Analisi dei guasti e misure di risoluzione dei difetti dei PCBA

La scheda PCB assemblata (scheda PCBA) è il componente più importante di tutte le apparecchiature elettriche e la domanda globale di PCBA è aumentata negli ultimi decenni. Con questo aumento della domanda, l'obiettivo principale di molti produttori di PCB è ora quello di ridurre al minimo i difetti all'interno dei PCB. Di conseguenza, è necessaria un'approfondita conoscenza dei più comuni difetti dei PCB, in particolare per individuare la causa principale e avere le conoscenze adeguate per prevenire questi difetti. Questa conoscenza garantisce la produzione di PCB di alta qualità e, in ultima analisi, di un prodotto PCBA di alta qualità. È importante tenere conto di questi punti perché hanno un impatto diretto sulla funzionalità e sulla qualità del prodotto finale. Assemblaggio di PCB. Con gli attuali progressi tecnologici, la complessità dei PCB è in costante aumento, il che significa che vi è una maggiore probabilità di Guasto all'assemblaggio del PCB di verificarsi. Questi guasti possono essere classificati in quattro gruppi:

  • I difetti di progettazione della PCB portano al guasto della PCBA (ad esempio, spazio insufficiente)
  • Guasti legati alla produzione di PCB (ad esempio, incisione eccessiva, errori di foratura e saldature improprie)
  • Danni causati dall'uso improprio delle schede di circuito (ad esempio, uso eccessivo e danni cumulativi/fatica)
  • Difetti legati agli ambienti di stoccaggio delle PCBA (ad esempio, ambienti umidi e/o polverosi)
Riparatore con scheda di circuito difettosa

Con grande fortuna, la maggior parte Guasti alle PCBA possono essere evitati grazie alla giusta conoscenza dei guasti delle schede elettroniche. Pertanto, FS Technology raccomanda di non farsi prendere dal panico dopo aver scoperto il guasto di un circuito stampato e di dare invece la priorità all'analisi e alla risoluzione dei guasti. Se siete un progettista di PCB o un Produzione di PCB industriale, è fondamentale capire come una PCBA possa guastarsi in determinate condizioni. Questo post del blog di FS Tech illustra in dettaglio le tecniche di analisi dei guasti dell'assemblaggio di PCB ed elenca alcuni guasti comuni delle PCBA, analizzandone le cause per trovare soluzioni.

Analisi degli errori di progettazione PCBA e rimedi

Maschera di saldatura mancante tra i pad

Lo strato di rame di un PCB presenta in genere un sottile strato specifico sulla superficie superiore, noto come maschera di saldatura. Lo scopo principale di questo strato è quello di agire essenzialmente come uno schermo e formare uno strato protettivo tra l'ambiente e le tracce conduttive situate negli strati di rame del PCB. Impedisce a queste tracce di interagire con altri materiali come il metallo o la saldatura, proteggendo così il PCB assemblato dalla corrosione e dall'elettrocuzione. 

Se non c'è una maschera di saldatura tra le piazzole (le porzioni di metallo lasciate intenzionalmente esposte a scopo di saldatura) su un PCB, c'è un'alta probabilità che si verifichino ponti di saldatura e che si verifichi una perdita di tempo. un cortocircuito della scheda di circuito tra due pad adiacenti su un PCB. Inoltre, la protezione dalla corrosione sul PCB sarà minore.

Rimedio

Questo problema può essere evitato verificando due volte il progetto del PCB prima di inviarlo ai produttori di PCBA chiavi in mano. In alcuni casi, è possibile che si verifichi una supervisione del progetto, ma è importante affidare il progetto a produttori che abbiano una buona esperienza nei protocolli di controllo DFM, in modo da individuare eventuali problemi prima che il progetto venga materializzato.

Problemi elettromagnetici

L'interferenza elettromagnetica (EMI) e la capacità elettromagnetica (EMC) sono due fattori diversi da considerare nella progettazione di PCB. L'EMI è considerato un rumore nell'elettromagnetismo, come gli effetti indesiderati o dannosi delle capacità elettromagnetiche, mentre l'EMC è la produzione, la propagazione e la percezione dell'energia elettromagnetica. Se l'EMI aumenta oltre un certo limite, potrebbe risultare in una scheda PCBA difettosa, il che può accadere a causa di difetti nella progettazione dei circuiti.

Rimedio

Le EMI possono essere ridotte al minimo aumentando il piano di massa del PCB. La maggior parte dei componenti ad angolo di 90 gradi sui circuiti stampati produce più EMI e quindi deve essere evitata. D'altra parte, i fili schermati sono i migliori nei cablaggi degli assemblaggi, in quanto assorbono l'EMC e possono contribuire a ridurre l'EMI.

