Tám vấn đề thường gặp của PCB và giải pháp.

Trong quá trình thiết kế và sản xuất PCB, các kỹ sư cần ngăn ngừa các vấn đề bất ngờ trong quá trình sản xuất và tránh lỗi thiết kế. Bài viết này tóm tắt và phân tích các vấn đề PCB phổ biến, nhằm mục đích cung cấp một số hỗ trợ cho nỗ lực thiết kế và sản xuất của bạn.

Vấn đề 1: Mạch ngắn PCB

Đoản mạch là một lỗi thường gặp có thể trực tiếp khiến PCB bị trục trặc. Có một số lý do cho vấn đề này, chúng tôi sẽ phân tích riêng.

Nguyên nhân chính gây ra hiện tượng đoản mạch PCB là do thiết kế miếng đệm không đúng cách. Việc thay đổi miếng đệm hình tròn thành hình bầu dục và tăng khoảng cách giữa các miếng đệm có thể giúp ngăn ngừa hiện tượng đoản mạch.
Định hướng không phù hợp của các thành phần PCB cũng có thể dẫn đến đoản mạch. Ví dụ, nếu các đầu dẫn của SOIC song song với sóng hàn, điều này có thể dễ dàng gây ra đoản mạch. Điều chỉnh định hướng của thành phần vuông góc với sóng hàn có thể giảm thiểu rủi ro này.
Một nguyên nhân khác có thể gây ra đoản mạch là do dây dẫn bị cong do tự động chèn. Tiêu chuẩn IPC quy định rằng chiều dài dây dẫn phải dưới 2mm; nếu dây dẫn bị cong quá nhiều, các thành phần có thể rơi ra, dẫn đến đoản mạch. Do đó, các điểm hàn phải cách các vết hàn ít nhất 2mm.
Ngoài ba lý do này, các yếu tố khác có thể gây ra đoản mạch, chẳng hạn như lỗ đế quá lớn, nhiệt độ lò hàn thấp, khả năng hàn kém của bo mạch, mặt nạ hàn bị hỏng và bề mặt bị nhiễm bẩn. Các kỹ sư có thể so sánh các nguyên nhân này với các sự cố xảy ra để khắc phục sự cố.

Vấn đề 2: Mối hàn tối màu hoặc dạng hạt trên PCB

Mối hàn sẫm màu hoặc dạng hạt trên PCB thường là do chất hàn bị nhiễm bẩn hoặc quá nhiều oxit, dẫn đến cấu trúc mối hàn giòn. Không nên nhầm lẫn với mối hàn sẫm màu từ chất hàn có hàm lượng thiếc thấp.
Một lý do khác cho vấn đề này là sự thay đổi trong thành phần của chất hàn được sử dụng trong quá trình sản xuất, dẫn đến tạp chất quá mức. Có thể cần phải thêm thiếc nguyên chất hoặc thay thế chất hàn. Ngoài ra, những thay đổi vật lý như tách lớp trong chất nền có thể xảy ra do quá nhiệt, có thể cần phải giảm nhiệt độ gia nhiệt trước và nhiệt độ hàn hoặc tăng tốc độ di chuyển của chất nền.

#image_title

Vấn đề 3: Mối hàn PCB chuyển sang màu vàng

Thông thường, mối hàn trên PCB có màu xám bạc, nhưng đôi khi, mối hàn màu vàng có thể xuất hiện. Nguyên nhân chính của hiện tượng này là nhiệt độ quá cao, có thể khắc phục bằng cách hạ thấp nhiệt độ lò hàn.

Vấn đề 4: Tác động của môi trường đến lỗi PCB

Do bản chất cấu trúc của PCB, chúng có thể dễ bị hư hỏng trong môi trường bất lợi. Nhiệt độ khắc nghiệt hoặc thay đổi nhiệt độ không thể đoán trước, độ ẩm quá mức và rung động cường độ cao đều có thể dẫn đến hiệu suất giảm hoặc thậm chí hỏng bo mạch. Ví dụ, thay đổi nhiệt độ môi trường có thể gây biến dạng, làm hỏng mối hàn hoặc vết đồng.
Độ ẩm trong không khí có thể dẫn đến quá trình oxy hóa, ăn mòn và rỉ sét trên bề mặt kim loại, bao gồm các vết đồng lộ ra, mối hàn, miếng đệm và dây dẫn linh kiện. Bụi bẩn hoặc mảnh vụn tích tụ trên các linh kiện và bề mặt PCB có thể cản trở luồng không khí và làm mát, dẫn đến quá nhiệt và giảm hiệu suất. Rung động, rơi, va chạm hoặc uốn cong PCB có thể làm biến dạng PCB và tạo ra các vết nứt, trong khi dòng điện cao hoặc quá áp có thể dẫn đến hỏng hóc hoặc lão hóa nhanh các linh kiện và dấu vết.

