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电子工程师吐血总结:如何快速发现和解决PCB中问题
2018年03月08日 作者: 暂无评论 674+ 0

常见的PCB制造问题以及如何解决这些问题。

pcb

PCB(Printed Cricuit Board)生产涉及一系列复杂精密的制造过程,随着电路板集成度更高,更复杂,其制造过程对生产人员来说越来越具有挑战性,并且出现缺陷和失败的几率也随之增大。

不管什么原因,对于面向个人使用还是商业应用,PCB的缺陷都会引起严重的不良后果,比如,重要医疗设备中的电路板故障可能会危及生命,而智能手机或汽车电子的问题会干扰用户的活动。

本文将讨论在PCB制造过程中,一些主要问题点。

人为失误

PCB制造中出现缺陷大部分是有人为失误造成的,大多数情况下,错误的生产工艺,元器件的错误放置以及不专业的生产制造规范是导致多达64%可避免的产品缺陷出现。

由于以下几点,导致缺陷的可能性随着电路复杂性和生产工艺数量而增加的原因:

  • 密集封装的组件
  • 多重电路层
  • 精细的走线
  • 表面焊接组件
  • 电源和接地面

尽管每个制造者或组装者都希望生产出来的PCB板子是没有缺陷问题,但就是有那么几种设计和生产的过程的难题造成了PCB板问题不断。典型的问题和结果包括如下几点:、

  • 焊接不良会导致短路,开路,冷焊点等情况
  • 板层的错位会导致接触不良和整体性能不佳
  • 铜迹线绝缘不佳会导致迹线与迹线之间出现电弧
  • 将铜迹线与通路之间靠的太紧,很容易出现短路的风险
  • 电路板的厚度不足会导弯曲和断裂

板子的不良也受环境的影响

由于PCB本身的构造原因,当处于不利环境下,很容易造成PCB板的损害。极端温度或者温度变化不定,湿度过大、高强度的振动等其他条件都是导致板子性能降低甚至报废的因素。比如说,环境温度的变化会引起板子的形变。因此将会破坏焊点,弯曲板子形状,或者还将可能引起板子上的铜迹线断路。

另一方面,空气中的水分会导致金属表面氧化,腐蚀和生锈,如暴露的在外的铜迹线,焊点,焊盘以及元器件引线。在部件和电路板表面堆积污垢,灰尘或碎屑还会减少部件的空气流动和冷却,导致PCB过热和性能降级。

最后,振动,跌落,击打或弯曲PCB会使其变形并导致出席那裂痕,而大电流或过电压则会导致PCB板被击穿或者导致元器件和通路的迅速老化。

PCB常见缺陷有哪些?

PCB中的缺陷包括元件引脚之间的焊桥或不同的焊点,铜线之间的短路,开路,元件移位等等。 大多数情况下,制造商在将产品推向市场之前会进行大量测试。 但是,有些缺陷可能会被忽视,只有板子在被用户真正使用后缺陷才会凸显出来。 此外,由于环境和制造商无法控制的其他条件,现场会出现一些缺陷。此外,一些缺陷是因为发生在超出制造者可控环境或其他条件范围之外。

短路

在生产阶段发生短路的类型是不尽相同的,而其他情况短路的发生,则在焊接或回流焊的过程中,常见的短路包括:

当铜迹线之间空间或者间距很小时,会发生短路

未做修剪的元器件引线会引起短路

空中漂浮可导短细线会造成铜迹线之间短路

焊桥

组件故障:有缺陷的组件通常将其输入或输出短路至电源或地。

开路

当迹线断裂时,或者焊料仅在焊盘上而不在元件引线上时,会发生开路。 在这种情况下,元件和PCB之间没有粘连或连接。 就像短路一样,这些也可能发生在生产过程中或焊接过程中以及其他操作过程中。 振动或拉伸电路板,跌落它们或其他机械形变因素都会破坏迹线或焊点。 同样,化学或湿气会导致焊料或金属部件磨损,从而导致组件引线断裂。

元器件的松动或错位

在回流焊过程中,小部件可能浮在熔融焊料上并最终脱离目标焊点。 移位或倾斜的可能原因包括由于电路板支撑不足,回流炉设置,焊膏问题,人为错误等引起焊接PCB板上元器件的振动或弹跳。

焊接问题

以下是由于不良的焊接做法而引起的一些问题:

受干扰的焊点:由于外界扰动导致焊料在凝固之前移动。 这与冷焊点类似,但原因不同,可以通过重新加热进行矫正,并保证焊点在冷却时而不受外界干扰。

冷焊:这种情况发生在焊料不能正确熔化时,导致表面粗糙和连接不可靠。 由于过量的焊料阻止了完全熔化,冷焊点也可能发生。 补救措施是重新加热接头并去除多余的焊料。

焊锡桥:当焊锡交叉并将两条引线物理连接在一起时会发生这种情况。 这些有可能形成意想不到的连接和短路,可能会导致组件烧毁或在电流过高时烧断走线。

焊盘,引脚或引线润湿不足。

太多或太少的焊料。

由于过热或粗糙焊接而被抬高的焊盘。

故障定位和维修技术

一旦出现问题迹象,下一步就是追踪和确定位置。这需要遵循逻辑路径,直到有可能查明缺陷。确定故障位置的不同方式包括无需为电路板供电的目视检查,以及使用测试设备的物理检查。测试技术依赖于高端测试设备或使用基本工具,如万用表等在有电或无电板上。 

虽然在具有较大迹线的简单单面板上很容易识别可见的缺陷或问题,但对复杂的多层板进行故障排除往往是一项挑战。难易程度取决于电路板的类型,层数,迹线间距,元件数量,电路板尺寸和其他因素。

尽管更复杂的电路板通常需要特殊的测试设备,但万用表,热像仪,放大镜和示波器等基本工具可以识别大部分问题。

高端测试设备结合了包括微电压和其他非接触式电流跟踪技术在内的多种测量方法,能够准确快速地识别负载和裸PCB中的短路。这些设备中的一些使用电流注入和现场感应来识别确切的位置,而无需为电路板供电或移除组件。但是,高成本可能超出许多设计师的范围。

检测设备

诺信检测设备

典型的设备包括自动飞行探测仪器,如双面机器人测试仪Takaya9600和Acculogic FLS 980。还有自动光学检测(AOI)机器,例如诺信YESTECH FX-942。 AOI采用高分辨率相机来检查各种缺陷,包括短路,开路,缺失,不正确或未对齐的元器件。

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