Analyse des défauts de PCBA et mesures de résolution des défauts
La carte de circuit imprimé assemblée (carte PCBA) est le composant le plus important de tout équipement électrique et la demande mondiale de PCBA a augmenté au cours des dernières décennies. Avec cette augmentation de la demande, l'objectif principal de nombreux fabricants de PCB est désormais de minimiser les défauts au sein des PCB. Par conséquent, une compréhension approfondie des défauts courants des PCB est nécessaire, notamment pour cibler la ou les causes profondes et disposer des connaissances appropriées pour prévenir ces défauts. C'est cette compréhension qui garantit la production de PCB de haute qualité et, en fin de compte, d'un produit PCBA de haute qualité. Il est important de tenir compte de ces points car ils ont un impact direct sur la fonctionnalité et la qualité du produit final. Assemblage de PCB. Comme les progrès technologiques actuels, la complexité des PCB augmente constamment, ce qui signifie qu'il y a une plus grande probabilité de Défaillance de l'assemblage du PCB de se produire. Ces défaillances peuvent être classées en quatre groupes :
- Les défauts de conception du PCB entraînent une défaillance du PCBA (par exemple, un jeu insuffisant).
- Défaillance liée à la fabrication du PCB (par exemple, sur-gravure, erreurs de perçage et soudure incorrecte)
- Dommages causés par une utilisation inappropriée des cartes de circuits imprimés (par exemple, utilisation excessive et dommages cumulatifs/fatigue)
- Défauts liés aux environnements de stockage des PCBA (par exemple, environnements humides et/ou poussiéreux).
Avec beaucoup de chance, la plupart Défaillances du PCBA peuvent être évités en ayant une bonne connaissance des défaillances des circuits imprimés. Par conséquent, FS Technology vous recommande de ne pas paniquer après avoir découvert la défaillance d'un circuit imprimé et de donner plutôt la priorité à l'analyse et au dépannage de la défaillance. Si vous êtes un concepteur de PCB ou un Fabrication de PCB industriel, il est essentiel que vous compreniez comment un PCBA peut échouer dans certaines conditions. Ce billet de FS Tech traite en détail des techniques d'analyse des défaillances des assemblages de PCB et énumère certaines défaillances courantes des PCBA tout en analysant les causes pour trouver des solutions.
Analyse des erreurs de conception des PCBA et remèdes
Masque de soudure manquant entre les plaquettes
La couche de cuivre d'un PCB comporte généralement une couche mince et spécifique sur la surface la plus élevée, appelée masque de soudure. Le principal objectif de cette couche est d'agir essentiellement comme un écran et de former une couche protectrice entre l'environnement et les traces conductrices situées dans les couches de cuivre du PCB. Elle empêche ces traces d'interagir avec d'autres matériaux comme le métal ou la soudure et protège ainsi le PCB assemblé contre la corrosion et l'électrocution.
S'il n'y a pas de masque de soudure entre les pastilles (les portions de métal laissées intentionnellement exposées à des fins de soudure) d'un circuit imprimé, il y a une forte probabilité que des ponts de soudure se produisent et que des erreurs de soudure se produisent. un court-circuit sur une carte de circuit imprimé entre deux plots adjacents sur un PCB. Il y aura également moins de protection contre la corrosion sur le PCB.
Remède
Ce problème peut être évité en vérifiant deux fois la conception du PCB avant de l'envoyer aux fabricants de PCBA clés en main. Dans certains cas, la conception peut faire l'objet d'une surveillance, mais il est important de confier votre conception à des fabricants qui ont l'habitude d'appliquer des protocoles de vérification DFM appropriés, afin que tout problème puisse être détecté avant la matérialisation de la conception.
Problèmes électromagnétiques
Les interférences électromagnétiques (EMI) et les capacités électromagnétiques (EMC) sont deux facteurs différents à prendre en compte dans la conception des PCB. Les IEM sont considérées comme des bruits dans l'électromagnétisme, tels que des effets indésirables ou dommageables des capacités électromagnétiques, tandis que la CEM est la production, la propagation et la perception de l'énergie électromagnétique. Si les EMI augmentent au-delà d'une certaine limite, cela peut entraîner une carte PCBA défectueuse, ce qui peut se produire en raison de défauts dans la conception du circuit.
Remède
Les EMI peuvent être minimisées en augmentant le plan de masse du PCB. La plupart des composants à angle de 90 degrés sur les PCB produisent davantage d'EMI et doivent donc être évités. D'autre part, il est préférable d'utiliser des fils blindés dans le harnais des assemblages, car ils absorbent les CEM et peuvent éventuellement contribuer à réduire les EMI.
