Métodos de análise e prevenção de curto-circuitos PCB

Overview: A circuit board short circuit is something that all engineers do not want to see, and once it happens, it may bring a devastating blow. However, circuit boards are complex and fragile electronic components, and no matter how skilled engineers are, they may expose to a variety of potential risks that could compromise the integrity of each board. In this article, FS Tech will focus on this most troublesome and destructive common PCB issue, and provide you with several methods to detect and fix PCB shorts. Keeping these things in mind will help you make changes that will hopefully save your work.

Placa de circuito impresso queimada de curto-circuito
Damaged PCBA board due to short circuit

Reasons and solutions for circuit board short circuit

Circuit shorts occur anywhere on the board frame and can be caused by PCB shorts, misalignment when installing components, secondary damage caused by rework, and it can also be caused by a minute particle that becomes lodged between the pins of an IC chip. The construction and installation of PCBs are vulnerable to the danger posed by short circuits, which can cause the circuitry to overheat and even destroy PCB components. Either a solder bridge connecting neighbouring pins or vias is to blame, or a badly built PCB board is to blame for the issue. For finding the cause of the short circuit, we need to conduct a Análise de falhas PCBA de acordo com a situação específica. Below we list some reasons for PCB functional short circuit and give corresponding solutions:

  • Soldering short circuit
  • Component short circuit
  • ESD breakdown
  • Electrochemical short circuit (chemical residue, electro-migration)
  • Short circuit caused by other reasons

Soldering short circuit

Soldering short circuit is usually caused by too dense IC pins or too small spacing between components, usually for the following reasons:

Excessive solder paste​

The electric board short circuit due to excess solder paste for the following reasons:

  • The thickness of the stencil used in solder paste printing and the size of the holes are not set properly;
  • There is a problem with the distribution of dripping solder paste due to uneven support or tilted stencil during printing;
  • Problems with fabrico de PCB causing its surface to be uneven;
  • The steel mesh tension does not meet the standard;
  • The stencil is not cleaned in time or not cleaned after use.
 

Optimization:

  • Carefully review the customer’s component list, and select steel meshes of different thicknesses according to the density of component distribution and whether there are small components;
  • Adjust the printing speed, pressure and other parameters of the SMT equipment according to the CPK value of the solder paste thickness;
  • Regularly check and clean the stencil.

PCB position offset

FS Technology strictly requires every process in the assembly plant. When the printing offset exceeds 1/4 pad, we judge it as printing offset. PCB position deviation during printing causes solder paste to drop to the wrong position, resulting in short circuit of the finished board. The reasons are as follows:

  • PCB fixture failure
  • Poor precision of loading machine
 

Optimization

  • Adjust or replace fixtures
  • Manual calibration of printing accuracy
  • Enhanced printer identification

Edge collapse

If you find edge collapse during printing, you need to analyze the cause in time and solve it immediately, otherwise the circuit board will be short-circuited. Causes of edge collapse include the following:

  • Solder paste exposed to the air for a long time may be polluted or oxidized, resulting in low viscosity and poor thixotropy, and it is prone to flow and sag after printing;
  • Due to the roughness of the steel mesh, the dripping solder paste is sharpened, resulting in edge collapse;
  • When the placement machine mounts SOP, QFP, QFN, CSP and other Componentes PCB, due to excessive pressure, the solder paste is deformed and causes edge collapse;
  • When the reflow soldering machine is preheated, the temperature rises too fast, causing the solution in the solder paste to volatilize too quickly, causing the solder particles to be squeezed out of the soldering area and collapse.
 

Optimization:

  • Prepare the solder paste before solder paste printing, and ensure that the viscosity of the solder paste is moderate;
  • Use more advanced laser cutting machines to manufacture stencils and regularly check the quality of stencils;
  • Adjust the pressure and placement height of the placement machine, and conduct a small batch test before high volume PCB assembly to ensure correctness;
  • Set the temperature of the reflow soldering machine according to the Profile parameters provided by the solder paste supplier.

PCB component short circuit

Component short circuit is a form of short circuit that users feel most deeply. Some ordinary users (without electrical knowledge) attribute the short circuit phenomenon of all electronic products to short circuit of electronic components. Electronic components are usually soldered to the circuit board by PCB assembly companies through Montagem DIP, Montagem SMT or mixed assembly technology. Due to the fragility of this electronic device, there are many reasons for its short circuit, including component failure, assembly failure, cleaning problems, etc. The most common electrical failures of all components are: the two ends of the electrical appliances in the circuit are directly connected by wires; the power supply is directly connected by wires without any electrical appliances.

Ohm’s law: I = U / R, the supply voltage V is too large and the resistance R is too small, the circuit through the components of the current will become large, if the appliance is running for a long time, the components can not carry the flow of electricity will lead to line overheating or even burned.

