PCBAの故障解析と不具合解消のための対策

組み立てられたPCBボード（PCBAボード）は、すべての電気機器において最も重要な部品であり、PCBAに対する世界的な需要は過去数十年で増加しました。このような需要の増加に伴い、現在、多くのPCBメーカーの主な焦点は、PCB内の故障を最小限に抑えることです。そのため、一般的なPCBの不具合について幅広く理解し、根本的な原因を突き止め、不具合を防ぐための適切な知識を身につけることが必要です。このような理解によって、高品質のPCBが製造され、最終的に高品質のPCBA製品になるのです。これらの点は、最終製品の機能や品質に直接影響するため、注意することが重要です。 PCBアセンブリ.現在の技術の進歩のように、プリント基板の複雑化は常に進んでおり、そのため、より高い確率で PCB組み立て不良 を発生させる。これらの障害は、4つのグループに分類されます：

PCB設計の欠陥がPCBAの不具合につながる（クリアランス不足など）
プリント基板製造に関わる不具合（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）。
回路基板の不適切な使用による損傷（例：過度の使用、累積損傷・疲労など）
PCBAの保管環境（湿度や埃の多い環境など）に起因する不具合。

大きな幸運に恵まれ、ほとんどの PCBAの不具合 は、プリント基板の故障に関する正しい知識を持つことで、防ぐことができます。そこで、FSテクノロジーでは、基板の故障を発見しても慌てず、故障解析やトラブルシューティングを優先することをお勧めしています。もし、あなたがPCB設計者でありプリント基板製造 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。FS Techのこのブログ記事では、PCBアセンブリの故障解析技術について詳しく説明し、一般的なPCBAの故障をいくつか挙げながら、原因を解析して解決策を見つける方法を紹介します。

PCBA設計のエラー解析と対策

パッド間ソルダーマスク欠落

PCBの銅層には、通常、ソルダーマスクと呼ばれる薄い特定の層が最表面にあります。この層の主な目的は、本質的にシールドとして機能し、環境とPCBの銅層にある導電性トレースとの間に保護層を形成することです。この層が金属やはんだなどの他の材料と相互作用するのを防ぐことで、組み立てられたPCBを腐食や感電から保護するのです。

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。基板ショート PCB上の隣接する2つのパッドの間。また、PCB上の腐食からの保護も少なくなります。

仕様

この問題は、PCB設計をターンキーPCBAファブリケータに送る前に二重の検証を行うことで防ぐことができます。場合によっては、設計の監視が行われることもありますが、設計が具体化する前に問題を検出できるように、適切なDFMチェックプロトコルの実績があるファブリケーターに設計を委ねることが重要です。

電磁波問題

電磁干渉（EMI）と電磁能力（EMC）は、PCB設計で考慮すべき2つの異なる要素です。EMIは、電磁気的能力の不要な、あるいは損害を与える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成、伝播、知覚を指します。EMIがある限界を超えて増加すると、PCBAボードに欠陥が生じる可能性があり、これは回路設計の欠陥によって起こる可能性があります。

仕様

EMIは、PCB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。PCB上の90度角の部品の多くはEMIを多く発生させるため、避けなければならない。一方、シールド線はEMCを吸収し、最終的にEMIを低減する働きがあるため、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

PCBA基板を製作した後、非常に高い温度で電子部品をPCBにはんだ付けしますが、その際、PCBに部品が密集していると、周囲の他の部品が焼けてしまうことがあります。また、高密度のPCBAでは、PCBAを高速で動作させなければならない場合、より多くの熱を発生させ、問題となる可能性があります。部品が密集していると、PCBAの内部に熱がこもり、PCBA全体が燃えたり過熱したりする可能性が高くなります。このような問題は、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、通常、最も扱いが難しい問題である。オーバーヒートとPCBAの間には、直接的な関係があります。 回路に損傷を与える 熱の増加は回路に大きなダメージを与えるため、PCBAで加熱によるダメージを無視すると、基板の問題を診断することが非常に難しくなります。

改善策

プリント基板は、ある限界まで熱を吸収して完全に故障することがありますが、もし熱がその限界値を超えてしまうと、深刻な事態を引き起こし、PCBAが永久に使用できなくなる可能性があります。この問題は、適切なサイズと構造でPCB上の部品密度を下げ、基板内に熱を閉じ込めるのではなく、より多くの熱を放散させることで軽減することができる。に関する知識を持つことで PCB部品オリエンテーションガイドは、プリント基板部品の高密度化という問題の根本的な原因を取り除くことができます。

PCBA製造不良リストとその対処法

不適切なハンダ付け

はんだブリッジや不適切なはんだ付けは、最も一般的なものの1つです。 PCBアセンブリの欠陥.はんだのブリッジは「ショート」と呼ばれることもあります。はんだは、部品とその回路を電気的に接続するものであり、PCBアセンブリの製造プロセスにおいて重要なコンポーネントです。しかし、時には汚染され、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を帯びると、はんだがショートすることがあります。また、はんだの使用量が多い、パッドが浮いているなど、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と、ショート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ものが多いため、発見が難しく、そのまま放置しておくと PCBアセンブリの損傷 電子部品の焼き付きや吹き飛びのような致命的なレベルではありません。不適切なはんだ付けには、一般的にはんだの気泡、乾燥はんだ、低温はんだが含まれます。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の故障につながります。

仕様

X線透視検査は、肉眼では発見することさえ困難な不適切なはんだ付けやはんだブリッジを発見するための最善の予防策の一つです。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と再半田付けを適切に行う。

