PCBA-Fehleranalyse und Maßnahmen zur Fehlerbehebung

Die PCBA-Platine ist die wichtigste Komponente in allen elektrischen Geräten. Die weltweite Nachfrage nach PCBA ist in den letzten Jahrzehnten gestiegen. Angesichts der steigenden Nachfrage liegt das Hauptaugenmerk der Leiterplattenhersteller auf der Minimierung von Leiterplattenfehlern. Ein umfassendes Verständnis der häufigen PCB-Fehler, die Kenntnis ihrer Ursachen und das Wissen, wie diese Fehler vermieden werden können, gewährleisten eine hohe Qualität der PCBs und schließlich der PCBAs. Es ist wichtig, sich um diese Punkte zu kümmern, da sie sich direkt auf die Funktionalität und Qualität der endgültigen Leiterplattenbaugruppe auswirken. Mit dem technologischen Fortschritt nimmt die Komplexität der Leiterplatten zu, was bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit eines Fehlers auf der Leiterplatte steigt. Alle diese Fehler können in vier Kategorien eingeteilt werden: 

Fehler im Zusammenhang mit dem Design der Leiterplatte wie unzureichender Abstand. 

Fehler bei der Herstellung von Leiterplatten wie Überätzung, Bohrfehler und unsachgemäßes Löten. 

Schäden, die durch unsachgemäßen Gebrauch von Leiterplatten verursacht werden, wie z.B. übermäßiger Gebrauch und kumulative Schäden/Müdigkeit.

Defekte im Zusammenhang mit der Lagerung von PCBAs in feuchter Umgebung und in staubiger Umgebung.

Techniker mit defekter Platine

Mit viel Glück lassen sich die meisten PCBA-Fehler durch die Kenntnis von Leiterplattenfehlern verhindern. Daher empfiehlt FS Technology, nach der Entdeckung eines Fehlers auf der Leiterplatte nicht in Panik zu verfallen, sondern der Fehleranalyse und Fehlerbehebung Vorrang zu geben. Wenn Sie ein PCB-Designer sind oder PCB-Herstellung als Industrieller ist es wichtig, dass Sie verstehen, wie ein PCBA unter bestimmten Bedingungen ausfallen kann. Dieser Blogartikel von FS Tech befasst sich mit der PCBA-Fehleranalyse. Einige PCBA-Fehler, ihre Ursachen und Präventivmaßnahmen sind hier aufgeführt:

PCBA Design Fehleranalyse und Abhilfe

Fehlende Lötstoppmaske zwischen den Pads

Auf der Kupferschicht der Leiterplatte befindet sich eine spezielle Schicht, die gewöhnlich als "Lötstoppmaske" bezeichnet wird. Der Hauptzweck dieser Schicht besteht darin, eine Abschirmung und eine Schutzschicht auf den Leiterbahnen in der Kupferschicht der Leiterplatte zu bilden, um zu verhindern, dass die Leiterbahnen mit anderen Materialien wie Metall oder Lot in Kontakt kommen. Kurz gesagt, eine Lötstoppmaske wirkt wie eine Barriere zwischen den Kupferleiterbahnen und der Umgebung und schützt die Leiterplatte vor Korrosion und Stromschlägen. 

Wenn es keine Lötmaske zwischen den Lötaugen (ein Teil des Metalls, der absichtlich zum Löten freigelegt wird) auf der Leiterplatte gibt, ist die Wahrscheinlichkeit einer Lötbrücke hoch und Kurzschluss auf der Leiterplatte  zwischen zwei Pads der Leiterplatte, was auch den Korrosionsschutz der Leiterplatte verringert. 

Abhilfe

Dieses Problem lässt sich vermeiden, indem Sie das Design doppelt überprüfen, bevor Sie es an die Hersteller von schlüsselfertigen PCBAs weitergeben. In manchen Fällen kann es vorkommen, dass das Design übersehen wird. Achten Sie jedoch darauf, dass Sie das Design an solche Hersteller weitergeben, die eine gute Erfolgsbilanz mit ordnungsgemäßen DFM-Prüfprotokollen vorweisen können, so dass sie jede Art von Problem erkennen, bevor das Design in die Tat umgesetzt wird. 

