Métodos de análise e prevenção de curto-circuitos PCB

Visão geral: Um curto-circuito numa placa de circuito é algo que todos os engenheiros não querem ver, e uma vez que isso aconteça, pode trazer um golpe devastador. Contudo, as placas de circuito são componentes electrónicos complexos e frágeis, e por mais habilidosos que sejam os engenheiros, podem expor-se a uma variedade de riscos potenciais que podem comprometer a integridade de cada placa. Neste artigo, a FS Tech irá concentrar-se nesta questão comum mais problemática e destrutiva dos PCB, e fornecer-lhe-á vários métodos para detectar e corrigir calções de PCB. Tendo estas coisas em mente, ajudar-lhe-á a fazer mudanças que, assim o esperamos, salvarão o seu trabalho.

Placa de circuito impresso queimada de curto-circuito
Placa PCBA danificada devido a curto-circuito

Razões e soluções para o curto-circuito da placa de circuito

Os calções de circuito ocorrem em qualquer parte da estrutura da placa e podem ser causados por calções de PCB, desalinhamento ao instalar componentes, danos secundários causados por retrabalho, e também podem ser causados por uma partícula minúscula que fica alojada entre os pinos de um chip de CI. A construção e instalação de PCBs são vulneráveis ao perigo representado pelos curto-circuitos, que podem causar o sobreaquecimento dos circuitos e até destruir componentes de PCBs. Ou a culpa é de uma ponte de solda que liga os pinos ou vias vizinhas, ou a culpa é de uma placa de PCB mal construída. Para encontrar a causa do curto-circuito, precisamos de conduzir um Análise de falhas PCBA de acordo com a situação específica. A seguir listamos algumas razões para o curto-circuito funcional do PCB e damos as soluções correspondentes:

  • Curto-circuito de soldadura
  • Curto-circuito dos componentes
  • Avaria na ESD
  • Curto-circuito electroquímico (resíduo químico, migração electro-migração)
  • Curto-circuito causado por outras razões

Curto-circuito de soldadura

O curto-circuito soldado é geralmente causado por pinos de CI demasiado densos ou espaçamento demasiado pequeno entre componentes, geralmente pelas seguintes razões:

Pasta de solda em excesso

O curto-circuito do quadro eléctrico devido ao excesso de pasta de solda, pelas seguintes razões:

  • A espessura do estêncil utilizado na impressão de pasta de solda e o tamanho dos furos não são definidos correctamente;
  • Há um problema com a distribuição de pasta de solda gotejante devido ao suporte irregular ou à inclinação do estêncil durante a impressão;
  • Problemas com fabrico de PCB causando irregularidades na sua superfície;
  • A tensão da malha de aço não cumpre a norma;
  • O estêncil não é limpo a tempo ou não é limpo após a sua utilização.
 

Optimização:

  • Rever cuidadosamente a lista de componentes do cliente, e seleccionar malhas de aço de diferentes espessuras de acordo com a densidade da distribuição de componentes e se existem componentes pequenos;
  • Ajustar a velocidade de impressão, pressão e outros parâmetros do equipamento SMT de acordo com o valor CPK da espessura da pasta de solda;
  • Verificar e limpar regularmente o stencil.

Compensação da posição do PCB

A Tecnologia FS requer rigorosamente todos os processos na fábrica de montagem. Quando a impressão offset excede 1/4 pad, julgamo-la como impressão offset. O desvio da posição do PCB durante a impressão faz com que a pasta de solda caia para a posição errada, resultando em curto-circuito da placa acabada. As razões são as seguintes:

  • Falha de fixação de PCB
  • Má precisão da máquina de carregamento
 

Optimização

  • Ajustar ou substituir os acessórios
  • Calibração manual da precisão de impressão
  • Identificação melhorada da impressora

Colapso da borda

Se encontrar um colapso da borda durante a impressão, terá de analisar a causa a tempo e resolvê-la imediatamente, caso contrário, a placa de circuito será curto-circuitada. As causas do colapso da borda incluem o seguinte:

  • A pasta de solda exposta ao ar durante muito tempo pode ser poluída ou oxidada, resultando em baixa viscosidade e tixotropia pobre, e é propensa a fluir e flui após a impressão;
  • Devido à rugosidade da malha de aço, a pasta de solda gotejante é afiada, resultando no colapso das bordas;
  • Quando a máquina de colocação monta o SOP, QFP, QFN, CSP e outros Componentes PCBDevido a uma pressão excessiva, a pasta de solda é deformada e provoca o colapso da borda;
  • Quando a máquina de soldadura por refluxo é pré-aquecida, a temperatura aumenta demasiado depressa, fazendo com que a solução na pasta de solda volatilize-se demasiado depressa, fazendo com que as partículas de solda sejam espremidas para fora da área de soldadura e desmoronem.
 

