元件級維修的定義

以電路板為對象，查找或處理最終對象是電氣元件的維修統稱為元件級維修，又稱為電路板維修。基本思路是快速認知故障電路板后通過觀察、剖析和測量縮小故障源排查范圍，用相同電氣元件替換排除故障。元件級維修是部件級維修的延續，因為電路板上電氣元件種類和數量較多，元件間連接線路復雜，所以維修難度大于部件級維修。通常電路板體積較小便于攜帶，可以在維修中心搭建電路板測試平臺方便維修。

由于采購渠道缺失、商業競爭或產品升級淘汰等原因，造成無法獲得部件級維修所需要的部件，只能對故障部件進行元件級維修。因為不需要儲備大量設備配件，還能防止經銷商或生產商壟斷后形成高價配件，所以極大降低了維修的配件成本。元件級維修雖然要求維修工程師具有扎實理論基礎和豐富實踐經驗、較強邏輯推理能力和熟練使用專用工具儀器技能、能夠靈活排查故障源和修理故障，對專用工具和儀器配置高，元器件采購周期長，維修效率低，但是具有適用范圍廣、維修配件成本低的優點，通過維修能找出電氣故障底層本質原因，有助于深刻理解電氣設備工作原理，為提高維護水平和今后升級改造提供堅實的技術支撐。

標準電路板至少由一個以上功能電路組成，不同功能電路之間存在包含兼容、獨立并列、輔助配套的關系。因為要在最小面積電路板上安裝最多電氣元件，很難將功能單元電路集中布局，所以電路板上電氣元件之間連接線路極其復雜，加大了排查故障元件的難度。

元件級維修的條件

需要的專業技能

元件級維修要求系統掌握物理學、數學、電工基礎、模擬和數字電路、電機學、自動控制、信號分析、編程軟件、數據庫設計、三維繪圖等專業知識，深刻理解常用電氣設備、電路和電氣元件的工作原理、功能用途和規格樣式等本質特征和規律。具有豐富的實踐經驗，熟練使用萬用表或示波器等專用儀器判斷電氣設備、電路板和電氣元件好壞的技能，能夠根據具體情況靈活選擇或制定可操作性強的拆裝工藝和檢測辦法，掌握電氣設備、電路板和電氣元件拆裝技能。根據元件布局圖和線路圖逆向推測出對應的電路原理圖，再驗證電路是否正常。能用電路設計軟件設計電路原理圖，并進行仿真驗證，編譯出PCB圖(甚至三維模型)和材料清單表。能進行元件級維修的電氣工程師既有單位技術骨干，也有部分資深發燒友，都是電氣維護行業中堅力量。

一、多引腳元件拆焊技能

元件級維修時經常需要從電路板上拆焊多引腳電氣元件，如集成電路、厚膜等。由于多引腳元件封裝形式多樣，引腳多間距小，引腳越多拆焊難度越大，錯誤拆焊辦法容易損壞多引腳元件及PCB板。拆焊多引腳元件關鍵是盡量讓所有焊點上焊錫同時受熱熔化，正確拆焊順序是先拆的后裝、后拆的先裝，及時記錄拆裝步驟以及每個電氣元件安裝定位。

多引腳元件對溫度比較敏感，在拆焊時要控制加熱時間和溫度，如果時間過長溫度過高會燙壞多引腳元件，甚至會使PCB板焊盤翹起或脫落。

拆焊時用力過大會引起多引腳元件引線脫落或銅箔與PCB板脫離，不要采用拉、搖或扭等辦法強行拆除焊點。拆卸多引腳元件前先調直已彎曲引腳，避免拆卸時破壞PCB板。焊接前保護多引腳元件避免其引腳彎曲變形。焊接后及時剪除多引腳元件過長的多余引腳。

焊接時要確保牢靠、避免虛焊，焊接后仔細檢查各引腳間有否存在短路和引腳虛焊。焊接時適當使用助焊劑有助于提高焊接質量，焊接完成后要用洗板水及時清洗電路板。

多引腳元件拆焊辦法

使用吸錫器拆卸多引腳元件，當焊點焊錫受熱熔化后吸入細錫器內，再用空心針管使引腳松動，待其全部引腳焊錫被吸完脫離PCB板，即可拆下多引腳元件，此法適用于直列式封裝多引腳元件的拆焊。

