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高端PCB电路板研发生产

高频板 · HDI板 · 软硬结合板 · 埋盲孔板

史上最全的PCB线路板(印制线路板)知识总结
2019-08-29
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一、简介

PCB线路板(印制线路板),又叫作印刷电路板、印刷线路板,略称印制板,英文略称PCB(printed circuit board )或PWB(printed wiring board),以绝缘板为基材,切成一定尺寸,其上至少附有一个导电图形,并布有孔(如元件孔、紧固孔、金属化孔等),用来接替过去装置电子元部件的底盘,并成功实现电子元部件之间的互相连署。因为这种板是认为合适而使用电子印刷术制造的,故被称为“印刷电路板”。习性称“印制电路板”为“印制线路”是不确切的,由于在印制板上并没有“印制元件”而仅有布线。

二、基本组成

到现在为止的电路板,主要由以下组成:

1,线路与图面(Pattern):线路是作为原件之间导通的工具,在预设上会额外预设大铜面作为接地及电源层。线路与图面是同时做出的。

2,介电层(Dielectric):用来维持线路及各层之间的绝缘性,也称为基材。

3,孔(Through hole / via):导通孔可使两层级以上的线路你我导通,较大的导通孔则做为零件插件用,额外有非导通孔(nPTH)一般用来作为外表贴装定位,组装时固定螺钉用。

4,防焊油墨(Solder resistant /Solder Mask):并非所有的铜面都要吃锡上零件,因为这个非吃锡的地区范围,会印一层隔绝铜面吃锡的事物(一般为环氧气天然树脂),防止非吃锡的线路间短路。依据不一样的工艺,分为绿油、红油、蓝油。

5,丝印(Legend /马克ing/Silk screen):此为非不可缺少之构成,主要的功能是在电路板上示明各零件的名字、位置框,便捷组装后维修及辨认用。

6,外表处置(Surface Finish):因为铜面在普通背景中,很容易氧气化,造成没有办法上锡(焊锡性不好),因为这个会在要吃锡的铜面向上行尽力照顾。尽力照顾的形式有喷锡(HASL)、化金(ENIG)、化银(Immersion Silver)、化锡(Immersion Tin)、有机保焊药(OSP),办法各有优欠缺,统称为外表处置。

三、进展简史

在印制线路板显露出来之前,电子元件之间的互连都是有赖电线直邻接署而组成完整的线路。如今,电路面粉和水发酵制成的食品板只是作为管用的实验工具而存在,而印制线路板在电子工业中已经成了占领了完全统治的地位。

20百年初,许多人为了简化电子机器的制造,减损电子零件间的配线,减低制造成本等,于是着手钻研以印刷的形式代替配线的办法。三十年代里,不断有工程师提出在绝缘的基板上加以金属导体作配线。

最成功的是1925年,美国的 Charles Ducas 在绝缘的基板上印刷出线路图案,再以电镀的形式,成功树立导体作配线。

直到1936年,奥地利人保罗·爱斯勒(Paul Eisler)在英国刊发了箔膜技术,他在一个无线电收音机装置内认为合适而使用了印刷电路板;而在东洋,宫本喜之助以喷附配线法“メタリコン法吹着配线办法(特许119384号)”成功提出请求专利。而两者中 Paul Eisler 的办法与现今的印制线路板最为相仿,这类作法称为减去法,是把不必的金属去掉除掉;而Charles Ducas、宫本喜之助的作法是只加上所需的配线,称为加成法。固然这么,但由于当初的电子零件发卡路里大,两者的基板也难于合适运用,致使未有正式的运用,然而也使印刷电路技术更进一步。

1941年,美国在滑石上漆上铜膏作配线,以制造近接引信。

1943年,美国人将该技术数量多运用于军用无线电收音机内。

1947年,环氧气天然树脂着手用作制作基板。同时NBS着手研讨以印刷电路技术形成线圈、容电器、电阻器等制作技术。

1948年,美国正式许可这个创造用于经济活动用场。

20百年50时代起,发卡路里较低的结晶体管数量多代替了电子管的地位,印刷电路版技术才着手被广泛认为合适而使用。而当初以腐刻箔膜技术为主流。

1950年,东洋运用玻璃基板上以银漆作配线;和以酚醛天然树脂制的纸质酚醛基板(CCL)上以铜箔作配线。

1951年,聚酰亚胺的显露出来,便天然树脂的耐热性再进一步,也制作了聚亚酰胺基板。

1953年,摩托ola研发出电镀贯形成空洞法的双面板。这办法也应用到后期的多层电路板上。

印制线路板广泛被运用10年后的60时代,其技术也一天比一天成熟。而自打摩托ola的双面板面世,多层印制线路板着手显露出来,使配线与基板平面或物体表面的大小之比更为增长。