La densité des modules est trop élevée
Après la fabrication d'une carte PCBA, une température très élevée est utilisée pour souder les composants électroniques sur le PCB, mais pendant ce processus, d'autres composants environnants peuvent être brûlés si le PCB est trop dense en composants. Un autre problème avec un PCBA très dense est que si le PCBA doit fonctionner plus rapidement, il produira plus de chaleur et peut devenir problématique. Avec des composants serrés, la chaleur peut rester piégée à l'intérieur du circuit imprimé, ce qui augmente la probabilité que l'ensemble du circuit imprimé brûle ou surchauffe. Ce type de problème est généralement le plus difficile à traiter car il détruit la nature électronique des autres composants en même temps que le ou les composants défectueux. Il y a une relation directe entre la surchauffe et dommages au circuit car une augmentation de la chaleur entraîne davantage de dommages au circuit et si les dommages dus à la chaleur sont ignorés dans un PCBA, il devient beaucoup plus difficile de diagnostiquer les problèmes de la carte.
Remède :
Tout circuit imprimé peut absorber de la chaleur jusqu'à un certain seuil avant de tomber en panne. Si la chaleur dépasse ce seuil, cela peut avoir de graves conséquences et rendre le circuit imprimé définitivement inutilisable. Ce problème peut être atténué en utilisant une taille et une structure appropriées pour réduire la densité des composants sur un circuit imprimé et permettre à davantage de chaleur de se dissiper au lieu de la piéger à l'intérieur du circuit. La connaissance de la Guide d'orientation des composants du PCB peut éliminer la cause profonde du problème de la haute densité de composants de PCB.
Liste des défauts de fabrication des PCBA et solutions
Soudure incorrecte
Le pontage de soudure ou la soudure incorrecte est l'un des problèmes les plus courants parmi tous les problèmes de soudure. défauts dans l'assemblage des PCB. Parfois, le pontage de soudure est appelé "court-circuit". La soudure est un élément essentiel du processus de fabrication d'un circuit imprimé, car c'est elle qui maintient la connexion électrique entre un composant et son circuit. Cependant, elle peut occasionnellement être polluée et provoquer une défaillance du circuit imprimé. La soudure peut provoquer un court-circuit si elle devient conductrice en raison d'une humidité excessive dans la soudure. Certains défauts de soudure fréquents, tels qu'une quantité excessive de soudure utilisée et/ou des pastilles soulevées, ont tous des effets divers sur la carte. En outre, lorsqu'il existe des connexions anormales entre des plots ou des traces adjacents, des courts-circuits peuvent se produire. Ces ponts sont généralement très petits et très minces, il peut donc être difficile de les détecter et, s'ils ne sont pas détectés, ils peuvent provoquer dommages aux assemblages de PCB à un niveau catastrophique comme la combustion/explosion de certains composants électroniques. Un brasage incorrect comprend généralement des bulles de soudure, un brasage à sec et un brasage à froid. Tous ces défauts peuvent entraîner une défaillance du PCB et, à terme, une défaillance du PCBA.
Remède
L'inspection visuelle par rayons X est l'une des meilleures précautions pour détecter les soudures incorrectes et les ponts de soudure, qui sont même difficiles à détecter à l'œil nu. Dans la plupart des cas, ces défauts de soudure peuvent être résolus par les moyens suivants dessoudage des composants du PCB et les ressouder correctement.
PCB non nettoyé
Négliger de nettoyer les PCB est une erreur courante commise par la plupart des fabricants de PCB. Il ne fait aucun doute que les PCB métalliques seront affectés par diverses conditions environnementales. L'huile à la surface du corps humain, la sueur, l'oxygène présent dans la nature et les environnements humides peuvent tous être des causes potentielles de dégradation des PCB métalliques. Dommages au PCBA. C'est pourquoi la plupart des entreprises de PCBA clés en main disposent non seulement d'équipements d'assemblage avancés et de systèmes de contrôle de la qualité parfaits, mais attachent également une grande importance au nettoyage des PCB. Voici les processus de nettoyage des PCB utilisés et organisés par FS Technology :
- nettoyage à base d'eau
- Nettoyage semi-aqueux
- Processus de nettoyage au solvant
- Processus sans nettoyage
Vides de placage
Les trous de passage dans un circuit imprimé sont des trous recouverts de cuivre où l'électricité peut passer d'une couche à l'autre du circuit imprimé à l'aide de ces trous. Les fabricants de circuits imprimés créent généralement ces trous à l'aide d'une méthode de perçage spécifique afin que les trous traversent toutes les couches d'un circuit imprimé. Après le perçage, une procédure de galvanisation est suivie pour recouvrir de cuivre la surface extérieure exposée de ces trous afin de les rendre conducteurs.
