تجزیه و تحلیل خطای PCBA و اقدامات رفع نقص
برد PCB مونتاژ شده (برد PCBA) مهمترین جزء در تمام تجهیزات الکتریکی است و تقاضای جهانی برای PCBA در چند دهه گذشته افزایش یافته است. با این افزایش تقاضا، تمرکز اصلی بسیاری از تولیدکنندگان PCB اکنون به حداقل رساندن خطاها در PCBها است. از این رو، درک گسترده ای از خطاهای رایج PCB، به ویژه برای هدف قرار دادن علت (علل) ریشه ای و داشتن دانش مناسب برای جلوگیری از این نقص ها، مورد نیاز است. این درک همان چیزی است که تولید PCB های با کیفیت بالا و در نهایت، یک محصول PCBA با کیفیت بالا را تضمین می کند. توجه به این نکات مهم است زیرا تأثیر مستقیمی بر عملکرد و کیفیت محصول نهایی دارند. مونتاژ برد مدار چاپی. همانند پیشرفتهای فعلی در فناوری، پیچیدگی PCBها دائماً در حال افزایش است، به این معنی که احتمال بیشتری وجود دارد خرابی مونتاژ PCB این خرابیها را میتوان به چهار گروه طبقهبندی کرد:
- نقص در طراحی PCB منجر به خرابی PCBA میشود (مثلاً، فاصله ناکافی)
- خرابیهای مربوط به ساخت برد مدار چاپی (مثلاً حکاکی بیش از حد، خطاهای سوراخکاری و لحیمکاری نامناسب)
- آسیبهای ناشی از استفاده نادرست از بردهای مدار (مثلاً استفاده بیش از حد و آسیب/خستگی تجمعی)
- نقصهای مربوط به محیطهای نگهداری PCBA (مثلاً محیطهای مرطوب و/یا گرد و غبار)
با بخت و اقبال فراوان، اکثر خرابیهای PCBA میتوان با داشتن دانش صحیح در مورد خرابیهای PCB از آنها جلوگیری کرد. بنابراین، FS Technology توصیه میکند که پس از کشف عیب برد مدار، وحشت نکنید و در عوض، تجزیه و تحلیل عیب و عیبیابی را در اولویت قرار دهید. اگر طراح PCB هستید یا تولید PCB صنعتگر، بسیار مهم است که شما بدانید چگونه یک PCBA میتواند تحت شرایط خاص خراب شود. این پست وبلاگ از FS Tech به تفصیل در مورد تکنیکهای تجزیه و تحلیل خرابی مونتاژ PCB بحث خواهد کرد و برخی از خرابیهای رایج PCBA را فهرست میکند و در عین حال علل را برای یافتن راهحلها تجزیه و تحلیل میکند.
تحلیل خطا در طراحی PCBA و راهکارهای رفع آن
پوشش لحیم بین پدها وجود ندارد
یک لایه مسی PCB معمولاً دارای یک لایه نازک و خاص در بالاترین سطح خود است که به عنوان ماسک لحیم شناخته میشود. هدف اصلی این لایه اساساً عمل به عنوان یک سپر و تشکیل یک لایه محافظ بین محیط و مسیرهای رسانای واقع در لایههای مسی PCB است. این لایه از تعامل این مسیرها با سایر مواد مانند فلز یا لحیم جلوگیری میکند و در نتیجه، PCB مونتاژ شده را از خوردگی و برقگرفتگی محافظت میکند.
اگر بین پدها (بخشهایی از فلز که عمداً برای لحیمکاری در معرض دید قرار میگیرند) روی برد مدار چاپی، پوشش لحیم وجود نداشته باشد، احتمال زیادی وجود دارد که پلهای لحیم ایجاد شوند و اتصال کوتاه برد مدار بین دو پد مجاور روی PCB. همچنین محافظت کمتری در برابر خوردگی روی PCB وجود خواهد داشت.