1960年,V. Dahlgreen 以印有电路的金属箔膜贴在热可范性的塑胶中,造出软性印制线路板。

1961年,美国的 Hazeltine Corporation 参照了电镀贯形成空洞法,制造出多层板。

1967年,刊发了增层法之一的“Plated-up technology”。

1969年,FD-R以聚酰亚胺制作了软性印制线路板。

1979年,Pactel刊发了增层法之一的“Pactel法”。

1984年,NTT研发了薄膜回路的“Copper Polyimide法”。

1988年,西门子企业研发了Microwiring Substrate的增层印制线路板。

1990年,IBM研发了“外表增层线路”(Surface Laminar Circuit,SLC)的增层印制线路板。

1995年,松下电器研发了ALIVH的增层印制线路板。

1996年,东芝研发了Bit的增层印制线路板。

就在很多的增层印制线路板方案被提出的1990时代末年,增层印制线路板也正式数量多地被实用化,直到如今。

四、关键性

它是关紧的电子器件,是电子元部件的支撑体。

印刷电路板并非普通终端产品,在名字的定义上略为没秩序。

例如:私人电脑用的母板,称为主板,而不可以直接称为电路板,固然主机板中有电路板的存在,不过并不一,因为这个评估产业时两者相关发语辞不得相同。

再比如:由于有集成电路零件装载在电路板上,故而新闻电视台称他为IC板,但本质上他也不等于同于印刷电路板。我们一般说的印刷电路板是指裸板——即没有上元部件的电路板。

五、分类

依据PCB印刷线路板电路层数分类:PCB印刷线路板分为单面板、双面板和多层板。常见的多层板普通为4层板或6层板,复杂的多层板可达几十层。

PCB板有以下三种主要的区分清楚类型:

1,单面板

单面板(Single-SidedBoards)在最基本的PCB上,零件集中在那里面一面,导线则集中在另一面上。由于导线只显露出来在那里面一面,所以这种PCB叫作单面板(Single-sided)。由于单面板在预设线路上有很多严明的限止(由于只有一面,布线间不可以交错而务必绕独自的途径),所以只有早期的电路才运用这类的扳手。

2,双面板

双面板(Double-SidedBoards)这种电路板的两面都有布线,然而要用上两面的导线,一定要在两面间有合适的电路连署才行。这种电路间的“桥梁”叫做导孔(via)。导孔是在PCB上,饱含或涂上金属的孔眼,它可以与两面的导线衔接接。由于双面板的平面或物体表面的大小比单面板大了一倍,双面板解决了单面板中由于布线交叉的不容易解决的地方(可以经过过孔导通到另一面),它更适应用在比单面板更复杂的电路上。

3,多层板

多层板(Multi-LayerBoards)为了增加可以布线的平面或物体表面的大小,多层板用上了更多单或双面的布线板。用一块双面作内层、二块单面作外层,或二块双面作内层、二块单面作外层的印刷线路板,经过定位系统及绝缘粘结材料交替在一块儿且导电图形按预设要求施行互连的印刷线路板就变成四层、六层印刷电路板了,也称为多层印刷线路板。

扳手的层数并不代表有几层独立的布线层,在特别事情状况下会参加空层来扼制板厚,一般层数都是双数,况且里面含有最外侧的两层。大多的主机板都是4到8层的结构,然而技术理论上可以做到近100层的PCB板。大型的超级计算机大部分运用相当多层的主机板,然而由于这类计算机已经可以用很多平常的计算机的集群接替,超多层板已经逐渐不被运用了。由于PCB中的各层都紧急的接合,普通不太容易看出实际数量,然而假如仔细仔细查看主机板,仍然可以见得。