熱風拆焊臺或熱風槍噴頭可噴出溫度達幾百攝氏度的熱風，利用熱風將各引腳上焊錫同時熔化后拆下或焊上多引腳元件。熱風焊接是最常用多引腳元件拆焊方法，適用范圍廣，但對操作技能要求較高。拆卸前用錫箔紙覆蓋集成電路周圍的其它電路，保護其免受多余熱風影響。拆卸時要讓熱風噴頭和所拆得多引腳元件保持垂直，控制溫度、風速和方向，并沿多引腳元件周圍引腳移動噴頭，對各引腳焊錫均勻加熱，噴頭不要觸及多引腳元件及周圍的外圍元件，吹焊位置要準確，盡量不要吹到多引腳元件周圍的元件。待焊錫熔化后用尖鑷子取下多引腳元件。

加錫融化拆卸法，先給待拆多引腳元件引腳上增加焊錫，將每列引腳的焊點用焊錫連接起來，用較大功率電烙鐵對各列引腳輪流加熱，待所有焊錫都融化后，用尖鑷子輕輕撬動多引腳元件并迅速拆下。根據不同封裝多引腳元件采用相匹配專用烙鐵頭，待全部引腳焊錫都熔化后即可拆下多引腳元件，缺點是需要準備多種形式的烙鐵頭。

吸錫線拆卸法，將吸錫線放到多引腳元件引腳上用電烙鐵加熱，引腳上焊錫會被吸錫線吸附，多次重復后吸走引腳上全部焊錫，所有引腳焊錫吸完后用尖鑷子輕輕撬下多引腳元件。吸錫線上已吸附焊錫的多余部分可剪去。

多引腳元件拆焊流程

(一)對電氣元件拆焊前先讓電路板斷電并停止工作，采取相應安全保護措施。

(二)拆卸時要邊拆卸邊記錄電氣元件拆卸順序、元件編號、放置位置、起始引腳、引腳排序方式和對外電氣連接線路，記錄電氣元件初始參數等信息。

(三)保護被拆電氣元件周圍其它元件，需要特殊工藝拆卸需要提前進行拆卸試驗。

(四)先拆卸電氣元件機械固定零件，根據電氣元件熱容量、引腳類型或焊接方式選擇不同類型焊接工具。

(五)逐步讓全部電氣引腳同時受熱，待全部引腳焊錫都融化后再用鑷子取下舊電氣元件。

(六)先清除新元件引腳、引線或焊盤上氧化膜，用洗板水清洗電路板。

(七)焊接前先復核新元件和舊元件型號規格是否相同，按照拆卸記錄反向逐步裝配，按照放置位置、起始引腳和引腳排序進行固定。逐個焊接電氣元件每個引腳，避免引腳間出現短路，最后用洗板水清洗電路板。

(八)機械固定電氣元件后恢復對外電氣連線，設置初始參數，通電驗證電路板是否恢復正常狀態。

二、電氣元件檢測技能

(一)電氣元件的查詢

電氣元件在電路原理圖中用專用圖形符號和文字符號進行標識，電路板中電氣元件封裝上有顏色、圖形和文字等多種標識形式。根據電氣元件標識可檢索其品牌型號、工作原理、功能用途、主要參數、封裝樣式、引腳排列等信息，有利于掌握電氣元件拆裝工藝和性能檢測辦法。

電氣元件損壞后盡量用相同元件進行替換。如果無法獲得相同電氣元件，可用功能和封裝相同、性能參數不低于原標準的相近電氣元件替換。

(二)電氣元件的檢測

電路板上電氣元件在使用過程中會遭遇各種突發意外傷害(如機械碰撞引起機械應變、冷熱溫差引起熱應變、過電壓過電流產生電應變等)，部分電氣元件長期使用后產生損耗或自然老化，都會降低電氣元件性能，甚至損壞電氣元件。

除外觀直接破損外，因為電磁運動不可見性，所以需要借助專業儀器觀察電氣元件電磁運動特征和規律，與正常特征和規律作對比判斷其好壞。電氣元件的特征和規律包括阻抗、容抗和感抗等特性參數，輸入輸出電壓電流有效值、伏安特性和邏輯關系。單功能電氣元件離線時常用萬用表檢測其特性參數，在線通電狀態用萬用表測量電壓電流有效值，示波器檢測伏安特性，邏輯分析儀檢測邏輯關系。多功能電氣元件需要用信號發生源、可調直流電源、檢測儀器(如示波器、邏輯分析儀等)和虛擬負載搭建測試平臺檢測其伏安特性或邏輯關系。