چاره
با تأیید مجدد طرح PCB قبل از ارسال آن به سازندگان PCBA آماده، میتوان از این مشکل جلوگیری کرد. در برخی موارد، ممکن است طراحی با مشکل مواجه شود، اما مهم است که طرح خود را به سازندگانی بدهید که سابقه خوبی در پروتکلهای بررسی DFM مناسب دارند تا هرگونه مشکلی قبل از اجرای طرح شناسایی شود.
مشکلات الکترومغناطیسی
تداخل الکترومغناطیسی (EMI) و قابلیت الکترومغناطیسی (EMC) دو عامل متفاوت هستند که باید در طراحی PCB در نظر گرفته شوند. EMI به عنوان نویز در الکترومغناطیس در نظر گرفته میشود، مانند اثرات ناخواسته یا مخرب قابلیتهای الکترومغناطیسی، در حالی که EMC به عنوان تولید، انتشار و درک انرژی الکترومغناطیسی است. اگر EMI از حد مشخصی فراتر رود، میتواند منجر به نقص در برد PCBA شود که میتواند به دلیل نقص در طراحی مدار اتفاق بیفتد.
چاره
تداخل الکترومغناطیسی (EMI) را میتوان با افزایش سطح زمین PCB به حداقل رساند. اکثر اجزای با زاویه ۹۰ درجه روی PCBها، EMI بیشتری تولید میکنند، بنابراین باید از آنها اجتناب شود. از سوی دیگر، سیمهای شیلددار در مهار مجموعهها بهترین گزینه هستند زیرا EMC را جذب میکنند و در نهایت میتوانند برای کاهش EMI مؤثر باشند.
تراکم ماژول خیلی زیاد است
پس از ساخت برد PCBA، از دمای بسیار بالایی برای لحیم کاری قطعات الکترونیکی روی PCB استفاده میشود، اما در طول این فرآیند، اگر PCB بیش از حد متراکم از قطعات باشد، سایر اجزای اطراف میتوانند بسوزند. مشکل دیگر PCBA با تراکم بالا این است که اگر PCBA مجبور باشد سریعتر کار کند، گرمای بیشتری تولید میکند و میتواند مشکلساز شود. با اجزای متراکم، گرما میتواند در داخل PCBA محبوس بماند، که در نتیجه احتمال سوختن یا گرم شدن بیش از حد PCBA را افزایش میدهد. این نوع مشکل معمولاً دشوارترین نوع برای مدیریت است زیرا ماهیت الکترونیکی سایر اجزا را به همراه قطعه (های) مشکلساز و معیوب از بین میبرد. رابطه مستقیمی بین گرم شدن بیش از حد و ... وجود دارد. آسیب به مدار زیرا افزایش گرما منجر به آسیب بیشتر به مدار میشود و اگر آسیب ناشی از گرما در PCBA نادیده گرفته شود، تشخیص مشکلات برد بسیار دشوارتر میشود.
راه حل:
هر برد مدار چاپی میتواند گرما را تا حد مشخصی قبل از خرابی کامل جذب کند و اگر گرما از آن حد آستانه فراتر رود، میتواند عواقب جدی در آینده ایجاد کند و PCBA را برای همیشه غیرقابل استفاده کند. این مشکل را میتوان با استفاده از اندازه و ساختار مناسب برای کاهش تراکم اجزا روی PCB و اجازه دادن به اتلاف بیشتر گرما به جای به دام انداختن گرما در داخل برد، کاهش داد. داشتن دانش در مورد راهنمای جهتیابی قطعات PCB میتواند علت اصلی مشکل تراکم بالای اجزای PCB را از بین ببرد.
