PCB抄板技術

PCB抄板也常被稱為電路板抄板、PCB克隆、電路板克隆、PCB逆向設計等等,它是指在已經有電子產品實物的前提下,利用各種反向研究手段反推出產品PCB檔案,電路原理圖等全套技術資料,然後利用這些資料對產品技術原理進行完整解析和套用研究,並通過制板打樣、電路板焊接、組裝等工序來實現電子產品仿製克隆的過程。

概念,產生背景,發展歷史,法律爭議,軟體選擇,技術過程,價值,原理圖反推,行業展望,

概念

PCB抄板,目前在業界也常被稱為電路板抄板、電路板克隆、電路板複製、PCB克隆、PCB逆向設計或 PCB反向研發,關於PCB抄板的定義,業界和學術界有多種說法,但是都不太完整,如果要給PCB抄板下一 個準確的定義,我們可以借鑑國內權威的PCB抄板實驗室的說法:PCB抄板,即在已經有電子產品實物和電 路板實物的前提下,利用反向研發技術手段對電路板進行逆向解析,將原有產品的PCB檔案、物料清單 (BOM)檔案、原理圖檔案等技術檔案以及PCB絲印生產檔案進行1:1的還原,然後再利用這些技術檔案和 生產檔案進行PCB制板、元器件焊接、飛針測試、電路板調試,完成原電路板樣板的完整複製。由於電子 產品都是由各類電路板組成核心控制部分進行工作,因此,利用PCB抄板這樣一個過程,可完成任何電子 產品全套技術資料的提取以及產品的仿製與克隆。
很多人對PCB抄板概念存在誤解,事實上,隨著抄板行業的不斷發展和深化,今天的PCB抄板概念已經 得到更廣範圍的延伸,不再局限於簡單的電路板的複製和克隆,還會涉及產品的二次開發與新產品的研發 。比如,通過對既有產品技術檔案的分析、設計思路、結構特徵、工藝技術等的理解和探討,可以為新產 品的研發設計提供可行性分析和競爭性參考,協助研發設計單位及時跟進最新技術發展趨勢、及時調整改 進產品設計方案,研發最具有市場競爭性的新產品。同時,PCB抄板的過程通過對技術資料檔案的提取和 部分修改,可以實現各類型電子產品的快速更新升級與二次開發,根據抄板提取的檔案圖與原理圖,專業 設計人員還能根據客戶的意願對PCB進行最佳化設計與改板,也能夠在此基礎上為產品增加新的功能或者進 行功能特徵的重新設計,這樣具備新功能的產品將以最快的速度和全新的姿態亮相,不僅擁有了自己的知 識產權,也在市場中贏得了先機,為客戶帶來的是雙重的效益。
目前,當眾多PCB抄板設計服務企業參差不齊在市場中著力生存、追求利潤時,有少數企業已經開始 在更高的層次上確立地位,成為行業領域的領跑者,其中最成功、規模最大、技術實力最強、服務最全面 的要數世紀芯PCB工作室、芯谷科技等最早在國內興起的民間反向研發技術團隊組織了。它們的成功證明, PCB抄板蘊藏著巨大的能量。這個能量,不僅是對抄板設計服務企業而言,也是對整個電子產品市場以及 信息技術產業而言的,因為在客觀上他們推動了中國企業的技術能力,徹底打破了技術壁壘。

產生背景

上世紀八十年代,西方資本主義國家大力發展科技,各種高端科技電子產品應運而生。這類電子產品被廣泛使用。產品的開發者擁有其全套的技術方案,對此類產品的技術方案實行壟斷。有些開發產品的企業甚至惡意抬高其產品的價格,已獲得更大的利潤。在這種壟斷的環境下,一些企業嘗試打破這種壟斷,從中獲得利潤,嘗試著去仿製這類產品,對這些高科技產品做反向的研究和分析,就是我們現在所說的PCB抄板。PCB抄板行業也應運而生

發展歷史

PCB抄板概念最初誕生於反向工程在國內學術界開始興起的二十世紀八十年代,目前,PCB抄板已經成 為一個服務於全球電子產業發展和國核心心技術研究的全球性行業,國內外各類抄板公司也已經遍地開花 ,近年來,這個行業的發展以及其在科技領域引發的種種轟動,使越來越多的人開始關注它,也使更多的 企業通過他們的服務而走進了在科技上敢與國際大企業抗衡的時代。特別是在中國江浙和廣東一帶,PCB 抄板較為盛行,而且還出現了一批專門從事PCB抄板技術研究的權威實驗室。