Optimização:

  • Preparar a pasta de solda antes da impressão da pasta de solda, e assegurar que a viscosidade da pasta de solda é moderada;
  • Utilizar máquinas de corte a laser mais avançadas para fabricar stencils e verificar regularmente a qualidade dos stencils;
  • Ajustar a pressão e a altura de colocação da máquina de colocação, e realizar um pequeno teste de lote antes montagem de PCB de alto volume para assegurar a correcção;
  • Ajustar a temperatura da máquina de soldadura por refluxo de acordo com os parâmetros de Perfil fornecidos pelo fornecedor da pasta de solda.

curto-circuito de componentes PCB

O curto-circuito componente é uma forma de curto-circuito que os utilizadores sentem mais profundamente. Alguns utilizadores comuns (sem conhecimentos eléctricos) atribuem o fenómeno de curto-circuito de todos os produtos electrónicos ao curto-circuito dos componentes electrónicos. Os componentes electrónicos são normalmente soldados à placa de circuito por empresas de montagem de PCB através de Montagem DIP, Montagem SMT ou tecnologia de montagem mista. Devido à fragilidade deste dispositivo electrónico, há muitas razões para o seu curto-circuito, incluindo falha de componentes, falha de montagem, problemas de limpeza, etc. As falhas eléctricas mais comuns de todos os componentes são: as duas extremidades dos aparelhos eléctricos no circuito estão directamente ligadas por fios; a alimentação está directamente ligada por fios sem quaisquer aparelhos eléctricos.

A lei de Ohm: I = U / R, a tensão de alimentação V é demasiado grande e a resistência R é demasiado pequena, o circuito através dos componentes da corrente tornar-se-á grande, se o aparelho estiver em funcionamento durante muito tempo, os componentes não podem transportar o fluxo de electricidade conduzirá ao sobreaquecimento da linha ou mesmo à queima.

Avaria na ESD

A descarga estática eléctrica (ESD), o contacto entre o corpo humano ou componentes, a fricção, a indução entre aparelhos eléctricos podem produzir este fenómeno natural. Se o PCB não for concebido para impedir a ESD, os produtos electrónicos que utilizam a placa PCBA ficarão instáveis ou queimados. Seguem-se as medidas fornecidas pela Tecnologia FS para prevenir o curto-circuito ESD PCBA:

  • Utilização de Díodos Avalanche para Prevenir o Encurtamento Electrostático de PCB
  • Usar condensadores de alta tensão para proteger os circuitos
  • Utilização de contas de ferrite para reduzir a corrente de ESD e suprimir a radiação
  • Eliminar a energia de alta frequência, reduzindo a área do laço através de condensadores de desacoplamento
  • Utilizar dispositivos CMOS ou dispositivos TTL para evitar curto-circuitos
  • Melhorar a estrutura e utilização dos circuitos PCB multicamadas para fornecer protecção aos produtos electrónicos
  • A adição de um filtro LC reduz o risco de electricidade estática de alta frequência a entrar no circuito
  • Método Spark gap (A camada microstrip line constituída por peles de cobre é formada utilizando peles triangulares de cobre com as pontas alinhadas umas com as outras, com uma extremidade das peles triangulares de cobre ligada à linha de sinal e a outra triangular de cobre ligada à terra).

Curto-circuito electroquímico

Curto-circuito electroquímico significa que, após a montagem do PCB, devido à influência de resíduos químicos (iões), o PCBA é corroído e sofre migração electroquímica, o que eventualmente reduz a vida útil dos componentes electrónicos ou apresenta um difícil problema de curto-circuito do PCB. Devido à complexidade dos processos de montagem e fabrico de PCB, existem muitas razões para os resíduos químicos (iónicos), as duas mais comuns são as seguintes:

Resíduos Compostos Altamente Activos

Devido à fraca molhabilidade da solda sem chumbo, a fábrica de montagem tem uma taxa de falhas excessivamente elevada durante Montagem de PCBA fábrica de montagem resolve este problema, aumentando a actividade do fluxo de PCB. Depois há ganhos e perdas. Uma coordenação inadequada do processo de soldadura ao utilizar estes compostos altamente reactivos resultará em resíduos de material activo e curtos circuitos no PCB montado como resultado.