要根據維修需要合理選擇檢測辦法，在線斷電檢測和在線通電檢測不需要從電路板上拆卸電氣元件，檢測效率高，但是檢測不全面，很難準確判斷電氣元件好壞。離線檢測能全面、準確判斷電氣元件好壞，但是需要從電路板上拆卸電氣元件、容易損害元件和PCB板，檢測過程復雜、效率低，對儀器要求高。在元件級維修過程中，通常先進行在線斷電檢測，再進行在線通電檢測，最后進行離線檢測。

單功能元件檢測經驗

可利用包含被測電氣元件的正常電路板作為測試平臺進行在線通電檢測，檢測被測電氣元件各引腳的電壓和電流幅值、波形、頻率、相位，和正常值對比能準確可靠判斷電氣元件是否正常工作。在線斷電檢測獲得電氣元件特性參數只能作為定性而不是定量分析判斷的依據，如電阻、電感的在線阻值要低于或等于標稱值，否則可以判斷其損壞;電容在線容值要大于標稱值，否則可以判斷其損壞;半導體PN結正向阻值大于反向阻值，否則可以判斷其損壞。

線性元件(電阻、電容、電感)是電氣設備數量最多的電氣元件，如果損壞會出現燒焦發黑或破損鼓包等直觀特征，通過仔細觀察能快速找出損壞電氣元件。

電阻或電感不容易損壞，只有長期工作在過流狀態下才會燒斷電阻或電感。如果損壞只能開路，不會產生阻值變化，通常用歐姆計測試電阻的好壞，用電感計測試電感的好壞。

電容損壞通常是耐壓擊穿或容量下降，表現為容量變小、開路、漏電和短路等。電源電路中電容多用于電源濾波，損壞時表現為容量變小。電容開路時會產生不穩定故障現象。電容壽命易受環境溫度影響，溫度越高電容壽命越短，電容漏電或短路時發熱比較嚴重，要及時更換。用電容計測試電容的好壞。

半導體元件故障率大于非半導體元件，半導體元件都含有PN結，易受過流、過壓或高溫的沖擊而損壞。表現為半導體元件PN結擊穿、開路或短路。用各種專用測試儀測試半導體元件的好壞。

根據經驗不同類型電氣元件的故障率各不相同，非線性元件的故障率大于線性元件，半導體元件的故障率大于非半導體元件，電容故障率大于電阻和電感，通常按故障概率排序：機械元件〉半導體元件〉電容〉電阻〉電感。

根據經驗不同類型電氣元件的熱穩定性各不相同，通過清洗散熱裝置和疏通散熱通道解決熱穩定差的問題，電氣元件熱穩定性排序：電阻、電感〉集成電路〉三極管、二極管〉其它電容〉電解電容。

多功能電路檢測經驗

現代電氣設備中最常用多功能電路就是集成電路，也是電路板中的核心電氣元件，檢測集成電路好壞是元件級維修的重要工作內容。因為集成電路直接將各種相關功能電路像黑匣子一樣封裝在一起，外接引腳較多，可視為電路板上子部件，所以通過外接引腳電氣參數判斷集成電路好壞難度較大。

集成電路的檢測分為離線檢測和在線通電檢測。離線檢測是通過測量集成電路功能引腳和公共端(如電源和地)阻值，模擬集成電路要求阻值在產品手冊要求范圍內，數字集成電路要求阻值和正常值偏差較小。電阻測量法簡單安全，測量結果只作為判斷集成電路好壞的參考。在線通電檢測是在滿足工作條件的情況下，測量集成電路各外接引腳的電壓和電流的幅值、波形、頻率和相位是否在正常數據的范圍內，測量過程復雜，對安全和技術要求高，但是測量結果能準確判斷集成電路的好壞。因為集成電路拆卸復雜，盡量采用在線通電檢測法判斷集成電路好壞。過壓、過流、過熱和短路都容易損壞集成電路。測量其引腳的電壓或波形時，為避免造成引腳間短路，最好在與引腳直接連通的PCB板上進行測量。

