印刷電路板短路處的尋找方法

0 前言
    印刷電路板元件全部焊上后，即需要加電進行測試或調試，以使該板成為合格部件，隨後再流入總裝。其中難免有些板卡有故障，例如短路故障。如果短路故障發生在非電源線條(銅箔)處，則技術人員可將該板接上電源(該板本身不帶電源)，進行必要的測試分析，最終找到短路處。但是如果電源線條之間(例如5V與地之間)短路，則根本無法正常加電，也就無法進行測量分析。肉眼觀察只能發現明顯的短路故障，複雜的印刷電路板，特別是雙面板，短路點可能隱藏在某些元件之下，觀察法很難奏效，於是隨著生產量的擴大，該類故障板便越積越多，成了老大難問題。
    本文介紹一種尋找該類短路的方法，檢修人員甚至不需要專業知識，也可以迅速準確地找到短路點。

1  工作原理
    在圖1中，abcdefgh為印刷電路板上的正電源供電線條(+5伏)，ABCDEFGH為板上地線，正常情況下兩者不直接相通(無短路點)，電源可正常加上去。
 
圖1  印刷電路板上正負電源供電線條短路點示意圖
    現在假設S點發生短路，則電源無法加上，因為短路電源太大，可能燒壞印刷電路板上的線條(銅箔)如圖1所示。5V電源通過50Ω電阻加上去，由於電阻的分流作用，I=5／50=0.1A，0.1A的電流對線條應該是安全的，該電流流經abcd……DCBA，會在導電線條上形成電壓降。靈敏電壓表負極固定在A端，正極自A點起向BCD……移動，由於短路點在S，所以直至F點電壓表讀數都是增加的，但向H點移動時不增加(電壓表讀數保持不變)，說明FH段無電流流過，於是放棄H點以遠方向，改向G方向尋找，這時發現F至S點電壓表讀數是增加的，但S點以遠讀數不再增加，且除G點以外再無其它方向線條，於是可以斷定S點為短路點。

2 檢測電路簡介
    由於印刷電路板上的線條由銅箔構成，電阻約為0.0005Ω／mm(視寬度及厚度而定)，0.1A電流流過時，每毫米線條兩端壓降約為500uV其值很小。而20mV三位半數字電壓表表頭解析度為100uV，為了尋找正確，檢測電壓必須加以放大(見圖2)。
 
圖2放大器原理圖
    圖2為由運算放大器IC1(LM324)組成的反相放大器，其放大倍數為   -(R3/R2)=-10/1=-10(倍)  於是使200mV的數字電壓表頭滿度的輸入檢
測電壓U為20mV，檢測解析度為10uV，而實際輸人的測量電壓U一般小於15mV(相當於300mm長的銅箔線條的上壓降)，因而不會超量程。
    R1保證測量電路開路時，運放輸人為零，R3、D1、D2保護數字電壓表免受過載衝擊，R4可平衡掉運放的失調電流，減小零點漂移。
    運放的調零不是必須的，根據實例，LM324的失調電壓小於1mV，有的甚至只有O.1mV(可從其中4隻獨立運放中選一隻失調電壓小的使用)，放大10倍后約為數毫伏，其失調電壓的溫度係數實測約為5uV/℃。由於測試時，觀察的是電壓讀數的變化，而不是電壓的絕對值，因而失調電壓的影響不大，倒是失調電壓的溫度係數不能過大。總之，用一隻無調零功能的LM324已可正常工作，如要求較高，可使用自動穩零的運放，此時效果更佳。
    本檢測電路也可用於非電源線條短路點的尋找，但限流電流R0應改為200Ω，使I=25mA，因為0.1A的電流可能使某些小功率的硅管發射結損壞，而25mA一般是安全的。I減小使得測試靈敏度降低，於是應增大放大倍數，將R3改為40kΩ，此時失調電壓的影響增大，因此必須採用自動穩零的運放，但工作原理是一樣的。

3 測試方法
    按圖1連接好電路，y端固定在A點，用測試棒的尖端x(用萬用表測試棒磨尖改制，以便能刺穿阻焊膜)，自A點起，逐步向遠處測試，並觀察數字錶頭的讀數，如果測試棒尖在印刷電路板線條上移動至讀數向所有方向均不再變化時，該點即為短路點，可加以消除，如果有多個短路點，可一個一個找出來，逐個加以消除。
    最後需要加以說明的是，由於運放存在失調電壓，測試棒的尖端x置於A點時，數字錶頭的讀數可能為某一負數，x自A向遠處移動時，讀數的絕對值先減小至零值，然後再增大，但如前所述，這並不影響檢測。

    用本文介紹的方法，對某廠庫存的近百塊帶有電源短路故障的印刷電路板進行檢測，成功地找到了短路故障，並加以消除。