ESD breakdown

Electrical Static Discharge (ESD), contact between human body or components, friction, induction between electrical appliances may produce this natural phenomenon. If the PCB is not designed to prevent ESD, the electronic products using the PCBA board will run unstable or burn out. The following are the measures provided by FS Technology to prevent ESD PCBA short circuit:

  • Using Avalanche Diodes to Prevent Electrostatic Shorting of PCBs
  • Use High Voltage Capacitors to Protect Circuits
  • Using Ferrite Beads to Reduce ESD Current and Suppress Radiation
  • Eliminate high-frequency energy by reducing the area of the loop through decoupling capacitors
  • Use CMOS devices or TTL devices to avoid circuit short circuits
  • Improve the circuit structure and use multi-layer PCB to provide protection for electronic products
  • Adding an LC filter reduces the risk of high-frequency static electricity entering the circuit
  • Spark gap method (The microstrip line layer consisting of copper skins is formed using triangular copper skins with their tips aligned with each other, with one end of the triangular copper skins connected to the signal line and the other triangular copper skins connected to ground.)

Electrochemical short circuit

Electrochemical short circuit means that after the PCB assembly is completed, due to the influence of chemical (ion) residues, the PCBA is corroded and undergoes electrochemical migration, which eventually reduces the life of electronic components or presents a difficult PCB short circuit problem. Due to the complexity of PCB assembly and manufacturing processes, there are many reasons for chemical (ionic) residues, the following are the two most common:

Highly Active Compound Residues

Due to the poor wettability of lead-free solder, the assembly factory has an excessively high failure rate during Montagem de PCB, so the assembly factory solves this problem by increasing the activity of PCB flux. Then there are gains and losses. Improper soldering process coordination when using these highly reactive compounds will result in active material residues and short circuits in the assembled PCB as a result.

Poor cleaning process

Factories use no-clean or simple cleaning processes to save costs. Although there is no problem with these PCBs and PCBAs in the early stage of production, after a period of storage or after the customer receives the goods and puts them into finished product production, the surface of the circuit board will rot or electromigrate.

Optimization:

  • Carefully look for PCBA suppliers, check qualifications or clarify processes
  • Use solder as needed

How to Test a Circuit Board for Shorts

The results of a short circuit might range from immediately observable damage to mistakes that will not become apparent until the product is put through further testing. On the other hand, sometimes more subtle shorts might develop between the input pins or other components, and the harm caused by these shorts will not become apparent until you run the starting tests. There are many ways to test for this problema comum dos PCB. The way most people use is to inspect the board by eye, but there are a lot of tricks beyond this step (requires the use of PCB shorts).

Power-on Detection Method

The easiest way to tell if a PCB is shorted is by applying power to it. Electronic products almost always have a pungent smell or smoke when a short circuit occurs. This is the same as the circuit board. The reason for this phenomenon is mainly due to the burning of components. This type of detection cannot determine which component is short-circuited and requires analysis of the schematic.

Least Resistance Verification

Electronic engineers use PCB short-circuit detection tools to detect the resistance of GND points at different positions on the board, and find the position with the smallest resistance, which is the accurate short-circuit PCB position. Although this method can accurately determine the location, it is extremely demanding and requires precise detection tools and manual review.

Fish dead net breaking method (not recommended)

The short-circuit area is determined by continuously supplying voltage to the circuit board to find the hot location. In actual operation, because the power-on time is too short, the PCB may not change in temperature difference, so it needs to be powered on until it reaches the tolerance limit of the chip. Because this method will cause damage to the board, it is not recommended to use it, unless faced with some special circumstances, that is, the test circuit board displays normal when the power is not turned on, but fails when the power is turned on. This situation is usually caused by insufficient power, indicating that the current parameter during design is smaller than the actual load.

Visual inspection

Detecção manual de calções de PCB
Visual inspection method to detect whether the PCB is short circuit

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
Thermal Inspection of PCB Short Circuit

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.

Digital Multimeter - the most common PCB short circuit finder

Detecting PCB Short Circuits Using a Digital Multimeter
Short Circuit Testing with Digital Multimeter

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
Destructive Testing of 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.

How to prevent PCB short circuit

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.

Quando se trabalha com PCBA, as responsabilidades de rotina incluem a reescrita de desenhos e a mudança de componentes, conforme necessário. Com a tecnologia FS Chave na Mão PCBA Serviço, é possível poupar tempo e dinheiro através da cooperação com um parceiro especializado em testes, montagem e produção de PCBA.

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

Blogs PCBA mais recentes

O que são componentes SMD?

O que são componentes SMD Os dispositivos electrónicos com componentes fixados ou montados directamente na superfície da placa de circuito impresso (PCB) são conhecidos como

Ler mais "

O que é um PCBA rígido flexível

O que é uma placa Rigid Flex PCBA Rigid-flex é uma estrutura de circuito semi-rígido e semi-flexível para que os componentes do projecto possam ser ligados em ambas as partes. Rigid-flex

Ler mais "