法律爭議

PCB抄板屬於反向工程的範疇,自整個概念誕生以來,它就一直處於廣泛的爭議之下,反向工程的方 法在積體電路工業的發展中起著巨大的作用,世界各國廠商無不採用這種方法來了解別人產品的發展,如 果嚴格禁止這種行為,便會對積體電路技術的進步造成影響,所以各國在立法時都在一定條件下將此視為 一種侵權的例外。為了教學、分析和評價布圖設計中的概念、技術或者布圖設計中採用的電路、邏輯結構 、元件配置而複製布圖設計以及在此基礎上將分析評價結果套用於具有原創性的布圖設計之中,並據此制 造積體電路,均不視為侵權。但是,單純地以經行銷售為目的而複製他人受保護的布圖設計而生產集成電 路,應視為侵權行為。
2007年1月中國最高人民法院公布“關於審理不正當競爭民事案件套用法律若干問題的解釋”,規定 通過自行開發研製或者反向工程等方式獲得的商業秘密,不認定為反不正當競爭法有關條款規定的侵犯商 業秘密行為。
該司法解釋同時規定,反向工程是指通過技術手段對從公開渠道取得的產品進行拆卸、測繪、分析等 而獲得該產品的有關技術信息。當事人以不正當手段知悉了他人的商業秘密之後,又以反向工程為由主張 獲取行為合法的,不予支持。
該司法解釋於2007年2月1日起正式實施。
目前許多正規的抄板單位如世紀芯PCB工作室、芯谷科技等機構都有明確規定,凡在公司進行反向工程 的客戶,必須有合法的設計著作權來源聲明,以保護原創設計著作權所有者的合法權益,並要求客戶承諾反向 成果主要用於教學、分析、技術研究等合法用途。同時,反向工程致力於在原有產品設計思路上進行二次 開發,通過電路原理分析與資料提取,在產品設計中加入新的設計理念與功能模組,快速在原有產品基礎 上實現創新升級與更新換代,助力電子行業整體競爭力的提升。

軟體選擇

抄板軟體的好壞主要還是取決於功能是否完整,最好是把所有工作都能在抄板軟體里去做,這樣效率才高,包括元件的放置支持PROTEL99SE為最好,目前99SE的元件庫非常豐富,可在互連網上下載到。這個也是很關鍵的事情,抄板靠手工製作元件的時代已經過去,因為很多象BGP元件封裝中有上百個之多的元素,靠手工再去建元件代價太大。
為了電路穩定可靠,在設計電路時一般要有大塊的銅皮和電源或地連線,這樣可減少電路的噪聲和干擾。所以涉及到網路鋪銅的問題,對於複雜的電路板來說,鋪銅上面有很多是要連線也有很多是要隔離的,那么如果解決不好這個問題,鋪銅就無法實現,所以這裡一定要定義網路來鋪銅(“同一網路相連,不同網路隔離”),簡單的把所有的都填充上銅皮是會出現短路的。這也是衡量抄板軟體的一個關鍵性問題。
選擇好功能完善的軟體之後,為保證效果的完美,對於雙層板和多層板的抄板,技術上也應該具備豐富的經驗和熟練的技巧。由於同一張雙層或者多層的PCB板,孔在同一個位置,只是線路連線不同,那么,在抄板軟體中描繪原板的布線規則時,把雙層板已經抄出的頂層的PCB檔案疊在另一層的掃描圖像上,兩者的過孔重疊,再設定成頂層線路和絲印不顯示,根據過孔位置描繪出另一層的線路,這樣,導出的PCB檔案就包含了雙面板的兩面資料。
多層板同理,只是需要在描出表層PCB檔案圖之後用砂紙打磨掉表層,使內層走線規則暴露出來,然後藉助抄板軟體以同樣的技巧方式抄出即可。
目前市場上的抄板軟體最常用的還是PROTEL99SE,另外就是quickpcb 2005 V3.0和各種版本的彩色抄板軟體了。
其中,Protel99SE原本是套用於Windows9X/2000/NT作業系統下的EDA設計軟體,採用設計庫管理模式,可以進行聯網設計,具有很強的數據交換能力和開放性及3D模擬功能,是一個32位的設計軟體,可以完成電路原理圖設計,印製電路板設計和可程式邏輯器件設計等工作,可以設計32個信號層,16個電源--地層和16個機加工層。
quickpcb 2005 V3.0軟體全部操作符合大多數設計人員操作習慣,能在很大程度上提升抄板效率,並解除操作人員的檢測之苦。抄板的一次性合格率也能進一步得到保證。
功能介紹:
放置焊盤、孔、線、弧、過孔、元件、FILL、POLYGON、文字;
各元素屬性設定、格線設定;
CTRL鍵自動捕捉格線與元素中心;
SHIFT鍵選擇、去選擇、剪下、拷貝、刪除、旋轉、鏡像與重複功能;
32層設定功能,縮放顯示;