La densità del modulo è troppo alta

Dopo la fabbricazione di una scheda PCBA, si utilizza una temperatura molto elevata per saldare i componenti elettronici sul PCB, ma durante questo processo, altri componenti circostanti potrebbero bruciarsi se il PCB è troppo denso di componenti. Un altro problema dei PCBA ad alta densità è che, se il PCBA deve funzionare più velocemente, produrrà più calore e potrebbe diventare problematico. Se i componenti sono molto compatti, il calore può rimanere intrappolato all'interno del PCBA, aumentando così la probabilità che l'intero PCBA si bruci o si surriscaldi. Questo tipo di problema è di solito il più difficile da gestire perché distrugge la natura elettronica di altri componenti insieme a quelli difettosi. Esiste una relazione diretta tra surriscaldamento e danni al circuito Poiché l'aumento del calore provoca maggiori danni al circuito e se i danni da riscaldamento vengono ignorati in una PCBA, diventa molto più difficile diagnosticare i problemi della scheda.

PCB bruciato per errore di saldatura

Rimedio: 

Qualsiasi scheda a circuito stampato può assorbire calore fino a certi limiti prima di guastarsi completamente; se il calore supera tale soglia, può causare gravi conseguenze e rendere il PCBA definitivamente inutilizzabile. Questo problema può essere mitigato utilizzando dimensioni e strutture adeguate per ridurre la densità dei componenti su un PCB e consentire una maggiore dissipazione del calore invece di intrappolarlo all'interno della scheda. Conoscere le caratteristiche del Guida all'orientamento dei componenti del PCB può eliminare alla radice il problema di un'elevata densità di componenti PCB.

Elenco dei difetti di produzione dei PCBA e soluzioni

Saldatura non corretta

Il ponte di saldatura o saldatura impropria è uno dei più comuni tra tutti i problemi di saldatura. difetti nell'assemblaggio di PCB. A volte i ponti di saldatura vengono chiamati "corti". La saldatura è un componente fondamentale del processo di produzione dell'assemblaggio di PCB, in quanto è ciò che mantiene un componente e il suo circuito collegati elettricamente. Tuttavia, a volte può inquinarsi e causare un guasto al PCBA. La saldatura può andare in cortocircuito se diventa conduttiva a causa dell'eccessiva umidità presente nella saldatura. Alcuni difetti di saldatura frequenti, come l'eccesso di saldatura utilizzata e/o le piazzole sollevate, hanno tutti vari effetti sulla scheda. Inoltre, in presenza di connessioni anomale tra piazzole o tracce adiacenti, possono verificarsi dei cortocircuiti. Tali ponti sono per lo più molto piccoli e sottili, per cui può essere difficile individuarli e, se non vengono rilevati, possono provocare danni ai gruppi di PCB ad un livello catastrofico come la bruciatura/esplosione di alcuni componenti elettronici. Le saldature non corrette comprendono generalmente bolle di saldatura, saldature a secco e saldature a freddo. Tutti questi difetti possono causare guasti al PCB e, in ultima analisi, al PCBA.

Rimedio

L'ispezione visiva a raggi X è una delle migliori precauzioni per rilevare saldature improprie e ponti di saldatura, difficili da individuare anche a occhio nudo. Nella maggior parte dei casi, questi guasti di saldatura possono essere risolti con dissaldare i componenti del PCB e di risaldarli correttamente.

PCB non pulito

Trascurare di pulire i PCB è un errore comune della maggior parte dei produttori di PCB. Non c'è dubbio che i PCB metallici siano influenzati da varie condizioni ambientali. L'olio presente sulla superficie del corpo umano, il sudore, l'ossigeno presente in natura e gli ambienti umidi possono essere tutti potenziali cause di Danni al PCBA. Per questo motivo, la maggior parte delle aziende produttrici di PCBA chiavi in mano non solo dispone di attrezzature di assemblaggio avanzate e di sistemi di controllo qualità perfetti, ma attribuisce anche grande importanza alla pulizia dei PCB. Di seguito sono riportati i processi di pulizia dei PCB utilizzati e organizzati da FS Technology:

  • pulizia a base d'acqua
  • Pulizia semi-acquosa
  • Processo di pulizia con solvente
  • Processo senza pulizia

Vuoti di placcatura

I fori passanti placcati in un circuito stampato sono fori rivestiti di rame che consentono il passaggio dell'elettricità da uno strato all'altro del PCB. I produttori di PCB di solito creano questi fori attraverso un metodo di perforazione specifico per far passare i fori attraverso tutti gli strati di un PCB. Dopo la foratura, viene seguita una procedura di galvanizzazione per rivestire di rame la superficie esterna esposta di questi fori e renderli conduttivi. 

