Быстрое реагирование на частые дефекты печатных плат: Руководство

Ни один инженер не ожидает дефектов на своих печатных платах. Однако некоторые распространённые проблемы проектирования печатных плат иногда трудно выявить из-за экологических факторов, неправильного применения платы или чистых случайностей. Инженерам нужно предотвращать аварии, но ещё важнее — принимать немедленные меры при столкновении с этими проблемами.

Дефект №1: Корота на печатной плате

Короткое замыкание — одна из самых частых причин отказа печатных плат, причин много. Причины обсуждаются в порядке значимости, даются экстренные меры.

• Экстренная мера №1. Главная причина короткого замыкания — неправильный дизайн площадки. Чтобы предотвратить короткое замыкание от площадки, её форму можно сделать овальной вместо круглой, чтобы увеличить расстояние между точками и избежать замыкания.
• Экстренная мера №2. Неправильное направление размещения компонентов также может вызвать короткое замыкание. В таком случае направление размещения нужно скорректировать.
• Экстренная мера №3. Ещё одна причина — изогнутые выводы SMD-компонентов. Для эффективного решения паяльное соединение должно быть на расстоянии 2 мм от цепи.
• Другие причины. Нельзя игнорировать: слишком большое отверстие подложки, слишком низкая температура пайки, плохая паяльность платы, нерабочая паяльная маска, загрязнение поверхности платы и др.

Дефект №2: Тёмные или песчаные паяные соединения

• Экстренная мера №1. Тёмные или песчаные паяные соединения в основном вызваны загрязнённым расплавленным оловым и чрезмерным участием оксидов в расплаве, что делает паяные соединения ломкими.
• Экстренная мера №2. Другая причина — паяльная паста в производстве PCBA. Если паста содержит слишком много примесей, соединения становятся тёмными или песчаными. В таком случае нужно сменить паяльную пасту или использовать чистое олово.

Дефект №3: Золотисто-жёлтые паяные соединения

• Экстренная мера. Нормальные паяные соединения имеют серебристо-серый цвет. Если они становятся золотисто-жёлтыми, причина — слишком высокая температура. Решение: снизить температуру в печи.

Дефект №4: Плохо работающая печатная плата

Хорошо спроектированная плата работает плохо после производства — чаще всего из-за среды.

• Экстренная мера №1. Первая экологическая причина — экстремальные температуры или нестабильные температурные изменения. Высокая влажность или вибрация также могут привести к плохой работе или отказу. Например, температурные изменения могут деформировать плату, разрушая паяные соединения.
• Экстренная мера №2. Влага в воздухе может окислять или разъедать медь, обнажённые медные трассы, паяные соединения, площадки или компоненты перестают работать нормально.
• Экстренная мера №3. Если плата и компоненты покрыты большим количеством пыли, поток воздуха и охлаждение нарушаются, плата перегревается и деградирует.

Дефект №5: Обрывы на печатной плате

• Экстренная мера. Когда трассы перерезаны или паяльная паста остаётся только на площадке, а не на выводах компонентов, могут возникнуть обрывы. Также обрывы могут возникнуть в процессе производства или пайки. Причина разрыва трасс — деформация платы, падение или механическая деформация. Химические причины или влажность также могут приводить к износу паяных соединений или металлических компонентов, что может разорвать выводы компонентов.

Дефект №6: Ослабление или смещение компонентов

• Экстренная мера. В процессе рефлоу-пайки мелкие компоненты могут плавать на расплавленном припое и полностью смещаться от целевых паяных соединений. Ослабление или смещение возможно из-за недостаточной поддержки платы, неправильных настроек рефлоу-пайки, паяльной пасты или операционных ошибок.

Дефект №7: Дефекты пайки

• Экстренная мера №1. Внешние помехи могут держать припой в движении до затвердевания, похоже на холодную пайку. Устраняется повторным нагревом для коррекции; паяные соединения должны быть بعيد от внешних помех при остывании.
• Экстренная мера №2. Холодная пайка — частый дефект. Возникает, когда припой не расплавился полностью, приводя к шероховатости поверхности и ненадёжному соединению. Излишек припоя препятствует полному расплавлению — тоже причина холодной пайки. Мера: повторный нагрев соединения для устранения излишка припоя.
• Экстренная мера №3. Т третий дефект — мостики (bridging): припой соединяет две трассы. Может вызвать неожиданные соединения, короткие замыкания, поломку компонентов или сгорание трасс при высоком токе.
• Экстренная мера №4. Четвёртый дефект — недостаточная смачиваемость выводов или ножек, вызванная излишком или нехваткой припоя. Также площадка может подниматься из-за перегрева или грубой пайки.

Полезные ресурсы:
• Reliability Comparison between Lead and Lead-Free Solder Joints
• Effective Measures for Quality Control on Ball Grid Array (BGA) Solder Joints
• Comparison between Wave Soldering and Reflow Soldering
• Comparison between Lead Soldering and Lead-Free Soldering Manufacturing Procedure in PCBA