PCBAの故障解析と不具合解消策

PCBAボードは、すべての電気機器において最も重要なコンポーネントです。PCBAの世界的な需要は、過去数十年の間に増加しました。需要の増加に伴い、PCBメーカーの主な焦点は、PCBの欠陥を最小限に抑えることです。PCBの一般的な欠陥について幅広く理解し、その根本原因を知り、これらの欠陥を防ぐ方法を知ることで、高品質のPCB、ひいてはPCBAの製品が保証されます。これらのポイントは、最終的なPCBアセンブリの機能性と品質に直接影響を与えるため、気をつけることが重要です。技術の進歩に伴い、PCBは複雑化し、PCBの故障が発生する確率は高くなります。これらの不具合は、次の4つに分類されます。 

クリアランス不足など、基板設計に起因する不具合。 

オーバーエッチング、穴あけミス、不適切なはんだ付けなど、プリント基板の製造に関連する不具合。 

過度な使用や蓄積された損傷・疲労など、回路基板の不適切な使用による損傷。

湿度環境、塵埃環境などのPCBA保管環境に関する不具合。

故障した基板を持つ修理工

幸運にも、PCBAの故障のほとんどは、PCBの故障に関する知識を持つことで未然に防ぐことができます。従って、FSテクノロジーでは、PCBの故障を発見しても慌てず、故障解析とトラブルシューティングを優先することをお勧めします。もし、あなたがPCB設計者や プリント基板製造 PCBA が特定の条件下でどのように故障するのかを理解することは、産業界にとって非常に重要です。このFS Techブログの記事では、PCBAの故障解析について説明しています。PCBAの故障とその原因、予防策について解説しています。

PCBA設計のエラー解析と改善

パッド間ソルダーマスク欠落

PCB の銅層には、通常「ソルダーマスク」として知られる特定の層が上にあります。この層の主な目的は、シールドを作り、PCBの銅層の導電性トレースに保護層を形成し、金属やはんだなどの他の材料との相互作用からトレースを防止することです。つまり、ソルダーレジストと環境の間のバリアとして機能し、PCBを腐食や感電から保護します。 

プリント基板のパッド(はんだ付けのために意図的に露出させた金属の部分)間にソルダーマスクがない場合、高い確率ではんだブリッジが発生します。 プリント基板の短絡  の間にあるため、PCB の腐食防止効果が低下します。 

仕様

この問題は、ターンキーPCBAファブリケータに渡す前に設計を二重に検証することによって防ぐことができます。場合によっては、設計の見落としが起こるかもしれませんが、設計を具体化する前にあらゆる種類の問題を検出するために、適切なDFMチェックプロトコルの良いトラックレコードを持っているそのようなファブリケーターに設計を与えることを確認してください。 

電磁波問題

PCB設計において、EMI(Electromagnetic Interference)とEMC(Electromagnetic Capability)は別物です。EMIは電磁気能力の不要または有害な影響のような電磁気のノイズとみなされ、EMCは電磁エネルギーの生産、伝播、および知覚である。EMIがある限度を超えて増加した場合、不良品となる可能性があり、これは回路設計の欠陥によって起こりうることである。

仕様

EMIは,プリント基板のグランドプレーンを増やすことで最小化することができます。90度の角度を持つ部品はEMIを発生させるので、避ける必要があります。シールド線は、EMCを吸収し、最終的にEMIを低減するアセンブリのハーネスに最適です。 

モジュール密度が高すぎる

プリント基板の製造後、非常に高い温度で電子部品をはんだ付けしますが、プリント基板が高密度で部品が密集している場合、周囲の部品を焼き尽くす可能性があります。また、高密度のプリント配線板を高速で動作させると、より多くの熱が発生し、問題になることがある。部品が密集しているため、熱が基板内にこもり、基板が焼けたり、過熱したりする可能性が高くなるのだ。この問題は、問題のある不良部品と一緒に他の部品の電子的性質も破壊してしまうため、対処が最も困難な問題である。過熱と回路の損傷は直接的な関係があり、過熱が多ければ多いほど回路の損傷は大きくなる。加熱による損傷を無視した場合、基板の診断はより困難となる。 

コンピュータの電源マザーボードが部品密度の高さで焼けた

改善策 

プリント基板は、ある限界まで熱を吸収すると、完全に故障してしまいます。もし、熱がその限界を超えると、深刻な事態を引き起こし、プリント基板が永久に使用できなくなる可能性があります。この熱の問題は、適切なサイズと構造で部品密度を下げ、より多くの熱を基板内に閉じ込めるのではなく、放散させることによって軽減することができます。 を知ることです。 PCB部品配置オリエンテーションガイド は、PBC部品の高密度化という問題の根本原因を解消することができます。