檢測前先查詢掌握集成電路工作原理、功能用途和規格樣式，熟悉其主要電氣參數、各引腳用途以及引腳的正常電壓、波形，外圍配套電路的工作原理。

因為集成電路大多采用直接耦合，外圍電路不正常也會導致多處引腳電壓偏差，所以不要輕易判斷集成電路損壞。因為部分故障不會引起引腳直流電壓變化，所以不能證明集成電路完好。測量電壓值只能作為判斷集成電路好壞的參考。

大功率集成電路需要安裝散熱器才能長期穩定工作。可用紅外線檢測儀檢測功率集成電路，判斷其是否處于過載狀態，作為判斷集成電路好壞的參考。

三、電路檢測技能

工作條件滿足后，電路輸出信號由輸入信號、當前狀態和人為干涉共同決定。

無記憶功能和無需人為干涉的電路屬于條件驅動型運行方式，即所有外部條件滿足后電路才能進入下一步工作狀態。能夠根據電路當前工作狀態推演出下一步工作狀態。

帶記憶功能電路屬于狀態驅動型運動方式，即輸出信號除所有外部條件滿足外，還受當上一次電路記憶狀態影響。能夠根據電路上一步工作狀態和當前工作狀態推演出下一步工作狀態。

人為干涉電路屬于事件驅動型的運動方式，即輸出信號受人為干涉影響。在其它條件都滿足情況下，能夠根據不同人為干涉狀態推演出電路下一步工作狀態。

模擬電路大多屬于條件驅動運動方式，硬件固定數字電路(組合和時序數字電路)和模擬電路一樣也屬于條件驅動運動方式。因為數字電路比模擬電路更容易實現存儲記憶功能，所以帶記憶功能的數字電路大多屬于狀態驅動或事件驅動運動方式。由可編程元件(GAL、PAL)組成的數字電路，需要先從電路板上拆下可編程元件，通過專門檢測工具判斷元件好壞。由存儲元件(ROM)組成的數字電路，通過專門讀寫器判斷元件好壞。

四、PCB板檢測技能

在電氣維修中經常需要根據PCB板上覆銅線走向找出不同電氣元件引腳之間連線，但是線路容易被電氣元件遮擋，如果是多層PCB板還存過孔和盲孔，無法查看中間層線路走向，增加了排查線路走向的難度。

按照經驗PCB板上工作電源線路、電源公共端、公共線路和接地線路的線條較寬，通常分布在多層PCB板中間層。信號線路、控制線路線條較窄，分布在多層PCB板頂層和底層。因為受專業電路設計軟件限制，PCB板上線路線條要求橫平豎直，做45度倒角，只能在焊盤處分支。

先用高分辨率相機對PCB板頂層和底層分別拍照并保存電子文檔，將圖片導入NI Multisim軟件作為繪圖的背景圖片，調整圖片大小和實物尺寸相同，在圖片對應位置放置焊盤和連接線條后獲得PCB接線圖。還可用萬用表通斷檔結合強光背景照射追蹤排查PCB板線路走向，在圖上標注出連接線條和焊盤后獲得PCB接線圖。

專用儀器的操作經驗

雖然電磁運動的不可見性、高速性和復雜性，但是電磁能變化過程中必然伴隨和其它能量間相互影響，相互轉換。通過專業儀器檢測其電氣參數變化間接判斷電氣元件的好壞。

一、數顯示波器使用經驗

示波器能夠對被測電信號進行測量和對比，通過計算處理將單路或多路被測電信號瞬時值隨時間變化的曲線顯示在示波器顯示屏上，方便人們觀察記錄和分析對比單路或多路電信號變化過程，是元件級維修中最重要測量儀器，屬于被動無損測量。能夠測量直流和交流電信號的電壓幅度、頻率和波形，能夠用兩個通道同時測量并顯示兩路獨立電信號波形形狀和相位差別(即雙蹤測量)。

在電氣設備中可能存在多套相互間沒有電氣連接的電路，每個電路都有自己的等電位公共端。等電位公共端和真實大地直接相連，稱這種等電位公共端為接地端。等電位公共端不和真實大地直接相連，稱這種等電位公共端為參考地。示波器的接地端、信號輸入端BNC插座金屬外圈、探頭接地夾子和AC220V電源接地端相連，可以保護人身安全，屏蔽噪音干擾(對于微弱信號干擾比較明顯)。

