Analisi dei guasti PCBA e misure di risoluzione dei difetti

The PCBA board is the most important component in all electrical equipment. The global demand  for PCBA has increased in past decades. With the increase in demand, PCB  manufacturers’ main focus is to minimize PCBs’ faults. An extensive understanding of PCB common faults, knowing their root cause, and knowing how to prevent these defects ensures high quality PCBs and eventually PCBAs product. It is important to take care of these points because  they have a direct impact on the functionality and quality of the final PCB assembly. As with the advancement in technology, the complexity of PCBs increases which means there is  more probability of failure of PCB to occur. All these failures can be categorized into four: 

Guasti legati alla progettazione del PCB, come ad esempio uno spazio insufficiente. 

Guasti legati alla produzione di PCB, come sovraincisioni, errori di foratura e saldature improprie. 

Danni causati dall'uso improprio delle schede di circuito, come l'uso eccessivo e i danni cumulativi/la fatica.

Difetti legati agli ambienti di stoccaggio delle PCBA, come l'ambiente umido e la polvere.

Riparatore con scheda di circuito difettosa

Con grande fortuna, la maggior parte dei guasti alle PCBA può essere prevenuta grazie alla conoscenza dei guasti alle PCB. Pertanto, FS Technology raccomanda di non farsi prendere dal panico dopo aver scoperto il guasto del circuito stampato e di dare la priorità all'analisi e alla risoluzione dei guasti. Se siete progettisti di PCB o Produzione di PCB industrialist, it is critical for you understand that how a PCBA can fail under certain condition. This blog post from FS Tech will discuss PCB failure analysis techniques in detail, and list some common PCBA failures and analyze the causes to find solutions.

Analisi e soluzione degli errori di progettazione PCBA

Maschera di saldatura mancante tra i pad

PCB copper layer has a specific layer on top of it usually known as the “Solder Mask”. The  main purpose of this layer is to make a shield and form a protective layer on conductive traces in  the copper layer of PCB, to prevent traces from interacting with other materials like metal or solder. In short, a solder mask act as a barrier between copper traces and the environment, protecting PCB  from corrosion and electrocution. 

If there is no solder mask between pads (a portion of metal left exposed intentionally for  soldering purpose) of PCB then there is a high probability of solder bridge and Cortocircuito del PCB  tra due piazzole del PCB, che riduce anche la protezione dalla corrosione del PCB. 

Rimedio

This problem can be prevented by double-verifying the design before giving it to Turnkey PCBA fabricators. In some cases, oversight of design might happen but make sure of giving design to  such fabricators who have a good track record of proper DFM checking protocols so they detect  any sort of problem before making the design materialize. 

Problemi elettromagnetici

Electromagnetic Interference (EMI) and Electromagnetic Capability (EMC) are two different  things in PCB design. EMI is considered to be noise in electromagnetism like unwanted or  damaging effects of electromagnetic capability, while EMC is the production, propagation, and  perception of electromagnetic energy. If EMI increased after a certain limit, this could result in a  defective product, which can happen due to flaws in circuit design.

Rimedio

EMI can be minimized by increasing the ground plane of PCB. Mostly 90 degrees angled  components on PCB produce more EMI, so, they must be avoided. Shielded wires are best in  assemblies’ harness which absorbs EMC and eventually reduces EMI. 

La densità del modulo è troppo alta

After fabrication of PCBA board, a very high temperature is used to solder electronic components on PCB which could burn other components out in the surroundings if the Printed Circuit Board is densely packed with components tightly together. Also, there is one more problem with highly dense PCBA if PCBA has to run faster, it will produce more heat and become problematic. With tightly located components heat remain trapped inside that PCB and increases the probability of PCB burning or overheating. This problem is the most difficult one to handle because it destroys the electronic nature of other components along with the problematic, faulty component. One can relate a direct relation between overheating and damage to the circuit, more overheating results in more damage to the circuit. If heating damage is ignored in the circuit board then it becomes much more difficult to diagnose the board. 

Burnt PCB by soldering mistake

Rimedio: 

As any Printed Circuit Board can absorb heat up to certain limits before its total failure. If heat exceeds that limit then it can produce some serious consequences and make PCB unusable permanently. This heat problem can be mitigated by using proper size and structure to lower  components density and allowing more heat to dissipate instead of trapping inside the board. Conoscere il Guida all'orientamento del posizionamento dei componenti del PCB può eliminare la causa principale del problema dell'alta densità dei componenti PBC.

