Leiterplatten-Fehlerbehebung – Ultimativer Leitfaden zu Zweck und Problemziel

Bei der PCB-Fehlerbehebung ist es üblich, dass ein Bruchteil der hergestellten PCBs die Qualitätskontrolltests nicht besteht. Daher ist die PCB-Fehlerbehebung normalerweise die einzige Möglichkeit, sie zu retten. Die PCB-Fehlerbehebung ist daher eine entscheidende kostensparende Maßnahme für die Herstellung von PCB-Elektronik.

Manchmal kann es jedoch einfacher oder billiger sein, das defekte Gerät zu entsorgen oder durch ein neues zu ersetzen. Das wirft viele Fragen zum Umfang der PCB-Fehlerbehebung auf.

Zunächst einmal können Ihre Erfahrungen mit der Fehlersuche bestimmen, was Sie mit der PCB-Fehlersuche erreichen können. Diejenigen, die am Anfang der Lernkurve stehen, werden es am schwersten haben, mit den PCB-Fehlerbehebungsoptionen zu arbeiten.

Dieses Dossier ist ein Einblick in die PCB-Fehlerbehebung, um Ihnen den Weg durch die Lernkurve zu erleichtern. Es bietet Einblicke in den Umfang der Fehlerbehebung, damit Sie bei einer fehlerhaften Leiterplatte die richtigen Entscheidungen treffen können.

PCB-Fehlerbehebung

Übersicht zur PCB-Fehlerbehebung

Die Qualität eines PBC-Geräts hängt von der Präzision ab, mit der es seine Funktionen erfüllt. Aber die menschlichen Eingaben in seine Herstellungsprozesse können Trojanische Pferde hervorbringen.

Reine menschliche Fehler sind normalerweise die Hauptursachen für Defekte in PBCs. Einige dieser Fehler umfassen falsch gelötete Komponenten, die Verwendung ungeeigneter Spannungen usw. Es gibt jedoch eine Reihe anderer Defekte, die nicht direkt auf menschliches Versagen zurückzuführen sind, wie z. B. eine Verschlechterung der Komponenten.

Beide Fehlergruppen haben jedoch gemeinsam, dass die meisten dieser Fehler normalerweise schwer zu entziffern sind. In solchen Fällen helfen Ihnen Techniken zur Fehlerbehebung dabei, Erkenntnisse zu gewinnen.

Der Umfang der Probleme, mit denen sich die PCB-Fehlerbehebung befasst

Die Operationen der PCB-Elektronik drehen sich um Elektrizität, die der Fluss von Elektronen von einer Ebene zur anderen ist. Die Funktionen der Leiterplattenelektronik basieren auf der Regelung von Spannung und Strom innerhalb der Leiterplatte.

Zu den Elementen, die einer PCB-Elektronik solche regulatorischen Attribute verleihen, gehören Widerstände, Kondensatoren, Induktoren und gelötete Verdrahtungen. Schäden aufgrund von Spannungsspitzen und Überstromströmen können jedoch das Muster des Elektronenflusses in der Platine stören.

Die meisten Defekte, die aus solchen Unterbrechungen resultieren, sind als intermittierende Ausfälle bekannt.

Faktoren, die bestimmen, welche Fehlerbehebungstechnik in einem bestimmten Fall am effektivsten ist

Die Anzahl der Schichten, die Größe, der Bereich der Komponenten usw. beeinflussen die Brauchbarkeit einer verwendeten PBC-Fehlerbehebungstechnik. Hochentwickelte Boards erfordern höchstwahrscheinlich eine Fehlersuche mit spezieller Ausrüstung.

Eine grundlegende elektrische Ausrüstung hilft Ihnen jedoch meistens bei der erfolgreichen Fehlerbehebung von PBCs. Das liegt daran, dass PBCs im Allgemeinen recht einfach zu beheben sind. Daher fällt es Ihnen leicht, Fehler bei einem durchschnittlichen PBC ohne den Einsatz erweiterter Tools zu beheben.

Eines der dynamischsten Werkzeuge zur Fehlersuche auf Leiterplatten ist das Multimeter. In sehr komplexen Fällen müssen Sie jedoch möglicherweise fortschrittliche Geräte wie einen Logikanalysator, ein Oszilloskop und ein LCR-Messgerät verwenden.

Diese Tools ermöglichen Einblicke in das Betriebsverhalten und die Zuordnung einer Leiterplatte.

Möchten Sie mehr darüber erfahren, wie Fehlerbehebungstools PBC-Mapping und -Operationen offenlegen? Das nächste Kapitel befasst sich damit.

