プリント基板の短絡解析と防止方法
概要回路基板のショートは、すべてのエンジニアにとって見たくないものであり、ひとたび発生すれば、壊滅的な打撃をもたらすかもしれない。しかし、回路基板は複雑で壊れやすい電子部品であり、どんなに熟練したエンジニアであっても、各基板の整合性を損なう様々な潜在的リスクにさらされる可能性があります。この記事では、FS Techが、この最も厄介で破壊的な一般的なPCB問題に焦点を当て、PCBショートを検出し修正するためのいくつかの方法を提供します。これらのことを念頭に置きながら、うまくいけばあなたの仕事を救うような変更を行うことができます。
基板短絡の理由と解決策
回路のショートは、基板枠のどこにでも発生し、PCBのショート、部品取り付け時の位置ずれ、リワークによる二次災害のほか、ICチップのピン間に挟まった微小な粒子によって引き起こされることもある。プリント基板の構造や取り付けは、短絡による危険性に弱く、回路が過熱してプリント基板部品を破壊してしまうこともある。隣接するピンやビアをつなぐはんだブリッジが原因であるか、PCB基板の製造不良が原因であるかのどちらかです。短絡の原因を見つけるためには、以下のことを実施する必要があります。 PCBAの故障解析 具体的な状況に応じて 以下に、プリント基板の機能短絡の原因とその解決策を列挙します。
- ハンダショート
- 部品短絡
- ESDによる破壊
- 電気化学的短絡（薬品の残留、エレクトロマイグレーション）
- その他の原因による短絡
ハンダショート
ハンダショートとは、ICのピンが密集しすぎていたり、部品の間隔が狭かったりすることで、通常、次のような理由で発生します。
ソルダーペースト過多
以下の理由により、はんだペーストの余剰による電気基板の短絡が発生します。
- ソルダーペースト印刷に使用するステンシルの厚みと穴の大きさが正しく設定されていない。
- 印刷時の支持体の凹凸やステンシルの傾きにより、滴下するソルダーペーストの分布に問題があります。
- の問題点 プリント基板製造 そのため、表面に凹凸があります。
- スチールメッシュの張力が規格に適合していない。
- ステンシルの洗浄が間に合わなかったり、使用後に洗浄しなかったりする。
最適化
- お客様の部品リストをよく確認し、部品の分布密度や小型部品の有無に応じて、厚みの異なるスチールメッシュを選択します。
- ソルダーペーストの厚みの CPK 値に応じて、SMT 装置の印刷速度、圧力などを調整します。
- ステンシルの定期的な点検とクリーニングを行う。
PCB位置オフセット
FSテクノロジーでは、組立工場での各工程を厳格に要求しています。印刷オフセットが1/4パッドを超えた場合、印刷オフセットと判断しています。印刷時の基板位置ズレにより、はんだペーストが誤った位置に落下し、完成した基板が短絡してしまう。その理由は以下の通りです。
- PCB固定具の不具合
- ローディングマシンの精度不良
最適化
- 什器の調整・交換
- 印刷精度の手動校正
- プリンター識別機能の強化
エッジの崩壊
印刷中にエッジ倒れを発見した場合、すぐに原因を分析して解決しないと、回路基板がショートしてしまいます。エッジ倒れの原因としては、以下のようなものがあります。
- 長時間空気に触れたソルダーペーストは汚染や酸化が進み、低粘度でチクソ性が悪くなり、印刷後に流れや垂れが発生しやすくなることがあります。
- スチールメッシュの粗さにより、滴下したソルダーペーストが削られ、エッジの崩れが発生します。
- プレースメントマシンがSOPを装着するとき、 QFP, QFNCSP、その他 PCB部品また，過度の加圧により，ソルダーペーストが変形し，端部の潰れが発生する。
- リフローはんだ付け装置の予熱時に、温度上昇が速すぎて、はんだペースト中の溶液の揮発が早くなり、はんだ粒子がはんだ付け部分から絞り出されて崩れることがあります。
最適化
- ソルダーペースト印刷の前にソルダーペーストを準備し、ソルダーペーストの粘度が適度にあることを確認してください。
- より高度なレーザー切断機でステンシルを製造し、定期的にステンシルの品質をチェックする。
- 載せる機械の圧力と載せる高さを調整し、小バッチテストを行ってから ハイボリュームプリント基板アセンブリ を使用して、正しさを保証します。
- リフローはんだ付け装置の温度は，はんだペースト供給会社から提供されたプロファイルパラメータに従って設定してください。
プリント基板部品短絡