六、拼板规范

1,电路板拼板宽度≤260mm(SIEMENS线)或≤300mm(FUJI线);假如需求半自动点胶,PCB拼板宽度×长度≤125mm×180mm。

2,拼板外形尽力靠近正方,引荐认为合适而使用2×2、3×3、……拼板;但不要拼成阴阳板。

3,电路板拼板的外框(夹持边)应认为合适而使用闭环预设,保证PCB拼板固定在夹具上往后不会变型。

4,小板之间的核心距扼制在75mm~145mm之间。

5,拼板外框与内里小板、小板与小板之间的连署点附最近不得大的部件或伸出的部件,且元部件与PCB板的边缘应留有大于0.5mm的空间,以保障割切刃具正常运行。

6,在拼板外框的四角开出四个定位孔,孔径4mm±0.01mm;孔的强度要适中,保障在上下板过程中不会断开;孔径及位置精密度要高,孔壁光溜无毛刺。

7,电路板拼板内的每块小板至少要有三个定位孔,3mm≤孔径≤6mm,边缘定位孔1mm内不准许布线还是贴片。

8,用于电路板的整板定位和用于细间距部件定位的基准符号,原则上间距小于0.65mm的QFP应在其对角位置设置;用于拼成版面电路板的定位基准符号应成对运用,安置于定位要素的对角处。

9,设置基准定位点时,一般在定位点的四周围留出比其大1.5 mm的没有阻碍焊区

七、外观

裸板(板上没有零件)也常被称为"印刷线路板Printed Wiring Board(PWB)"。扳手本身的基板是由绝缘隔热、不易屈曲的材质所制造成。在外表可以看见的纤小线路材料是铜箔,原本铜箔是遮盖在整个儿扳手上的,而在制作过程中部份被腐刻处置掉,遗留的部份就成为网状的纤小线路了。这些个线路被称作导线(conductor pattern)或称布线,并用来供给PCB上零件的电路连署。

一般PCB的颜色都是绿颜色或是棕色,这是阻焊(solder mask)的颜色。是绝缘的防备保护层,可以尽力照顾铜线,也避免波峰焊时导致的短路,并节约焊锡的用量。在阻焊层上还会印刷上一层丝网印刷面(silk screen)。一般在这上头会印上书契与符号(大部分是白的颜色的),以标明出各零件在扳手上的位置。丝网印刷面也被称作图标面(legend)。

在制成最后产品时,其上会安装集成电路、电结晶体、二极管、不主动元件(如电阻、电容、连署器等)及其它五花八门的电子零件。借着导线连通,可以形成电子讯号连结及应有机能。

八、主要长处

认为合适而使用印制板的主要长处是:

1,因为图形具备重复性(重演性)和完全一样性,减损了布线和装配的差失,节约了设施的维修、调整和查缉时间;

2,预设上可以标准化,利于互相交换;

3,布线疏密程度高、大小小、重量轻,利于电子设施的小规模化;

4,利于机械化、半自动化出产,增长了劳动出产率并减低了电子设施的造价。

5,FPC软性板的耐弯折性、精确性更好的应到高精确摄谱仪上(如照相机、手机、摄像机等)。

九、市场目前的状况

近十几年来,我国印制线路板制作行业进展迅疾,总产值、总产量双双位居世界第1。因为电子产品日朔月异,价钱战变更了供应链的结构,中国兼具产业散布、成本和市场优势,已经变成全世界最关紧的印制线路板出产基地。

印制线路板从单层进展到双面板、多层板和挠性板,并不停地向高精密度、高疏密程度和高靠得住性方向进展。不断由大变小大小、减损成本、增长性能,要得印制线路板在未来电子产品的进展过程中,还是维持坚强雄厚的生气。

未来印制线路板出产制作技术进展发展方向是在性能上向高疏密程度、高精密度、细孔径、细导线、小间距、高靠得住、多层化、高速传道输送、轻量、薄型方向进展。

《中国印制线路板制作行业市场前瞻与投资战略规区分清楚析报告陈述前瞻》调查数值显露,2010年中国规模以上印制线路板出产公司总计908家,资产共计2161.76 亿元;成功实现销行收益2257.96 亿元,同比提高29.16百分之百;取得利润总数94.03 亿元,同比提高50.08百分之百。

