Análise de falhas PCBA e medidas de resolução de defeitos

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: 

Falhas relacionadas com a concepção de PCB como uma folga insuficiente. 

Falhas relacionadas com o fabrico de PCB, tais como excessos de saliência, erros de perfuração e soldadura inadequada. 

Danos causados pela utilização imprópria de placas de circuitos como o uso excessivo e danos cumulativos/fadiga.

Defeitos relacionados com os ambientes de armazenamento de PCBA, como ambiente húmido e ambiente de poeira.

Reparador com placa de circuito avariada

Com grande sorte, a maioria das falhas PCBA podem ser evitadas através do conhecimento das falhas PCBA. Por conseguinte, a Tecnologia FS recomenda que não seja necessário entrar em pânico depois de descobrir a falha da placa de circuito, e dar prioridade à análise e resolução de problemas. Se for um desenhador de PCBA ou fabrico de 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.

PCBA Análise de Erros de Design e Remédio

Máscara de solda desaparecida entre almofadas

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 Curto-circuito PCB  entre duas pastilhas de PCB, o que também reduz a protecção anticorrosiva do PCB. 

Remédio

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. 

Problemas electromagnéticos

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.

Remédio

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. 

A densidade do módulo é demasiado elevada

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

Remédio: 

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. Conhecendo a Guia de orientação para a colocação de componentes PCB pode eliminar a causa raiz do problema da alta densidade dos componentes do PBC.

Lista de defeitos de fabrico e soluções PCBA

Soldadura imprópria

Solder Bridging ou soldadura inadequada é um dos mais comuns entre todos os defeitos em 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. 

Remédio

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. Na maioria dos casos, estas falhas de soldadura podem ser resolvidas por desoldagem dos componentes PCB.

PCB não limpo

Negligenciar a PCB limpo é um erro comum cometido pela maioria dos fabricantes.

Não há dúvida de que os PCB metálicos serão afectados por vários ambientes. Óleo na superfície do corpo humano, suor, oxigénio na natureza, e ambientes húmidos são todas causas de danos de PCBA. A limpeza dos PCB, conforme necessário, pode reduzir muitos riscos potenciais, pelo que a maioria das empresas de PCBA chave-na-mão não só possuem equipamento de montagem avançado, sistemas de controlo de qualidade perfeitos, mas também atribuem grande importância à limpeza dos PCBA. Os seguintes são os processos de limpeza de PCB organizados pela Tecnologia FS:

  • limpeza à base de água
  • Limpeza semiaquosa
  • Processo de limpeza com solventes
  • Processo sem limpeza

Vazios de Placas

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. 

Remédio

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. 

Danos causados pela utilização inadequada de placas de circuitos

Danos Acumulados/Fatiga

A razão mais comum de falha do PCBA é a presença de defeitos. Durante o processo de montagem dos PCB, as falhas manifestam-se frequentemente.

Os danos de PCBA podem ser causados por descarga electrostática (ESD), uma vez que os PCBAs são particularmente susceptíveis a ESD, e mesmo que só possamos sentir ESD nos milhares de volts, a mais pequena descarga pode causar uma falha do componente PCBA. Esta falha pode ser oculta, caso em que o PCBA continuará a funcionar mas terá uma menor fiabilidade, ou pode ser catastrófica. Os fabricantes de PCBA de reputação como a FS Tech utilizam uma série de medidas de segurança para evitar o risco de descarga electrostática no chão de produção. Isto consiste em calços que são resistentes à ESD.

A queima de componentes é também uma espécie de dano com PCBA, razão pela qual é importante destacar, e é uma das principais causas de falha de PCBA. Um componente queimado pode necessitar de substituir toda a placa de circuito em vez de apenas um único componente, dependendo da gravidade do dano. As três razões principais para os componentes queimados são as seguintes,

1.Calor Intenso: Se uma máquina ficar demasiado quente ou se uma placa de circuito for queimada directamente pela chama, então existe um risco acrescido de ocorrência de um problema relacionado com o calor.

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. Claro, se souber como escolher um fabricante de pcbEste tipo de problema é pouco provável que surja. Tome a Tecnologia FS como exemplo, quando escolher o nosso serviço "chave na mão", os nossos desenhadores de PCB fornecer-lhe-ão orientação profissional de desenho, o que pode eliminar este problema pela raiz.

3.Falhas Técnicas: Se as ligações num PCBA não forem feitas correctamente ou se as salvaguardas de tensão não forem suficientes, há uma maior possibilidade de o PCBA sobreaquecer e pegar fogo. Ter instruções específicas sobre como ligar algo pode ajudar a reduzir a probabilidade de um técnico cometer um erro.

Uso Excessivo

Os PCBAs têm uma duração de vida mais semelhante à dos seres humanos do que a de um grande vinho. Começam a deteriorar-se à medida que envelhecem, devido à sua idade avançada. Em contraste, uma empresa de montagem de PCB chave na mão pode prolongar a sua vida útil através de um rigoroso Processo de controlo de qualidade PCB.

Quando os componentes perto do fim do seu ciclo de vida projectado começam a falhar, altura em que os PCBAs necessitam ou de ser reparados ou substituídos por um novo. 