PCB-Zuordnung und Fehlerbehebung

Die Bedeutung von PCBMapping bei der PCB-Fehlerbehebung

Eine typische Leiterplatte besteht aus einem Netzwerk aus Kupferbahnen und Isolatoren, die Cluster von Komponenten auf einer Leiterplatte verbinden. Einer der Gründe, warum bei einigen PCBs die Fehlersuche einfacher ist als bei anderen, ist die Verfügbarkeit des PCB-Schaltplans.

Es ist einfacher, Fehler auf einer Leiterplatte zu beheben, wenn Sie bereits ein klares Verständnis von Stromfluss, Signalen und Spuren haben. Es ist wichtig, dass Sie wissen, welche Kondensatorpaare mit welchem ​​Widerstand Sie beheben müssen.

Es ist auch wichtig, die Position des Spannungsteilers, Filters und der Drossel in der Leiterplatte zu verstehen, aber wenn Sie die Konfiguration einer Leiterplatte nicht verstehen, beginnen Sie am besten mit der Fehlersuche bei den Anschlüssen.

Die Steckverbinder sind die Schnittstelle, über die fehlerhafte Eingaben aus der externen Umgebung in die Leiterplatte gelangen. Solche fehlerhaften Eingaben können zu Spannungsspitzen, Überstromströmen und dergleichen führen. Sie müssen sich jedoch mit der Zuordnung einer Leiterplatte auskennen, um Fehler ohne Zugriff auf die Schaltpläne der Platine zu beheben. Andernfalls kann es lange dauern, die Konfiguration der Leiterplatte zu verfolgen.

So ordnen Sie eine Leiterplatte zu

Eine Möglichkeit, mit der Fehlerbehebung zu beginnen, ohne die Schaltpläne der Leiterplatte zu verstehen, ist die Verwendung von Standard-Multimetersonden. Dies kann jedoch mühsam sein, da Sie jede Lötstelle mit der Multimetersonde testen müssen.

Ein natürlicherer Weg, die Leiterplatte zu verfolgen, ist jedoch die Verwendung eines Stücks Aluminium. Mit dieser Technik können Sie nach PBC-Verbindungen über einen größeren Bereich pro Zeit suchen, wodurch Zeit und Aufwand minimiert werden. Dazu benötigen Sie ein Multimeter, Drähte mit Krokodilklemmen, ein Stück Alufolie und einen Drahtschneider.

Beginnen Sie, indem Sie 2 cm des Drahtes an einem Ende und 4-5 cm am anderen Ende abisolieren. Wickeln Sie das Stück Alufolie um den Draht. Verbinden Sie dann das Kabel der Folie mit dem Kabel des Multimeters. Wickeln Sie die Folie um einen Ihrer Finger und berühren Sie dann das zweite Multimeterkabel mit diesem Finger.

Es wäre hilfreich, wenn Sie eine Widerstandsmessung von 0 Ohm erhalten würden. Wenn der Messwert jedoch über 15-20 Ohm liegt, müssen Sie den Folierungsvorgang erneut durchführen.

Verwenden Sie nach erfolgreichem Abschluss die Sonde des Multimeters, um die Platine an einer Stelle nach der anderen zu berühren. Legen Sie daher Ihren Finger auf die Folie und berühren Sie den geschweißten Teil der Baugruppe. So können Sie schnell weitere Bereiche abdecken. Wenn das Multimeter piept, bedeutet das, dass Sie eine Spur gefunden haben, die die Komponenten verbindet.

Jetzt, da Sie eine ganze Menge über PCB-Mapping wissen, sollten Sie bereit sein, die Schritte zur Fehlerbehebung zu lernen.

Fehlerbehebung

Hier sind einige der entscheidenden Schritte, die Sie bei der Fehlerbehebung bei einem PBC zuerst ausführen müssen:

Sichtprüfung

Führen Sie eine Sichtprüfung der Platine durch, um verbrannte Komponenten, Risse und trockene Verbindungen zu identifizieren. Dies ist eine der einfachsten Möglichkeiten zur Fehlerbehebung ohne Stromversorgung.

Eine gute Lupe ist ein entscheidendes Werkzeug für die visuelle Inspektion, da kleine physische Schäden auftreten können.

In den folgenden Kapiteln erfahren Sie mehr über die Sichtprüfung.

Physische Inspektion der Stromversorgung

Ergibt die Sichtprüfung keinen signifikanten Befund, ist es an der Zeit, die Stromversorgung zu überprüfen. Sie müssen sicherstellen, dass die integrierte Schaltung (IC) die entsprechenden Pegel der Stromversorgung erhält.

Eine unangemessene Stromversorgung des IC kann zu Überhitzung oder Überlastung der Platine führen. Sie können leicht nachvollziehen, wo Hochspannungen Schäden verursacht haben könnten, indem Sie einfach die Oberfläche und die Komponenten von PBC berühren.