十、预设

印制线路板的预设是以电路原理图为依据,成功实现电路预设者所需求的功能。印制线路板的预设主要指版图预设,需求思索问题外部连署的布局、内里电子元件的优化布局、金属串线和通孔的优化布局、电磁尽力照顾、热耗散等各种因素。优秀的版图预设可以节省生产资本,达到令人满意的电路性能和散热性能。简单的版图预设可以用手工成功实现,复杂的版图预设需求借助计算机匡助预设(CAD)成功实现。

1,地线预设

在电子设施中的线路板、电路板、PCB板上,接地是扼制干扰的关紧办法。如能将接地和屏蔽准确接合起来运用,可解决大多干扰问题。电子设施中地线结构大概有系统地、机壳地(屏蔽地)、数码地(思维规律地)和仿真地等。在地线预设中应注意以下几点:

(1) 准确挑选单点接地与多点接地
低频电路中,信号的办公频率小于1MHz,它的布线和部件间的电感影响较小,而接地电路形成的环流对干扰影响较大,故而应认为合适而使用一点儿接地。当信号办公频率大于10MHz时,地线阻抗变得非常大,此时应尽力减低地线阻抗,应认为合适而使用就近多点接地。当办公频率在1~10MHz时,假如认为合适而使用一点儿接地,其地线长度不应超过波长的1/20,否则应认为合适而使用多点接地法。

(2) 将数码电路与仿真电路分开

电路板上既有高速思维规律电路,又有线性电路,应使他们尽力分开,而两者的地线不要相混,作别与电源端地线衔接。要尽力加大线性电路的接地平面或物体表面的大小。

(3) 尽力加粗接地线

若接地线很细,接地电位则随电流的变动而变动,以致电子设施的定时信号电平不稳,抗噪声性能变差。因为这个应将接地线尽力加粗,使它能经过三倍于印制线路板的准许电流。如可能,接地线的宽度应大于3mm。

(4) 将接地线构成死循环路
预设只由数码电路组成的印制线路板的地线系统时,将接地线做成死循环路可以表面化的增长抗噪声有经验。其端由在于:印制线路板上有众多集成电路组件,特别遇有耗电多的组件时,因受接地线粗细的限止,会在地结上萌生较大的电位差,引动抗噪声有经验减退,若将接地结构成环路,则会由大变小电位差值,增长电子设施的抗噪声有经验。

2,高速多层

在电子产品趋于多功能复杂化的前题下,集成电路元件的接点距离随之由大变小,信号传递的速度则相对增长,随之而来的是接线数目的增长、点间配线的长度部分性缩减,这些个就需求应用高疏密程度线路配备布置及微孔技术来得到目标。配线与跨接基本上对单双面板而言有其得到的艰难,故而电路板会走向多层化,又因为讯号线不断的增加,更多的电源层与接地层就为预设的务必手眼,这些个都促推多层印刷电路板(Multilayer Printed Circuit Board)更加存在广泛。

对于高速化讯号的电性要求,电路板务必供给具备交流电特别的性质的阻抗扼制、高频传道输送有经验、减低不不可缺少的辐射(EMI)等。认为合适而使用Stripline、Microstrip的结构,多层化就变成不可缺少的预设。为降低讯号传递的质量问题,会认为合适而使用低介电质系数、低衰减率的绝缘材料,为合适电子元件构装的小规模化及阵列化,电路板也不断的增长疏密程度以因应需要。BGA (BallGrid Array)、CSP (Chip Scale Package)、DCA (Direct ChipAttachment)等组零件组装形式的显露出来,更促推印刷电路板推向前所未有的高疏密程度境界。

凡直径小于150um以下的孔从业界被称为微孔(Microvia),利用这种微孔的几何结构技术所作出的电路可以增长组装、空间利用等等的效益,同时对于电子产品的小规模化也有其不可缺少性。

对于这类结构的电路板产品,业界以前有过多个不一样的名字来人称这么的电路板。例如:欧美业者以前由于制造的手续是认为合适而使用序列式的构造形式,因为这个将这类的产品称为SBU (Sequence Build UpProcess),普通移译为“序列式增层法”。至于东洋业者,则由于这类的产品所制造出来的孔结构比过去的孔都要小众多,因为这个称这类产品的制造技术为MVP (Micro Via Process),普通移译为“微孔制程”。也有人由于传统的多层板被称为MLB (Multilayer Board),因为这个人称这类的电路板为BUM (Build Up Multilayer Board),普通移译为“增层式多层板”。