فهرست نقصهای تولید PCBA و راهحلها
لحیم کاری نامناسب
پل لحیم یا لحیم کاری نامناسب یکی از رایج ترین موارد در بین همه است نقص در مونتاژ PCB. گاهی اوقات، پل لحیم به عنوان "اتصال کوتاه" شناخته میشود. لحیم یک جزء حیاتی در فرآیند تولید مونتاژ PCB است زیرا چیزی است که یک قطعه و مدار آن را از نظر الکتریکی به هم متصل نگه میدارد. با این حال، گاهی اوقات میتواند آلوده شود و باعث خرابی PCBA شود. اگر لحیم به دلیل رطوبت بیش از حد در لحیم رسانا شود، میتواند اتصال کوتاه ایجاد کند. برخی از نقصهای مکرر لحیم، مانند لحیم بیش از حد استفاده شده و/یا پدهای بلند شده، همگی اثرات مختلفی بر روی برد دارند. علاوه بر این، هنگامی که اتصالات غیرطبیعی بین پدها یا مسیرهای مجاور وجود دارد، ممکن است اتصال کوتاه ایجاد شود. چنین پلهایی عمدتاً بسیار کوچک و نازک هستند، بنابراین تشخیص آنها دشوار است و اگر ناشناخته باقی بمانند، میتوانند باعث ... آسیب به مجموعههای PCB در سطح فاجعهباری مانند سوختن/ترکیدن برخی از قطعات الکترونیکی. لحیمکاری نادرست عموماً شامل حبابهای لحیم، لحیمکاری خشک و لحیمکاری سرد میشود. همه این نقصها میتوانند باعث خرابی PCB و در نهایت منجر به خرابی PCBA شوند.
چاره
بازرسی چشمی با اشعه ایکس یکی از بهترین اقدامات احتیاطی برای تشخیص لحیم کاری نامناسب و پل های لحیم است که حتی تشخیص آن با چشم غیر مسلح نیز دشوار است. در بیشتر موارد، این عیوب لحیم کاری را می توان با ... برطرف کرد. لحیمزدایی اجزای PCB و لحیم کاری مجدد آنها به درستی.
برد مدار چاپی تمیز نشده
غفلت از PCB های تمیز یک اشتباه رایج است که اکثر تولیدکنندگان PCB مرتکب میشوند. شکی نیست که PCB های فلزی تحت تأثیر شرایط محیطی مختلف قرار میگیرند. چربی روی سطح بدن انسان، عرق، اکسیژن موجود در طبیعت و محیطهای مرطوب، همگی میتوانند از علل بالقوه ... باشند. آسیب PCBA. بنابراین، تمیز کردن بردهای مدار چاپی (PCB) در صورت نیاز میتواند بسیاری از خطرات احتمالی را کاهش دهد، بنابراین اکثر شرکتهای PCBA آماده به کار نه تنها تجهیزات مونتاژ پیشرفته و سیستمهای کنترل کیفیت عالی دارند، بلکه اهمیت زیادی به تمیز کردن بردهای مدار چاپی نیز میدهند. در ادامه فرآیندهای تمیز کردن بردهای مدار چاپی که توسط FS Technology مورد استفاده و سازماندهی قرار میگیرند، آمده است:
- تمیز کردن بر پایه آب
- تمیز کردن نیمه آبی
- فرآیند تمیز کردن با حلال
- فرآیند غیر تمیز
حفرههای آبکاری
سوراخهای سرتاسری آبکاری شده در برد مدار چاپی، سوراخهایی با روکش مسی هستند که الکتریسیته میتواند با کمک این سوراخها از یک لایه به لایههای دیگر PCB منتقل شود. سازندگان PCB معمولاً این سوراخها را از طریق یک روش سوراخکاری خاص ایجاد میکنند تا سوراخها از تمام لایههای PCB عبور کنند. پس از سوراخکاری، یک روش آبکاری الکتریکی برای پوشاندن سطح بیرونی در معرض این سوراخها با مس انجام میشود تا رسانا شوند.
از طریق فرآیند رسوبگذاری، یک لایه نازک از مس رسانا روی PCB رسوب میکند که در برخی موارد، کامل نیست و میتواند در طول آبکاری حفرههایی ایجاد کند. این حفرههای آبکاری، شکافهایی در آبکاری مسی هستند که مشکلساز میشوند زیرا چنین شکافهایی در مسیرها یا سوراخها قادر به هدایت جریان بین لایههای PCB نیستند. این امر منجر به عملکرد نادرست PCBA یا حتی خرابی کامل PCBA میشود.
دلیل اصلی ایجاد چنین حفرههایی در آبکاری شامل تمیز نکردن کافی سوراخهای ایجاد شده، آلودگی مواد آبکاری، سوراخکاری خشن سوراخها و تشکیل حبابهای هوا هنگام آبکاری است.
