点进行有序的测量，发现问题，解决问题。在测量之前，首先要判断电路是以模拟信号为主，还是以数字信号为主。对于有原理图的电路板来说，通过查看原理图就能判断。但是对于没有原理图的电路板来说，一般通过以下两种方法判断：①观察电路板上的元器件，看电路板上是否有微处理器，不管是早期的80、51系列，还是现在广泛应用的DSP,只要电路板上出现这样的芯片，就说明板子上有总线结构，数字信号必将占有很大的一部分，就可以把它当做数字板来处理。②对于没有微处理器的电路板，观察板上元器件，看应用5V电源的芯片多不多。如果5V电源芯片很多，也可以把它当做数字电路来进行修理。对于数字电路和模拟电路的维修方式是不同的，一般来说模拟电路维修起来更简单一些，可以一步一步的向前推导，找出问题。但是对于数字电路来说，由于电路都挂在总线上，没有明确的上下级关系。因此维修起来要更困难一些，下面只着重阐述数字电路的静态测量法，维修主要遵循以下几个步骤来进行。第一步：使用万用表检查电源与地之间是否短路。检查的方法是：找一个5V电源供电的芯片，测量对角线上的两点(比如14脚的芯片，则测量7脚与14脚。16脚的芯片，则测量8脚与16脚)。如果两点之间没有短路，说明电源工作大致正常。若发生短路现象，则需要通过排查法找到原因。这些步骤只是电源维修的基本思路，具体到特别复杂的电路板还需要具体问题具体分析。电源是电路的基础，只有电源工作正常，才能谈到后续电路的应用。因此电源的测量是非常重要的，同时也是特别容易被维修者忽略的一步。第二步：使用万用表测量二极管，观察其工作是否正常。正常情况下，用电阻档测正负极，正相测量为几十到几百欧，反相为一千到几千欧。一般来说二极管发生损坏的情况，都是由于电路中的电流过大导致二极管被击穿。第三步：使用万用表电阻档测量电容，看是否有短路、断路的情况，如果有，则说明这部分电路有问题。下一步就需要确定是元件本身有问题，还是跟它相连的电路有问题，方法是将可疑元件的一脚焊下来，看元件是否有断路、断路情况。这样就可以一步确定问题所在。第四步：同样使用万用表对电路板上的集成电路、三极管、电阻等进行测量，看其是否符合本身的逻辑性能。如果电路板上包