Elektromagnetische Probleme

Elektromagnetische Interferenz (EMI) und elektromagnetische Verträglichkeit (EMC) sind zwei unterschiedliche Dinge beim Leiterplattendesign. EMI wird als Rauschen im Elektromagnetismus betrachtet, wie z.B. unerwünschte oder schädliche Auswirkungen der elektromagnetischen Fähigkeit, während EMC die Erzeugung, Ausbreitung und Wahrnehmung von elektromagnetischer Energie bezeichnet. Wenn die EMI über einen bestimmten Grenzwert hinaus ansteigt, könnte dies zu einem fehlerhaften Produkt führen, was aufgrund von Fehlern im Schaltungsdesign passieren kann.

Abhilfe

EMI kann durch Vergrößerung der Massefläche der Leiterplatte minimiert werden. Meistens erzeugen um 90 Grad abgewinkelte Komponenten auf der Leiterplatte mehr EMI, weshalb sie vermieden werden müssen. Abgeschirmte Kabel sind für die Verkabelung von Baugruppen am besten geeignet, da sie die EMV absorbieren und so die EMI reduzieren. 

Die Moduldichte ist zu hoch

Nach der Herstellung der PCBA-Platine werden die elektronischen Komponenten mit sehr hoher Temperatur auf die Platine gelötet, was dazu führen kann, dass andere Komponenten in der Umgebung verbrennen, wenn die Platine dicht mit Komponenten bestückt ist. Außerdem gibt es noch ein weiteres Problem mit sehr dichten PCBAs: Wenn die PCBA schneller laufen muss, produziert sie mehr Wärme und wird problematisch. Wenn die Komponenten dicht beieinander liegen, bleibt die Wärme im Inneren der Leiterplatte eingeschlossen und erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass die Leiterplatte verbrennt oder überhitzt. Dieses Problem ist am schwierigsten in den Griff zu bekommen, da es neben der problematischen, fehlerhaften Komponente auch die Elektronik anderer Komponenten zerstört. Es besteht ein direkter Zusammenhang zwischen Überhitzung und Schäden an der Schaltung: Je mehr Überhitzung, desto mehr Schäden an der Schaltung. Wenn ein Überhitzungsschaden in der Leiterplatte ignoriert wird, wird es viel schwieriger, die Leiterplatte zu diagnostizieren. 

Computer-Hauptplatine aufgrund der hohen Komponentendichte durchgebrannt

Abhilfe: 

Jede Leiterplatte kann bis zu einem gewissen Grad Hitze absorbieren, bevor sie völlig versagt. Wenn die Wärme diese Grenze überschreitet, kann dies schwerwiegende Folgen haben und die Leiterplatte dauerhaft unbrauchbar machen. Dieses Wärmeproblem kann durch die richtige Größe und Struktur der Leiterplatte und eine geringere Dichte der Komponenten gemildert werden, so dass mehr Wärme abgeleitet werden kann, anstatt sich im Inneren der Leiterplatte zu stauen. Das Wissen um die Orientierungshilfe für die Platzierung von PCB-Komponenten kann die Ursache für das Problem der hohen Dichte von PBC-Komponenten beseitigen.

PCBA-Fertigungsmängelliste und Lösungen

Unsachgemäßes Löten

Solder Bridging oder unsachgemäßes Löten ist einer der häufigsten Fehler bei PCB-Montage. Manchmal werden Lötbrücken auch als "Kurzschlüsse" bezeichnet. Lötzinn ist ein wichtiger Bestandteil des Herstellungsprozesses von Leiterplatten. Es sorgt dafür, dass Komponenten und Schaltkreise miteinander verbunden sind. Allerdings kann es gelegentlich verunreinigt werden und einen Ausfall der PCBA verursachen. Lot kann einen Kurzschluss verursachen, wenn es aufgrund von übermäßiger Feuchtigkeit im Lot leitfähig wird. Einige häufige Lötfehler, wie z.B. zu viel Lot und abgehobene Pads, haben verschiedene Auswirkungen auf die Platine. Darüber hinaus können Kurzschlüsse entstehen, wenn es anormale Verbindungen zwischen benachbarten Pads oder Leiterbahnen gibt. Solche Brücken sind meist sehr klein und dünn, so dass sie nur schwer zu erkennen sind. Bleiben sie unentdeckt, können sie die Leiterplatten auf katastrophale Weise beschädigen, z.B. durch Verbrennen oder Explodieren einiger elektronischer Komponenten. Unsachgemäßes Löten umfasst im Allgemeinen Lötblasen, trockenes Löten und kaltes Löten. All diese Defekte können zu einem Ausfall der Leiterplatte und schließlich zu einem Ausfall der PCBA führen. 