Indem Sie verschiedene Teile des Stromkreises berühren, ändern Sie auch die Impedanz des Stromkreises. Da dies das Verhalten des Systems verändert, kann es Ihnen helfen, die Teile aufzuspüren, die zusätzliche Kapazität benötigen.

Sie können Druckluft aus der Dose verwenden, um einen Hotspot zu kühlen, um zu testen, ob die Komponente ordnungsgemäß funktioniert. Dabei müssen Sie jedoch einige Vorsichtsmaßnahmen treffen.

Eine Vorsichtsmaßnahme, die Sie während der physischen Inspektion treffen sollten, besteht darin, sicherzustellen, dass Sie die PBC jedes Mal mit einer Hand berühren. Dadurch wird verhindert, dass elektrische Schläge das Herz erreichen und tödliche Schocks verursachen. Es empfiehlt sich, eine Hand in der Tasche zu lassen, während Sie eine aktive Schaltung berühren.

Eine weitere wichtige Vorsichtsmaßnahme besteht darin, jeden potenziellen Weg zur Erde für den Strom zu blockieren, um Stromschläge zu vermeiden. Diese Pfade umfassen Ihre nackten Füße sowie ein widerstandsloses Erdungsband.

Explizite Komponententests

Das ist die Phase der Fehlerbehebung, in der Sie mit der Verwendung von Testwerkzeugen beginnen müssen. Zuerst müssen Sie die Versorgungsspannungen auf der gesamten Platine messen.

Messen Sie anschließend die Spannungen an verschiedenen Teilen des Stromkreises, um Teile mit ungeeigneten Spannungen zu identifizieren. Der Schaltplan wird sich in diesem Stadium als nützlich erweisen.

Nachdem Sie nun einige der notwendigen Schritte zur Fehlerbehebung bei PBCs kennen, möchten Sie vielleicht wissen, was der beste Schritt ist. Finden Sie die besten PBC-Fehlerbehebungsschritte im nächsten Kapitel heraus.

Die besten Möglichkeiten zur Fehlerbehebung bei PCBs

Knotenanalyse

Die beste PCB-Fehlerbehebungstechnik besteht darin, die Komponenten mithilfe der Knotenanalyse zu testen. Mit dieser Technik können Sie PCB testen, ohne die Platine mit Strom zu versorgen. Sie müssen nur die jeweils zu testende Komponente mit Strom versorgen. Ziel ist es, die angelegte Spannung und die Stromantwort des Bauteils zu messen.

Bei der Knotenanalyse werden die Spannungen an bestimmten Knoten systematisch gemessen, um sie mit der Spannung eines Referenzknotens zu vergleichen. Dieser Referenzknoten wird zufällig aus den verschiedenen Knoten auf der Platine ausgewählt. Die Technik beinhaltet die Anwendung der KCL, um die Differenz zwischen den Spannungen der Knoten in Bezug auf Zweigströme zu bestimmen.

Die Differenz zwischen den Knotenspannungen wird durch ein Gleichungssystem bestimmt, das den Betrieb der Schaltung beschreibt. Sie können die aktuelle Reaktion an einem Knoten schnell bestimmen, sobald Sie die Gleichung herausgefunden haben.

Es wird insgesamt N-1 unabhängige Gleichungen geben, die Knotenspannungen ergeben, da ein Knoten als Referenzknoten dient. Sie können dann das Ohmsche Gesetz auf die gemessenen Knotenspannungen anwenden, um die Ströme in der Schaltung zu entschlüsseln.

So implementieren Sie die Knotenanalyse

1. Identifizieren Sie die Anzahl der Knoten, wählen Sie dann den Referenzknoten aus und beschriften Sie ihn. Als Faustregel gilt, einen Knoten zu wählen, der die signifikanteste Anzahl von Elementen oder Spannungsquellen oder einen asymmetrischen Knoten verbindet.

2. Weisen Sie jeder der unbekannten Spannungen eines Knotens eine Variable zu. Dann drücke die unbekannte Spannung in die bekannten Spannungen aus.

3. Schreiben Sie Gleichungen auf, die den Wert von Sekundärquellen in Bezug auf Knotenspannungen ausdrücken.

4. Schreiben Sie für jeden Knoten eine KCL-Gleichung, indem Sie den abfließenden Strom des Knotens auf Null reduzieren. Die KCL besagt, dass die algebraische Summe aller Ströme, die in und aus einem Knoten fließen, gleich Null ist. Verwenden Sie die KCL, um die unbekannten Variablen zu bestimmen.

5. Kombinieren Sie für Spannungsquellen zwischen zwei unbekannten Spannungen die beiden Knoten zu einem Superknoten und drücken Sie sie in einer einzigen Gleichung aus.