Bài toán 5: Mạch hở PCB

Mạch hở xảy ra khi các vết hàn bị đứt hoặc khi chất hàn chỉ ở trên miếng đệm chứ không phải trên các đầu nối linh kiện. Trong những trường hợp như vậy, không có sự kết dính hoặc kết nối giữa linh kiện và PCB. Giống như đoản mạch, những vấn đề này có thể phát sinh trong quá trình sản xuất, hàn hoặc các hoạt động khác. Rung động hoặc kéo giãn bảng mạch, làm rơi bảng mạch hoặc các yếu tố cơ học khác có thể làm hỏng các vết hàn hoặc mối hàn. Ngoài ra, hóa chất hoặc độ ẩm có thể làm mòn chất hàn hoặc các thành phần kim loại, dẫn đến các đầu nối linh kiện bị đứt.

Vấn đề 6: Các thành phần lỏng lẻo hoặc không thẳng hàng

Trong quá trình hàn chảy, các thành phần nhỏ có thể nổi trên chất hàn nóng chảy và cuối cùng tách ra khỏi mối hàn mục tiêu. Nguyên nhân gây ra sự không thẳng hàng hoặc nghiêng có thể bao gồm hỗ trợ không đủ cho PCB, cài đặt lò nung chảy không đúng, sự cố về kem hàn và lỗi của con người, tất cả đều có thể dẫn đến rung động hoặc nảy của các thành phần trên PCB đã hàn.

Vấn đề 7: Sự cố hàn

Một số vấn đề có thể phát sinh do thực hành hàn kém:

• Mối hàn bị nhiễu loạn: Các nhiễu loạn bên ngoài có thể khiến mối hàn di chuyển trước khi nó đông lại. Điều này tương tự như mối hàn lạnh nhưng có nguyên nhân khác; có thể khắc phục bằng cách làm nóng lại và đảm bảo mối hàn nguội mà không bị cản trở.
• khớp lạnh: Điều này xảy ra khi chất hàn không tan chảy đúng cách, dẫn đến bề mặt gồ ghề và các kết nối không đáng tin cậy. Chất hàn dư thừa có thể ngăn cản quá trình tan chảy hoàn toàn, dẫn đến mối hàn lạnh. Biện pháp khắc phục là làm nóng lại mối hàn và loại bỏ chất hàn dư thừa.
• Cầu hàn: Hiện tượng này xảy ra khi mối hàn giao nhau và kết nối vật lý hai dây dẫn, có khả năng tạo ra các kết nối và đoản mạch không mong muốn, có thể dẫn đến hỏng linh kiện hoặc cháy mạch khi dòng điện cao.
• Pads: Chân hàn hoặc dây hàn không đủ ướt, lượng hàn không phù hợp hoặc miếng đệm nhô lên do quá nhiệt hoặc hàn không đều.

#image_title

Vấn đề 8: Lỗi của con người

Hầu hết các lỗi trong sản xuất PCB đều do lỗi của con người. Trong nhiều trường hợp, quy trình sản xuất không đúng, đặt sai vị trí các thành phần và tiêu chuẩn không chuyên nghiệp dẫn đến 64% lỗi sản phẩm có thể tránh được. Khả năng xảy ra lỗi tăng theo độ phức tạp của mạch và số lượng quy trình sản xuất do các yếu tố như các thành phần được đóng gói dày đặc, nhiều lớp mạch, các đường dẫn nhỏ, các thành phần gắn trên bề mặt và các mặt phẳng nguồn và mặt đất.
Trong khi mọi nhà sản xuất hoặc lắp ráp đều hy vọng sản xuất ra PCB không có lỗi, nhiều thách thức trong thiết kế và sản xuất có thể dẫn đến các vấn đề dai dẳng về PCB.
Các vấn đề và kết quả điển hình bao gồm: hàn kém dẫn đến đoản mạch, hở mạch và mối hàn nguội; các lớp bo mạch không thẳng hàng gây ra các vấn đề về tiếp xúc kém và hiệu suất chung; cách điện không đủ cho các đường đồng dẫn đến hồ quang; các đường đồng quá gần đường dẫn, làm tăng nguy cơ đoản mạch; và độ dày của bo mạch không đủ dẫn đến cong vênh và gãy.

#image_title