部品短絡は、ユーザーが最も深く感じる短絡の一形態である。一般ユーザー（電気知識のない人）の中には、すべての電気製品の短絡現象を電子部品の短絡とする人がいる。 電子部品は通常、PCBアセンブリ会社によって、回路基板にはんだ付けされます。 ディップアッセンブリー, SMTアセンブリ または ミックスアセンブリー技術.この電子機器は壊れやすいため、部品の故障、組み立ての失敗、洗浄の問題など、短絡の原因はさまざまです。すべての部品の電気的な故障で最も多いのは、次のようなものです： 回路内の電化製品の両端は電線で直接接続されており、電源は電化製品のない状態で電線で直接接続されています。
オームの法則。I = U / Rは、電源電圧Vが大きすぎると抵抗Rが小さすぎる、電流のコンポーネントを介して回路が大きくなり、アプライアンスは、長時間実行している場合、コンポーネントが電気の流れを運ぶことができないラインの過熱につながる、あるいは焼かれます。
ESDによる破壊
静電気放電 (ESD) は，人体や部品の接触，摩擦，電化製品間の誘導などにより発生する自然現象です。PCBは、ESDを防ぐために設計されていない場合は、PCBAのボードを使用して電子製品は、不安定な実行または焼損します。以下は、FS Technology が提供する ESD PCBA 短絡防止対策です。
- アバランシェダイオードを用いたプリント基板の静電破壊防止技術
- 高電圧コンデンサで回路を保護する
- フェライトビーズによるESD電流の低減と放射線の抑制
- デカップリングコンデンサーによるループ面積の縮小で高周波エネルギーを排除する
- 回路の短絡を避けるため、CMOSデバイスまたはTTLデバイスを使用する。
- 回路構成と使用方法の改善 多層PCB 電子製品の保護を行うため
- LCフィルタの追加により、高周波の静電気が回路に侵入するリスクを低減
- スパークギャップ法(銅皮からなるマイクロストリップライン層を、先端を合わせた三角形の銅皮を用いて形成し、三角形の銅皮の一端を信号線に、他の三角形の銅皮をグランドに接続する方法)。
電気化学的短絡
電気化学的短絡とは、PCB組立が完了した後、化学物質（イオン）の残留物の影響により、PCBAが腐食して電気化学的マイグレーションを起こし、最終的に電子部品の寿命が短くなったり、難しいPCB短絡の問題を提示したりすることを意味します。PCBアセンブリと製造工程が複雑なため、化学物質（イオン）残渣の原因は数多く存在します。
高活性化合物 残留物
鉛フリーはんだの濡れ性が悪いため、組み立て工場での不良率が非常に高い。 PCBアセンブリそこで、組立工場では、PCBフラックスの活性を上げることでこの問題を解決しています。そうすると、得と損があります。これらの反応性の高い化合物を使用した場合、不適切なはんだ付けプロセスの調整により、結果として活性物質の残留や組み立てられたプリント基板の短絡が発生します。
洗浄工程が悪い
工場では、コスト削減のために無洗浄や簡易洗浄の工程を採用しています。これらのプリント基板やPCBAは、生産初期には問題がありませんが、一定期間保管した後や、お客様が商品を受け取って完成品生産に投入した後、基板の表面が腐ったり、電解したりします。
最適化
- PCBAサプライヤーを慎重に探し、資格を確認し、プロセスを明確にする。
- 必要に応じてハンダを使用する
回路基板の短絡検査方法
短絡の結果は、すぐに目に見える損傷から、製品をさらにテストにかけるまで明らかにならないミスまで、さまざまなものが考えられます。一方、入力ピンや他の部品の間でより微妙なショートが発生することもあり、このようなショートによる害は、開始テストを実行するまで明らかにならない。このテストには、さまざまな方法があります コモンPCB問題.多くの人が使う方法は、目視で基板を検査することですが、このステップ以外にも多くのコツがあります（PCBショートを使用する必要があります）。
パワーオン検出方式
プリント基板がショートしているかどうかを判断する最も簡単な方法は、プリント基板に電源を入れることです。電子製品は、ショートするとほとんどの場合、刺激臭や煙が出ます。これは回路基板と同じです。この現象の原因は、主に部品の焼損によるものです。このような検出方法では、どの部品がショートしているのか判断できないため、回路図の解析が必要です。
最小抵抗の検証
電子エンジニアはPCB短絡検出ツールを使って、基板上のさまざまな位置のGNDポイントの抵抗を検出し、最も抵抗が小さい位置を見つけ、それが正確なPCB短絡位置となる。この方法は正確に位置を特定することができますが、精密な検出ツールと手作業による確認が必要で、非常に負担が大きいものです。
フィッシュデッドネットブレーキング法（非推奨）
短絡領域は，基板に電圧を供給し続けることでホットロケーションを探し出す。実際の運用では，電源投入時間が短いため，基板の温度差が変化しない場合があり，チップの許容限界に達するまで電源を投入する必要がある。この方法は基板にダメージを与えるため、電源を入れない状態では正常に表示されるが、電源を入れると故障するような特殊な状況でない限り、使用することは推奨されません。このような状況は、通常、電力不足が原因であり、設計時の電流パラメータが実際の負荷より小さいことを示しています。
