印刷电路板缺陷是令人沮丧的,特别是如果它们是可以预防的,但在消费者使用过程中出现故障后才被发现。根据不同的应用,印制电路板故障可能会造成极高的成本,甚至是危险的。印制电路板缺陷可能会损害您的声誉,而许多问题可以通过选择信誉良好的印刷电路板制造商轻松避免。其他缺陷可以通过注意存储电路板或组装产品的环境来预防。大多数印刷电路板缺陷可归因于焊接问题、制造或存储条件以及静电放电造成的损坏。
焊接缺陷
大部分印刷电路板的缺陷都可以追溯到焊接问题。焊接是一项技术技能,在处理印刷电路板上的极小元件时变得更加困难。焊接缺陷可以在设计过程中和焊接过程中最小化。一些最常见的焊接缺陷包括:
开焊点
当焊料与接触点(通常是焊盘)不能正确结合时,就会出现开焊点,有时也称为 "干接点"。开放式焊点并不总是导致您的电路失败,因为那里可能有焊料,使接触不良或偶尔接触。开焊点是由物理运动或弯曲、不正确的焊接温度、设计或制造错误,以及使用或运输过程中的冲击和移动造成的。有时,开焊点是由于使用过多的焊料,导致元件抬起。
移位
当印刷电路板或元件在焊接过程中没有正确对齐时,就会发生偏移。移位可能导致开焊点、短路和信号线交叉。发生偏移的原因有很多,包括制造过程中的移动或振动、焊料处于不正确的温度、不同的湿度水平、不平整的表面、设计错误、散热器或导致焊料位置错误的制造错误。
短路
短路,通常简称为 "短路",最常发生的原因是一种称为焊料桥接的焊接错误。桥接是指印刷电路板上的两个接点焊接在一起,有时会连接导致短路的元件。桥接的原因可能是使用了过量的焊料、设计错误、不正确的掩模层,甚至是印刷过程中的密封错误。由于短路可能极难看到,而且并不总是导致电路故障,因此它们可能不容易被发现。较少的情况下,短路是由可能含有太多水分的污染焊料引起的。
与其他类型的缺陷相比,短路往往会对电路板造成更多的物理损坏,在检查时,您可能会注意到由未被注意到的短路所造成的炸裂或烧毁的元件。
制造或存放条件引起的缺陷
印制电路板和其他电气元件一样,对环境因素(如温度和湿度)很敏感。许多印制电路板的缺陷是由制造或储存条件造成的。常见的缺陷原因包括
温度
印制电路板在储存和安装在组件中时,都会受到温度的影响。极端的温度或较大的温度波动可能会导致元件或接头断裂或失效。很多人考虑的是最高或最低安全温度,而没有考虑到在运行或储存过程中可能出现的温度波动。温度波动会导致过快的膨胀和收缩,导致印刷电路板过早失效。
防潮
在制造过程中和储存过程中,暴露于湿气中会导致短路,并可能导致元件的缺陷。空气中的湿度以及焊料中的水分含量会对印刷电路板造成破坏,导致腐蚀。如果您要长期存放印刷电路板,请确保在温度和湿度都得到控制的地方存放。
污染物
污染物会在制造过程中和存放印刷电路板的地方产生缺陷。如果您的印制电路板暴露在环境中,灰尘、昆虫和其他污染物可能会产生堆积并导致连接不良,从而削弱印制电路板的性能或导致其完全失效。
影响力
冲击和振动,无论是在制造过程中,还是在运输和存储过程中,都会对您的印刷电路板产生灾难性的影响。冲击可能是由人为错误造成的,如掉落印制电路板或粗暴地处理它们,或者冲击和振动可能发生在制造过程中,如传送带造成过多的振动。印制电路板也可能因为弯曲或变形而损坏,当它们没有被设计成柔性时,这可能会使元件、电线和接头松动或断裂。
静电放电引起的缺陷
静电放电引起的缺陷可能会令人非常沮丧,因为它们并不总是容易发现。静电放电或ESD引起的潜在故障,会因返修或维修损坏的设备而导致成本大幅增加。静电放电甚至可以通过产生足够的热量使焊料软化而导致短路。
静电放电是由人和机器造成的,几乎在制造和装配过程中的每一个环节都可能发生。以防止静电放电损害的方式设计印刷电路板已经成为标准,其保障措施包括在设计中增加额外的接地平面,在迹线之间增加更多的空间,尽量减少线路长度,以及建立更安全的输入和输出端口。
印制电路板制造商在生产过程中也不遗余力地减少因静电放电造成的损失。工人们通常会穿上特殊的衣服、鞋子和接地的腕带。还经常使用接地的防静电垫,而且必须控制空气中的湿度,使空气中有足够的湿度来减少静电,但又不能太多,以免损坏印刷电路板。
印制电路板最昂贵的一些缺陷是由损坏的路径引起的,即使有重大缺陷也可能继续工作。这些潜伏缺陷会导致印刷电路板过早失效。潜伏缺陷也是为什么没有采取预防措施防止静电放电造成损坏的工厂往往会出现不可靠的产品,故障率较高的原因之一。这种故障不一定能够明确地追溯到静电放电,尤其是在故障分析成本过高的情况下。
静电放电已经是造成印刷电路板故障的最大因素之一,而且随着印刷电路板尺寸的不断缩小,使电路板和元件对短时高电压的耐受性降低,由ESD引起的缺陷将会增加。由于损坏或破坏印制电路板所需的电压水平很低,人类感觉不到,所以在设计过程中不容易被发现。
MOS元件对静电放电特别敏感,当元件可能被特别低的静电损坏时,需要采取额外的预防措施。CMOS芯片通常只需250伏的电压就能损坏;要知道,人感受到静电冲击大约需要3500伏。
如何避免印刷电路板缺陷?
您对印刷电路板缺陷的第一道防线将是您的设计。许多发生的焊接问题,甚至许多由静电放电引起的问题都可以通过预防性设计元素来减轻。你的设计人员和制造工程师应该能够清楚地沟通可能出现的问题,从而避免代价高昂的错误。像电源的摆放位置这样无害的东西,或者是不正确的线宽,如果在以后的生产线上产生缺陷和故障,那么修复成本就会非常高。一个有经验的设计师将能够避免那些可能被忽视的错误。
避免大多数印制电路板缺陷的最简单方法是选择一家信誉良好的印制电路板制造商。一个印刷电路板公司应该能够确定你的设计是否有问题,可能会在以后产生问题。他们还应该有各种预防措施来减少静电放电,以及在使用前测试您的印刷电路板缺陷的系统。一个比竞争对手便宜很多的印刷电路板公司应该引起人们的警觉,这通常意味着他们为了降低成本而偷工减料。
您还需要注意确保安全地运输和存放印刷电路板。在收到订单之前,您应检查要存放印刷电路板或成品的位置,以确保控制温度和湿度,并确保工人接受有关如何处理印刷电路板的正确培训。为了避免产生静电、撞击和振动。