技術過程

PCB抄板的技術實現過程簡單來說,就是先將要抄板的電路板進行掃描,記錄詳細的元器件位置,然 後將元器件拆下來做成物料清單(BOM)並安排物料採購,空板則掃描成圖片經抄板軟體處理還原成pcb板 圖檔案,然後再將PCB檔案送製版廠制板,板子製成後將採購到的元器件焊接到製成的PCB板上,然後經過 電路板測試和調試即可。
具體技術步驟如下:
第一步,拿到一塊PCB,首先在紙上記錄好所有元氣件的型號,參數,以及位置,尤其是二極體,三級管的方向,IC缺口的方向。最好用數位相機拍兩張元氣件位置的照片。現在的pcb電路板越做越高級上面的二極體三極體有些不注意根本看不到。
第二步,拆掉所有器件,並且將PAD孔里的錫去掉。用酒精將PCB清洗乾淨,然後放入掃瞄器內,掃瞄器掃描的時候需要稍調高一些掃描的像素,以便得到較清晰的圖像。再用水紗紙將頂層和底層輕微打磨, 打磨到銅膜發亮,放入掃瞄器,啟動PHOTOSHOP,用彩色方式將兩層分別掃入。注意,PCB在掃瞄器內擺放一定要橫平豎直,否則掃描的圖象就無法使用。
第三步,調整畫布的對比度,明暗度,使有銅膜的部分和沒有銅膜的部分對比強烈,然後將次圖轉為黑白色,檢查線條是否清晰,如果不清晰,則重複本步驟。如果清晰,將圖存為黑白BMP格式檔案TOP.BMP和BOT.BMP,如果發現圖形有問題還可以用PHOTOSHOP進行修補和修正。
第四步,將兩個BMP格式的檔案分別轉為PROTEL格式檔案,在PROTEL中調入兩層,如過兩層的PAD和VIA的位置基本重合,表明前幾個步驟做的很好,如果有偏差,則重複第三步。所以說pcb抄板是一項極需要耐心的工作,因為一點小問題都會影響到質量和抄板後的匹配程度。
第五步,將TOP層的BMP轉化為TOP.PCB,注意要轉化到SILK層,就是黃色的那層,然後你在TOP層描線就是了,並且根據第二步的圖紙放置器件。畫完後將SILK層刪掉。不斷重複知道繪製好所有的層。
第六步,在PROTEL中將TOP.PCB和BOT.PCB調入,合為一個圖就OK了。
第七步,用雷射印表機將TOP LAYER,BOTTOM LAYER分別列印到透明膠片上(1:1的比例),把膠片放到那塊PCB上,比較一下是否有誤,如果沒錯,你就大功告成了。
一塊和原板一樣的抄板就誕生了,但是這只是完成了一半。還要進行測試,測試抄板的電子技術性能是不是和原板一樣。如果一樣那真的是完成了。
備註:如果是多層板還要細心打磨到裡面的內層,同時重複第三到第五步的抄板步驟,當然圖形的命名也不同,要根據層數來定,一般雙面板抄板要比多層板簡單許多,多層抄板容易出現對位不準的情況,所以多層板抄板要特別仔細和小心(其中內部的導通孔和不導通孔很容易出現問題)。
雙面板抄板方法
1.掃描線路板的上下表層,存出兩張BMP圖片。
2.打開抄板軟體Quickpcb2005,點“檔案”“打開底圖”,打開一張掃描圖片。用PAGEUP放大螢幕,看到焊盤,按PP放置一個焊盤,看到線按PT走線……就象小孩描圖一樣,在這個軟體里描畫一遍,點“保存”生成一個B2P的檔案。
3.再點“檔案”“打開底圖”,打開另一層的掃描彩圖;
4.再點“檔案”“打開”,打開前面保存的B2P檔案,我們看到剛抄好的板,疊在這張圖片之上——同一張PCB板,孔在同一位置,只是線路連線不同。所以我們按“選項”——“層設定”,在這裡關閉顯示頂層的線路和絲印,只留下多層的過孔。
5.頂層的過孔與底層圖片上的過孔在同一位置,現在我們再象童年時描圖一樣,描出底層的線路就可以了。再點“保存”——這時的B2P檔案就有了頂層和底層兩層的資料了。
6.點“檔案”“導出為PCB檔案”,就可以得到一個有兩層資料的PCB檔案,可以再改板或再出原理圖或直接送PCB製版廠生產
多層板抄板方法:
其實四層板抄板就是重複抄兩個雙面板,六層就是重複抄三個雙面板……,多層之所以讓人望而生畏,是因為我們無法看到其內部的走線。一塊精密的多層板,我們怎樣看到其內層乾坤呢?——分層。
現在分層的辦法有很多,有藥水腐蝕、刀具剝離等,但很容易把層分過頭,丟失資料。經驗告訴我們,砂紙打磨是最準確的。
當我們抄完PCB的頂底層後,一般都是用砂紙打磨的辦法,磨掉表層顯示內層;砂紙就是五金店出售 的普通砂紙,一般平鋪PCB,然後按住砂紙,在PCB上均勻磨擦(如果板子很小,也可以平鋪砂紙,用一根 手指按住PCB在砂紙上磨擦)。要點是要鋪平,這樣才能磨得均勻。
絲印與綠油一般一擦就掉,銅線與銅皮就要好好擦幾下。一般來說,藍牙板幾分鐘就能擦好,記憶體條大概要十幾分鐘;當然力氣大,花的時間會少一點;力氣小花的時間就會多一點。
磨板是目前分層用得最普遍的方案,也是最經濟的了。咱們可以找塊廢棄的PCB試一下,其實磨板沒什麼技術難度,只是有點枯燥,要花點力氣,完全不用擔心會把板子磨穿磨到手指頭喔。