Processo de limpeza deficiente

As fábricas não utilizam processos de limpeza ou simples processos de limpeza para poupar custos. Embora não haja qualquer problema com estes PCB e PCBAs na fase inicial da produção, após um período de armazenamento ou após o cliente receber a mercadoria e colocá-la na produção do produto acabado, a superfície da placa de circuito irá apodrecer ou electromigrar.

Optimização:

  • Procurar cuidadosamente os fornecedores de PCBA, verificar qualificações ou esclarecer processos
  • Usar solda conforme necessário

Como testar uma placa de circuito para curto-circuitos

Os resultados de um curto-circuito podem variar entre danos imediatamente observáveis e erros que não se tornarão aparentes até que o produto seja submetido a mais testes. Por outro lado, por vezes podem desenvolver-se calções mais subtis entre os pinos de entrada ou outros componentes, e os danos causados por esses calções não se tornarão aparentes até que se realizem os testes iniciais. Há muitas maneiras de testar para isto problema comum dos PCB. A forma como a maioria das pessoas usa é inspeccionar o quadro a olho nu, mas há muitos truques para além desta etapa (requer o uso de calções PCB).

Método de detecção Power-on

A forma mais fácil de saber se um PCB está em curto-circuito é aplicando-lhe energia. Os produtos electrónicos têm quase sempre um odor pungente ou fumo quando ocorre um curto-circuito. Isto é o mesmo que a placa de circuito. A razão para este fenómeno deve-se principalmente à queima de componentes. Este tipo de detecção não pode determinar que componente está em curto-circuito e requer a análise do esquema.

Verificação da Mínima Resistência

Os engenheiros electrónicos utilizam ferramentas de detecção de curto-circuito PCB para detectar a resistência dos pontos GND em diferentes posições na placa, e encontrar a posição com a menor resistência, que é a posição precisa de curto-circuito PCB. Embora este método possa determinar com precisão a localização, é extremamente exigente e requer ferramentas de detecção precisas e revisão manual.

Método de ruptura de rede morta de peixe (não recomendado)

A área de curto-circuito é determinada pelo fornecimento contínuo de tensão à placa de circuito para encontrar o local quente. Na operação real, porque o tempo de ligação é demasiado curto, o PCB pode não mudar na diferença de temperatura, pelo que necessita de ser ligado até atingir o limite de tolerância do chip. Como este método irá causar danos na placa, não é recomendável utilizá-lo, a menos que seja confrontado com algumas circunstâncias especiais, ou seja, a placa de circuito de teste apresenta-se normal quando a alimentação não é ligada, mas falha quando a alimentação é ligada. Esta situação é geralmente causada por energia insuficiente, indicando que o parâmetro de corrente durante a concepção é menor do que a carga real.

Inspecção visual

Detecção manual de calções de PCB
Método de inspecção visual para detectar se o PCB é de curto-circuito

Examinar a superfície do PCB de muito perto é a primeira coisa que se deve fazer quando se tenta encontrar curtos-circuitos num PCB. Durante o exame da placa de circuito, deverá utilizar uma lupa ou um microscópio com uma ampliação modesta, se tiver acesso a qualquer uma destas ferramentas. Será mais fácil de saber onde podem ocorrer danos se começar por rastrear os circuitos a partir da fonte de alimentação, uma vez que este será o ponto de partida. Mantenha-se atento a quaisquer bigodes em torno de juntas de solda e almofadas, uma vez que podem causar curtos-circuitos se não estiver atento a eles. Se tiver havido anteriormente um curto-circuito, pode haver provas disso sob a forma de cicatrizes de queimaduras ou queimaduras. Estas destacar-se-ão contra o fundo verde do quadro, porque terão a cor de uma marca de queimadura, que é castanha.

