Kurzschlussschutz – was Sie wissen müssen

PCB-Fehler können aus vielen Gründen in einer elektrischen Verbindung zwischen Elementen auftreten. Beispielsweise hat sich die Betriebsgeschwindigkeit von PCBs dramatisch erhöht, was zu einem komplexeren PCB-Layout und dichteren Schaltungen geführt hat. Infolgedessen sind viele Herstellungsprobleme aufgetreten, die als großes Problem für Leiterplattenhersteller angesehen werden.

In diesem Artikel werden die häufigsten Gründe für Leiterplattenausfälle, Kurzschlussschutz beim Leiterplatten-Schaltungsdesign und die Vermeidung von beidem erörtert. Darüber hinaus präsentieren wir eine kurze Anleitung zur Verhinderung von Kurzschlüssen im PCB-Schaltungsdesign und wie Designer die Wahrscheinlichkeit eines PCB-Kurzschlussschutzes reduzieren können.

1. Die häufigsten Gründe für den Ausfall von Leiterplatten

1.1 Kurzschlussschutz – Durchgebrannte Platine

In der Produktionsphase durchlaufen Leiterplatten typischerweise verschiedene Fertigungsschritte, bei denen hohe Temperaturen angewendet werden. Es ist wichtig, die Leiterplatten keinen extremen Temperaturen auszusetzen, da dies zu schweren Schäden an den elektronischen Komponenten der Schaltkreise führen kann. Jede der in die Leiterplatte integrierten elektronischen Komponenten muss einer bestimmten Temperatur standhalten, ohne zu verbrennen. Diese Komponenten sind sehr anfällig für Schäden durch ungeregelte Temperaturen. Eine weitere zu beachtende Sache ist, dass jede Komponente genügend Platz um sich herum haben sollte, um Verbrennungen durch Überhitzung zu vermeiden.

1.2 Kurzschlussschutz – Schlecht hergestellte Komponenten

Die Notwendigkeit, eine überwältigende Menge an mikroelektronischen Teilen in begrenzter Zeit herzustellen, hat es zu einer Herausforderung gemacht, die hohe Zuverlässigkeit der PCB-Komponenten sicherzustellen. Offensichtliche Fertigungsmängel bei Leiterplatten sind Verbindungsfehler, Flussmittelrückstände und schlechte Lötungen, die später zu einer ärgerlichen Störquelle werden können. Das lässt den Leiterplattenherstellern oft keine andere Wahl, als ihre Validierungstechniken zu verbessern, um qualitativ hochwertige Endprodukte zu garantieren.

1.3 Kurzschlussschutz – Umgebungsfaktoren

Wie bereits erwähnt, enthalten PCBs elektronische Komponenten, die typischerweise klein sind. Außerdem sind diese elektronischen Komponenten (z. B. ICs) empfindlich gegenüber der Umgebung, und sie sind anfällig für unvorhergesehene Änderungen der Temperatur, Feuchtigkeit und Staubbelastung. Beispielsweise können unerwartete Temperaturänderungen dazu führen, dass die Leiterplatte und die Lötstellen umwickelt werden. Eine übermäßige Staubmenge lässt die Leiterplatte nicht angemessen abkühlen, was zu Überhitzungsproblemen führt.

1.4 Kurzschlussschutz – Plattierungslücken

Um leistungsstarke und schnelle Produkte zu ermöglichen, verwenden Leiterplattenhersteller bevorzugt Multilayer-Leiterplatten mit vielen Komponenten. Mehrschichtige Leiterplatten spielen eine entscheidende Rolle in elektronischen Systemen; Wir können es uns als mehrere miteinander verbundene Leiterplatten vorstellen. Im Allgemeinen verbinden wir die mehrschichtigen Leiterplatten durch die durchkontaktierten Löcher (PTH) und vergrabenen/blinden Durchkontaktierungen. Leider kann dies schnell scheitern, da die Penetration von PTH in der Regel höher ist als die von Blind Via und Buried. Der Zustand und die Genauigkeit von PTH wirken sich zweifellos auf die Zuverlässigkeit von Leiterplatten und sogar auf die Leistung des gesamten Endprodukts aus.

1.5 Kurzschlussschutz —Fehlende Lötstoppmaske zwischen Pads

Es ist entscheidend, Kupferspuren in Leiterplatten zu isolieren, um einen versehentlichen Kontakt mit anderen leitfähigen Materialien zu vermeiden. Daher bilden wir typischerweise eine Lötschicht (Maske) auf der Kupferschicht der Leiterplatte, die als Isolationsschicht fungiert. Diese Isolationsschicht ist auch nützlich, um Korrosion zu verhindern und die Platte vor anderen Umweltveränderungen zu schützen. Mit Pads meinen wir den von der Lötplatine unbedeckten Metallraum, an dem die Leiterplattenkomponenten befestigt sind. Die Lötisoliermaske kann zwischen den Pads fehlen, was zu Lötbrücken zwischen Pins führen kann. Eines der häufigsten Probleme, die sich daraus ergeben, ist die Bildung von Kurzschlüssen und Korrosion.

2. Kurzschlussschutz – So vermeiden Sie Ausfälle von Leiterplatten

Wir können Leiterplattenfehlern aufgrund von Verunreinigungen ausweichen, indem wir die Leiterplatte nach dem Bohren angemessen reinigen. Außerdem können wir Bohrfehler vermeiden, indem wir die vom Hersteller empfohlenen Bohrvorschriften befolgen. Der Umgang mit einem erfahrenen PCB-Unternehmen kann uns vor diesen beiden Problemen bewahren. Beim Ausbilden der Lötstoppmaske können dünne Kupferkeile entstehen. Dies wird normalerweise durch einen DFM-Test erkannt und kann verhindert werden, indem sichergestellt wird, dass jeder Abschnitt eine Mindestbreite hat.