Abhilfe

Die visuelle Röntgeninspektion ist eine der besten Vorkehrungen, um unsachgemäße Lötungen und Lötbrücken zu erkennen, die selbst mit bloßem Auge schwer zu erkennen sind. In den meisten Fällen können diese Lötfehler behoben werden durch Entlöten der PCB-Komponenten.

Ungereinigte Leiterplatte

Vernachlässigung saubere Leiterplatte ist ein häufiger Fehler, den die meisten Hersteller machen.

Es besteht kein Zweifel, dass Metall-Leiterplatten durch verschiedene Umgebungen beeinträchtigt werden. Öl auf der Oberfläche des menschlichen Körpers, Schweiß, Sauerstoff in der Natur und feuchte Umgebungen sind allesamt Ursachen für PCBA-Schäden. Die meisten schlüsselfertigen PCBA-Unternehmen verfügen nicht nur über fortschrittliche Montageausrüstung und perfekte Qualitätskontrollsysteme, sondern legen auch großen Wert auf die Reinigung von Leiterplatten. Im Folgenden finden Sie die von FS Technology organisierten PCB-Reinigungsprozesse:

  • Reinigung auf Wasserbasis
  • Halbwässrige Reinigung
  • Lösungsmittel-Reinigungsverfahren
  • No-clean-Verfahren

Hohlräume in der Beschichtung

Durchkontaktierte Löcher in einer Leiterplatte sind kupferbeschichtete Löcher. Mit Hilfe dieser Löcher kann Elektrizität von einer Schicht zu anderen Schichten der Leiterplatte übertragen werden. Die Leiterplattenhersteller erstellen diese Löcher mit Hilfe der Bohrmethode, wobei sie Löcher durch alle Schichten der Leiterplatte bohren. Nach dem Bohren wird ein Galvanisierungsverfahren angewandt, um die äußere Oberfläche des Lochs mit Kupfer zu beschichten, um es leitfähig zu machen.

Mit Hilfe der Abscheidung wird eine dünne Schicht leitfähigen Kupfers auf die Leiterplatte aufgebracht, die in einigen Fällen nicht perfekt ist und während der Beschichtung Hohlräume erzeugt. Diese Hohlräume sind Lücken in der Kupferbeschichtung, die problematisch sind, weil solche Lücken oder Löcher den Strom zwischen den Schichten der Leiterplatte nicht leiten können und zu einem fehlerhaften Funktionieren der Leiterplatte oder sogar zu einem vollständigen Ausfall der Leiterplatte führen. 

Der Hauptgrund für solche Beschichtungsfehler sind unzureichende Reinigung der Bohrlöcher, Verunreinigung des Beschichtungsmaterials, grobes Bohren der Löcher und Luftblasen während der Beschichtung. 

Abhilfe

Verunreinigungen des Beschichtungsmaterials und grobes Bohren lassen sich vermeiden, indem Sie die Löcher ordnungsgemäß reinigen und auch das Beschichtungsmaterial aufbereiten. Um ein sauberes Loch in die Leiterplatte zu bohren, halten Sie sich an die Anweisungen des Herstellers, wie z.B. die empfohlene Bohrgeschwindigkeit oder die erforderliche Anzahl von Bohrungen. 

Schäden durch unsachgemäße Verwendung von Leiterplatten

Kumulativer Schaden/Müdigkeit

Der häufigste Grund für das Versagen von PCBAs ist das Vorhandensein von Fehlern. Während des Zusammenbaus von Leiterplatten treten häufig Fehler auf.

PCBA-Schäden können durch elektrostatische Entladungen (ESD) verursacht werden, da PCBAs besonders anfällig für ESD sind. Auch wenn wir ESD nur in der Größenordnung von Tausenden von Volt spüren können, kann die geringste Entladung zum Ausfall einer PCBA-Komponente führen. Dieses Versagen kann versteckt sein, so dass die PCBA weiterhin funktioniert, aber eine geringere Zuverlässigkeit aufweist, oder es kann katastrophale Folgen haben. Seriöse PCBA-Hersteller wie FS Tech verwenden eine Reihe von Sicherheitsmaßnahmen, um das Risiko elektrostatischer Entladungen in der Produktion zu vermeiden. Dazu gehören Kittel, die gegen ESD resistent sind.

Das Verbrennen von Komponenten ist ebenfalls eine Art von PCBA-Schaden, weshalb es wichtig ist, darauf hinzuweisen, und es ist eine der Hauptursachen für PCBA-Ausfälle. Eine verbrannte Komponente kann je nach Schwere des Schadens den Austausch der gesamten Leiterplatte und nicht nur einer einzelnen Komponente erforderlich machen. Im Folgenden finden Sie die drei Hauptgründe für verbrannte Komponenten,

1. starke Hitze: Wenn ein Gerät zu heiß wird oder wenn eine Platine direkt von einer Flamme verbrannt wird, besteht ein erhöhtes Risiko, dass ein hitzebedingtes Problem auftritt.

