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Análise de falhas de PCBA e medidas de resolução de defeitos

A placa PCB montada (placa PCBA) é o componente mais importante de todo o equipamento elétrico e a procura global de PCBA aumentou nas últimas décadas. Com este aumento da procura, o principal objetivo de muitos fabricantes de PCB é agora minimizar as falhas nas PCB. Por conseguinte, é necessário um conhecimento aprofundado das falhas comuns das PCB, especificamente para identificar a(s) causa(s) principal(is) e dispor dos conhecimentos adequados para evitar esses defeitos. Este conhecimento é o que garante a produção de PCBs de alta qualidade e, eventualmente, de um produto PCBA de alta qualidade. É importante ter em atenção estes pontos porque têm um impacto direto na funcionalidade e na qualidade do produto final Montagem de PCB. Tal como acontece com os actuais avanços tecnológicos, a complexidade dos PCB está constantemente a aumentar, o que significa que existe uma maior probabilidade de Falha na montagem da placa de circuito impresso ocorrer. Estas falhas podem ser classificadas em quatro grupos:

  • Os defeitos de conceção da placa de circuito impresso conduzem a uma falha da placa de circuito impresso (por exemplo, folga insuficiente)
  • Falhas relacionadas com o fabrico de PCB (por exemplo, gravação excessiva, erros de perfuração e soldadura incorrecta)
  • Danos causados pela utilização incorrecta das placas de circuitos (por exemplo, utilização excessiva e danos cumulativos/fadiga)
  • Defeitos relacionados com os ambientes de armazenamento do PCBA (por exemplo, ambientes húmidos e/ou poeirentos)
Reparador com placa de circuito avariada

Com muita sorte, a maioria Falhas de PCBA podem ser evitadas com o conhecimento correto das falhas de PCB. Por conseguinte, a FS Technology recomenda que não entre em pânico depois de descobrir a falha de uma placa de circuitos e, em vez disso, dê prioridade à análise e resolução de problemas. Se é um designer de PCB ou um fabrico de PCB Para um industrial, é fundamental que compreenda como um PCBA pode falhar em determinadas condições. Esta publicação do blogue da FS Tech abordará as técnicas de análise de falhas de montagem de PCB em pormenor e listará algumas falhas comuns de PCBA, analisando também as causas para encontrar soluções.

Análise de erros de conceção de PCBA e soluções

Máscara de solda desaparecida entre almofadas

A camada de cobre de uma placa de circuito impresso tem normalmente uma camada fina e específica na superfície superior, conhecida como máscara de soldadura. O principal objetivo desta camada é agir essencialmente como um escudo e formar uma camada protetora entre o ambiente e os traços condutores localizados nas camadas de cobre da placa de circuito impresso. Impede que estes traços interajam com outros materiais como o metal ou a solda, protegendo assim a placa de circuito impresso montada da corrosão e da eletrocussão. 

Se não existir uma máscara de solda entre as almofadas (as porções de metal deixadas expostas intencionalmente para efeitos de soldadura) numa placa de circuito impresso, existe uma elevada probabilidade de ocorrerem pontes de solda e um curto-circuito na placa de circuitos entre dois blocos adjacentes numa placa de circuito impresso. Haverá também menos proteção contra a corrosão na placa de circuito impresso.

Remédio

Este problema pode ser evitado através da dupla verificação do projeto de PCB antes de o enviar para fabricantes de PCBA chave na mão. Em alguns casos, pode ocorrer uma supervisão do design, mas é importante que entregue o seu design a fabricantes que tenham um bom historial de protocolos de verificação DFM adequados, para que quaisquer problemas possam ser detectados antes de o design ser materializado.

Problemas electromagnéticos

A interferência electromagnética (EMI) e a capacidade electromagnética (EMC) são dois factores diferentes a considerar na conceção de PCB. A EMI é considerada ruído no eletromagnetismo, como efeitos indesejados ou prejudiciais das capacidades electromagnéticas, enquanto a EMC é a produção, propagação e perceção da energia electromagnética. Se a EMI aumentar para além de um determinado limite, isso pode resultar numa placa PCBA defeituosa, o que pode acontecer devido a falhas na conceção do circuito.

Remédio

A EMI pode ser minimizada aumentando o plano de terra da PCB. A maioria dos componentes com ângulos de 90 graus nas placas de circuito impresso produzem mais EMI, pelo que devem ser evitados. Por outro lado, os fios blindados são os melhores para a cablagem dos conjuntos, uma vez que absorvem a EMC e, eventualmente, podem funcionar para reduzir a EMI.

