PCB Tecnico - Come risolvere rapidamente il problema del guasto della scheda PCB

Come risolvere rapidamente il problema del guasto della scheda PCB

La produzione di schede PCB coinvolge una serie di processi di produzione complessi e precisi. Man mano che i circuiti stampati diventano più integrati e complessi, il processo di produzione diventa sempre più impegnativo per il personale di produzione e aumenta anche la probabilità di difetti e guasti. Grande.

Indipendentemente dal motivo, per uso personale o applicazioni commerciali, i difetti del PCB possono causare gravi conseguenze negative. Ad esempio, i guasti del circuito in importanti apparecchiature mediche possono essere pericolosi per la vita, mentre i problemi con gli smartphone o l'elettronica automobilistica possono interferire con le attività dell'utente.

Quali sono i difetti comuni della scheda PCB?

I difetti nel PCB includono ponti di saldatura o diversi giunti di saldatura tra i perni dei componenti, cortocircuiti tra i fili di rame, circuiti aperti, spostamento dei componenti e così via. Nella maggior parte dei casi, i produttori effettueranno test approfonditi prima di lanciare i loro prodotti sul mercato. Tuttavia, alcuni difetti possono essere trascurati e i difetti diventeranno evidenti solo dopo che la scheda è effettivamente utilizzata dall'utente. Inoltre, a causa dell'ambiente e di altre condizioni al di fuori del controllo del produttore, possono verificarsi alcuni difetti in loco. Inoltre, alcuni difetti si verificano perché si verificano al di fuori dell'ambito di applicazione dell'ambiente controllabile del produttore o di altre condizioni.

cortocircuito

I tipi di cortocircuiti nella fase di produzione non sono gli stessi, mentre altri cortocircuiti si verificano, nel processo di saldatura o saldatura a riflusso, i cortocircuiti comuni includono:

Quando lo spazio o la spaziatura tra le tracce di rame è piccolo, si verifica un cortocircuito

I cavi dei componenti che non sono stati tagliati causeranno un cortocircuito

Galleggiare nell'aria può portare a brevi fili sottili che possono causare cortocircuiti tra tracce di rame

ponte di saldatura

Guasto del componente: Un componente difettoso di solito abbrevia il suo ingresso o uscita per alimentazione o terra.

aprire la strada

Quando la traccia è rotta, o la saldatura è solo sul pad e non sul cavo componente, si verifica un circuito aperto. In questo caso, non c'è adesione o connessione tra il componente e il PCB. Proprio come i cortocircuiti, questi possono verificarsi anche durante il processo di produzione o durante il processo di saldatura e altre operazioni. La vibrazione o l'allungamento del circuito stampato, la loro caduta o altri fattori di deformazione meccanica distruggeranno le tracce o i giunti di saldatura. Allo stesso modo, prodotti chimici o umidità possono causare l'usura di parti di saldatura o metallo, che possono causare la rottura dei componenti.

componenti sciolti o mal posizionati

Durante il processo di saldatura a riflusso, piccole parti possono galleggiare sulla saldatura fusa e alla fine lasciare il giunto di saldatura bersaglio. Possibili motivi per lo spostamento o l'inclinazione includono la vibrazione o il rimbalzo dei componenti sulla scheda PCB saldata a causa di insufficiente supporto del circuito stampato, impostazioni del forno di riflusso, problemi di pasta di saldatura e errore umano.

Problema di saldatura

Di seguito sono riportati alcuni dei problemi causati da cattive pratiche di saldatura:

Giunti di saldatura disturbati: la saldatura si muove prima della solidificazione a causa di disturbi esterni. Questo è simile alle saldature a freddo, ma la ragione è diversa. Può essere corretto riscaldando e i giunti di saldatura non sono disturbati dall'esterno quando vengono raffreddati.

Saldatura a freddo: Ciò accade quando la saldatura non può essere fusa correttamente, con conseguente superfici ruvide e connessioni inaffidabili. Poiché la saldatura eccessiva impedisce la fusione completa, possono verificarsi anche giunti di saldatura a freddo. Il rimedio è riscaldare l'articolazione e rimuovere la saldatura in eccesso.

Solder Bridge: Questo accade quando la saldatura attraversa e collega fisicamente due cavi insieme. Questi possono formare connessioni inaspettate e cortocircuiti, che possono causare i componenti a bruciare o bruciare le tracce quando la corrente è troppo alta.

Pads, perni o cavi non bagnano abbastanza.

Troppo o troppo poco saldato.

Un pad che è elevato a causa di surriscaldamento o saldatura ruvida.