PCBA製造不良リストとその対処法

不適切なハンダ付け

はんだ付けの不具合の中で最も多いのが「はんだブリッジ」です。 PCBアセンブリ.はんだのブリッジを「ショート」と呼ぶことがあります。はんだはPCBアセンブリの製造工程で重要なコンポーネントです。はんだは部品と回路の接続を維持するものですが、時折汚染され、PCBAの故障の原因となることがあります。はんだに含まれる過度の水分により導電性が生じると、はんだがショートすることがあります。また、はんだの余剰分やパッドの浮き上がりなど、はんだの欠陥は基板にさまざまな影響を及ぼします。また、隣接するパッドやトレース間に異常な接続がある場合、短絡が発生することがあります。このようなブリッジは非常に小さく薄いため、検出が困難であり、検出されないまま放置されると、一部の電子部品のバーンアップやブローアップなど、PCBアセンブリに致命的な損傷を与える可能性があります。不適切なはんだ付けは、一般的にはんだバブル、ドライはんだ付け、低温はんだ付けを含みます。これらの欠陥はすべてPCBの故障の原因となり、最終的にはPCBAの故障につながる可能性があります。 

仕様

X線による外観検査は、肉眼でも発見が困難なはんだ付け不良やソルダーブリッジを発見するための最適な予防策の一つです。 多くの場合、これらのはんだ付けの不具合は、以下の方法で解決することができます。 プリント基板部品のはんだ付け.

未洗浄PCB

を怠る。 クリーンプリント基板 は、ほとんどのメーカーがよくやるミスです。

メタルPCBは、さまざまな環境の影響を受けることは間違いない。人体表面の油分、汗、自然界の酸素、湿度の高い環境などは、PCBAを損傷させる原因です。そのため、ターンキーPCBA企業の多くは、高度な組立設備と完璧な品質管理システムを備えているだけでなく、PCBの洗浄を非常に重要視しています。以下は、FS Technologyが整理したPCBクリーニングの工程です。

  • 水性洗浄
  • 半水系洗浄
  • 溶剤洗浄工程
  • 無洗浄化処理

メッキボイド

プリント基板のメッキされたスルーホールは、銅でコーティングされた穴です。電気は、これらの穴の助けを借りて、PCBの1つの層から他の層に渡すことができます。PCBファブリケーターは、PCBのすべての層を通過する穴を作る、ドリルメソッドの助けを借りて、これらの穴を作成します。穴あけ後、電気めっきの手順で穴の外側の露出した表面に銅をコーティングし、導電性を持たせる。

蒸着により、導電性の銅の薄い層がPCBに蒸着されますが、場合によっては、完璧ではなく、メッキ中にボイドが発生します。このボイドは銅めっきの隙間であり、このような隙間や穴はPCBの層間で電流を流すことができず、PCBの機能不良やPCB全体の故障につながるため問題となる。 

このようなメッキボイドの主な原因は、ドリル穴の洗浄不足、メッキ材料の汚染、穴あけ不良、メッキ時の気泡などです。 

仕様

メッキ材料の汚染とラフドリリングは、適切に穴を掃除し、またメッキ材料を浄化することによって回避することができます。PCBに適切な穴を開けるには、推奨ドリル速度や必要なドリルヒット数など、メーカーの指示を満たすようにしてください。 

回路基板の不適切な使用による破損

累積ダメージ/疲労

PCBAが故障する最も一般的な理由は、欠陥の存在である。プリント基板を組み立てる過程で、欠陥が顕在化することが多いのです。

PCBAの損傷は、PCBAが特にESDの影響を受けやすいため、静電気放電(ESD)によって引き起こされることがあります。私たちは数千ボルトのESDしか感じませんが、わずかな放電でもPCBAコンポーネントの故障の原因となる場合があります。この故障は、PCBAは動作し続けるが信頼性が低下する隠れた故障である場合もあれば、致命的な故障である場合もあります。FS Techのような信頼できるPCBAメーカーは、製造現場での静電気放電のリスクを防ぐため、さまざまな安全対策を行っています。これは、ESDに耐性のあるスモックで構成されています。

部品の焼き付きもPCBAの損傷の一種であり、それゆえに強調することが重要であり、PCBAの故障の主要な原因となっています。部品の焼損は、損傷の程度によっては、部品単体ではなく、回路基板全体の交換が必要になる場合があります。以下は、部品が焼ける3つの主な理由です。

1.強熱:機械が高温になったり、基板が炎で直接焼かれたりすると、熱による不具合が発生する危険性が高くなります。

2.不適切な部品配置。 PCBAでは、一部の部品が密に配置されていると、その部品が過熱し、周辺の電子部品の性能を低下させる可能性がある。熱による不具合を防ぐためには、プリント配線板を最適なスペースで設計することが重要です。 もちろん、ご存知の方は プリント基板メーカーの選び方このような問題が発生する可能性はほとんどありません。FS Technologyを例にとると、当社のターンキー・サービスを選択した場合、当社のPCB設計者は専門的な設計指導を提供し、この問題を根本から解決することができます。

3.技術的な不具合PCBA の接続が適切でない場合、または電圧保護が十分でない場合、PCBA が過熱して発火する可能性が高くなります。接続方法について具体的な指示があれば、技術者がミスをする可能性を減らすことができます。

過度な使用

PCBAの寿命は、偉大なワインよりも人間に近いと言われています。古くなったからこそ、劣化が始まるのです。 これに対し、ターンキーPCBアセンブリ会社は、厳密な検査によってPCBの寿命を延ばすことができます。 PCB品質管理プロセス.