Inspecção de Câmara Térmica/Infravermelha

Imagem PCB sob câmara térmica/infravermelha
Inspecção térmica de curto-circuito PCB

Utilizar uma câmara de imagem térmica para encontrar a localização de um PCB short não é acessível a todas as empresas, mas é inegavelmente eficaz. Uma vez que os curtos-circuitos geram uma grande quantidade de calor, uma câmara térmica pode ser utilizada para localizar exactamente onde se encontra o problema no quadro. Ligue a energia e procure qualquer componente ou junta de solda que seja muito mais quente do que os outros; estes são os locais dos seus calções. Ajuste a corrente para a configuração mais baixa possível. Quanto mais cedo o curto for detectado, menos danos poderá causar.

Multímetro digital - o mais comum detector de curto-circuitos PCB

Detecção de curto-circuitos PCB usando um multímetro digital
Teste de curto-circuito com multímetro digital

A verificação da resistência entre os vários pontos do circuito é uma forma de determinar se existe um curto-circuito numa placa de circuito. Se uma verificação visual não oferecer quaisquer pistas sobre a posição do curto-circuito ou a sua origem, deve pegar num multímetro e tentar localizar o local físico na placa de circuito impresso onde o problema está a ocorrer. A estratégia de usar um multímetro tem classificações mistas na maioria das comunidades eléctricas; no entanto, o rastreio dos locais de teste do seu curto-circuito poderá ajudá-lo a determinar o que não é o problema no seu sistema.

A possibilidade de ligação interna ou externa existe se for detectada uma resistência excepcionalmente baixa entre dois condutores que devem estar em circuitos diferentes.

Teste de curto-circuito em relação à terra

A presença de um curto-circuito que envolve uma rota ou plano de terra é de particular importância. As placas de circuito impresso multicamadas (PCBs) que incluem uma placa de terra interna terão um canal de retorno através de uma via próxima dos componentes. Esta via de retorno oferece um ponto útil para verificar todas as outras vias e almofadas na camada superficial da placa. Colocar uma sonda numa ligação à terra e mover a outra sonda à volta da placa para contactar com vários condutores.

Ensaios destrutivos

Destruição de PCB a fim de detectar curto-circuito
Ensaios destrutivos de PCB

Se nenhum dos testes anteriores fornecer quaisquer resultados, terá de realizar o teste final, que envolve a desmontagem física da sua prancha. Poderá determinar se estes são os problemas removendo cada componente um de cada vez e, em seguida, realizando testes de multímetro nas almofadas que estão agora expostas. Este é um tipo extremo de teste, e deve ser guardado para quando todas as outras opções tiverem sido esgotadas. Com o tempo, será possível determinar quais os componentes da placa em falta, que por sua vez criaram um curto-circuito. Os testes com um multímetro não revelarão todos os problemas com um componente mas, ao fazê-lo, permitir-lhe-á remover o componente problemático e depois substituí-lo mais tarde.

Por mais frustrantes que pareçam, os curto-circuitos são bastante comuns. Esperemos que consiga identificar e resolver estes problemas com a ajuda das ferramentas de diagnóstico de forma rápida e fácil.

Como prevenir o curto-circuito PCB

Certifique-se de que tem uma verificação minuciosa das regras de ensaio em circuito, para erros, falhas de concepção e tolerâncias de fabrico, se não quiser ter de passar pela agonia de caçar curtos-circuitos. Para evitar curto-circuitos PCB, deve investigar minuciosamente as suas causas. Por vezes, os curto-circuitos eléctricos ocorrem na produção ou Processo de montagem de PCB. Um fio de cabelo curto é produzido quando mesmo uma pequena quantidade de cobre é deixada para trás no final do processo de fabrico. É possível que ocorra um curto-circuito durante o processo de soldadura por refusão. 

Por vezes componentes com defeito de funcionamento, em vez do PCB conselho são os próprios culpados pelo curto prazo. Para resolver o problema, basta retirar a parte partida.

Ao trabalhar com PCBA, as responsabilidades de rotina incluem a reescrita de projectos e a alteração de componentes, conforme necessário. Com os conhecimentos do Técnico de FS Serviço PCBA chave na mãoSe o seu parceiro for especializado em testes, montagem e produção de PCBA, é possível poupar tempo e dinheiro.

O curto-circuito é uma das falhas de PCB mais comuns e não a única. Temos de prestar atenção a cada ligação no processo de concepção, fabrico e utilização. Aqui estão alguns artigos sobre o tema das falhas:

Análise de falhas PCBA e medidas de resolução de defeitos

Como desdobrar componentes de PCBA

Orientações para a colocação de componentes PCB

Guia de Resolução de Problemas PCB CAF

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