價值

有人曾做過這樣的假設:如果筆記本電腦研究需要兩年,在國外研究出來後,我們開始進入研究需要兩年,那么這兩年里我們只能賣國外的筆記本。這樣,不僅我們自己的筆記本比國外晚了四年,而且四年里,國外筆記本電腦在中國的市場占有率和品牌效應已經達到堅不可摧的地步。
但是,如果採用PCB抄板等反向技術研究,在筆記本電腦問世之初,我們可以很快跟上新產品研究,並且還可以為其加入新的功能,進行新的突破,這樣,我們能夠在短時間內擁有自己的技術成果來跟國外的壟斷產品進行競爭,並迅速超越。這個假設其實正好說明了PCB抄板的商機所在。目前,領跑整個PCB抄板行業的大型研究型企業如世紀芯PCB工作室、芯谷科技等等,已經將PCB抄板的範圍拓展到醫療設備、通訊終端、消費電子、工業控制、儀器儀表、廣播電視、汽車電子、家用電子、安防電子、加工製造設備等電子產品套用領域,相信能夠把握的商機的人會通過世紀芯PCB工作室、芯谷科技等反向研發的民間技術團隊的服務為電子市場奉上更多的新技術、新產品,做國外產品強有力的競爭者。
具體來說,PCB抄板的價值體現在以下幾個方面:
(1)從企業的角度而言,克隆可幫助企業快速更新換代,緊跟最新潮流。以最短的時間和最低的開發費用完成產品的上市。且在如今幾近完美的電子克隆技術的支持下,產品質量得到強有力的保證。
(2)從用戶體驗的角度而言,物美價廉是其最突出的特性,易於普通大眾所接受,不僅能夠豐富人們的生活,體驗時尚與潮流所帶來的全新感覺,並為企業贏得更多利潤,增強其在行業內的競爭力。
(3)對一些特定行業或研究院而言,抄板是一種行之有效且必要的手段,它能夠快速攻克技術上的壁壘,促進正向研究的發展,拉近與已開發國家先進技術的差距。
(4)從抄板技術角度而言,抄板並不時簡單的仿製、copy,它屬於反向研究領域,通過攻克原機的技術,掌握其性能與套用,可進行二次開發,即在充分了解其原理圖的基礎上對其功能進行刪減,達到適合自己需求的產品。不僅可以規避“智慧財產權”,還可快速創造屬於自己的品牌,且研製周期短,成本低
,效益顯著。
(5)從整體行業而言,有利於加快整體行業的發展。當克隆技術發展速度越來越快且日趨完美時,電子工程師們也正積極地尋求如何另最新研製的產品在市場上長時間保持一枝獨秀的競爭力,增強產品的差異化的方法,這一方面促進了正向技術的研究,另一方面也使反向研究得到了更廣闊的發展空間,同時
也給電子企業帶來了更多機會。

