PCB設(shè)計(jì)常見(jiàn)的八個(gè)問(wèn)題及解決方法
2020-12-30 11:08
在PCB板的設(shè)計(jì)和制作過(guò)程中，工程師不僅需要防止PCB板在制造加工時(shí)出現(xiàn)意外，還需要避免設(shè)計(jì)失誤的問(wèn)題出現(xiàn)。本文就這些常見(jiàn)的PCB問(wèn)題進(jìn)行匯總和分析，希望能夠?qū)Υ蠹业脑O(shè)計(jì)和制作工作帶來(lái)一定的幫助。
問(wèn)題一：PCB板短路
這一問(wèn)題是會(huì)直接造成PCB板無(wú)法工作的常見(jiàn)故障之一，而造成這種問(wèn)題的原因有很多，下面我們逐一進(jìn)行分析。
造成PCB短路的最大原因，是焊墊設(shè)計(jì)不當(dāng)，此時(shí)可以將圓形焊墊改為橢圓形，加大點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離，防止短路。
PCB零件方向的設(shè)計(jì)不適當(dāng)，也同樣會(huì)造成板子短路，無(wú)法工作。如SOIC的腳如果與錫波平行，便容易引起短路事故，此時(shí)可以適當(dāng)修改零件方向，使其與錫波垂直。
還有一種可能性也會(huì)造成PCB的短路故障，那就是自動(dòng)插件彎腳。由于IPC規(guī)定線腳的長(zhǎng)度在2mm以下及擔(dān)心彎腳角度太大時(shí)零件會(huì)掉，故易因此而造成短路，需將焊點(diǎn)離開(kāi)線路2mm以上。
除了上面提及的三種原因之外，還有一些原因也會(huì)導(dǎo)致PCB板的短路故障，例如基板孔太大、錫爐溫度太低、板面可焊性不佳、阻焊膜失效、板面污染等，都是比較常見(jiàn)的故障原因，工程師可以對(duì)比以上原因和發(fā)生故障的情況逐一進(jìn)行排除和檢查。
問(wèn)題二：PCB板上出現(xiàn)暗色及粒狀的接點(diǎn)
PCB板上出現(xiàn)暗色或者是成小粒狀的接點(diǎn)問(wèn)題，多半是因于焊錫被污染及溶錫中混入的氧化物過(guò)多，形成焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)太脆。須注意勿與使用含錫成份低的焊錫造成的暗色混淆。
而造成這一問(wèn)題出現(xiàn)的另一個(gè)原因，是加工制造過(guò)程中所使用的焊錫本身成份產(chǎn)生變化，雜質(zhì)含量過(guò)多，需加純錫或更換焊錫。斑痕玻璃起纖維積層物理變化，如層與層之間發(fā)生分離現(xiàn)象。但這種情形并非焊點(diǎn)不良。原因是基板受熱過(guò)高，需降低預(yù)熱及焊錫溫度或增加基板行進(jìn)速度。
問(wèn)題三：PCB焊點(diǎn)變成金黃色
一般情況下PCB板的焊錫呈現(xiàn)的是銀灰色，但偶爾也有金黃色的焊點(diǎn)出現(xiàn)。造成這一問(wèn)題的主要原因是溫度過(guò)高，此時(shí)只需要調(diào)低錫爐溫度即可。
問(wèn)題四：板子的不良也受環(huán)境的影響
由于PCB本身的構(gòu)造原因，當(dāng)處于不利環(huán)境下，很容易造成PCB板的損害。極端溫度或者溫度變化不定，濕度過(guò)大、高強(qiáng)度的振動(dòng)等其他條件都是導(dǎo)致板子性能降低甚至報(bào)廢的因素。比如說(shuō)，環(huán)境溫度的變化會(huì)引起板子的形變。因此將會(huì)破壞焊點(diǎn)，彎曲板子形狀，或者還將可能引起板子上的銅跡線斷路。