2. unsachgemäße Abstände zwischen den Komponenten: Auf der PCBA kann die Leistung benachbarter elektronischer Komponenten leiden, wenn einige Komponenten zu dicht beieinander liegen, da dies zu einer Überhitzung führen kann. Um hitzebedingte Fehler zu vermeiden, ist es wichtig, dass die Leiterplatten (PCBs) mit dem optimalen Platzangebot entworfen werden. Natürlich, wenn Sie wissen Wie man einen Leiterplattenhersteller auswähltist es unwahrscheinlich, dass diese Art von Problem auftritt. Nehmen Sie FS Technology als Beispiel. Wenn Sie sich für unseren schlüsselfertigen Service entscheiden, erhalten Sie von unseren PCB-Designern eine professionelle Designberatung, die dieses Problem von der Wurzel her beseitigen kann.

3. technische Fehler: Wenn die Verbindungen auf einer PCBA nicht richtig hergestellt werden oder die Spannungsschutzvorrichtungen nicht ausreichend sind, besteht eine größere Wahrscheinlichkeit, dass die PCBA überhitzt und Feuer fängt. Genaue Anweisungen, wie etwas anzuschließen ist, können die Wahrscheinlichkeit verringern, dass einem Techniker ein Fehler unterläuft.

Übermäßiger Gebrauch

PCBAs haben eine Lebensdauer, die der eines Menschen ähnlicher ist als der eines guten Weins. Aufgrund ihres fortgeschrittenen Alters beginnen sie sich zu verschlechtern, wenn sie älter werden. Im Gegensatz dazu kann ein Unternehmen, das schlüsselfertige Leiterplatten montiert, deren Lebensdauer durch eine rigorose Prozess der PCB-Qualitätskontrolle.

Wenn sich die Komponenten dem Ende ihres Lebenszyklus nähern, beginnen sie zu versagen. In diesem Fall müssen die PCBAs entweder repariert oder durch neue ersetzt werden. 

Bei der Implementierung der Fehleranalyse wird die PCBA schrittweise bis zum Versagen belastet (thermisch, mechanisch und durch Umwelteinflüsse), gefolgt von einer Untersuchung der PCBA, um den spezifischen Fehler zu entdecken und zu erforschen. Es erfordert beträchtliches Fachwissen, um Fehler in jeder dieser verschiedenen Kategorien zu erkennen.

PCBA-Ausfall durch Lagerungsumgebung verursacht

PCBAs sind sehr anfällig für die Auswirkungen von Umweltvariablen. CLeiterplatten sind anfällig für Ausdehnungen, wenn sie Hitze und Feuchtigkeit ausgesetzt werden, was zu Verformungen führen und möglicherweise Lötverbindungen beschädigen kann. Aus diesem Grund findet die Produktion von PCBAs fast immer in einem Bereich statt, in dem Temperatur und Luftfeuchtigkeit sorgfältig kontrolliert werden, damit sie innerhalb akzeptabler Parameter bleiben.

Staub beeinträchtigt die Arbeit auf Leiterplatten

Wenn die PCBA-Platine in Betrieb ist, erzeugt sie eine geringe Menge an magnetischen und elektromagnetischen Feldern, und diese magnetischen und elektromagnetischen Felder ziehen den Feinstaub in der Luft an. Wenn die PCBA unter schlechten Bedingungen gelagert und lange Zeit nicht gereinigt wurde, wird der angesammelte Staub die gedruckten Leitungen auf der Leiterplatte und die Stifte der Komponenten korrodieren und im schlimmsten Fall sogar Schimmel auf den gedruckten Leitungen bilden. Schimmel tritt in der Regel in den Signalleitungen und den Durchkontaktierungen der Leiterplatte auf. Der Ausfall oder die Fehlfunktion unserer herkömmlichen elektronischen Produkte kann durch Schimmel verursacht werden. Wenn es sich um ein partielles Runaway-Phänomen handelt, kann es auf die Korrosion der Metallstifte zurückzuführen sein. Kennen Sie auch das Phänomen, dass es gute und schlechte elektronische Geräte gibt? Wenn Ihr elektronisches Gerät bei sonnigem Wetter gut funktioniert, aber bei nassem Wetter Fehlfunktionen aufweist. Das liegt daran, dass sich der Staub in der Leiterplatte mit der Feuchtigkeit in der Luft verbindet und ein unsichtbares Widerstandsnetzwerk bildet, das zu einem Runaway-Phänomen führt.