Elenco dei difetti di produzione dei PCBA e soluzioni

Saldatura non corretta

Il ponte di saldatura o saldatura impropria è uno dei difetti più comuni di tutti i sistemi di saldatura. PCB  assembly. Sometimes, solder bridging is referred to as “shorts”. Solder is a critical component of the PCB assembly manufacturing process. It’s what keeps a component and circuit connected, however it can occasionally become polluted and cause a PCBA failure. Solder can short circuit if it becomes conductive due to excessive moisture in the solder. Some frequent solder flaws, such as Excessive solder and Lifted pads, all have various effects on the board. In addition to this, when there are abnormal connections between adjacent pads or traces, short circuits can result. Such bridges are mostly very small and thin  so it difficult to detect them and if remained undetected they can cause damage to PCB assemblies  at a catastrophic level like burn-up or blow-up of some electronic components. Improper Soldering  generally includes solder bubble, dry soldered, and cold soldered. All these defects can cause PCB  failure and eventually lead to PCBA failure. 

Rimedio

X-ray visual inspection is one of the best precautions to detect improper soldering and solder-bridge  which is even difficult to detect with the naked eye. Nella maggior parte dei casi, questi guasti di saldatura possono essere risolti con dissaldare i componenti del PCB.

PCB non pulito

Trascurare di pulire il PCB è un errore comune della maggior parte dei produttori.

Non c'è dubbio che i PCB metallici siano influenzati da vari ambienti. L'olio presente sulla superficie del corpo umano, il sudore, l'ossigeno presente in natura e gli ambienti umidi sono tutte cause di danni ai PCBA. La pulizia dei PCB può ridurre molti rischi potenziali, per cui 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 organizzati da FS Technology:

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

Vuoti di placcatura

Plated through-holes in a printed circuit board are copper-coated holes. Electricity can pass from  one layer to other layers of PCB with the help of these holes. PCB fabricators create these holes  with the help of the drilling method, making holes through all layers of PCB. After drilling, an  electroplating procedure is followed to coat the outer exposed surface of the hole with copper to  make it conductive.

With the help of deposition, a thin layer of conductive copper is deposited to PCB which, in some  cases, is not perfect and produces voids during plating. These plating voids are gaps in copper  plating which become problematic because such gaps via or hole are unable to conduct current  between layers of PCB and results in improper functioning of PCB or even in the entire failure of  PCB. 

The main reason for such plating voids includes insufficient drilled holes cleaning,  contamination of plating material, rough drilling of hole, and air bubbles while plating. 

Rimedio

Contamination of plating material and rough drilling can be avoided by properly cleaning the holes  and also purifying the plating material. To get a proper hole in PCB just make sure to fulfill  manufacturer instructions like recommended drill speed or required number of drill hits. 

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 scariche elettrostatiche (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 dei componenti è una sorta di danno alla PCBA, per questo è importante evidenziarlo, ed 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 riportate le tre ragioni principali dei componenti bruciati,

1.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.

2.Improper Spacing of Components:  On the PCBA, the performance of nearby electronics components could suffer if some components are packed too closely together, since this could cause them to overheat. It is essential, to prevent heat-related flaws, which printed circuit boards (PCBs) be designed with the optimal amount of space. Naturalmente, se si conosce Come scegliere un produttore di circuiti stampatiÈ 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.

3. 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 attraverso 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; a questo 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 viene conservata in cattive condizioni e non viene 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 solitamente nelle linee di segnale e nei vial dei circuiti stampati. Il guasto o il malfunzionamento dei nostri comuni prodotti elettronici può essere causato dalla muffa. Se si tratta di un fenomeno di fuga parziale, potrebbe essere dovuto alla corrosione dei pin metallici. Inoltre, avete mai riscontrato il fenomeno delle apparecchiature elettroniche buone e cattive. Se il vostro dispositivo elettronico funziona bene quando c'è il sole, ma funziona male quando è bagnato. Ciò è dovuto al fatto che la polvere presente nel circuito stampato si combina con l'umidità dell'aria per formare una rete resistiva invisibile, dando luogo al fenomeno del runaway.

L'effetto dell'umidità sul PCB

L'impatto dell'umidità sulle schede dei circuiti è evidente e anche un prodotto elettronico finito soffre molto in questo ambiente. 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 dalla maggior parte delle aziende di assemblaggio PCBA chiavi in mano sono i componenti SMD SOP o SSOP. La caratteristica principale di questi componenti 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 damaged by moisture

Rimedio

La cosa migliore da fare 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 sulla tipologia.

Le più recenti tecnologie di ispezione dei guasti delle PCBA

Poiché la tecnologia di produzione dei PCBA progredisce di giorno in giorno, la 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 passante e rugosità.

Ispezione a raggi X

Tutto ciò che non può essere osservato visivamente o attraverso 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.

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