Анализ неисправностей PCBA и меры по устранению дефектов
Собранная плата печатной платы (плата PCBA) является наиболее важным компонентом во всем электрооборудовании, и за последние несколько десятилетий мировой спрос на PCBA вырос. При таком росте спроса основным направлением деятельности многих производителей печатных плат в настоящее время является минимизация дефектов в печатных платах. Следовательно, необходимо глубокое понимание распространенных неисправностей печатных плат, в частности, для выявления первопричины (причин) и наличия соответствующих знаний для предотвращения этих дефектов. Именно такое понимание гарантирует производство высококачественных печатных плат и, в конечном счете, высококачественного продукта PCBA. Важно обратить внимание на эти моменты, потому что они оказывают непосредственное влияние на функциональность и качество конечного продукта. Сборка печатной платы. В связи с современным развитием технологий сложность печатных плат постоянно увеличивается, что означает, что существует большая вероятность того, что Сбой сборки печатной платы произойти. Эти сбои можно разделить на четыре группы:
- Дефекты конструкции печатной платы приводят к отказу PCBA (например, недостаточный зазор)
- Неисправности, связанные с производством печатных плат (например, чрезмерное травление, ошибки при сверлении и неправильная пайка)
- Повреждения, вызванные неправильным использованием печатных плат (например, чрезмерное использование и кумулятивные повреждения/усталость)
- Дефекты, связанные с условиями хранения PCBA (например, влажная и/или пыльная среда)
При большой удаче большинство Отказы PCBA можно предотвратить, обладая правильными знаниями о неисправностях печатных плат. Поэтому FS Technology рекомендует не паниковать после обнаружения неисправности печатной платы, а уделить первоочередное внимание анализу неисправностей и их устранению. Если вы являетесь разработчиком печатных плат или Производство печатных плат промышленникам крайне важно понимать, как PCBA может выйти из строя при определенных условиях. В этой статье блога FS Tech мы подробно обсудим методы анализа отказов при сборке печатных плат и перечислим некоторые распространенные отказы PCBA, а также проанализируем причины для поиска решений.
Анализ и устранение ошибок при проектировании PCBA
Отсутствие паяльной маски между колодками
Медный слой печатной платы обычно имеет тонкий, специфический слой на самой верхней поверхности, известный как паяльная маска. Основная цель этого слоя - служить экраном и формировать защитный слой между окружающей средой и проводящими дорожками, расположенными в медных слоях печатной платы. Он предотвращает взаимодействие этих дорожек с другими материалами, такими как металл или припой, и, таким образом, защищает собранную печатную плату от коррозии и поражения электрическим током.
Если между площадками (участками металла, специально оставленными открытыми для пайки) на печатной плате нет паяльной маски, то высока вероятность возникновения паяных мостиков и короткое замыкание печатной платы между двумя соседними площадками на печатной плате. Также будет меньше защиты от коррозии на печатной плате.
Средство
Эту проблему можно предотвратить путем двойной проверки дизайна печатной платы перед отправкой его изготовителям готовых PCBA. В некоторых случаях надзор за дизайном может иметь место, но важно, чтобы вы отдали свой дизайн изготовителям, которые имеют хороший послужной список надлежащих протоколов проверки DFM, чтобы любые проблемы могли быть обнаружены до того, как дизайн будет материализован.
Электромагнитные проблемы
Электромагнитные помехи (EMI) и электромагнитные возможности (EMC) - это два разных фактора, которые необходимо учитывать при проектировании печатных плат. ЭМИ считается шумом в электромагнетизме, таким как нежелательное или повреждающее воздействие электромагнитных возможностей, в то время как ЭМС - это производство, распространение и восприятие электромагнитной энергии. Если ЭМИ увеличивается сверх определенного предела, это может привести к дефекту платы PCBA, что может произойти из-за недостатков в проектировании схемы.
Средство
ЭМИ можно минимизировать путем увеличения плоскости заземления печатной платы. Большинство компонентов на печатных платах, расположенных под углом 90 градусов, создают больше ЭМИ, поэтому их следует избегать. С другой стороны, экранированные провода лучше всего использовать в жгутах сборок, поскольку они поглощают ЭМС и в конечном итоге могут работать на снижение ЭМИ.