Localizzazione dei guasti e tecnologia di riparazione

Una volta che ci sono segni di un problema, il passo successivo è quello di tracciare e determinare la posizione. Questo deve seguire un percorso logico fino a quando è possibile identificare il difetto. I modi differenti per determinare la posizione del guasto includono l'ispezione visiva senza alimentare il circuito stampato e l'ispezione fisica utilizzando l'apparecchiatura di prova. La tecnologia di collaudo si basa su apparecchiature di collaudo di fascia alta o sull'uso di strumenti di base, come i multimetri, su schede alimentate o non alimentate.

Anche se è facile identificare difetti visibili o problemi su schede semplici monolaterali con tracce più grandi, la risoluzione dei problemi di schede multistrato complesse è spesso una sfida. Il grado di difficoltà dipende dal tipo di circuito stampato, il numero di strati, la distanza di traccia, il numero di componenti, la dimensione del circuito stampato e altri fattori.

Sebbene i circuiti stampati più complessi di solito richiedano attrezzature di prova speciali, strumenti di base come multimetri, termocamere, ingranditori e oscilloscopi possono identificare la maggior parte dei problemi.

Le apparecchiature di prova di fascia alta combinano una varietà di metodi di misura tra cui micro-tensione e altre tecnologie di tracciamento della corrente senza contatto, che possono identificare accuratamente e rapidamente i cortocircuiti nel carico e nel PCB nudo. Alcuni di questi dispositivi utilizzano l'iniezione di corrente e il rilevamento del campo per identificare la posizione esatta senza alimentare il circuito stampato o rimuovere i componenti. Tuttavia, il costo elevato può essere al di là della portata di molti progettisti.

Apparecchiature di prova Nordson

Le apparecchiature tipiche includono strumenti automatici di rilevamento di volo, come il robot tester a doppia faccia Takaya 9600 e Acculogic FLS 980. Ci sono anche macchine di ispezione ottica automatica (AOI), come Nordson YESTECH FX-942. AOI utilizza telecamere ad alta risoluzione per ispezionare vari difetti, tra cui corti, circuiti aperti, componenti mancanti, errati o disallineati.

Ispezione visiva e fisica

L'ispezione visiva può identificare difetti come tracce sovrapposte, giunti saldati cortocircuiti, segni di surriscaldamento del circuito stampato e componenti bruciati. Ma questo è solo alla portata della visione.

Alcuni problemi, soprattutto quando il circuito stampato è surriscaldato e difficile da identificare ad occhio nudo. In questo caso, una lente d'ingrandimento può aiutare a identificare alcuni cortocircuiti, ponti di saldatura, circuiti aperti, crepe nei giunti di saldatura e tracce di circuiti stampati, offset dei componenti e così via.

Inoltre, un multimetro può determinare se c'è un cortocircuito o un circuito aperto nelle tracce di rame sulla scheda. Utilizzando il test di continuità, il valore di resistenza al cortocircuito sarà molto basso, solitamente inferiore a 5 ohm. Allo stesso modo, un circuito aperto produrrà un valore di resistenza molto alto.

Utilizzare un multimetro per rilevare i difetti della scheda PCB

Quando viene rilevata una bassa resistenza tra i pin dei componenti, il modo migliore è rimuovere i componenti dal circuito PCB per test speciali. Se la resistenza è ancora bassa, allora questo componente è il colpevole, altrimenti sono necessarie ulteriori indagini. Occorre prestare attenzione durante la dissaldazione, in modo da non danneggiare i pad di rame sul PCB o estrarre direttamente i componenti da testare dal PCB.

L'ispezione visiva è adatta solo per l'ispezione dell'aspetto del circuito stampato, potrebbe non essere adatta per l'ispezione dello strato interno del circuito stampato. Se non ci sono evidenti difetti nell'aspetto, è necessario accendere il circuito stampato ed eseguire test più dettagliati per rilevare se il circuito stampato è normale.

Individuare il problema del cortocircuito PCB

Il metodo di rilevamento di cui sopra ha limitazioni ed è perché il rilevamento viene eseguito senza alimentazione sul circuito stampato. È possibile rilevare solo un numero limitato di punti problematici. In altre parole, è più facile trovare la posizione esatta dei difetti che sono difficili da trovare, come un cortocircuito su un circuito integrato. Ciò comporta l'utilizzo di strumenti come un voltmetro per misurare la caduta di tensione sulle tracce di rame, o l'utilizzo di una telecamera a infrarossi per identificare i problemi di riscaldamento.

misurazione di bassa tensione

Questa tecnologia consiste nel controllare la quantità di corrente che passa attraverso un cortocircuito e scoprire dove scorre la corrente. Poiché anche le tracce di rame sul circuito stampato hanno resistenza, anche le tensioni generate da diverse parti delle tracce di rame sono diverse. La quantità di tensione dipende dalla lunghezza, larghezza e spessore delle tracce di rame. Poiché questi fattori causano valori di resistenza diversi, anche i valori di tensione corrispondenti sono diversi.