Bei komplexen PCB-Produkten mit mehreren Schichten müssen wir überprüfen, ob die Schichten korrekt ausgerichtet sind, indem wir die akzeptablen Standards für den verwendeten Leiterplattentyp befolgen, da andernfalls Unterbrechungen und Kurzschlüsse die Funktionalität des Produkts beeinträchtigen.

3. Kurzschlussschutz im PCB-Schaltungsdesign

Der Begriff Kurzschluss bezieht sich auf ein Ereignis, bei dem der elektrische Strom durch einen unbeabsichtigten Pfad mit nahezu null Widerstand fließt, was zu einem übermäßigen führt elektrischer Stromfluss im Stromkreis. Bei Leiterplatten treten Kurzschlüsse auf, wenn zwei Leiter unbeabsichtigt verbunden werden, wodurch nicht zusammenhängende Signale gemischt oder, noch schlimmer, die Verbindung beschädigt wird.

Wir können Kurzschlüsse mit bloßem Auge erkennen, wenn der Kurzschluss zwischen zwei dicken Drähten liegt; In vielen Fällen ist es jedoch schwierig, Kurzschlüsse zu erkennen, insbesondere wenn die Drähte so klein sind. Bei maschinell hergestellten Leiterplatten sind die Drähte winzig, und wir müssen fortschrittlichere Techniken anwenden, um Kurzschlussfehler zu erkennen.

4. Wie man beim PCB-Schaltungsdesign vorbeugt

Leider kann die Erkennung von Kurzschlüssen in maschinell hergestellten Leiterplatten den Herstellern ein echtes Kopfzerbrechen bereiten. Es ist sehr zeitaufwändig und kann mehr kosten als die gesamte bestückte Leiterplatte! Kurzschlüsse sind eine Art von Problem, das keine Eintrittswahrscheinlichkeit von Null haben kann.

Mit anderen Worten, wir können es nicht vermeiden, aber wir können präventive Praktiken anwenden, um seine Eintrittswahrscheinlichkeit zu verringern. Um die Kurzschlussfehler zu erkennen, können wir Röntgenprüfmethoden verwenden. Diese Prüfverfahren dürfen jedoch nicht in Produktionsprüfungen eingesetzt werden, da sie sehr lange dauern. Auch wenn eine Änderung in der Form einer Lötkugel auftritt, können Logiksignale wie erwartet weitergeleitet werden.

Daher kann es in den Tests zu einem gewissen Overkill kommen. Wir können auch ein Boundary-Scan-Untersuchungsverfahren verwenden, da Kurzschlüsse fehlerhafte Logiksignale erzeugen können. Es ist jedoch schwierig, die fehlerhaften Effekte abzuschätzen. Selbst wenn das Testverfahren zum Erfassen dieser Fehler verwendet wird, werden sie daher möglicherweise nicht erfasst. Außerdem kann es schwierig sein, die angeschlossenen Leitungen zu lokalisieren.

Andererseits ist die elektrische Prüfung nach der Produktion eine der besten Prüfmethoden, um Kurzschlüsse zu erkennen. Es identifiziert nicht nur Kurzschlüsse, sondern deckt auch konstruktiv bedingte Fehler auf. Diese Art von Tests wird normalerweise mit Flying Probes durchgeführt.

Wir sollten immer bedenken, dass die PCB-Testmethoden keine 100%ige Genauigkeit haben und die Kurzschlüsse den Testverfahren entgehen können. Das Testen von Leiterplatten ist jedoch immer von Vorteil und verhindert, dass beschädigte Leiterplatten montiert und an fortgeschrittene Schritte gesendet werden.

Ein normales Verfahren stellt sicher, dass Sie eine Erstattungsrichtlinie mit Ihrem Hersteller haben, die garantiert, dass Sie eine Erstattung erhalten, wenn die Leiterplatte die elektrische Prüfung nicht besteht.

5. Wie können Entwickler die Wahrscheinlichkeit eines Leiterplatten-Kurzschlussschutzes reduzieren?

Generell können wir davon ausgehen, dass die durch Kurzschlussfehler verursachten Leiterplattenausfälle ein Fehler des Leiterplattenherstellungsprozesses sind. Konstrukteure können jedoch vorbeugende Konstruktionsverfahren befolgen, um die Wahrscheinlichkeit dieser Fehler zu verringern.

Wir begegnen höchstwahrscheinlich Kurzschlüssen in anspruchsvollen PCB-Designs, einschließlich zahlreicher Komponenten. Daher ist das Zulassen eines größeren Abstands zwischen Kupferverbindungen und Pads eine dieser vorbeugenden Maßnahmen, aber manchmal ist dies aufgrund von Designbeschränkungen nicht möglich.

Designer können erweiterte Designsoftware verwenden, um Abstandsregeln festzulegen und die zulässigen Mindestabstände zu ändern, bevor sie sich entscheiden, den Designprozess abzuschließen und ihn zur Fertigung zu senden.

Schlussfolgerung

Die Dichte der PCB-Design- und -Produktionsverfahren bedeutet, dass es viele Möglichkeiten gibt, dass PCB-Defekte auftreten. Einige dieser Probleme sind auf Designfehler zurückzuführen, wie z. B. unzureichende Abstände oder Abstände zwischen Komponenten, die die Funktionen der endgültigen Leiterplatten beeinträchtigen können. Andere können auf Fehler im Produktionsprozess zurückzuführen sein, wie z. B. Bohrfehler oder Überätzungen, die sehr kostspielig und zeitaufwändig und katastrophal sein können.

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