Kortsluitingbeveiliging: Essentiële Gids voor Betrouwbaar PCB-ontwerp

PCB-fouten kunnen optreden in een elektrische verbinding tussen elementen om diverse redenen. Bijvoorbeeld, de werksnelheid van PCB's is dramatisch toegenomen, wat leidt tot een complexere PCB-layout en dichtere circuits. Als gevolg zijn er veel productieproblemen ontstaan, wat een groot probleem is voor PCB-fabrikanten.

Dit artikel bespreekt de veelvoorkomende redenen voor PCB-fouten, kortsluitingbeveiliging in PCB-circuitontwerp, en hoe beide te vermijden. Daarnaast presenteren we een beknopte gids over het voorkomen van kortsluitingen in PCB-circuitontwerp en hoe ontwerpers de kans op PCB-kortsluitingbeveiliging kunnen verminderen.

1. Veelvoorkomende Redenen voor Printplaat-fouten

1.1 Kortsluitingbeveiliging—Verbrande Printplaat

In de productiefase doorlopen PCB's typisch verschillende productiestappen die hoge temperaturen omvatten. Het is cruciaal om PCB's niet aan extreme temperaturen te blootstellen, aangezien dit ernstige schade aan de elektronische componenten van de circuits kan veroorzaken. Elk van de elektronische componenten die in de PCB geïntegreerd zijn, heeft een specifieke temperatuur die ze zonder verbranding kunnen weerstaan. Deze componenten zijn zeer vatbaar voor schade door ongeregelde temperaturen. Een ander punt om in gedachten te houden is dat elke component voldoende ruimte rondom zich moet hebben om verbranding door oververhitting te voorkomen.

1.2 Kortsluitingbeveiliging—Slecht Geproduceerde Componenten

De noodzaak om een overweldigende hoeveelheid micro-electronische onderdelen in beperkte tijd te produceren, heeft het moeilijk gemaakt om de hoge betrouwbaarheid van PCB-componenten te waarborgen. Voor de hand liggende productiefouten in PCB's zijn verbindingsfouten, residuale flux en slecht solderen, wat later een vervelende bron van problemen kan zijn. Dit laat PCB-fabrikanten vaak geen andere keuze dan hun validatietechnieken te verhogen om high-end eindproducten te garanderen.

1.3 Kortsluitingbeveiliging—Omgevingsfactoren

Zoals eerder vermeld, bevatten PCB's elektronische componenten die doorgaans klein van formaat zijn. Daarnaast zijn deze elektronische componenten (bijv. IC's) gevoelig voor de omgevende omstandigheden en kwetsbaar voor onverwachte veranderingen in temperatuur, vochtigheid en stofniveaus. Onverwachte temperatuurveranderingen kunnen bijvoorbeeld leiden tot vervorming van het PCB-bord en de gesoldeerde verbindingen. Een overmatige hoeveelheid stof zal de PCB niet goed laten afkoelen, wat resulteert in oververhittingsproblemen.

1.4 Kortsluitingbeveiliging—Plating Voids

Om krachtige en hoge-snelheidsproducten te realiseren, geven PCB-fabrikanten de voorkeur aan multicouche PCB's met veel componenten. Multicouche PCB's spelen cruciale rollen in elektronische systemen; we kunnen dit zien als meerdere PCB's die samen zijn gevoegd. Over het algemeen verbinden we de multilagen van PCB door metalen doorvoer-gaten (PTH) en begraven/blinde via's. Helaas kan dit snel mislukken omdat de penetratie van PTH's meestal hoger is dan die van blinde via's en begraven via's. De conditie en nauwkeurigheid van PTH's beïnvloeden ongetwijfeld de betrouwbaarheid van PCB's, zelfs de prestaties van het hele eindproduct.

1.5 Kortsluitingbeveiliging—Ontbrekende Soldeermasker Tussen Pads

Het is cruciaal om koperbanen in PCB's te isoleren om ongewilde contact met andere geleidende materialen te voorkomen. Daarom vormen we typisch een soldeerlaag (masker) bovenop de koperlaag van de PCB om te fungeren als isolatielaag. Deze isolatielaag is ook nuttig om corrosie te voorkomen en het bord te beschermen tegen andere omgevingsveranderingen. Met pads bedoelen we het metalen oppervlak dat niet bedekt is door het soldeermasker, waar de PCB-componenten aan worden bevestigd. Het isolerende soldeermasker kan tussen de pads ontbreken, wat resulteert in soldeerbruggen tussen pootjes. Een van de veelvoorkomende problemen die hieruit voortvloeien is de vorming van kortsluitingen en corrosie.

2. Kortsluitingbeveiliging— Hoe Printplaat-fouten te Vermijden

We kunnen PCB-fouten als gevolg van contaminatie voorkomen door het bord na het boren correct te reinigen. Bovendien kunnen we boorfouten vermijden door de boorregels te volgen die door de fabrikant worden aanbevolen. Samenwerken met een ervaren PCB-bedrijf kan ons van beide problemen bewaren. In het proces van het vormen van het soldeermasker kunnen dunne koperwiegjes verschijnen. Dat wordt meestal gespot door een DFM-test en kan worden voorkomen door ervoor te zorgen dat elke sectie een minimale breedte heeft.