目視検査
プリント基板上の短絡を見つけるには、まずプリント基板の表面をよく観察する必要があります。回路基板を調べる際には、拡大鏡や顕微鏡を利用できる場合は、適度な倍率で利用するとよいでしょう。電源を起点に回路をたどると、破損箇所を把握しやすくなります。はんだ接合部やパッドの周囲にヒゲがある場合は、気をつけないとショートを起こす可能性があるので、注意してください。過去にショートを起こしたことがある場合、焼け跡や焦げのような形でその痕跡が残っていることがあります。これらは、焦げ跡の色である茶色をしているため、基板の緑色の背景の中で目立ちます。
サーマル／赤外線カメラによる検査
赤外線カメラを使ってプリント基板の短絡箇所を特定することは、すべての企業にとって手頃な方法ではありませんが、紛れもなく効果的です。回路がショートすると大量の熱が発生するため、サーモグラフィを使えば、基板のどこに問題があるのかを正確に特定することができます。電源を入れ、他の部品よりも熱くなっている部品やはんだ接合部を探せば、それが短絡している箇所である。電流を可能な限り低く設定する。短絡が早く発見されればされるほど、被害は少なくなります。
デジタルマルチメーター - 最も一般的なPCB短絡検出器
回路内のさまざまなポイント間の抵抗をチェックすることは、回路基板上の短絡があるかどうかを判断する1つの方法です。目視で短絡の位置や原因を特定できない場合は、マルチメータで問題が発生しているプリント基板上の物理的な位置を特定する必要があります。マルチメータを使用する戦略は、ほとんどの電気関連コミュニティで様々な評価を得ています。しかし、短絡テストの場所を追跡することで、システムの問題ではないものを特定できる可能性があります。
異なる回路にあるはずの2つの導体間で極端に低い抵抗値が検出された場合、内部または外部のブリッジの可能性があります。
グランドに対する短絡のテスト
特に、接地経路やグランドプレーンを含むショートの存在は重要です。内部グランドプレーンを含む多層プリント回路基板（PCB）には、部品近くのビアを通るリターン経路があります。このリターン経路は、基板の表層にある他のすべてのビアやパッドをチェックするのに便利な場所です。一方のプローブをグランド接続部に置き、もう一方のプローブを基板上で動かして、さまざまな導体に接触させます。
破壊試験
上記のテストで結果が得られない場合は、基板を物理的に分解する究極のテストを実施する必要があります。各コンポーネントを1つずつ取り外し、露出したパッドに対してマルチメーターテストを行うことで、これらが問題であるかどうかを判断することができるようになります。これは極端な方法ですので、他の方法がすべて使い果たされたときのために取っておくべきです。やがて、基板のどの部品が欠けていて、ショートを起こしているのかが分かるようになります。マルチメーターを使ったテストでは、部品のすべての問題を明らかにすることはできませんが、そうすることで、問題のある部品を取り除き、後で交換することが可能になります。
イライラさせられるかもしれませんが、回路がショートすることはよくあることです。診断ツールの助けを借りて、これらの問題をすばやく簡単に特定し、解決できるようになることを期待します。
プリント基板の短絡を防止する方法
短絡を探し出すのに苦労したくないのであれば、ミスや設計上の欠陥、製造公差がないか、回路内テストルールを徹底的に確認するようにしましょう。PCBの短絡を避けるには、その原因を徹底的に調査する必要があります。電気的な短絡は、製造現場や工場で発生することがあります。 PCB組立工程.製造工程の最後にほんのわずかでも銅が残っていると、ヘアラインショートが発生します。リフローはんだ付け工程でショートが発生する可能性があります。
プリント基板ではなく、部品が故障している場合もある ボード が原因です。修理するには、壊れた部品を取り出せばいい。
PCBAを扱う場合、日常的な責任には、設計の書き換えや、必要に応じてコンポーネントを変更することが含まれます。FSテックの ターンキーPCBAサービスPCBAのテスト、組み立て、生産に熟練したパートナーと協力することで、時間とコストの両方を節約することが可能です。
短絡は最も一般的なプリント基板の故障の一つであり、唯一の故障ではありません。設計、製造、使用の各プロセスにおいて、あらゆるリンクに注意を払う必要があるのです。ここでは、不具合に関する記事をご紹介します。
ぜひ、ご意見をお聞かせください
Japanese 
English 
German 
French 
Italian 
Portuguese 
Russian 