帶寬是示波器的重要指標，示波器只能測量頻率在自身帶寬范圍內的電信號，對頻率超過帶寬的電信號直接旁路過濾掉。采樣率要高于帶寬的5倍才能滿足測量精度要求。

示波器“Y輸入”的電壓幅值不能超過儀器的極限值。“Y輸入”導線懸空時容易受外界電磁干擾，應避免出現這種現象。示波器使用之前，先用萬用表測量待測信號的兩端分別和示波器接地端的電壓幅值，如果電壓高要采用高壓差分探頭進行測量。因為示波器測量電壓幅值的精度低于萬用表的精度，所以要用萬用表測量待測信號兩端的電壓幅值，正確地選擇示波器的量程檔位。如果電壓幅值超過示波器量程，要選擇比例擋位匹配的探頭進行測量。

示波器探頭有高壓、差分、有源和高速探頭等多種類型。探頭是示波器接觸電路的部分，好的探頭可以提供測試需要的保真度。根據測量信號的類型，選擇不同的探頭，電壓探頭、電流探頭、邏輯探頭和傳感器探頭，每種探頭又分為無源探頭和有源探頭兩種。對于無源探頭，至少在更換探頭或探頭交換通道的時候，必須進行探頭補償調整。

要測量兩路獨立電信號時，要使用帶隔離通道的雙通雙蹤示波器。

示波器有多種觸發工作模式，在電氣設備維修中靈活地利用觸發功能，可以檢測故障信號周期極短(人眼睛不利于觀察時間過長和過短的信號)的問題和捉捕故障現象隨機出現的問題。減少帶記憶功能示波器保存測試信號的數據量。

帶記憶功能的示波器可以保存一定時間的測試信號，便于對信號進行分析和判斷。對于便攜式示波器停止使用后及時關機，節約電池能量。

二、頻譜儀使用經驗

頻譜儀能夠測量輸入信號幅度與儀器頻率范圍內的幅頻關系，并將變化曲線顯示在頻譜儀顯示屏上，又稱為傅里葉分析儀，主要用于測量復雜電信號頻譜功率、失真度、調制度和頻率穩定度等信號參數，使用方法和示波器相似。

頻譜儀主要技術指標為頻率范圍、掃描寬度、頻率分辨率、掃頻時間等。頻率范圍是正常工作的最大頻率范圍，掃描寬度是單次測量過程中所顯示的頻率范圍，頻率分辨率是能將最近相鄰頻譜分量分辨出來的能力、掃頻時間是進行單次全頻范圍掃描、并完成測量所需的時間。頻譜儀輸入端口的信號電平和功率不能超過最大允許值，測量前先用示波器檢測輸入信號電平。對頻譜儀要定期校準。

三、紅外熱像儀使用經驗

任何電氣設備、電路板和電氣元件工作時都會產生熱量，如果溫度過高會造成損壞。用紅外熱像儀指向并聚焦電氣設備、電路板和電氣元件，會自動調整溫度最大值、溫和區和最小值范圍，在顯示屏上清晰鮮明顯示其紅外特征圖像，屬于被動無損測量。紅外熱像儀操作方便高效，測量結果顯示簡單直觀，測量范圍從-20℃到500℃。空間分辨率是分辨相鄰目標的最小間距，通過鏡頭變焦縮放能由遠及近、從廣到窄縮小顯示極端溫度點分布范圍。數字紅外熱像儀能存儲紅外特征圖像及相關測量數據，用隨機軟件設置參數抽取優化主圖像。

元件級維修時以紅外特征極端溫度點為異常現象，電氣元件溫度過高測量其輸入電流是否過大，溫度過低測量其輸入電流是否過低，能夠縮小電氣元件故障排查空間范圍，再檢測內因或外因判斷電氣元件自身好壞。

用紅外熱像儀遠距測量各類高壓電氣設備中高壓開關或隔離開關中心觸頭接觸不良造成局部過熱現象。用紅外熱像儀測量大功率電氣設備(如發電機、變壓器、電動機)電氣接插件松動、接觸不良、電流過載、三相不平衡、繞組短路或開路、軸承溫度過高、冷卻系統失效等產生局部高溫點。用紅外熱像儀測量功率電池或功率電容的接頭松動、絕緣不良和漏液缺陷造成局部過熱位置。檢查供配電系統線路和斷路器溫度是否一致。用紅外熱像儀測量制冷設備的蒸發、散熱、壓縮過程溫度分布是否正常。