Attraverso il processo di deposizione, sul PCB viene depositato un sottile strato di rame conduttivo che, in alcuni casi, non è perfetto e può produrre vuoti durante la placcatura. Questi vuoti di placcatura sono spazi vuoti nella placcatura di rame che diventano problematici perché tali spazi vuoti in vias o fori non sono in grado di condurre la corrente tra gli strati del PCB. Ciò comporta un funzionamento improprio della PCBA o addirittura il suo completo fallimento. 

La causa principale di questi vuoti di placcatura è la pulizia insufficiente dei fori, la contaminazione del materiale di placcatura, la foratura approssimativa dei fori e la formazione di bolle d'aria durante la placcatura.

Rimedio

La contaminazione del materiale di placcatura e la foratura grossolana possono essere evitate pulendo correttamente i fori e purificando il materiale di placcatura. Per ottenere un foro corretto nel PCB, assicuratevi di rispettare sempre le istruzioni del produttore, come la velocità di foratura raccomandata o il numero di colpi di foratura richiesto.

Danni causati dall'uso improprio delle schede elettroniche

Danno cumulativo/Fatica

La ragione più comune del fallimento di una PCBA è la presenza di difetti. Durante il processo di assemblaggio dei PCB, i difetti si manifestano spesso. 

I danni alle PCBA possono essere causati da danni elettrostatici (ESD), in quanto le PCBA sono particolarmente sensibili alle ESD e, anche se le ESD sono percepibili solo nell'ordine delle migliaia di volt, la minima scarica può causare il guasto di un componente della PCBA. Questo guasto può essere nascosto, nel qual caso il PCBA continuerà a funzionare ma con un'affidabilità ridotta, oppure può essere catastrofico. I produttori di PCBA affidabili, come FS Tech, adottano una serie di misure di sicurezza per prevenire il rischio di scariche elettrostatiche in produzione. Si tratta di camici resistenti alle scariche elettrostatiche.

Anche la bruciatura di un componente è una sorta di danno alla PCBA, per cui è importante sottolinearlo in quanto è una delle principali cause di guasto della PCBA. A seconda della gravità del danno, un componente bruciato può richiedere la sostituzione dell'intero circuito stampato piuttosto che di un singolo componente. Di seguito sono elencate le tre ragioni principali dei componenti bruciati:

  • Calore intenso: se una macchina diventa troppo calda o se un circuito stampato viene bruciato direttamente dalla fiamma, aumenta il rischio che si verifichi un problema legato al calore.
  • Spaziatura impropria dei componenti: Le prestazioni dei componenti elettronici vicini potrebbero risentirne se alcuni di essi sono troppo vicini tra loro, in quanto potrebbero surriscaldarsi. Per prevenire i difetti legati al calore, è essenziale che i PCB siano progettati con uno spazio ottimale. Naturalmente, se si conosce Come scegliere un produttore di PCBÈ improbabile che si verifichi questo tipo di problema. Se scegliete il nostro servizio "chiavi in mano", i nostri progettisti di circuiti stampati vi forniranno una guida professionale alla progettazione, in grado di eliminare il problema alla radice.
  • Guasti tecnici: Se i collegamenti su una PCBA non sono eseguiti correttamente o le protezioni di tensione non sono sufficienti, è più probabile che la PCBA si surriscaldi e prenda fuoco. La presenza di istruzioni specifiche su come effettuare i collegamenti può contribuire a ridurre la probabilità che un tecnico commetta un errore.

Uso eccessivo

I PCBA hanno una durata di vita più simile a quella degli esseri umani che a quella di un grande vino. Cominciano a deteriorarsi con l'avanzare dell'età. Al contrario, un'azienda di assemblaggio di PCB chiavi in mano può estendere la durata di vita del prodotto grazie a una rigorosa Processo di controllo della qualità dei PCB.

Quando i componenti si avvicinano alla fine del loro ciclo di vita previsto, iniziano a guastarsi e a quel punto le PCBA devono essere riparate o sostituite con una nuova. L'analisi dei guasti comporta la sollecitazione graduale della PCBA fino al guasto (a livello termico, meccanico e ambientale), seguita dallo studio della PCBA per scoprire ed esplorare il guasto specifico. È necessaria una notevole esperienza per individuare i difetti in ciascuna di queste diverse categorie.

Guasto del PCBA causato dall'ambiente di stoccaggio

Le PCBA sono molto vulnerabili agli effetti delle variabili ambientali. Cschede di circuito sono suscettibili di espansione quando sono esposti al calore e all'umidità, il che può portare a deformazioni e potenzialmente danneggiare le giunzioni saldate. Per questo motivo, la produzione di PCBA avviene quasi sempre in un'area in cui la temperatura e l'umidità sono attentamente controllate, in modo da rimanere entro parametri accettabili.