چاره
با تمیز کردن صحیح سوراخها و همچنین خالصسازی مواد آبکاری، میتوان از آلودگی مواد آبکاری و سوراخکاری خشن جلوگیری کرد. برای ایجاد سوراخ مناسب در PCB، فقط مطمئن شوید که همیشه دستورالعملهای سازنده، مانند سرعت مته توصیه شده یا تعداد ضربات مته مورد نیاز را رعایت میکنید.
آسیبهای ناشی از استفاده نادرست از بردهای الکترونیکی
آسیب/خستگی تجمعی
شایعترین دلیل خرابی PCBA وجود نقص است. در طول فرآیند مونتاژ PCB، نقصها اغلب خود را نشان میدهند.
آسیب PCBA میتواند ناشی از آسیب الکترواستاتیک (ESD) باشد، زیرا PCBAها به ویژه در برابر ESD حساس هستند و حتی اگر ما فقط ESD را در هزاران ولت احساس کنیم، کوچکترین تخلیه ممکن است باعث خرابی اجزای PCBA شود. این خرابی ممکن است پنهان باشد، در این صورت PCBA به کار خود ادامه میدهد اما قابلیت اطمینان آن کاهش مییابد یا ممکن است فاجعهبار باشد. تولیدکنندگان معتبر PCBA مانند FS Tech از تعدادی اقدامات ایمنی برای جلوگیری از خطر تخلیه الکترواستاتیک در کف تولید استفاده میکنند. این شامل لباسهایی است که در برابر ESD مقاوم هستند.
سوختن قطعات نیز نوعی آسیب PCBA است، به همین دلیل است که برجسته کردن این موضوع مهم است زیرا یکی از دلایل اصلی خرابی PCBA است. یک قطعه سوخته میتواند بسته به شدت آسیب، به جای تعویض یک قطعه، نیاز به تعویض کل برد مدار داشته باشد. در زیر سه دلیل اصلی سوختن قطعات آمده است:
- گرمای شدید: اگر دستگاه خیلی داغ شود یا اگر برد مدار مستقیماً توسط شعله بسوزد، خطر بروز مشکلات مربوط به گرما افزایش مییابد.
- فاصله نامناسب قطعات: در PCBA، اگر برخی از قطعات خیلی نزدیک به هم قرار بگیرند، عملکرد قطعات الکترونیکی مجاور میتواند تحت تأثیر قرار گیرد، زیرا این امر میتواند باعث گرم شدن بیش از حد آنها شود. برای جلوگیری از نقصهای مربوط به گرما، ضروری است که PCBها با فضای بهینه طراحی شوند. البته اگر میدانید نحوه انتخاب سازنده PCB, بعید است که چنین مشکلی پیش بیاید. به عنوان مثال، FS Technology را در نظر بگیرید، وقتی خدمات آماده به کار ما را انتخاب میکنید، طراحان PCB ما راهنماییهای طراحی حرفهای را در اختیار شما قرار میدهند که میتواند این مشکل را از ریشه حل کند.
- نقص فنی: اگر اتصالات روی PCBA به درستی انجام نشده باشد یا محافظ ولتاژ کافی نباشد، احتمال بیشتری وجود دارد که PCBA بیش از حد گرم شود و آتش بگیرد. داشتن دستورالعملهای خاص در مورد نحوه اتصال چیزی میتواند به کاهش احتمال اشتباه تکنسین کمک کند.
استفاده بیش از حد
طول عمر PCBAها بیشتر شبیه به طول عمر انسان است تا شراب مرغوب. آنها به دلیل قدمت زیاد، با افزایش سن، شروع به خراب شدن میکنند. در مقابل، یک شرکت مونتاژ PCB آماده به کار میتواند طول عمر خود را از طریق یک فرآیند دقیق افزایش دهد. فرآیند کنترل کیفیت PCB.