部品は寿命が近づくと故障し始め、PCBAは修理するか新品と交換する必要があります。 

実装の故障解析では、PCBAに熱的、機械的、環境的なストレスを与え、PCBAを調査して特定の故障を発見し、探ります。これらの異なるカテゴリーごとに不具合を発見するためには、かなりの専門知識が必要です。

保管環境に起因するPCBAの不具合

PCBAは、環境変数の影響を非常に受けやすい。Cサーキットボード は、熱や湿気にさらされると膨張し、反りやはんだ接合部の破損の原因となります。そのため、PCBAの製造は、温度や湿度が許容範囲内に収まるように慎重に管理された場所で行われることがほとんどです。

プリント基板作業で粉塵の影響を受ける

PCBAボードが動作していると、微量の磁界や電磁界が発生し、この磁界や電磁界が空気中の微細なホコリを引き寄せます。PCBAを劣悪な環境で保管し、長い間クリーニングを行わなかった場合、蓄積されたホコリはPCB内のプリントラインや部品のピンを腐食させ、ひどい場合にはプリントラインにカビを発生させることもあります。カビは通常、信号線と基板のビアに発生します。私たちがよく使うエレクトロニクス製品の故障や誤動作は、カビが原因かもしれません。部分的な暴走現象であれば、金属ピンの腐食が原因である可能性もあります。また、電子機器の良し悪しという現象に遭遇したことはないでしょうか。晴天時には問題なく動作する電子機器が、雨天時に誤動作する場合。これは、プリント基板に含まれるホコリと空気中の水分が結合して目に見えない抵抗ネットワークを形成し、暴走現象が起こるからです。

プリント基板に与える湿度の影響

水分が基板に与える影響は自明であり、完成した電子製品であってもこの環境では大きなダメージを受ける。 過度の湿気は 一般的なPCB問題空気中の水分が過剰に飽和すると、水滴が回路基板上に滴下し、部品のピンに付着する。ほとんどのターンキーPCBAアセンブリ会社が最も多く使用しているPCB部品は、SOPまたはSSOPのSMD部品である。このチップ部品の最大の特徴は、ピン間の距離が小さく、水滴が付着するのに適したプラットフォームとなることである。水滴が付着した状態でSSOPパッケージの集積回路が動作すると、集積回路のピン間に目に見えない抵抗が加わり、簡単にショートしてしまい、回路基板の故障や信号処理、伝送路の障害となる。また、動作していないときでも、このような環境に長時間さらされると、ピンが腐食して断線し、基板故障の原因となることがある。

水によって腐食した回路基板

仕様

一番良いのは、濡れた状態をなるべく避けることです。プロジェクトの特殊性から避けられない場合、FSテクノロジーでは、以下のような選択を推奨しています。 セラミックPCB0%の吸水特性を有している。本稿では、主に基板の故障解析に焦点を当て、型式についてはあまり紹介しない。

最新のPCBA故障診断技術

PCBAの製造技術が日々進歩する中で プリント基板実装検査 の技術が成功を収めている。そのために使われている最後の技術について、以下に説明する。

光学検査

高倍率の光学顕微鏡を使い、プリント基板の表面層を検査する方法です。検出すべき故障は、腐食、はんだ接合部の不良、ショートやオープン、腐食などの固体不純物の蓄積、表面層の損傷などである。これらの故障は、表面層を検査することで発見することができます。

マイクロセクション検査

この検査技術では、光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡(SEM)を使用して、PCBAの小セクションを分析します。ラミネート検査、メッキマイグレーション検査、スルー信頼性検査、粗さ検査などが代表的なアプリケーションである。

X線検査

目視や走査型電子顕微鏡による検査で観察できないものは、すべてX線技術で検査します。面内故障検査、BGA故障の検査、その他面内故障メカニズムの検査などがその用途である。 

でうまくいかない可能性があることがおわかりいただけたでしょうか? PCBAまた、故障を未然に防ぐ方法も知っておいてください。PCBAの仕事は、設計を書き換えたり、部品を交換したりすることが多い。これは業界の特性です。PCBAのテスト、組み立て、製造に精通したFS Techのようなビジネスパートナーと協力することで、時間と費用を節約できるかもしれません。

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