A análise de falhas na implementação envolve o stress gradual do PCBA até à falha (térmica, mecânica e ambiental), seguido pelo estudo do PCBA para descobrir e explorar a falha específica. É necessária uma perícia considerável para detectar falhas em cada uma destas diferentes categorias.

Falha do PCBA causada pelo ambiente de armazenamento

Os PCBAs são muito vulneráveis aos efeitos das variáveis ambientais. Ctábuas ircuit são susceptíveis de expansão quando expostos ao calor e humidade, o que pode levar a empenos e pode potencialmente danificar as junções soldadas. Devido a isto, a produção de PCBAs é quase sempre realizada numa área que tem a sua temperatura e humidade cuidadosamente controladas para que se mantenham dentro de parâmetros aceitáveis.

O pó afecta o trabalho com placas de circuito impresso

Quando a placa PCBA estiver a funcionar, irá gerar uma pequena quantidade de campos magnéticos e electromagnéticos, e estes campos magnéticos e electromagnéticos irão atrair a fina poeira no ar. Se o PCBA for armazenado em más condições e não tiver sido limpo durante muito tempo, o pó acumulado corroerá as linhas impressas no PCB, os pinos dos componentes, e mesmo o míldio nas linhas impressas, se for grave. O míldio ocorre normalmente em linhas de sinal e vias de circuitos. A avaria ou mau funcionamento dos nossos produtos electrónicos comuns pode ser causada por míldio. Se for um fenómeno de fuga parcial, pode ser devido à corrosão dos pinos metálicos. Além disso, já alguma vez se deparou com o fenómeno de bons e maus equipamentos electrónicos. Se o seu dispositivo electrónico funcionar bem com tempo ensolarado, mas com mau funcionamento com tempo húmido. Isto porque o pó no PCB combina com a humidade no ar para formar uma rede resistiva invisível, resultando num fenómeno de fuga.

O efeito da humidade sobre o PCB

O impacto da humidade nas placas de circuitos é evidente e mesmo um produto electrónico acabado irá sofrer muito neste ambiente. O excesso de humidade pode causar problemas comuns de PCBA saturação excessiva de humidade no ar fará pingar gotículas de água sobre a placa de circuito e ligar-se-á aos pinos dos componentes. Os componentes PCB mais utilizados pela maioria das empresas de montagem de PCBA chave na mão são componentes SOP ou SSOP SMD. A maior característica deste componente chip é que a distância entre os pinos é pequena, o que proporciona uma boa plataforma para a fixação de gotículas de água. Se o circuito integrado embalado SSOP funcionar na presença de gotas de água, será adicionada uma resistência invisível entre os pinos do circuito integrado, o que facilmente causará um curto-circuito, resultando em falha da placa de circuito, processamento de sinal ou linhas de transmissão. Além disso, mesmo quando não funciona, a exposição prolongada a este ambiente pode causar a corrosão e a quebra dos pinos, resultando na falha da placa.

PCB damaged by moisture

Remédio

A melhor coisa a fazer é evitar ao máximo as condições húmidas. Se não puder ser evitado devido à particularidade do projecto, a FS Technology recomenda que se opte por utilizar um PCB cerâmicoque tem as características de 0% absorção de água. Este artigo centra-se principalmente na análise de falhas da placa de circuito, e não introduz muito sobre o tipo.

As mais recentes tecnologias de inspecção de falhas PCBA

Como a tecnologia de fabrico do PCBA está a progredir dia após dia, a inspecção de montagem pcb tecnologias têm tido sucesso. As últimas tecnologias a serem utilizadas para este fim são discutidas abaixo.

Inspecção óptica

Neste método de inspecção, são utilizados microscópios ópticos de alta potência a fim de examinar a camada superficial de uma placa de circuito impresso (PCB). As falhas que precisam de ser detectadas incluem corrosão, juntas de solda falhadas, curtos-circuitos ou aberturas, acumulação de impurezas sólidas (como a corrosão), ou danos na camada superficial. Estas falhas podem ser detectadas através da inspecção da camada de superfície.

Inspecção por microssecção

Nesta tecnologia de inspecção, uma pequena secção do PCBA é analisada utilizando um microscópio óptico ou um microscópio electrónico de varrimento (SEM). A laminação, a migração do revestimento, através de inspecções de fiabilidade e de rugosidade estão entre as aplicações mais comuns para esta tecnologia.

Inspecção por raios X

Tudo o que não possa ser observado visualmente ou através de um teste utilizando o microscópio electrónico de varrimento, é inspeccionado utilizando a tecnologia de raios X. A inspecção de falhas no avião, o exame de falhas BGA, e a inspecção de outros mecanismos de falhas no avião, são todas aplicações para isto. 

Agora que sabe o que pode correr mal com um PCBAEsperemos que saiba também como evitar futuras avarias. Trabalhar com PCBA requer frequentemente a reescrita de desenhos e a troca de componentes, conforme necessário. Esta é simplesmente a natureza da indústria. Pode-se poupar tempo e dinheiro trabalhando com um parceiro comercial como a FS Tech, que é bem versado em testes, montagem, e fabrico de PCBA.

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