È molto importante impostare una corrente di sicurezza utile per i test, ma il suo valore non può superare la soglia di sicurezza del cavo o dell'apparecchiatura. Un'impostazione tipica prevede una tensione di alimentazione di 2 volt con una corrente massima di circa 100 mA. Ciò fornirà una potenza totale utilizzabile di circa 200 mW, che non è sufficiente a danneggiare qualsiasi componente tranne componenti molto sensibili. A volte, è anche possibile utilizzare una bassa tensione con corrente (come 0,4 volt) alta fino a 1 ampere o superiore, ma bisogna fare attenzione a limitare la corrente a un valore sicuro che non bruci le tracce di rame.

Utilizzando un voltmetro, è possibile misurare facilmente la differenza di tensione tra le due estremità della traccia di rame. Posizionando le due sonde del voltmetro tra le varie parti della lunghezza della traccia di rame indicherà la differenza di tensione e la sua polarità positiva e negativa, indicando così la direzione del flusso di corrente. Quando si misura la tensione tra diverse parti lungo la linea di cortocircuito, si scopre che il valore di tensione sta diventando sempre più piccolo e si sta avvicinando sempre più al cortocircuito. La caduta di tensione del cortocircuito sarà zero o molto bassa e nessuna corrente fluirà oltre questo punto.

Il test di millivolt richiede un voltmetro sensibile, che può misurare basse tensioni nell'intervallo di microvolt e millivolt. Ad esempio, quando una corrente di 1 ampere passa attraverso una traccia di rame con una resistenza di 1 milliohm, verrà generata una tensione di 1 millivolt. Un voltmetro sensibile dovrebbe essere in grado di misurare e visualizzare questo valore di tensione. Lo strumento tipico è il multimetro digitale Fluke 87-V. Ha un display digitale a 5 cifre e una risoluzione di 10 microvolt.

Usa il dito per percepire l'area di riscaldamento del circuito stampato

Poiché il cortocircuito causerà l'aumento della temperatura locale del circuito stampato, fornire energia al circuito e trovare l'area con calore può aiutare a ridurre il rivelatore per trovare il problema del cortocircuito più facilmente. Se non riesci a sentire i punti caldi sottili con le dita, puoi usare una termocamera per identificare le aree riscaldate localmente. Tuttavia, utilizzando una tensione che non danneggi il componente o la traccia di rame viene surriscaldata fino a quando non è accesa, assicurarsi di utilizzare un alimentatore che cortocircuiti la traccia di rame. Inoltre, fare attenzione ad evitare ustioni o scosse elettriche.

riparazione di linee corte/aperte

Dopo che il cortocircuito o il punto di circuito aperto è stato identificato sul PCB, il passo successivo è isolare il problema. Anche se è facile farlo sulla superficie esterna del circuito stampato, è una sfida per lo strato interno. Le possibili soluzioni includono la foratura attraverso fori o il taglio di tracce di rame esterne appropriate.

Se ci sono ponti di saldatura o cortocircuiti tra due giunti di saldatura, passare la punta del saldatore caldo tra i due pin o fili per rimuovere questi giunti di saldatura o cortocircuiti. Inoltre, utilizzare filo di stagno o un sniffer per rimuovere la saldatura in eccesso.

La riparazione del circuito aperto dipende dalla natura del guasto e dalle dimensioni della traccia di rame. Su tracce di rame più larghe, è possibile raschiare entrambi i lati del circuito aperto, e quindi saldare un filo saltatore tra i due. Tuttavia, questo potrebbe non essere adatto per tracce strette o circuiti stampati con severi requisiti ambientali. Il modo migliore è quello di instradare tra i pad corrispondenti. Una volta finito, utilizzare un po 'di colla per fissare i fili in posizione.

Pulindo e saldando attentamente il connettore, è facile riparare il circuito aperto sul perno del componente. D'altra parte, cortocircuiti o circuiti aperti causati da guasti dei componenti richiedono la sostituzione di componenti difettosi o invecchiati.

Le schede PCB spesso hanno problemi dopo l'uso a causa di difetti di progettazione o produzione. Nella maggior parte dei casi, la scheda sarà ad un livello di prestazioni basso o non funzionerà affatto. Quando si verifica un problema, identificare e riparare il guasto è essenziale per garantire l'uso continuato dell'apparecchiatura. Il successo della riparazione dipende dalla capacità di identificare il guasto e la sua posizione.

La maggior parte dei produttori di PCB dispone di tutte le attrezzature e gli strumenti di prova per identificare e correggere i guasti del circuito stampato. Tuttavia, per alcuni progettisti o professionisti con risorse limitate, è impossibile acquistare tutti questi strumenti. Fortunatamente, i professionisti dell'elettronica possono utilizzare tecnologie a basso costo per identificare e risolvere un numero considerevole di problemi con strumenti di base e pazienza.