Слишком высокая плотность модулей
После изготовления платы PCBA используется очень высокая температура для припайки электронных компонентов к печатной плате, но во время этого процесса другие окружающие компоненты могут сгореть, если печатная плата слишком плотно заполнена компонентами. Еще одна проблема, связанная с высокой плотностью PCBA, заключается в том, что если PCBA должен работать быстрее, он будет выделять больше тепла и может стать проблемным. При плотной упаковке компонентов тепло может оставаться внутри PCBA, что увеличивает вероятность возгорания или перегрева PCBA в целом. С такой проблемой обычно труднее всего справиться, поскольку она разрушает электронную природу других компонентов вместе с проблемным, неисправным компонентом (компонентами). Существует прямая связь между перегревом и повреждение цепи поскольку увеличение нагрева приводит к большему повреждению схемы, и если в PCBA игнорируются повреждения от нагрева, диагностировать проблемы платы становится гораздо сложнее.
Устранение:
Любая печатная плата может поглощать тепло до определенных пределов до полного выхода из строя, и если тепло превышает пороговый предел, это может привести к серьезным последствиям и окончательному выходу печатной платы из строя. Эту проблему можно решить, используя правильный размер и структуру, чтобы снизить плотность компонентов на печатной плате и позволить большему количеству тепла рассеиваться, а не задерживать тепло внутри платы. Имея знания о Руководство по ориентации компонентов печатной платы может устранить первопричину проблемы высокой плотности компонентов печатной платы.
Список дефектов при производстве PCBA и их решения
Неправильная пайка
Паяные мостики или неправильная пайка является одним из наиболее распространенных среди всех дефекты при сборке печатных плат. Иногда паяные соединения называют "шортами". Припой является важнейшим компонентом производственного процесса сборки печатных плат, поскольку именно он обеспечивает электрическое соединение компонента и его схемы. Однако иногда он может загрязниться и стать причиной отказа печатной платы. Припой может вызвать короткое замыкание, если он становится токопроводящим из-за избытка влаги в припое. Некоторые частые дефекты припоя, такие как чрезмерно использованный припой и/или поднятые площадки, оказывают различное воздействие на плату. Кроме того, при наличии аномальных соединений между соседними площадками или дорожками могут возникать короткие замыкания. Такие мостики чаще всего очень маленькие и тонкие, поэтому их бывает трудно обнаружить, а если они остаются необнаруженными, то могут вызвать повреждение узлов печатной платы на катастрофическом уровне, например, выгорание/взрыв некоторых электронных компонентов. Неправильная пайка обычно включает пузырьки припоя, сухую пайку и холодную пайку. Все эти дефекты могут вызвать отказ печатной платы и в конечном итоге привести к отказу PCBA.
Средство
Визуальный рентгеновский контроль - одна из лучших мер предосторожности для выявления неправильной пайки и мостиков припоя, которые даже трудно обнаружить невооруженным глазом. В большинстве случаев такие сбои в пайке могут быть устранены путем пайка компонентов печатной платы и перепаять их должным образом.
Неочищенная печатная плата
Пренебрежение к чистые печатные платы это распространенная ошибка, которую допускают большинство производителей печатных плат. Несомненно, металлические печатные платы подвержены влиянию различных условий окружающей среды. Масло на поверхности человеческого тела, пот, кислород в природе и влажная окружающая среда - все это может быть потенциальной причиной того, что Повреждение PCBA. Таким образом, очистка печатных плат по мере необходимости может снизить множество потенциальных рисков, поэтому большинство компаний, производящих PCBA "под ключ", не только имеют современное сборочное оборудование и совершенные системы контроля качества, но и придают большое значение очистке печатных плат. Ниже перечислены процессы очистки печатных плат, используемые и организованные компанией FS Technology:
- очистка на водной основе
- Полуводная очистка
- Процесс очистки растворителем
- Процесс без очистки
Пустоты в покрытии
Сквозные отверстия в печатной плате - это покрытые медью отверстия, через которые электричество может проходить из одного слоя в другие слои печатной платы. Изготовители печатных плат обычно создают эти отверстия с помощью специального метода сверления, чтобы отверстия проходили через все слои печатной платы. После сверления на внешнюю открытую поверхность этих отверстий наносится медное покрытие, делающее их проводящими.
В процессе осаждения на печатную плату наносится тонкий слой проводящей меди, который в некоторых случаях не является идеальным и может создавать пустоты во время нанесения покрытия. Эти пустоты представляют собой зазоры в медном покрытии, которые становятся проблематичными, поскольку такие зазоры в виде отверстий не могут проводить ток между слоями печатной платы. Это приводит к неправильному функционированию печатной платы или даже к полному отказу печатной платы.
Основной причиной возникновения таких пустот в покрытии является недостаточная очистка просверленных отверстий, загрязнение материала покрытия, грубое сверление отверстий и образование пузырьков воздуха при нанесении покрытия.