وقتی قطعات به پایان چرخه عمر پیشبینیشده خود نزدیک میشوند، شروع به خرابی میکنند، در این مرحله PCBAها یا باید تعمیر شوند یا با یک PCB جدید جایگزین شوند. تجزیه و تحلیل خرابی در پیادهسازی شامل اعمال تدریجی فشار به PCBA تا زمان خرابی (از نظر حرارتی، مکانیکی و محیطی) و به دنبال آن مطالعه PCBA برای کشف و بررسی خرابی خاص است. تشخیص نقص در هر یک از این دستههای مختلف، تخصص قابل توجهی میطلبد.
خرابی PCBA ناشی از محیط ذخیرهسازی
PCBA ها در برابر اثرات متغیرهای محیطی بسیار آسیب پذیر هستند. Cتختههای آیرکیت در معرض گرما و رطوبت، مستعد انبساط هستند که میتواند منجر به تاب برداشتن و آسیب بالقوه به اتصالات لحیم شده شود. به همین دلیل، تولید PCBA تقریباً همیشه در منطقهای انجام میشود که دما و رطوبت آن به دقت کنترل میشود تا در محدوده پارامترهای قابل قبول باقی بمانند.
گرد و غبار بر عملکرد برد مدار چاپی تأثیر میگذارد
وقتی برد PCBA کار میکند، مقدار کمی میدان مغناطیسی و الکترومغناطیسی تولید میکند و این میدانهای مغناطیسی و الکترومغناطیسی گرد و غبار ریز موجود در هوا را جذب میکنند. اگر PCBA در شرایط نامناسب نگهداری شود و مدت زیادی تمیز نشده باشد، گرد و غبار انباشته شده باعث خوردگی خطوط چاپ شده در PCB، پینهای قطعات و حتی کپک زدن روی خطوط چاپ شده در صورت جدی بودن آن میشود. کپک زدن معمولاً در خطوط سیگنال و ... رخ میدهد. ویاسهای برد مدار و خرابی یا نقص بسیاری از محصولات الکترونیکی رایج ممکن است ناشی از کپک باشد. اگر این یک پدیده فرار جزئی باشد، ممکن است به دلیل خوردگی پینهای فلزی باشد. همچنین، آیا تا به حال با پدیده تجهیزات الکترونیکی خوب و بد به دلیل شرایط آب و هوایی مختلف مواجه شدهاید؟ اگر دستگاه الکترونیکی شما در هوای آفتابی به خوبی کار میکند، اما در هوای مرطوب دچار نقص میشود، این ممکن است به دلیل گرد و غبار موجود در PCB همراه با رطوبت هوا باشد که یک شبکه مقاومتی نامرئی را تشکیل میدهد و منجر به پدیده فرار میشود.
تأثیر رطوبت بر روی برد مدار چاپی (PCB)
تأثیر رطوبت بر روی بردهای مدار بدیهی است و حتی یک محصول الکترونیکی نهایی نیز در محیط مرطوب آسیب زیادی خواهد دید. رطوبت بیش از حد میتواند باعث مشکلات رایج برد مدار چاپی. اشباع بیش از حد رطوبت در هوا باعث میشود قطرات آب روی برد مدار چکه کنند و به پینهای قطعات بچسبند. قطعات PCB که بیشتر توسط بسیاری از شرکتهای مونتاژ PCBA آماده استفاده میشوند، قطعات SOP یا SSOP SMD هستند. بزرگترین ویژگی این قطعه تراشه این است که فاصله بین پینها کم است، که بستر مناسبی برای اتصال قطرات آب فراهم میکند. اگر مدار مجتمع بستهبندی شده SSOP در حضور قطرات آب کار کند، یک مقاومت نامرئی بین پینهای مدار مجتمع اضافه میشود که به راحتی باعث اتصال کوتاه میشود و در نتیجه برد مدار، پردازش سیگنال یا خطوط انتقال را از کار میاندازد. علاوه بر این، حتی در صورت عدم کار، قرار گرفتن طولانی مدت در این محیط میتواند باعث خوردگی و شکستن پینها شود و در نتیجه باعث خرابی کلی برد شود.