PCB-Probleme und wie man sie behebt

Fehler sind in den Design- und Herstellungsprozessen von PBCs fast unvermeidlich. Diese Probleme sind jedoch häufige Probleme, die Sie schnell beheben können. Im Folgenden finden Sie eine Übersicht über die drei häufigsten Probleme und wie Sie sie lösen können:

Defekter Abstand zwischen Kupfer und Kante

Kupfer hat hervorragende leitfähige Eigenschaften. Es wird jedoch normalerweise mit anderen Materialien beschichtet, da es leicht korrosions- und verschleißanfällig ist.

Beim Trimmen kann es jedoch vorkommen, dass die Beschichtung einer randnahen Kupferarmatur abgetragen wird. Es kann zu zahlreichen Defekten in der PBC-Elektronik kommen. Diese Exposition kann sogar zu elektrischen

führen

Erschütterungen, wenn jemand die Platine direkt berührt.

Eine einfache Möglichkeit, dieses Problem zu umgehen, besteht darin, sicherzustellen, dass zwischen dem Kupfer und den Kanten der Platine ausreichend Platz ist. Dieser Abstand wird als Kupfer-zu-Kante- oder Platte-zu-Kante-Abstand bezeichnet.

Elektromagnetische Interferenz durch den Betrieb von Midget Relay

PBCs erzeugen Bogenentladungen, wenn hohe Ströme geschnitten werden, und das führt zu winzigen Relais, die elektromagnetische Interferenzen erzeugen. Diese Interferenz kann dazu führen, dass eine CPU häufig zurückgesetzt wird, sowie Decoder, die falsche Signale erzeugen.

Sie können dieses Problem lösen, indem Sie die Anti-Interferenz-Fähigkeiten der CPU verbessern oder die Quelle der Interferenz reduzieren.

Säurefallen

Säuren füllen während des Ätzprozesses spitze Winkel in einem PBC auf. Die eingeschlossenen Säuren könnten die Platten anfressen und Defekte verursachen. Säurefallen sind weit verbreitet und in der Regel einer der Hauptfehler, die von einer DFM-Prüfung behoben werden.

PCB-Fehlerbehebungstechniken

Sichtprüfung

Es ist eine der bequemsten und effektivsten Techniken zur Fehlerbehebung bei Leiterplatten. Es dreht sich um die Suche nach bräunlichen Brandflecken, die von überhitzten Bauteilen herrühren.

Auch die Sichtprüfung zielt darauf ab, schlechte Lötstellen zu identifizieren. Eine gute Lötstelle erscheint typischerweise glatt und glänzend. Ein stumpf aussehendes Gelenk kann auf ein trockenes Gelenk hindeuten. Eine trockene Verbindung verursacht einen schwachen Kontakt an der Lötstelle und verändert die Leitung des Schaltkreises.

Manchmal sind die trockenen Fugen- und Brandspuren mit bloßem Auge nicht sichtbar. Eine Lupe kann Ihnen helfen, Schäden zu erkennen, die sich dem bloßen Auge entziehen. Eine Lupe ist daher ein unverzichtbares Werkzeug zur PBC-Fehlerbehebung.

Vergleich von Leiterplatten

Dies ist eine weitere schnelle und dennoch hochwirksame Technik zur Fehlerbehebung bei Leiterplatten. Es beinhaltet einen schnellen Vergleich defekter Leiterplatten mit guten. Dieser Vergleich erfolgt in der Regel, indem die Referenzpunkte sowohl der defekten als auch der ersten Platine mit einem Multimeter geprüft und die ermittelten Werte verglichen werden.

Einzelkomponententests

That is one of the most effective PCB troubleshooting techniques because it entails testing each component. These components include the capacitor, resistor, LED, diode, and other discrete active components.

You can use a multimeter or LCR meter for this troubleshooting technique. The nodal analysis method outlined earlier is also another variation of this technique.

The objective is to identify components with values that are higher than their stated component value. Such higher values usually occur as a result of overheating, lousy soldering, or an inert defect in the component.

Signal Probing

This technique requires a clear understanding of the circuity to identify the signal test point and to interpret results. Signal probing usually involves voltage tests involving the use of a handheld multimeter, as well as waveform capture involving the use of an oscilloscope.

In the voltage test, a lower voltage level indicates leakage in the integrated circuit. Waveform capture, which shows how signals change, provides you with more information than the voltage test.

Now you know a whole lot about the most widely used PCB troubleshooting techniques. However, what can you possibly achieve with all the information?

Conclusion

PCB troubleshooting requires attention to detail, determination, and focus. The most effective troubleshooting method and tools depend on the level of complexity of the PCB as well as your experience.

With a full breadth of experience, you can quickly troubleshoot nearly any kind of PCB without using advanced tools. However, if you lack the tools or expertise to troubleshoot a PCB, it is essential to contact experts in the field so as not to cause more damage.