十一、制作

1,拼成版面

PCB预设完成由于PCB板形太小,不可以满意出产工艺要求,还是一个产品由几块PCB组成,这么就需求把多少小板拼成一个平面或物体表面的大小合乎出产要求的大板,还是将一个产品所用的多个PCB拼在一块儿而易于出产安装。前者大致相似于邮花板,它既能够满意PCB出产工艺条件也易于元部件安装,运用时再分开,非常便捷;后者是将一个产品的多少套PCB板拼装在一块儿,这么易于出产,也易于对一个产品齐套,显明。

2,数值生成

PCB板出产的基础是菲林底片。早期制造菲林底片时,需求先制造出菲林底图,而后再利用底图施行照像或翻版。底图的精密度务必与印制板所要求的完全一样,况且应当思索问题对出产工艺导致的偏差施行偿还。底图可由客户供给也可由出产厂家制造,但双边应密十分符合作和协商,使之既能满意用户要求,又能适合出产条件。在用户供给底图的事情状况下,厂家应检查验看并许可底图,用户可以核定并许可原版或第1块印制板产品。底图制造办法有手工画出、贴图和CAD制图。随着计算机技术的进展,印制板CAD技术获得莫大的进步提高,印制板出产工艺水准也不断向多层,细导线,孔眼径,高疏密程度方向迅疾增长,原有的菲林制版工艺已没有办法满意印制板的预设需求,于是显露出来了光绘技术。运用光绘机可以直接将CAD预设的PCB图形数值文件送入光绘机的计算机系统,扼制光绘机利用光线直接在底版上画出图形。而后通过显影、定影获得菲林底片。运用光绘技术制造的印制板菲林底片,速度快、精密度高、品质好,并且防止了在人工贴图或画出底图时有可能显露出来的人为不正确,大大增长了办公速率,缩减了印制板的出产周期。激光光绘机,在很短的时间内就能完成以往多人长时间能力完成的办公,并且其画出的细导线、高疏密程度底片也是人工操作没有办法比拟的。依照激光光绘机的结构不一样,可以分为平板式、内滚桶式(Internal Drum)和外滚桶式(External Drum)。光绘机运用的标准数值款式是Gerber-RS274款式,也是印制板预设出产行业的标准数值款式。Gerber款式的起名称援用自光绘机预设出产的前驱者——美国Gerber企业。光绘图数值的萌生,是将CAD软件萌生的设统计据转化称为光绘数值(多为Gerber数值),通过CAM系统施行改正、编辑,完成光绘预处置(拼成版面、镜像等),使之达到印制板出产工艺的要求。而后将处置完的数值送入光绘机,由光绘机的光栅(Raster)图象数值处置器改换变成光栅数值,此光栅数值经过高倍迅速压缩恢复算法送出至激光光绘机,完成光绘。

3,光绘数值款式

光绘数值款式是以矢量式光绘机的数值款式Gerber数值为基础进展起来的,并对矢量式光绘机的数值款式施行了扩展,并兼容了HPGL惠普绘图仪款式,Autocad DXF、TIFF等专用和通用图形数值款式。一点CAD和CAM研发厂商还对Gerber数值作了扩展。

以下对Gerber数值作一简单绍介。Gerber数值的正式名字为Gerber RS-274款式。矢量式光绘机码盘上的每一种符号,在Gerber数值中,均有一相应的D码(D-CODE)。这么,光绘机就能够经过D码来扼制、挑选码盘,画出出相应的图形。将D码和D码所对应符号的式样、尺寸体积施行列表,即获得一D码表。此D码表就变成从CAD预设到光绘机利用此数值施行光绘的一个桥梁。用户在供给Gerber光绘数值的同时,务必供给相应的D码表。这么,光绘机就可以根据D码表确认应选用何种符号盘施行暴光,因此画出出准确的图形。在一个D码表中,普通应当涵盖D码,每个D码所对应码盘的式样、尺寸、以及该码盘的暴光形式。

十二、功能测试

更密布的PCB、更高的总线速度以及摹拟RF电路等等对测试都提出了前所未有的挑战,这种背景下的功能测试需求严肃对待的预设、沉思熟虑的测试办法和合适的工具能力供给可信的测试最后结果。