Der Einfluss von Feuchtigkeit auf die Leiterplatte

Die Auswirkungen von Feuchtigkeit auf Leiterplatten liegen auf der Hand, und auch ein fertiges elektronisches Produkt kann in dieser Umgebung stark leiden. Übermäßige Feuchtigkeit kann zu Häufige PCB-ProblemeEine übermäßige Feuchtigkeitssättigung in der Luft führt dazu, dass Wassertropfen auf die Leiterplatte tropfen und sich an den Pins der Komponenten festsetzen. Die von den meisten Unternehmen für die schlüsselfertige PCBA-Montage am häufigsten verwendeten Leiterplattenkomponenten sind SOP- oder SSOP-SMD-Komponenten. Das größte Merkmal dieser Chipkomponenten ist, dass der Abstand zwischen den Pins gering ist, was eine gute Plattform für die Anhaftung von Wassertropfen bietet. Wenn der integrierte Schaltkreis im SSOP-Gehäuse mit Wassertropfen in Berührung kommt, entsteht zwischen den Pins des integrierten Schaltkreises ein unsichtbarer Widerstand, der leicht zu einem Kurzschluss führen kann, der zu einem Ausfall der Leiterplatte, der Signalverarbeitung oder der Übertragungsleitungen führt. Darüber hinaus können die Pins, auch wenn sie nicht funktionieren, bei längerer Einwirkung dieser Umgebung korrodieren und brechen, was zu einem Ausfall der Platine führt.

Durch Wasser korrodierte Schaltkreise

Abhilfe

Am besten ist es, wenn Sie Nässe so weit wie möglich vermeiden. Wenn sich dies aufgrund der Besonderheit des Projekts nicht vermeiden lässt, empfiehlt FS Technology, dass Sie ein Keramik-Leiterplatte, die die Eigenschaften von 0% Wasseraufnahme hat. Dieser Artikel konzentriert sich hauptsächlich auf die Fehleranalyse von Leiterplatten und geht nicht zu sehr auf den Typ ein.

Neueste Technologien zur PCBA-Fehlerbeurteilung

Da die PCBA-Fertigungstechnologie Tag für Tag Fortschritte macht, ist die Inspektion der Leiterplattenbestückung Technologien haben sich durchgesetzt. Die letzten Technologien, die zu diesem Zweck eingesetzt werden, werden im Folgenden erläutert.

Optische Inspektion

Bei dieser Inspektionsmethode werden leistungsstarke optische Mikroskope verwendet, um die Oberflächenschicht einer Leiterplatte (PCB) zu untersuchen. Zu den Fehlern, die erkannt werden müssen, gehören Korrosion, fehlerhafte Lötstellen, Kurzschlüsse oder Öffnungen, Ansammlungen von festen Verunreinigungen (wie Korrosion) oder Schäden an der Oberflächenschicht. Diese Fehler können durch eine Inspektion der Oberflächenschicht festgestellt werden.

Inspektion der Mikrosektion

Bei dieser Inspektionstechnologie wird ein kleiner Ausschnitt der Leiterplatte entweder mit einem optischen Mikroskop oder einem Rasterelektronenmikroskop (REM) analysiert. Laminierung, Migration der Beschichtung, Durchgangszuverlässigkeit und Rauheitsprüfungen gehören zu den häufigsten Anwendungen dieser Technologie.

Röntgeninspektion

Alles, was nicht visuell oder durch einen Test mit dem Rasterelektronenmikroskop beobachtet werden kann, wird mit der Röntgentechnologie untersucht. Die Inspektion von Fehlern in der Ebene, die Untersuchung von BGA-Fehlern und die Inspektion anderer Fehlermechanismen in der Ebene sind alles Anwendungen dafür. 

Da Sie nun wissen, was bei einer PCBAwissen Sie hoffentlich auch, wie Sie zukünftige Fehlfunktionen verhindern können. Bei der Arbeit mit PCBAs ist es oft erforderlich, Entwürfe umzuschreiben und Komponenten auszutauschen, wenn es nötig ist. Das liegt einfach in der Natur der Branche. Sie können Zeit und Geld sparen, wenn Sie mit einem Geschäftspartner wie FS Tech zusammenarbeiten, der sich mit dem Testen, der Montage und der Herstellung von PCBAs bestens auskennt.

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