Grâce au processus de dépôt, une fine couche de cuivre conducteur est déposée sur le PCB. Dans certains cas, cette couche n'est pas parfaite et peut produire des vides lors du placage. Ces vides de placage sont des espaces dans le placage de cuivre qui deviennent problématiques parce que ces espaces dans les vias ou les trous sont incapables de conduire le courant entre les couches du PCB. Il en résulte un mauvais fonctionnement du circuit imprimé, voire une défaillance complète de ce dernier.
La principale raison de ces vides de placage est le nettoyage insuffisant des trous percés, la contamination du matériau de placage, le perçage grossier des trous et la formation de bulles d'air pendant le placage.
Remède
La contamination du matériau de placage et le perçage approximatif peuvent être évités en nettoyant correctement les trous et en purifiant également le matériau de placage. Pour obtenir un trou correct dans le PCB, veillez à respecter les instructions du fabricant à tout moment, comme la vitesse de perçage recommandée ou le nombre de coups de foret requis.
Dommages causés par une mauvaise utilisation des circuits imprimés
Dommages cumulatifs/Fatigue
La raison la plus courante de la défaillance d'un PCBA est la présence de défauts. Au cours du processus d'assemblage des PCB, les défauts se manifestent fréquemment.
Les dommages aux PCBA peuvent être causés par des dommages électrostatiques (ESD). Les PCBA sont particulièrement sensibles aux ESD, et même si nous ne pouvons ressentir les ESD que dans les milliers de volts, la moindre décharge peut provoquer la défaillance d'un composant du PCBA. Cette défaillance peut être cachée, auquel cas le PCBA continuera à fonctionner mais avec une fiabilité réduite, ou elle peut être catastrophique. Les fabricants de PCBA réputés tels que FS Tech utilisent un certain nombre de mesures de sécurité pour prévenir le risque de décharge électrostatique dans les ateliers de production. Ils utilisent notamment des blouses résistantes aux décharges électrostatiques.
La brûlure d'un composant est également une sorte de dommage au PCBA, c'est pourquoi il est important de le souligner car il s'agit d'une cause majeure de défaillance du PCBA. Un composant brûlé peut nécessiter le remplacement de l'ensemble du circuit imprimé plutôt que d'un seul composant, en fonction de la gravité des dommages. Voici les trois principales raisons pour lesquelles les composants sont brûlés :
- Chaleur intense : si une machine devient trop chaude ou si une carte de circuit imprimé est brûlée directement par une flamme, le risque d'apparition d'un problème lié à la chaleur est accru.
- Mauvais espacement des composants : Sur le circuit imprimé, les performances des composants électroniques situés à proximité pourraient souffrir si certains composants sont trop serrés les uns contre les autres, car cela pourrait les faire surchauffer. Pour éviter les défauts liés à la chaleur, il est essentiel que les PCB soient conçus avec un espace optimal. Bien sûr, si vous connaissez comment choisir un fabricant de PCBce type de problème a peu de chances de se produire. Prenez FS Technology comme exemple, lorsque vous choisissez notre service clé en main, nos concepteurs de circuits imprimés vous fourniront des conseils de conception professionnels, ce qui peut éliminer ce problème à la racine.
- Défauts techniques : Si les connexions sur un PCBA ne sont pas faites correctement ou si les protections de tension ne sont pas suffisantes, il y a une plus grande possibilité que le PCBA surchauffe et prenne feu. Le fait de disposer d'instructions spécifiques sur la façon de connecter quelque chose peut contribuer à réduire la probabilité qu'un technicien fasse une erreur.
Usage excessif
Les PCBA ont une durée de vie qui s'apparente plus à celle des humains qu'à celle d'un grand vin. En raison de leur âge avancé, ils commencent à se détériorer en vieillissant. En revanche, une entreprise d'assemblage de PCB clés en main peut prolonger leur durée de vie grâce à un rigoureux Processus de contrôle de la qualité des PCB.
Lorsque les composants approchent de la fin de leur cycle de vie prévu, ils commencent à tomber en panne, et les cartes de circuits imprimés doivent alors être réparées ou remplacées par une nouvelle. L'analyse des défaillances implique de soumettre le PCBA à des contraintes progressives jusqu'à la défaillance (thermique, mécanique et environnementale), puis d'étudier le PCBA pour découvrir et explorer la défaillance spécifique. Il faut une expertise considérable pour repérer les défauts dans chacune de ces différentes catégories.
Défaillance du PCBA causée par l'environnement de stockage
Les PCBA sont très vulnérables aux effets des variables environnementales. Circuit boards sont susceptibles de se dilater sous l'effet de la chaleur et de l'humidité, ce qui peut entraîner des déformations et potentiellement endommager les jonctions soudées. Pour cette raison, la production de PCBA est presque toujours effectuée dans une zone dont la température et l'humidité sont soigneusement contrôlées afin qu'elles restent dans des paramètres acceptables.