A densidade do módulo é demasiado elevada

Após o fabrico de uma placa PCBA, é utilizada uma temperatura muito elevada para soldar os componentes electrónicos na PCB, mas durante este processo, outros componentes circundantes podem ser queimados se a PCB estiver demasiado cheia de componentes. Outro problema das PCBA altamente densas é que, se a PCBA tiver de funcionar mais depressa, produzirá mais calor e poderá tornar-se problemática. Com componentes bem compactados, o calor pode ficar retido no interior da PCBA, o que aumenta a probabilidade de a PCBA global se queimar ou sobreaquecer. Este tipo de problema é normalmente o mais difícil de resolver porque destrói a natureza eletrónica de outros componentes juntamente com o(s) componente(s) problemático(s) e defeituoso(s). Existe uma relação direta entre o sobreaquecimento e danos no circuito uma vez que um aumento do calor resulta em mais danos no circuito e se os danos causados pelo aquecimento forem ignorados num PCBA, torna-se muito mais difícil diagnosticar os problemas da placa.

Burnt PCB by soldering mistake

Remédio: 

Qualquer placa de circuito impresso pode absorver calor até determinados limites antes de falhar totalmente e, se o calor exceder esse limite, pode ter consequências graves a longo prazo e tornar a PCBA permanentemente inutilizável. Este problema pode ser atenuado utilizando um tamanho e uma estrutura adequados para reduzir a densidade dos componentes numa placa de circuito impresso e permitir a dissipação de mais calor em vez de o reter no interior da placa. Conhecer as Guia de orientação dos componentes da placa de circuito impresso pode eliminar a causa principal do problema de uma elevada densidade de componentes de PCB.

Lista de defeitos de fabrico e soluções PCBA

Soldadura imprópria

A ponte de solda ou a soldadura incorrecta é uma das mais comuns entre todas as defeitos na montagem de PCB. Por vezes, a ponte de solda é designada por "curto-circuito". A solda é um componente crítico do processo de fabrico de montagem de PCB, uma vez que é o que mantém um componente e o seu circuito eletricamente ligados. No entanto, pode ocasionalmente ficar poluída e causar uma falha no PCBA. A solda pode provocar um curto-circuito se se tornar condutora devido à humidade excessiva na solda. Algumas falhas de solda frequentes, como o excesso de solda utilizada e/ou almofadas levantadas, têm vários efeitos na placa. Para além disso, quando existem ligações anormais entre placas ou traços adjacentes, podem ocorrer curtos-circuitos. Estas pontes são, na sua maioria, muito pequenas e finas, pelo que pode ser difícil detectá-las e, se não forem detectadas, podem causar danos nos conjuntos de PCB a um nível catastrófico, como a queima/explosão de alguns componentes electrónicos. A soldadura incorrecta inclui geralmente bolhas de solda, soldadura a seco e soldadura a frio. Todos estes defeitos podem provocar a falha da placa de circuito impresso e, eventualmente, levar à falha do PCBA.

Remédio

A inspeção visual por raios X é uma das melhores precauções para detetar soldaduras inadequadas e pontes de soldadura, que são mesmo difíceis de detetar a olho nu. Na maioria dos casos, estas falhas de soldadura podem ser resolvidas através de desoldagem dos componentes PCB e voltar a soldá-los corretamente.

PCB não limpo

Negligenciar a PCBs limpos é um erro comum cometido pela maioria dos fabricantes de PCB. Não há dúvida de que as PCB metálicas serão afectadas por várias condições ambientais. O óleo na superfície do corpo humano, o suor, o oxigénio na natureza e os ambientes húmidos podem ser causas potenciais de Danos no PCBA. Assim, a limpeza de PCB, conforme necessário, pode reduzir uma série de riscos potenciais, pelo que a maioria das empresas de PCBA chave-na-mão não só dispõe de equipamento de montagem avançado e de sistemas de controlo de qualidade perfeitos, como também atribui grande importância à limpeza de PCB. Seguem-se os processos de limpeza de PCB utilizados e organizados pela FS Technology:

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

Vazios de Placas

Os orifícios de passagem numa placa de circuito impresso são orifícios revestidos a cobre, através dos quais a eletricidade pode passar de uma camada para outras camadas da placa de circuito impresso. Os fabricantes de placas de circuito impresso criam normalmente estes orifícios através de um método de perfuração específico para fazer passar os orifícios através de todas as camadas de uma placa de circuito impresso. Após a perfuração, é seguido um procedimento de galvanoplastia para revestir a superfície exterior exposta destes orifícios com cobre, tornando-os condutores. 

Através do processo de deposição, uma fina camada de cobre condutor é depositada na placa de circuito impresso que, em alguns casos, não é perfeita e pode produzir vazios durante o revestimento. Estes vazios de revestimento são lacunas no revestimento de cobre que se tornam problemáticas porque essas lacunas nas vias ou orifícios não conseguem conduzir a corrente entre as camadas da placa de circuito impresso. Isto resulta num funcionamento incorreto do PCBA ou mesmo numa falha total do PCBA. 

