Los ocho problemas comunes de los PCB y sus soluciones.

En el proceso de diseño y fabricación de PCB, los ingenieros deben prevenir problemas inesperados durante la producción y evitar errores de diseño. Este artículo resume y analiza los problemas más comunes de las PCB, con el objetivo de brindarle ayuda en sus esfuerzos de diseño y fabricación.

Problema 1: Cortocircuitos en PCB

Los cortocircuitos son un fallo habitual que puede provocar directamente el mal funcionamiento de una PCB. Existen varias razones para este problema, que analizaremos individualmente.

La causa principal de los cortocircuitos en las placas de circuito impreso es un diseño inadecuado de las almohadillas. Cambiar las almohadillas circulares por unas ovaladas y aumentar la distancia entre ellas puede ayudar a evitar los cortocircuitos.
La orientación inadecuada de los componentes de la PCB también puede provocar cortocircuitos. Por ejemplo, si los cables de un SOIC están paralelos a la onda de soldadura, esto puede provocar fácilmente un cortocircuito. Ajustar la orientación del componente para que sea perpendicular a la onda de soldadura puede mitigar este riesgo.
Otra posible causa de cortocircuitos son los cables doblados debido a la inserción automática. Las normas IPC establecen que la longitud de los cables debe ser inferior a 2 mm; si los cables se doblan demasiado, los componentes pueden caerse y provocar cortocircuitos. Por lo tanto, los puntos de soldadura deben estar al menos a 2 mm de las pistas.
Además de estas tres razones, otros factores pueden provocar cortocircuitos, como agujeros de sustrato de gran tamaño, temperaturas bajas en el horno de soldadura, poca soldabilidad de la placa, falla de la máscara de soldadura y contaminación de la superficie. Los ingenieros pueden comparar estas causas con la aparición de fallas para solucionar problemas.

Problema 2: Uniones de soldadura oscuras o granuladas en la placa de circuito impreso

Las uniones de soldadura oscuras o granuladas en las placas de circuito impreso suelen deberse a la contaminación de la soldadura o al exceso de óxidos, lo que da lugar a estructuras de unión quebradizas. Esto no debe confundirse con la soldadura oscura de una soldadura con bajo contenido de estaño.
Otra razón para este problema es un cambio en la composición de la soldadura utilizada durante la fabricación, lo que genera un exceso de impurezas. Es posible que sea necesario agregar estaño puro o reemplazar la soldadura. Además, pueden ocurrir cambios físicos como la separación de capas en el sustrato debido al sobrecalentamiento, lo que puede requerir reducir las temperaturas de precalentamiento y de soldadura o aumentar la velocidad de desplazamiento del sustrato.

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Problema 3: Las uniones de soldadura de PCB se vuelven doradas

Por lo general, la soldadura de las placas de circuito impreso tiene un color gris plateado, pero en ocasiones pueden aparecer uniones de soldadura doradas. La causa principal de esto es la temperatura excesiva, que se puede solucionar bajando la temperatura del horno de soldadura.

Problema 4: Impacto ambiental en los defectos de las PCB

Debido a la naturaleza estructural de las PCB, pueden dañarse fácilmente en entornos adversos. Las temperaturas extremas o los cambios de temperatura impredecibles, la humedad excesiva y las vibraciones de alta intensidad pueden provocar una reducción del rendimiento o incluso la falla de la placa. Por ejemplo, los cambios en la temperatura ambiental pueden provocar deformaciones, dañando las juntas de soldadura o las pistas de cobre.
La humedad en el aire puede provocar oxidación, corrosión y herrumbre en las superficies metálicas, incluidas las pistas de cobre expuestas, las uniones de soldadura, las almohadillas y los cables de los componentes. La acumulación de suciedad o residuos en los componentes y las superficies de las placas de circuito impreso puede obstaculizar el flujo de aire y la refrigeración, lo que provoca sobrecalentamiento y degradación del rendimiento. La vibración, las caídas, los impactos o la flexión de la placa de circuito impreso pueden deformarla y crear grietas, mientras que la corriente alta o la sobretensión pueden provocar averías o un envejecimiento rápido de los componentes y las pistas.

Problema 5: Circuitos abiertos en PCB

Los circuitos abiertos se producen cuando las pistas están rotas o cuando la soldadura solo está en la almohadilla y no en los cables del componente. En tales casos, no hay adhesión ni conexión entre el componente y la PCB. Al igual que los cortocircuitos, estos problemas pueden surgir durante la producción, la soldadura u otras operaciones. La vibración o el estiramiento de la placa de circuito, su caída u otros factores mecánicos pueden dañar las pistas o las uniones de soldadura. Además, los productos químicos o la humedad pueden desgastar la soldadura o los componentes metálicos, lo que provoca la rotura de los cables del componente.

Problema 6: Componentes sueltos o desalineados

Durante el proceso de soldadura por reflujo, los componentes pequeños pueden flotar en la soldadura fundida y, con el tiempo, desprenderse de las uniones de soldadura de destino. Las causas de la desalineación o inclinación pueden incluir un soporte insuficiente para la PCB, configuraciones incorrectas del horno de reflujo, problemas con la pasta de soldadura y errores humanos, todo lo cual puede provocar vibraciones o rebotes de los componentes en la PCB soldada.

Problema 7: Problemas de soldadura

Pueden surgir varios problemas debido a malas prácticas de soldadura:

• Uniones de soldadura alteradas:Las perturbaciones externas pueden hacer que la soldadura se mueva antes de solidificarse. Esto es similar a las uniones de soldadura frías, pero tiene causas diferentes; se puede corregir volviendo a calentar y asegurándose de que las uniones de soldadura se enfríen sin interferencias.
• Articulaciones frías:Esto ocurre cuando la soldadura no se funde correctamente, lo que genera superficies ásperas y conexiones poco confiables. El exceso de soldadura puede impedir que se derrita por completo, lo que da como resultado uniones de soldadura frías. La solución es recalentar la unión y eliminar el exceso de soldadura.
• Puentes de soldadura:Esto ocurre cuando la soldadura cruza y conecta físicamente dos cables, lo que puede crear conexiones no deseadas y cortocircuitos que pueden provocar fallas en los componentes o trazas quemadas bajo alta corriente.
• Pads:Humedecimiento insuficiente de pines o cables, cantidades inadecuadas de soldadura o almohadillas levantadas debido a sobrecalentamiento o soldadura irregular.

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Problema 8: Error humano

La mayoría de los defectos en la fabricación de PCB se deben a errores humanos. En muchos casos, los procesos de fabricación incorrectos, la colocación incorrecta de los componentes y los estándares poco profesionales dan lugar a hasta un 64 % de defectos evitables en los productos. La probabilidad de que se produzcan defectos aumenta con la complejidad del circuito y la cantidad de procesos de fabricación debido a factores como componentes densamente empaquetados, múltiples capas de circuitos, trazas finas, componentes montados en la superficie y planos de alimentación y tierra.
Si bien todo fabricante o ensamblador espera producir PCB sin defectos, diversos desafíos en el diseño y la producción pueden generar problemas persistentes en las PCB.
Los problemas y resultados típicos incluyen: soldadura deficiente que produce cortocircuitos, circuitos abiertos y uniones de soldadura frías; desalineación de las capas de la placa que causa mal contacto y problemas generales de rendimiento; aislamiento inadecuado de las pistas de cobre que produce arcos eléctricos; pistas demasiado cerca de las rutas, lo que aumenta el riesgo de cortocircuitos; y espesor insuficiente de la placa que provoca deformaciones y roturas.

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