Средство
Загрязнения материала покрытия и грубого сверления можно избежать, если правильно очистить отверстия, а также очистить материал покрытия. Чтобы получить правильное отверстие в печатной плате, просто убедитесь, что вы всегда выполняете инструкции производителя, например, рекомендуемую скорость вращения сверла или необходимое количество ударов сверла.
Повреждения, вызванные неправильным использованием печатных плат
Кумулятивный ущерб/усталость
Наиболее распространенной причиной отказа PCBA является наличие дефектов. В процессе сборки печатных плат часто проявляются дефекты.
Повреждение PCBA может быть вызвано электростатическим повреждением (ESD), поскольку PCBA особенно восприимчивы к ESD, и хотя мы можем почувствовать ESD только в тысячах вольт, малейший разряд может вызвать отказ компонента PCBA. Этот отказ может быть скрытым, в этом случае PCBA будет продолжать работать, но его надежность снизится, или же он может быть катастрофическим. Авторитетные производители PCBA, такие как FS Tech, используют ряд мер безопасности для предотвращения риска электростатического разряда на производстве. Это включает в себя защитные костюмы, устойчивые к электростатическому разряду.
Сгорание компонентов также является одним из видов повреждения PCBA, поэтому важно обратить на это внимание, так как это одна из основных причин выхода PCBA из строя. Сгоревший компонент может потребовать замены всей печатной платы, а не только одного компонента, в зависимости от тяжести повреждения. Ниже перечислены три основные причины сгоревших компонентов:
- Интенсивный нагрев: Если машина слишком сильно нагревается или если печатная плата обжигается непосредственно пламенем, то возрастает риск возникновения проблемы, связанной с нагревом.
- Неправильное расположение компонентов: На печатной плате производительность близлежащих электронных компонентов может ухудшиться, если некоторые компоненты расположены слишком близко друг к другу, поскольку это может привести к их перегреву. Для предотвращения недостатков, связанных с нагревом, очень важно, чтобы печатные платы были спроектированы с оптимальным количеством пространства. Конечно, если вы знаете как выбрать производителя печатных платно такая проблема вряд ли возникнет. Возьмем в качестве примера FS Technology, когда вы выбираете нашу услугу "под ключ", наши дизайнеры печатных плат предоставят вам профессиональное руководство по проектированию, что может устранить эту проблему с корнем.
- Технические неисправности: Если соединения на PCBA выполнены неправильно или защита от перепадов напряжения недостаточна, существует большая вероятность того, что PCBA перегреется и загорится. Наличие конкретных инструкций по подключению может помочь снизить вероятность того, что техник допустит ошибку.
Чрезмерное использование
Срок службы PCBA больше похож на срок жизни человека, чем на срок жизни отличного вина. Они начинают разрушаться по мере старения из-за своего преклонного возраста. В отличие от них, компания по сборке печатных плат "под ключ" может продлить срок их службы благодаря строгому Процесс контроля качества печатных плат.
Когда срок службы компонентов подходит к концу, они начинают выходить из строя, и в этот момент PCBA необходимо либо отремонтировать, либо заменить на новые. Анализ отказов включает в себя постепенное нагружение PCBA до отказа (термически, механически и экологически), а затем изучение PCBA для выявления и изучения конкретного отказа. Чтобы выявить дефекты в каждой из этих различных категорий, требуется значительный опыт.
Отказ PCBA, вызванный условиями хранения
PCBA очень уязвимы к воздействию переменных факторов окружающей среды. Cпечатные платы подвержены расширению под воздействием тепла и влажности, что может привести к деформации и потенциальному повреждению паяных соединений. В связи с этим производство PCBA почти всегда осуществляется в помещении, где температура и влажность тщательно контролируются, чтобы они оставались в пределах допустимых параметров.
Пыль влияет на работу с печатными платами
Когда плата PCBA работает, она генерирует небольшое количество магнитных и электромагнитных полей, и эти магнитные и электромагнитные поля притягивают мелкую пыль, находящуюся в воздухе. Если PCBA хранится в плохих условиях и долгое время не чистится, то скопившаяся пыль вызывает коррозию печатных линий печатной платы, выводов компонентов и даже плесень на печатных линиях, если она серьезная. Плесень обычно появляется на сигнальных линиях и отверстия в печатной плате и отказ или неправильная работа многих распространенных электронных устройств могут быть вызваны плесенью. Если речь идет о явлении частичного выхода из строя, то это может быть связано с коррозией металлических контактов. Кроме того, сталкивались ли Вы с феноменом хорошей и плохой работы электронного оборудования в связи с различными погодными условиями? Если Ваше электронное устройство прекрасно работает в солнечную погоду, но дает сбой в сырую погоду, это может быть вызвано тем, что пыль на печатной плате соединилась с влагой в воздухе и образовала невидимую резистивную сеть, что привело к явлению выхода из строя.