A principal razão para esses vazios de revestimento inclui a limpeza insuficiente dos furos, a contaminação do material de revestimento, a perfuração grosseira dos furos e a formação de bolhas de ar durante o revestimento.

Remédio

A contaminação do material de revestimento e a perfuração grosseira podem ser evitadas limpando corretamente os furos e purificando também o material de revestimento. Para obter um furo correto na placa de circuito impresso, certifique-se de que cumpre sempre as instruções do fabricante, como a velocidade de perfuração recomendada ou o número necessário de perfurações.

Danos causados pela utilização inadequada de placas de circuitos

Danos Acumulados/Fatiga

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

Os danos nas PCBAs podem ser causados por danos electrostáticos (ESD), uma vez que as PCBAs são particularmente susceptíveis a ESD e, embora só consigamos sentir ESD na ordem dos milhares de volts, a mais pequena descarga pode causar uma falha num componente da 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 renome, como a FS Tech, utilizam uma série de medidas de segurança para evitar o risco de descarga eletrostática no local de produção. Estas medidas consistem em batas que são resistentes a ESD.

A queima de componentes também é um tipo de dano ao PCBA, e é por isso que é importante destacar este facto, pois é uma das principais causas de falha do PCBA. Um componente queimado pode exigir a substituição de toda a placa de circuito e não apenas de um único componente, dependendo da gravidade dos danos. Seguem-se as três principais razões para os componentes queimados:

  • Calor intenso: Se uma máquina ficar demasiado quente ou se uma placa de circuitos for queimada diretamente por uma chama, existe um risco acrescido de ocorrência de um problema relacionado com o calor.
  • Espaçamento incorreto dos componentes: No PCBA, o desempenho dos componentes electrónicos próximos pode ser afetado se alguns componentes estiverem demasiado próximos uns dos outros, uma vez que isso pode provocar o seu sobreaquecimento. Para evitar falhas relacionadas com o calor, é essencial que as PCB sejam concebidas com a quantidade ideal de espaço. Naturalmente, 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.
  • Falhas técnicas: Se as ligações num PCBA não forem efectuadas corretamente ou se as protecções de tensão não forem suficientes, existe uma maior possibilidade de o PCBA sobreaquecer e incendiar-se. Ter instruções específicas sobre como ligar algo pode ajudar a reduzir a probabilidade de um técnico cometer um erro.

Uso Excessivo

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

Quando os componentes se aproximam do fim do seu ciclo de vida projetado, começam a falhar, altura em que os PCBAs têm de ser reparados ou substituídos por um novo. A análise de falhas de implementação envolve o stress gradual do PCBA até à falha (térmica, mecânica e ambiental), seguido do estudo do PCBA para descobrir e explorar a falha específica. É necessário um conhecimento considerável para detetar 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 está a funcionar, gera uma pequena quantidade de campos magnéticos e electromagnéticos, e estes campos magnéticos e electromagnéticos atraem poeira fina no ar. Se a PCBA for armazenada em más condições e não for limpa durante muito tempo, a poeira acumulada corroerá as linhas impressas na PCB, os pinos dos componentes e até mesmo o mofo nas linhas impressas, se for grave. O míldio ocorre normalmente nas linhas de sinal e circuit board vias and the failure or malfunction of many common electronic products may be caused by mildew. If it is a partial runaway phenomenon, it may be due to corrosion of the metal pins. Also, have you ever encountered the phenomenon of good and bad electronic equipment due to various weather conditions? If your electronic device works fine in sunny weather, but malfunctions in wet weather, this may be because of dust in the PCB combined with the moisture in the air to form an invisible resistive network, resulting in a runaway phenomenon.

O efeito da humidade sobre o PCB

The impact of moisture on circuit boards is self-evident, and even a finished electronic product will suffer a lot in a moist environment. Excessive moisture can cause problemas comuns de PCB. Excessive moisture saturation in the air will cause water droplets to drip on the circuit board and attach to the pins of the components. The PCB components that are mostly used by many turnkey PCBA assembly companies are SOP or SSOP SMD components. The biggest feature of this chip component is that the distance between the pins is small, which provides a good platform for the attachment of water droplets. If the SSOP packaged integrated circuit runs in the presence of water droplets, an invisible resistance will be added between the pins of the integrated circuit, which will easily cause a short circuit, resulting in circuit board failure, signal processing or transmission lines. In addition, even when not working, prolonged exposure to this environment can cause the pins to corrode and break, resulting in overall board failure.

PCB damaged by moisture

Remédio

The best remedy is to avoid wet conditions as much as possible. If it cannot be avoided due to the particularity of the project, FS Technology recommends that you choose to use a PCB cerâmico, which has the characteristics of 0% water absorption. This article mainly focuses on the circuit board failure analysis and does not focus too much on the various PCB types.

The latest detection method to prevent PCB assembly failure

As PCBA manufacturing technology is progressing day by day, various Inspecção de montagem de 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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