原理圖反推

原理圖就是由電氣符號組成用來分析電路原理的圖紙,它在產品調試、維修、改進過程中有著不可或缺的作用。原理圖反推與正向設計恰好相反,正向設計是先有原理圖設計,再根據原理圖進行PCB設計,而PCB反推原理圖是指根據現有PCB檔案或者PCB實物反向推導出產品的原理圖,以方便對產品進行技術解
析並協助後期產品樣機調試生產或改進升級。
BOM清單製作
在產品反向技術研究與仿製開發過程中,BOM清單的製作及貼片方點陣圖、SMT貼片機用元件坐標圖製作都是後期樣板焊接、貼片加工、完整樣機定型設計與組裝生產的必要環節。
BOM(物料清單)是器件物料採購的依據,它記載了產品組成所需的各種元器件、模組以及其他特殊材料。BOM清單的製作最重要的是要求元器件的各種參數測量值精確,因為如果器件參數有誤,就可能影響對器件的判斷和物料採購的準確性,甚至可能導致項目開發失敗。
PCB改板
PCB改板是PCB抄板中的一個相關概念,它是指對提取的PCB檔案進行線路調整或重新布局,以實現對原電路板的功能修改,可快速實現產品的更新升級,滿足某些客戶的個性化需要和特殊套用需求。

行業展望

電子電路產業和中國電子信息產業一樣,在近年一直保持著高速增長,這一增長趨勢還將持續到2010年或更長一段時間,尤其是近年來我國消費類電子和汽車電子的飛速發展,更是為電子電路業提供了廣闊空間。這樣看來在未來兩年里,我國的pcb抄板和pcb行業還有著很大的發展空間。 深圳世紀芯積體電路有限公司PCB抄板行業中的六大服務板塊內容為:
★模具外形反向研發(抄數):模具設計,模具仿製,外形三維數據提取,模型參數還原,結構手板製作,模具製作等等。
★元器件反向研發:半導體材料解析,元器件翻新,連線器、繼電器、二三極體、積體電路IC、繼電器、感測器、電容、電阻等元器件仿製克隆等。
★晶片反向研發:晶片解密,單片機解密,晶片資料提取,IC反向設計,晶片克隆,晶片燒錄、晶片型號鑑定、晶片打磨等等。
★電路板材反向研發:PCB抄板、PCB反推原理圖、BOM清單製作、GERBER資料轉換與還原、電路板調試等等。
★成品半成品生產加工:PCB制板、柔性板加工、特種PCB加工、SMT加工、BGA返修、樣機組裝生產、成品批量加工等等。
其中
PCB抄板服務包括:PCB抄板/改板、電路板抄板(克隆)、BOM清單製作、PCB反繪原理圖、Gerber資料返PCB檔案、PCB/FPC制板;
PCB設計服務包括:高速PCB設計、PCB Layout、原理圖設計、IBIS仿真分析、EMC設計、原理圖符號庫與PCB封裝庫製作;
晶片解密服務包括:IC晶片解密、單片機解密、51系列單片機解密、FPGA/CPLD晶片解密、代燒晶片、晶片拷貝、晶片失效分析、IC反向設計、IC驗證與測試、IC型號鑑定與替換;
PCB加工服務包括:PCB批量加工、高精密PCB加工、特種PCB加工、柔性線路板加工、剛柔結合板加工、電路板維修、焊接、組裝測試等;
SMT加工服務包括:SMT貼片加工、PCBA加工、COB邦定加工、DIP外掛程式加工、後焊加工、BGA返修、植球;
樣機製作服務:功能樣機製作與調測、功能修改、手板模型製作、模具製造、批量元器件採購、軟硬體開發、樣機技術資料轉讓等。
抄數服務包括:模具外形反向研發(抄數):模具設計,模具仿製,外形三維數據提取,模型參數還原,結構手板製作,模具製作等等。
元器件反向研發服務包括:半導體材料解析,元器件翻新,連線器、繼電器、二三極體、積體電路IC、繼電器、感測器、電容、電阻等元器件仿製克隆等

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