PCB科技 - PCB板設計與製造常見問題及優化策略

在pcb板的設計和製造過程中，工程師們有著防止製造過程中發生事故的艱巨任務，同時也要避免設計遺漏。 本文旨在總結和分析PCB製造中的常見問題，為行業的設計和製造工作提供有益的參攷。

問題1: PCB板短路是常見故障之一，它會直接導致板不能正常工作。 各種原因造成的短路，需要逐一分析。 根據北方軟電晶體實驗室的研究，焊盤設計不合理是導致短路的首要因素，在這方面，可以將焊盤改為橢圓形圓形焊盤，並新增焊點之間的距離，以避免短路。 此外，PCB零件的設計方向不合適也會引發短路，例如SOIC的脚如果與錫波平行，很容易導致短路，此時應調整到零件的方向，使其垂直於錫波。 此外，自動插入式脚彎曲也可能導致短路，因為IPC要求線腳的長度在2mm以下，而脚的角度太大時零件容易脫落，所以需要確保焊點離線至少2mm以上。 此外，基板孔洞過大、錫爐溫度過低、電路板焊接不良、阻焊失效、電路板污染等也是常見的短路原因，工程師可以根據實際情況逐一檢查。

問題2: PCB板出現深色或顆粒狀接頭，通常是由於焊料污染或氧化物混合過多，導致焊點結構薄弱。 應該指出的是，這與使用低錫含量的焊料導致深色不同。 另一個原因是焊料的成分在生產過程中發生了變化，雜質新增，在這種情況下，有必要添加純錫或更換焊料。 此外，彩色玻璃從纖維層發生物理變化，如層間分離，但焊點不好，但由於基材溫度過高，需要降低預熱和焊接溫度或加快基材行進速度。

問題3:PCB焊點顯示金黃色是不正常的現象，通常焊料應該是銀灰色的。 金黃色焊點的主要原因是溫度太高，此時只需要降低爐溫即可。

問題4：環境對PCB板的影響不容忽視。 由於PCB的特殊結構，在惡劣環境中容易損壞。 極端溫度、過高濕度、高强度振動等因素可能會導致板材效能下降甚至報廢。 例如，環境溫度的變化會導致電路板變形，進而損壞焊點、彎曲電路板形狀或導致銅跡線斷裂。 空氣中的水分會導致金屬表面氧化、腐蝕和生銹，如暴露的銅跡線、焊點、焊盤和組件引線。 污垢、灰塵或碎屑堆積會减少組件的氣流和冷卻，導致PCB過熱效能下降。 振動、掉落、撞擊或彎曲PCB會使其變形並產生裂紋，而高電流或過電壓會擊穿PCB或導致組件和路徑的快速劣化。

問題5:PCB開路意味著跡線斷裂或焊料只停留在焊盤上，而沒有連接到元件引線，導致元件和PCB之間沒有連接。 在生產、焊接或其他操作過程中可能會出現斷路，振動、拉伸、掉落和其他機械變形因素可能會損壞跡線或焊點。 此外，化學腐蝕或水分會導致焊料或金屬部件磨損，導致組件引線斷裂。

問題6：在回流過程中，由於熔融焊料的浮力，小組件可能會從目標焊點上脫落，導致鬆動或錯位。 這可能是由於電路板支撐不足、回流焊爐設置不當、焊膏問題或人為錯誤造成的焊料振動或爆裂。

問題7：糟糕的焊接實踐會導致一系列問題。 當外部干擾導致焊料在固化前移動時形成的擾動焊點與冷焊點相似，但原因不同，可以通過重新加熱並確保焊點在冷卻時不受干擾來糾正。 另一方面，冷焊發生在焊料未能正確熔化時，導致表面粗糙和連接不可靠，可以通過重新加熱接頭並去除多餘的焊料來補救。 焊料橋接是一種焊料交叉並將兩條引線物理連接在一起的情况，這可能會產生意外的連接和短路，導致組件燒壞或對齊燒壞。 此外，焊盤潤濕不足、焊料過多或過少以及過熱或粗糙焊接導致的焊盤抬起也是值得關注的問題。

問題8：人為錯誤是PCB製造中缺陷的主要來源。不正確的生產工藝、元件錯位和不專業的製造實踐導致了高達64%的可避免缺陷。 隨著電路複雜性和生產工藝數量的新增，缺陷的可能性也在新增，特別是在密集封裝的組件、多個電路層、精細對準、表面焊接組件以及電源和接地平面中。 儘管製造商和裝配商希望生產出無缺陷的PCB板，但設計和生產過程中的挑戰可能會導致持續的問題。 典型的問題和結果包括短路、斷路和焊接不良導致的冷焊點； 由於層錯位導致接觸不良和效能不佳； 由於銅跡線絕緣不良而產生電弧； 由於銅跡線太靠近路徑而導致短路的風險； 以及由於板厚度不足而彎曲和斷裂。

pcb的設計和製造需要對細節進行細緻的關注，面對短路、焊接缺陷和環境適應性等挑戰，設計過程和pcb製造技術需要不斷優化。 未來，我們期失业內同仁尋求創新，攜手提高PCB的效能和質量，為電子技術的繁榮做出貢獻。