La polvere influisce sul lavoro dei circuiti stampati

Quando la scheda PCBA è in funzione, genera una piccola quantità di campi magnetici ed elettromagnetici, che attirano le polveri sottili presenti nell'aria. Se la scheda PCBA è conservata in cattive condizioni e non è stata pulita per lungo tempo, la polvere accumulata corroderà le linee stampate del PCB, i pin dei componenti e, se grave, anche la muffa sulle linee stampate. La muffa si verifica di solito nelle linee di segnale e vias del circuito stampato e il guasto o il malfunzionamento di molti prodotti elettronici comuni può essere causato dalla muffa. Se si tratta di un fenomeno di fuga parziale, può essere dovuto alla corrosione dei pin metallici. Inoltre, avete mai riscontrato il fenomeno delle apparecchiature elettroniche buone e cattive a causa delle diverse condizioni atmosferiche? Se il vostro dispositivo elettronico funziona bene quando c'è il sole, ma si guasta in caso di pioggia, è possibile che la polvere presente sulla scheda elettronica si sia combinata con l'umidità dell'aria formando una rete resistiva invisibile, dando luogo a un fenomeno di fuga.

L'effetto dell'umidità sul PCB

L'impatto dell'umidità sui circuiti stampati è evidente e anche un prodotto elettronico finito soffre molto in un ambiente umido. L'umidità eccessiva può causare Problemi comuni dei PCBL'eccessiva saturazione di umidità nell'aria fa sì che le gocce d'acqua gocciolino sul circuito stampato e si attacchino ai pin dei componenti. I componenti PCB più utilizzati da molte aziende di assemblaggio PCBA chiavi in mano sono i componenti SMD SOP o SSOP. La caratteristica principale di questo componente è che la distanza tra i pin è ridotta, il che offre una buona piattaforma per l'attacco delle gocce d'acqua. Se il circuito integrato confezionato SSOP funziona in presenza di gocce d'acqua, tra i pin del circuito integrato si aggiungerà una resistenza invisibile che causerà facilmente un cortocircuito, con conseguenti guasti al circuito, all'elaborazione del segnale o alle linee di trasmissione. Inoltre, anche quando non funziona, l'esposizione prolungata a questo ambiente può causare la corrosione e la rottura dei pin, con conseguente guasto della scheda.

PCB danneggiato dall'umidità

Rimedio

Il rimedio migliore è evitare il più possibile le condizioni di bagnato. Se non è possibile evitarlo a causa della particolarità del progetto, FS Technology consiglia di scegliere di utilizzare un PCB in ceramicache ha le caratteristiche di assorbimento dell'acqua 0%. Questo articolo si concentra principalmente sull'analisi dei guasti dei circuiti stampati e non si sofferma troppo sul tema dell'assorbimento dell'acqua. vari tipi di PCB.

Il più recente metodo di rilevamento per prevenire i guasti dell'assemblaggio dei PCB

Poiché la tecnologia di produzione dei PCBA progredisce di giorno in giorno, diversi Ispezione dell'assemblaggio di PCB tecnologie si sono affermate. Le ultime tecnologie utilizzate a questo scopo sono illustrate di seguito.

Ispezione ottica

In questo metodo di ispezione, si utilizzano microscopi ottici ad alta potenza per esaminare lo strato superficiale di una scheda a circuito stampato (PCB). I guasti da rilevare includono corrosione, giunti di saldatura falliti, cortocircuiti o aperture, accumulo di impurità solide (come la corrosione) o danni allo strato superficiale. Questi guasti possono essere individuati ispezionando lo strato superficiale.

Ispezione con microsezione

In questa tecnologia di ispezione, una piccola sezione del PCBA viene analizzata utilizzando un microscopio ottico o un microscopio elettronico a scansione (SEM). Tra le applicazioni più comuni di questa tecnologia vi sono le ispezioni di laminazione, migrazione di placcatura, affidabilità e rugosità.

Ispezione a raggi X

Tutto ciò che non può essere osservato visivamente o tramite un test al microscopio elettronico a scansione, viene ispezionato con la tecnologia a raggi X. L'ispezione dei guasti in-plane, l'esame dei guasti BGA e l'ispezione di altri meccanismi di guasto in-plane sono tutte applicazioni di questo tipo.

Ora che sapete che cosa può andare storto con una PCBAma si spera che sappiate anche come prevenire futuri malfunzionamenti. Lavorare con i PCBA richiede spesso la riscrittura dei progetti e la sostituzione dei componenti, se necessario. È semplicemente la natura del settore. È possibile risparmiare tempo e denaro collaborando con un partner commerciale come FS Tech, che ha una grande esperienza nel collaudo, nell'assemblaggio e nella produzione di PCBA.

Altri articoli correlati:

Guida alla risoluzione dei problemi del PCB CAF!

Analisi dei cortocircuiti dei PCB e metodi di prevenzione!

Come dissaldare i componenti dal PCB?

Blog sui progetti di elettronica fai da te