另一方面，空氣中的水分會(huì)導(dǎo)致金屬表面氧化，腐蝕和生銹，如暴露的在外的銅跡線，焊點(diǎn)，焊盤(pán)以及元器件引線。在部件和電路板表面堆積污垢，灰塵或碎屑還會(huì)減少部件的空氣流動(dòng)和冷卻，導(dǎo)致PCB過(guò)熱和性能降級(jí)。振動(dòng)，跌落，擊打或彎曲PCB會(huì)使其變形并導(dǎo)致出席那裂痕，而大電流或過(guò)電壓則會(huì)導(dǎo)致PCB板被擊穿或者導(dǎo)致元器件和通路的迅速老化。
問(wèn)題五：PCB開(kāi)路
當(dāng)跡線斷裂時(shí)，或者焊料僅在焊盤(pán)上而不在元件引線上時(shí)，會(huì)發(fā)生開(kāi)路。在這種情況下，元件和PCB之間沒(méi)有粘連或連接。就像短路一樣，這些也可能發(fā)生在生產(chǎn)過(guò)程中或焊接過(guò)程中以及其他操作過(guò)程中。振動(dòng)或拉伸電路板，跌落它們或其他機(jī)械形變因素都會(huì)破壞跡線或焊點(diǎn)。同樣，化學(xué)或濕氣會(huì)導(dǎo)致焊料或金屬部件磨損，從而導(dǎo)致組件引線斷裂。
問(wèn)題六：元器件的松動(dòng)或錯(cuò)位
在回流焊過(guò)程中，小部件可能浮在熔融焊料上并最終脫離目標(biāo)焊點(diǎn)。移位或傾斜的可能原因包括由于電路板支撐不足，回流爐設(shè)置，焊膏問(wèn)題，人為錯(cuò)誤等引起焊接PCB板上元器件的振動(dòng)或彈跳。
問(wèn)題七：焊接問(wèn)題
以下是由于不良的焊接做法而引起的一些問(wèn)題：
受干擾的焊點(diǎn)：由于外界擾動(dòng)導(dǎo)致焊料在凝固之前移動(dòng)。這與冷焊點(diǎn)類似，但原因不同，可以通過(guò)重新加熱進(jìn)行矯正，并保證焊點(diǎn)在冷卻時(shí)而不受外界干擾。
冷焊：這種情況發(fā)生在焊料不能正確熔化時(shí)，導(dǎo)致表面粗糙和連接不可靠。由于過(guò)量的焊料阻止了完全熔化，冷焊點(diǎn)也可能發(fā)生。補(bǔ)救措施是重新加熱接頭并去除多余的焊料。
焊錫橋：當(dāng)焊錫交叉并將兩條引線物理連接在一起時(shí)會(huì)發(fā)生這種情況。這些有可能形成意想不到的連接和短路，可能會(huì)導(dǎo)致組件燒毀或在電流過(guò)高時(shí)燒斷走線。
焊盤(pán)：引腳或引線潤(rùn)濕不足。太多或太少的焊料。由于過(guò)熱或粗糙焊接而被抬高的焊盤(pán)。
問(wèn)題八：人為失誤
PCB制造中出現(xiàn)缺陷大部分是有人為失誤造成的，大多數(shù)情況下，錯(cuò)誤的生產(chǎn)工藝，元器件的錯(cuò)誤放置以及不專業(yè)的生產(chǎn)制造規(guī)范是導(dǎo)致多達(dá)64%可避免的產(chǎn)品缺陷出現(xiàn)。由于以下幾點(diǎn)，導(dǎo)致缺陷的可能性隨著電路復(fù)雜性和生產(chǎn)工藝數(shù)量而增加的原因：密集封裝的組件；多重電路層；精細(xì)的走線；表面焊接組件；電源和接地面。
盡管每個(gè)制造者或組裝者都希望生產(chǎn)出來(lái)的PCB板子是沒(méi)有缺陷問(wèn)題，但就是有那么幾種設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的過(guò)程的難題造成了PCB板問(wèn)題不斷。
典型的問(wèn)題和結(jié)果包括如下幾點(diǎn)：焊接不良會(huì)導(dǎo)致短路，開(kāi)路，冷焊點(diǎn)等情況；板層的錯(cuò)位會(huì)導(dǎo)致接觸不良和整體性能不佳；銅跡線絕緣不佳會(huì)導(dǎo)致跡線與跡線之間出現(xiàn)電??；將銅跡線與通路之間靠的太緊，很容易出現(xiàn)短路的風(fēng)險(xiǎn)；電路板的厚度不足會(huì)導(dǎo)彎曲和斷裂。