四、虛擬儀器使用經驗

通常檢測儀器只能檢測單一類型物理量，而使用LabVIEW開發虛擬儀器，通過更換不同采集模塊(攝像頭、拾音頭、配套板卡或采集設備)將多種、多路物理量轉換為模擬或數字電信號，再選擇或開發相應檢測程序實現信號顯示、分析、處理和保存功能。

現代多數主流測試儀器都擁有對應LabVIEW驅動程序，通過二次開發方便控制其硬件設備，適用于各種檢測領域的LabVIEW工具包幾乎覆蓋了用戶所需的所有功能，這些工具包降低了用戶檢測程序開發難度，甚至只需簡單調用幾個工具包中函數就可以組成一個完整的教程應用程序。

LabVIEW代碼不需任何修改就可以運行在常用計算機操作系統上(如Windows、Mac OS 或Linux)，還支持各種實時操作系統(如VxWorks或PharLap)和嵌入式設備(如PDA、FPGA)。

虛擬儀器常用于聲音震動檢測、圖像顏色識別和邏輯信號分析等應用。受計算機運行速度限制，虛擬儀器程序檢測頻率較低。為保證LabVIEW兼容性，需要預裝很多驅動程序。

五、可調直流電源使用經驗

在元件級維修時，可調直流電源能為專用測試平臺提供被測負載正常工作所需要的直流電源。可調直流電源能夠輸出多組獨立可調直流電源。

可調直流電源上直流電壓表顯示當前輸出直流電壓值，直流電流表顯示當前輸出直流電流值，在元件級維修時方便測量負載功率。可調直流電源輸出電壓能夠在0～30V范圍內連續調整，配有粗調和細調兩個旋鈕。在接入負載前確定輸出電壓大小，先快速粗調后準確細調，防止電壓過高燒壞負載。

可調直流電源每組輸出端都有紅色正和黑色負端口，正端口電位高于負端口電位。可調直流電源通電后，如果正和負端口輸出引線相碰產生短路，那么可調直流電源進入保護狀態，沒有直流電壓輸出。當短路解除后按可調直流電源復位鍵可恢復正常輸出。

可調直流電源正和負端口對應接入負載正和負端，如果反接會燒壞負載。為方便使用，可用帶絕緣套管雙夾子的紅線和黑線連接可調直流電源和負載。具有兩組獨立直流電壓的可調直流電源，其輸出電壓要分別調整。將兩組獨立直流電壓串聯，能夠為需要正、負對稱電源的負載供電。

六、信號發生器使用經驗

在元件級維修時，信號發生器能為專用測試平臺提供被測負載正常工作所需要的控制信號或輸入信號。信號發生器主要分為模擬信號發生器和數字信號發生器。針對不同測量方式有不同類型信號發生器，選擇正確信號發生器，才能保證測量過程順利、測量結果準確。常用信號發生器有函數發生器、任意波形發生器、數字碼型發生器和時鐘發生器。

函數發生器(Function Generator)可以生成正弦波、方波、三角波、鋸齒波等常見波形，波形可以不斷重復或單次脈沖(需要內部或外部觸發源)。如果頻率高于20kHz，函數發生器還具有調幅、調頻、調相、脈寬調制和VCO控制等調制功能，主要為被測模擬電路提供輸入信號，不適合高保真或頻率穩定的應用。

任意波形發生器(Arbitrary Waveform Generator, 縮寫AWG)能在頻率、精度和輸出電平范圍內產生任意波形。與產生一組特定波形的函數發生器不同，AWG允許用戶以各種不同方式設置任意源波形作為輸出，主要為被測電路提供控制信號，使用靈活、速度快和保真度高。

數字碼型發生器(Digital pattern generator)能設置產生各種滿足激勵需要格式的特定數字信號，主要為被測數字電路提供輸入信號和控制信號。

時鐘發生器能持續產生固定頻率的方波，調節設置可以改變方波頻率，主要為被測電路提供同步時鐘信號。

審核編輯：湯梓紅