Влияние влажности на печатную плату
Влияние влаги на печатные платы очевидно, и даже готовое электронное изделие будет сильно страдать во влажной среде. Чрезмерная влажность может вызвать распространенные проблемы печатных плат. Чрезмерное насыщение воздуха влагой приводит к тому, что капли воды капают на печатную плату и прикрепляются к выводам компонентов. Компоненты печатной платы, которые в основном используются многими компаниями по сборке PCBA под ключ, - это SMD-компоненты SOP или SSOP. Самая большая особенность этого компонента микросхемы заключается в том, что расстояние между выводами невелико, что обеспечивает хорошую платформу для прикрепления капель воды. Если упакованная интегральная схема SSOP работает в присутствии капель воды, то между штырьками интегральной схемы появится невидимое сопротивление, которое легко вызовет короткое замыкание, что приведет к выходу из строя печатной платы, линий обработки или передачи сигнала. Кроме того, даже в нерабочем состоянии длительное воздействие такой среды может вызвать коррозию и разрушение контактов, что приведет к общему выходу платы из строя.
Средство
Лучшее средство - максимально избегать влажных условий. Если избежать этого невозможно в силу специфики проекта, FS Technology рекомендует использовать керамическая печатная плата, который обладает характеристиками водопоглощения 0%. Эта статья в основном посвящена анализу отказов печатных плат и не слишком сосредоточена на различные типы печатных плат.
Новейший метод обнаружения для предотвращения сбоев при сборке печатных плат
Поскольку технология производства PCBA прогрессирует с каждым днем, различные Инспекция сборки печатной платы технологии завоевали успех. Ниже рассматриваются последние технологии, используемые для этих целей.
Оптический контроль
При этом методе контроля мощные оптические микроскопы используются для исследования поверхностного слоя печатной платы (ПП). К неисправностям, которые необходимо обнаружить, относятся коррозия, неудачные паяные соединения, короткие замыкания или отверстия, накопление твердых загрязнений (например, коррозия) или повреждение поверхностного слоя. Эти неисправности можно обнаружить путем осмотра поверхностного слоя.
Микросекционный контроль
При этой технологии контроля небольшой участок PCBA анализируется с помощью оптического микроскопа или растрового электронного микроскопа (SEM). Ламинирование, миграция покрытия, проверка надежности и шероховатости являются одними из наиболее распространенных применений этой технологии.
Рентгеновский контроль
Все, что нельзя наблюдать визуально или с помощью сканирующего электронного микроскопа, проверяется с помощью рентгеновской технологии. Контроль внутриплоскостного разрушения, исследование разрушения BGA и проверка других механизмов внутриплоскостного разрушения - это все области применения данной технологии.
Теперь, когда вы знаете, что может пойти не так с PCBAно, надеюсь, вы также знаете, как предотвратить будущие неисправности. Работа с PCBA часто требует переписывания дизайна и замены компонентов, по мере необходимости. Такова специфика отрасли. Время и деньги можно сэкономить, работая с таким деловым партнером, как FS Tech, который хорошо разбирается в тестировании, сборке и производстве PCBA.
Другие связанные статьи:
Руководство по устранению неисправностей PCB CAF!
Анализ и методы предотвращения короткого замыкания печатной платы!
Блог о проектах DIY электроники
Таймер прерывания Arduino UNO Таймер - это функция, встроенная в каждый микроконтроллер и выполняющая определенные функции, связанные с течением времени. Функция таймера
Аппаратные характеристики ESP32: вывод, преобразователь и процессор ESP32, разработанный компанией Shanghai Espressif Systems, - это недорогой микроконтроллер с низким энергопотреблением, широко используемый в Интернет
Оглавление Списки программ для проектирования печатных плат В Китае есть поговорка: "Наточи топор, прежде чем рубить дерево". Это означает, что тратить время на
Как установить WSJT-X на Raspberry Pi? Если Вы заядлый радиолюбитель или просто интересующийся электроникой хоббист, то этот учебник - то, что Вам нужно.
Рекомендации по печатной плате с горячей заменой клавиатуры Традиционные платы PCBA полагаются на процесс пайки для надежного крепления компонентов к поверхности печатной платы. В то время как
Как провести стресс-тестирование Вашей Raspberry Pi? Если Вы хотите узнать истинные возможности Вашей Raspberry Pi, особенно если у Вас есть