Bij complexe PCB-producten met meerdere lagen moeten we verifiëren dat de lagen correct zijn uitgelijnd door de acceptabele standaarden voor het type bord te volgen, omdat het niet doen hiervan resulteert in open en kortsluitingen die de functionaliteit van het product beïnvloeden.

3. Kortsluitingbeveiliging in PCB-circuitontwerp

De term kortsluiting verwijst naar een gebeurtenis waarbij de elektrische stroom door een onbedoeld pad gaat met bijna nul weerstand, wat resulteert in excessieve stroom in de schakeling. In PCB's gebeuren kortsluitingen wanneer twee geleiders onbedoeld verbonden worden, waardoor ongerelateerde signalen worden gemengd, of erger nog, de verbinding beschadigd raakt.

We kunnen kortsluitingen met het blote oog identificeren als de kortsluiting tussen twee dikke draden zit; in veel gevallen is het echter moeilijk om kortsluitingen te identificeren, vooral als de draden zo klein zijn. In machine-geproduceerde PCB's zijn de draden minuscuul, en we hebben geavanceerdere technieken nodig om kortsluitingsfouten te detecteren.

4. Hoe te Voorkomen in PCB-circuitontwerp

Helaas kan het detecteren van kortsluitingen in machine-geproduceerde PCB's een echte hoofdpijn zijn voor fabrikanten. Het is zeer tijdrovend en kan meer kosten dan het hele gemonteerde PCB-bord! Kortsluitingen zijn een soort probleem dat niet een nul-kans van optreden heeft.

Met andere woorden, we kunnen het niet volledig voorkomen, maar we kunnen preventieve praktijken gebruiken om de optredenskans te verminderen. Om de kortsluitingsdefecten te detecteren, kunnen we Röntgeninspectiemethoden gebruiken. Deze testmethoden mogen echter mogelijk niet in productietests gebruikt worden omdat ze lang duren. Ook als er een vormverandering van een soldeerbal optreedt, kunnen logische signalen zoals verwacht worden doorgegeven.

Dus er kan overkill optreden in de tests. We kunnen ook een boundary-scan onderzoeksmetode gebruiken omdat kortsluitingen foutieve logische signalen kunnen genereren. Het is echter moeilijk om de foutieve effecten te schatten. Dus zelfs als de testmethode wordt gebruikt voor het detecteren van deze fouten, worden ze mogelijk niet gedetecteerd. Ook kan het moeilijk zijn om de verbonden leads te lokaliseren.

Aan de andere kant is post-productie elektrische testen een van de beste controlemethoden om kortsluitingen te detecteren. Het identificeert niet alleen kortsluitingen, maar onthult ook fouten die voortkomen uit het ontwerp. Dit type testen wordt meestal gedaan met vliegende proeven.

We moeten altijd onthouden dat PCB-testmethoden niet 100% nauwkeurig zijn, en kortsluitingen de testprocedures kunnen ontlopen. Het testen van PCB's is echter altijd nuttig en het voorkomt dat beschadigde PCB's worden gemonteerd en naar geavanceerde stappen worden gestuurd.

Een normale procedure zorgt ervoor dat u een vergoedingsbeleid heeft met uw fabrikant dat garandeert dat u vergoed wordt wanneer de PCB de elektrische test niet doorstaat.

5. Hoe Ontwerpers de Kans op PCB-kortsluitingbeveiliging Kunnen Verminderen

In het algemeen kunnen we aannemen dat PCB-fouten veroorzaakt door kortsluitingsdefecten een fout zijn van het PCB-productieproces. Ontwerpers kunnen echter preventieve ontwerpprocedures volgen om de waarschijnlijkheid van deze fouten te verminderen.

We treffen kortsluitingen waarschijnlijk aan in geavanceerde PCB-ontwerpen met talloze componenten. Als gevolg is het toestaan van een grotere ruimte tussen koperverbindingen en pads een van deze preventieve acties, maar soms is dit niet mogelijk vanwege ontwerpbeperkingen.

Ontwerpers kunnen geavanceerde ontwerpsoftware gebruiken om clearance-regels in te stellen en de minimaal toegestane afstanden te wijzigen voordat ze besluiten het ontwerpproces te voltooien en het naar productie te sturen.

Conclusie

De dichtheid van de PCB-ontwerp- en productieprocedures betekent dat er veel kansen zijn voor PCB-defecten om op te treden. Sommige van deze problemen zijn te wijten aan ontwerpfouten, zoals onvoldoende clearances of ruimte tussen componenten, wat de functies van de eind-PCB's nadelig kan beïnvloeden. Andere kunnen voortkomen uit fouten in het productieproces, zoals boorfouten of over-etching, wat zeer kostbaar en tijdrovend catastrofaal kan zijn.

Bij WellPCB is ons engineeringteam toegewijd aan het leveren van uitstekende eindproducten met high-quality PCB's met minimale defecten. Wij bieden u een one-stop service en high-quality producten. U kunt ons de documenten sturen die u nodig heeft om te maken en direct een offerte ontvangen! Wat wachten we nog? Wij hebben tien jaar PCB-productiediensten. Ontdek meer over onze WellPCB.

Referentie:

Video's