在同夹具供应商交道时,要记取这些个问题的同时,还要想到产品将在何处制作,这是一个众多测短期工程师会疏忽的地方。例如我们假定测短期工程师身在美国的加利福尼亚,而产品制作地却在泰国。测短期工程师会觉得产品需求极其昂贵的半自动化夹具,由于在加州车间价钱高,要求测试仪尽力少,并且还要用半自动化夹具以减损雇用高技术高月薪的操作工。但在泰国,这两个问题都不存在,让人工来解决这些个问题更加便宜,由于这处的生产力成本很低,地价也很便宜,大车间不是一个问题。因为这个有时一流设施在有的国度有可能不尽然受热烈欢迎。

1,技术水准

在高疏密程度UUT中,假如需求校准或诊断则很有可能需求由人工施行探查,这是因为针床接触遭受限止以及测试更快(用探针测试UUT可以迅疾搜集到数值而不是将信息反馈到边缘连署器上)等端由,所以要求由操作员探查UUT上的测做试验的地方。无论何在,都应保证测做试验的地方已明白地标出。

探针类型和平常的操作工也应当注意,需求思索问题的问题涵盖:

1,探针大过测做试验的地方吗?探针有使几个测做试验的地方短路并毁坏UUT的危险吗?对操作工有中电危害吗?

2,每个操作工能很快找出测做试验的地方并施行查缉吗?测做试验的地方是否非常大便于辨识呢?

3,操作工将探针按在测做试验的地方上要多长时间能力得出正确的读数?假如时间太长,在小的测试区会显露出来一点麻烦,如操作工的手会因测试时间太长而滑动,所以提议扩张测试区以防止这个问题。

思索问题上面所说的问题后测短期工程师应从新评估测试着探索针的类型,改正测试文件以更好地辨别出测做试验的地方位置,还是甚至于变更对操作工的要求。

2,半自动探查

在某些事情状况下会要求运用半自动探查,例如在PCB难于佣人工探查,还是操作工技术水准所限而要得测试速度大大减低的时刻,这时就应思索问题用半自动化办法。

半自动探查可以消弭人为误差,减低几个测做试验的地方短路的有可能性,并使测试操作加快。不过要晓得半自动探查也有可能存在一点限制,依据供应商的预设而各有不一样,涵盖:

(1),UUT的体积

(2),同步探针的数目

(3),两个测做试验的地方相距有多近?

(4),测试着探索针的定位精密度

(5),系统能对UUT施行两面探量观测吗?

(6),探针移至下一个测做试验的地方有多快?

(7),探针系统要求的实际间隔是若干?(普通来讲它比离线式功能测试系统要大)

半自动探查一般无须针床夹具接触其他测做试验的地方,并且普通它比出产线速度慢,因为这个有可能需求采取两种步骤:假如探量观测仪仅用于诊断,可以思索问题在出产线上认为合适而使用传统的功能测试系统,而把探量观测仪作为诊断系统放在出产线边上;假如探量观测仪的目标是UUT校准,那末惟一的真正解决方法是认为合适而使用多个系统,要晓得这仍然比人工操作要快得多。

怎么样整合到出产线上也是一定要研讨的一个关键问题,出产线上还有空间吗?系统能与传递带连署吗?好在很多新式探量观测系统都与SMEMA标准兼容,因为这个他们可以在在线背景下办公。

3,边界电子扫描

这项技术早在产品预设阶段就应当施行商议,由于它需求专门的元部件来执行这项担任的工作。在以数码电路为主的UUT中,可以购买带有IEEE 1194(边界电子扫描)支持的部件,这么只做很少或无须探量观测就能解决大多诊断问题。边界电子扫描会减低UUT的群体功能性,由于它会增大每个兼容部件的平面或物体表面的大小(每个芯片增加4~5个引脚以及一点线路),所以挑选这项技术的原则,就是所消耗的钱的成本应当能使诊断最后结果获得改善。应记取边界电子扫描可用于对UUT上的闪速储存器和PLD部件施行编程,这也更进一步增加了选用该测试办法的理由。

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怎么样处置一个有限制的预设?

假如UUT预设已经完成并确认下来,此时挑选就很有限。当然也可以要求在下次改版或新产品中施行改正,不过工艺改善老是需求一定的时间,而你还是要对到现在为止的状态施行处置。