چاره
بهترین راه حل، اجتناب از شرایط مرطوب تا حد امکان است. اگر به دلیل خاص بودن پروژه، اجتناب از آن امکانپذیر نیست، شرکت FS Technology توصیه میکند که از ... استفاده کنید. برد مدار چاپی سرامیکی, که ویژگیهای جذب آب 0% را دارد. این مقاله عمدتاً بر تجزیه و تحلیل خرابی برد مدار تمرکز دارد و زیاد به موارد زیر توجه نمیکند: انواع مختلف PCB.
جدیدترین روش تشخیص برای جلوگیری از خرابی مونتاژ PCB
همانطور که فناوری تولید PCBA روز به روز در حال پیشرفت است، انواع مختلفی از بازرسی مونتاژ PCB فناوریها به موفقیت دست یافتهاند. آخرین فناوریهایی که برای این منظور استفاده میشوند در زیر مورد بحث قرار گرفتهاند.
بازرسی نوری
در این روش بازرسی، از میکروسکوپهای نوری پرقدرت برای بررسی لایه سطحی برد مدار چاپی (PCB) استفاده میشود. عیوبی که باید شناسایی شوند شامل خوردگی، اتصالات لحیم خراب، اتصال کوتاه یا باز شدن، تجمع ناخالصیهای جامد (مانند خوردگی) یا آسیب به لایه سطحی هستند. این عیوب را میتوان با بررسی لایه سطحی پیدا کرد.
بازرسی میکروسکوپی
در این فناوری بازرسی، بخش کوچکی از PCBA با استفاده از میکروسکوپ نوری یا میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد تجزیه و تحلیل قرار میگیرد. بازرسیهای لایهبندی، مهاجرت آبکاری، قابلیت اطمینان و زبری از جمله رایجترین کاربردهای این فناوری هستند.
بازرسی با اشعه ایکس
هر چیزی که به صورت بصری یا از طریق آزمایش با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی قابل مشاهده نباشد، با استفاده از فناوری اشعه ایکس بررسی میشود. بازرسی خرابی درون صفحهای، بررسی خرابی BGA و بازرسی سایر مکانیسمهای خرابی درون صفحهای، همگی از کاربردهای این فناوری هستند.
حالا که میدانید چه مشکلاتی ممکن است پیش بیاید، PCBA, امیدوارم شما هم بدانید که چگونه از نقصهای آینده جلوگیری کنید. کار با PCBA اغلب نیاز به بازنویسی طرحها و تعویض قطعات در صورت لزوم دارد. این صرفاً ماهیت صنعت است. با همکاری با یک شریک تجاری مانند FS Tech که در آزمایش، مونتاژ و ساخت PCBA تبحر دارد، میتوان در زمان و هزینه صرفهجویی کرد.
مقالات مرتبط بیشتر:
وبلاگ پروژه الکترونیک DIY
تایمر وقفه آردوینو UNO تایمر یکی از ویژگیهای تعبیه شده در هر میکروکنترلر است و عملکردهای خاصی در رابطه با گذشت زمان دارد.
ویژگیهای سختافزاری ESP32: پین، مبدل و پردازنده ESP32 که توسط Shanghai Espressif Systems طراحی شده است، یک میکروکنترلر کمهزینه و کممصرف است که بهطور گسترده در اینترنت استفاده میشود.
فهرست مطالب فهرست نرمافزار طراحی PCB در چین ضربالمثلی وجود دارد: “تبر را قبل از بریدن چوب تیز کنید.” این بدان معناست که صرف وقت برای
چگونه WSJT-X را روی رزبری پای نصب کنیم؟ اگر یک اپراتور رادیویی آماتور مشتاق هستید یا صرفاً یک علاقهمند به الکترونیک، این آموزش برای شما مناسب است.
دستورالعملهای مربوط به برد مدار چاپی با قابلیت تعویض سریع (Hot Swap) برای اتصال ایمن قطعات به سطح برد مدار، بردهای سنتی PCBA به فرآیند لحیمکاری متکی هستند. در حالی که
چگونه رزبری پای خود را تحت فشار تست کنیم؟ اگر علاقهمند به فهمیدن قابلیتهای واقعی رزبری پای خود هستید، به خصوص اگر ...