未洗浄PCB

を怠る。クリーンPCB は、ほとんどのPCBメーカーが犯している共通の間違いです。金属PCBが様々な環境条件から影響を受けることは間違いありません。人体表面の油分、汗、自然界の酸素、湿度の高い環境などは、すべて潜在的な原因となり得ます。 PCBAの損傷.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洗浄を非常に重要視しています。FSテクノロジーでは、以下のようなPCB洗浄工程を実施しています：

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スルーホールは、銅でコーティングされた穴で、これらの穴の助けを借りて、電気が1つの層からPCBの他の層に通過することができます。プリント基板の製造者は、通常、特定の穴あけ方法によってこれらの穴を作り、PCBのすべての層を貫通する穴を作ります。穴あけ後、電気めっきを行い、穴の外側に銅をコーティングし、導電性を持たせます。

蒸着工程を経て、導電性銅の薄い層がPCBに蒸着されますが、場合によっては完全ではなく、メッキ時にボイドが発生することがあります。このボイドは銅メッキの隙間であり、このようなビアやホールの隙間はPCBの層間で電流を流すことができないため、問題になります。その結果、PCBAの機能が損なわれたり、PCBA全体が故障したりします。

このようなメッキボイドが発生する主な原因としては、ドリル穴の洗浄不足、メッキ材料の汚染、穴あけの粗さ、メッキ中の気泡の発生などが挙げられます。

仕様

メッキ材料の汚染や荒い穴あけは、穴を適切に清掃し、メッキ材料を浄化することで回避することができます。プリント基板に適切な穴を開けるには、推奨されるドリル速度や必要なドリルヒット数など、メーカーの指示を常に満たすようにしましょう。

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。PCBを組み立てる過程で、欠陥が現れることがよくあります。

PCBAの損傷は、PCBAが特にESDの影響を受けやすいため、静電気障害（ESD）によって引き起こされることがあります。私たちが感じることのできるESDは数千ボルト程度ですが、わずかな放電がPCBA部品の故障を引き起こすことがあります。この故障は隠れている場合もあり、その場合、PCBAは機能し続けますが、信頼性は低下しますし、致命的な故障になる可能性もあります。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に、さまざまな安全対策をとっています。これは、ESDに耐性のあるスモックから構成されています。

部品の焼きつきもPCBAの損傷の一種であり、PCBAの故障の主要な原因であるため、これを強調することが重要である。部品の焼き付きは、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こともあります。以下は、部品が焼ける主な3つの理由です：

猛暑：機械が高温になったり、炎で回路基板が直接焼かれたりすると、熱による問題が発生する危険性が高まります。
部品の間隔が狭い：PCBAでは、一部の部品が密集していると、近くの電子部品の性能が低下し、過熱の原因となることがあります。熱による不具合を防ぐには、PCBを最適なスペースで設計することが重要です。もちろん、もしあなたが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。
技術的な不具合：PCBAの接続が適切に行われていなかったり、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、技術者が間違う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。年齢が高いため、古くなるにつれて劣化し始めるのです。これに対し、ターンキーPCBアセンブリ会社は、厳格な管理によってその寿命を延ばすことができます。 PCB品質管理プロセス.

部品が予測されるライフサイクルの終わりに近づくと、故障が始まり、その時点でPCBAを修理するか、新しいものに交換する必要があります。故障解析の実施には、PCBAが故障するまで徐々にストレスを与え（熱的、機械的、環境的）、その後、PCBAを調査して特定の故障を発見・調査する必要があります。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き、微量の磁界と電磁界が発生し、これらの磁界と電磁界は空気中の微細なホコリを引き寄せます。PCBAが劣悪な環境で保管され、長い間清掃されなかった場合、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、深刻な場合はプリントラインにカビが発生することもあります。カビは通常、信号線や回路基板ビアと、多くの一般的な電子製品の故障や誤動作は、カビが原因である可能性がある。部分的な暴走現象であれば、金属ピンの腐食が原因かもしれません。また、様々な気象条件によって電子機器の調子が良かったり悪かったりする現象に遭遇したことはないだろうか。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、プリント基板内のホコリが空気中の水分と結合して目に見えない抵抗ネットワークを形成し、暴走現象が発生している可能性があります。

プリント基板に与える湿度の影響

湿気が回路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、湿気の多い環境では多くの被害を受けることになります。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。多くのターンキーPCBAアセンブリ会社で主に使用されているPCBコンポーネントは、SOPまたはSSOPのSMDコンポーネントです。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す。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、伝送線路の障害につながる。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、ピンが腐食して破損し、基板全体の故障につながることがあります。

仕様

最善の対策は、濡れた状態をできるだけ避けることです。プロジェクトの特殊性により回避できない場合、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PCBという、0%の吸水性を持つ特性を持つ。本稿では、主に回路基板の故障解析に焦点を当て、あまり重要視していない各種PCBタイプ.

基板組立不良を防ぐ最新の検出方法

PCBAの製造技術が日々進歩する中、様々な工夫がなされています。プリント基板組立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

プリント基板（PCB）の表層を高倍率の光学顕微鏡で観察する検査方法です。検出が必要な故障は、腐食、はんだ接合部の故障、ショートやオープン、固体不純物の蓄積（腐食など）、表面層の損傷などです。これらの不具合は、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

光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡（SEM）を用いて、PCBAの小片を分析する検査技術です。ラミネーション検査、メッキ移行検査、信頼性検査、粗さ検査などが代表的な用途です。

X線検査

目視や走査型電子顕微鏡を使った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の故障検査、その他の面内故障メカニズムの検査などがその応用例です。

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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