La poussière affecte le travail sur les circuits imprimés
Lorsque la carte PCBA fonctionne, elle génère une petite quantité de champs magnétiques et électromagnétiques, qui attirent les poussières fines présentes dans l'air. Si le circuit imprimé est stocké dans de mauvaises conditions et n'a pas été nettoyé pendant une longue période, la poussière accumulée corrodera les lignes imprimées du circuit imprimé, les broches des composants, et même la moisissure sur les lignes imprimées si elle est grave. La moisissure se produit généralement sur les lignes de signal et vias de la carte de circuit imprimé et la défaillance ou le dysfonctionnement de nombreux produits électroniques courants peuvent être causés par la moisissure. S'il s'agit d'un phénomène d'emballement partiel, il peut être dû à la corrosion des broches métalliques. Par ailleurs, avez-vous déjà rencontré le phénomène du bon et du mauvais fonctionnement d'un équipement électronique en fonction des conditions météorologiques ? Si votre appareil électronique fonctionne bien par temps ensoleillé, mais mal par temps humide, cela peut être dû à la combinaison de la poussière dans le circuit imprimé et de l'humidité de l'air pour former un réseau résistif invisible, ce qui entraîne un phénomène d'emballement.
L'effet de l'humidité sur le PCB
L'impact de l'humidité sur les cartes de circuits imprimés est évident, et même un produit électronique fini souffrira beaucoup dans un environnement humide. Une humidité excessive peut provoquer problèmes courants liés aux PCB. Une saturation excessive de l'humidité dans l'air provoque l'écoulement de gouttes d'eau sur le circuit imprimé et leur fixation sur les broches des composants. Les composants de circuits imprimés qui sont le plus souvent utilisés par de nombreuses entreprises d'assemblage de PCBA clé en main sont les composants SMD SOP ou SSOP. La principale caractéristique de ce composant est que la distance entre les broches est faible, ce qui constitue une bonne plateforme pour la fixation des gouttes d'eau. Si le circuit intégré conditionné SSOP fonctionne en présence de gouttelettes d'eau, une résistance invisible s'ajoutera entre les broches du circuit intégré, ce qui provoquera facilement un court-circuit, entraînant une défaillance du circuit imprimé, du traitement des signaux ou des lignes de transmission. En outre, même lorsqu'il ne fonctionne pas, une exposition prolongée à cet environnement peut entraîner la corrosion et la rupture des broches, ce qui entraîne une défaillance globale de la carte.
Remède
Le meilleur remède est d'éviter autant que possible les conditions humides. S'il n'est pas possible de l'éviter en raison de la particularité du projet, FS Technology vous recommande d'opter pour une PCB en céramiquequi présente les caractéristiques de l'absorption d'eau 0%. Cet article se concentre principalement sur l'analyse des défaillances de la carte de circuit imprimé et ne s'attarde pas trop sur l'analyse des défaillances de la carte de circuit imprimé. différents types de PCB.
La dernière méthode de détection pour prévenir les défaillances des assemblages de PCB
Comme la technologie de fabrication des PCBA progresse de jour en jour, différents Inspection de l'assemblage des PCB les technologies ont connu le succès. Les dernières technologies utilisées à cette fin sont présentées ci-dessous.
Inspection optique
Dans cette méthode d'inspection, des microscopes optiques à haute puissance sont utilisés pour examiner la couche superficielle d'un circuit imprimé (PCB). Les défaillances qui doivent être détectées comprennent la corrosion, les joints de soudure défectueux, les courts-circuits ou les ouvertures, l'accumulation d'impuretés solides (comme la corrosion) ou les dommages à la couche de surface. Ces défaillances peuvent être détectées en inspectant la couche de surface.
Inspection par microsection
Dans cette technologie d'inspection, une petite section du PCBA est analysée à l'aide d'un microscope optique ou d'un microscope électronique à balayage (MEB). Les inspections de laminage, de migration de placage, de fiabilité et de rugosité figurent parmi les applications les plus courantes de cette technologie.
Inspection par rayons X
Tout ce qui ne peut être observé visuellement ou par le biais d'un test au microscope électronique à balayage est inspecté à l'aide de la technologie radiographique. L'inspection des défaillances dans le plan, l'examen des défaillances des BGA et l'inspection d'autres mécanismes de défaillance dans le plan sont autant d'applications de cette technologie.
Maintenant que vous savez ce qui peut mal se passer avec une PCBANous espérons que vous savez également comment prévenir les dysfonctionnements futurs. Travailler avec un PCBA nécessite souvent de réécrire les conceptions et de remplacer les composants, si nécessaire. C'est tout simplement la nature de l'industrie. Vous pouvez économiser du temps et de l'argent en travaillant avec un partenaire commercial comme FS Tech, qui est bien au fait des essais, de l'assemblage et de la fabrication des circuits imprimés.
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