Piirilevyjen suunnittelu- ja tuotantoprosessissa insinöörien on paitsi estettävä onnettomuudet piirilevyjen valmistuksen aikana, myös vältettävä suunnitteluvirheitä. Tämä artikkeli yhteenvetää ja analysoi näitä yleisiä piirilevyongelmia ja toivoo tuovan apua kaikkien suunnittelu- ja tuotantotyöhön.

Ongelma 1: Piirilevyn oikosulku
Tämä ongelma on yksi yleisimmistä vioista, jotka suoraan aiheuttavat piirilevyn toimimattomuuden, ja tähän ongelmaan on monia syitä. Analysoidaan niitä yksi kerrallaan alla.

Piirilevyn oikosulun suurin syy on juotosalustan virheellinen suunnittelu. Tällöin pyöreä juotosalusta voidaan muuttaa soikeaksi, mikä lisää pisteiden välistä etäisyyttä ja estää oikosulkuja.

Myös piirilevyosien suunnan virheellinen suunnittelu voi aiheuttaa oikosulun piirilevyssä ja siten toimintahäiriön. Esimerkiksi jos SOIC-piirin nasta on tina-aallon suuntainen, oikosulku on helppo aiheuttaa. Tällöin osan suuntaa voidaan muuttaa sopivasti niin, että se on kohtisuorassa tina-aallon kanssa.

Toinen mahdollisuus, joka voi aiheuttaa piirilevyn oikosulun, on automaattisesti kytkettävän jalan taivutus. Koska IPC:n mukaan tapin pituus on alle 2 mm ja on olemassa huoli siitä, että osat putoavat, jos taivutetun jalan kulma on liian suuri, on helppo aiheuttaa oikosulku, ja juotoskohdan on oltava yli 2 mm:n päässä piiristä.

Edellä mainittujen kolmen syyn lisäksi on olemassa joitakin muita syitä, jotka voivat aiheuttaa piirilevyn oikosulkuvikoja, kuten liian suuret alustareiät, liian alhainen tinauunin lämpötila, levyn huono juotettavuus, juotosmaskin vikaantuminen ja levyn pinnan saastuminen, jotka ovat suhteellisen yleisiä vikojen syitä. Insinöörit voivat verrata edellä mainittuja syitä vian esiintymiseen ja poistaa ne ja tarkistaa ne yksi kerrallaan.

Ongelma 2: Piirilevylle ilmestyy tummia ja rakeisia kontakteja
Piirilevyn tumman värin tai pienirakeisten liitosten ongelma johtuu enimmäkseen juotoksen saastumisesta ja sulaan tinaan sekoittuneista liiallisista oksideista, jotka muodostavat juotosliitoksen rakenteen liian hauraaksi. Varo sekoittamasta sitä tummaan väriin, joka johtuu vähätinaisen juotteen käytöstä.

Toinen syy tähän ongelmaan on se, että valmistusprosessissa käytetyn juotteen koostumus on muuttunut ja epäpuhtauspitoisuus on liian korkea. On tarpeen lisätä puhdasta tinaa tai vaihtaa juote. Lasivärjäys aiheuttaa fyysisiä muutoksia kuitujen kertymisessä, kuten kerrosten välistä erottumista. Mutta tämä tilanne ei johdu huonoista juotosliitoksista. Syynä on se, että substraatti kuumenee liian korkeaksi, joten on tarpeen alentaa esilämmitys- ja juotoslämpötilaa tai lisätä substraatin nopeutta.

Ongelma kolme: Piirilevyjen juotosliitokset muuttuvat kullankeltaisiksi
Normaalioloissa piirilevyn juote on hopeanharmaata, mutta toisinaan esiintyy kullanvärisiä juotoskohtia. Tämän ongelman pääasiallinen syy on liian korkea lämpötila. Tällöin tarvitsee vain laskea tinauunin lämpötilaa.

Kysymys 4: Huonoon lautaan vaikuttaa myös ympäristö
Piirilevyn rakenteen vuoksi se voi helposti vaurioitua epäsuotuisissa olosuhteissa. Äärimmäinen lämpötila tai lämpötilan vaihtelu, liiallinen kosteus, voimakas tärinä ja muut olosuhteet heikentävät piirilevyn suorituskykyä tai jopa rikkoutuvat. Esimerkiksi ympäristön lämpötilan muutokset voivat aiheuttaa piirilevyn muodonmuutoksia. Tämän seurauksena juotosliitokset tuhoutuvat, piirilevyn muoto taipuu tai piirilevyn kuparijohtimet voivat katketa.

Toisaalta ilman kosteus voi aiheuttaa hapettumista, korroosiota ja ruostetta metallipinnoilla, kuten paljailla kuparijohtimilla, juotosliitoksissa, juotosalustoilla ja komponenttien johdoilla. Lian, pölyn tai roskien kertyminen komponenttien ja piirilevyjen pinnalle voi myös vähentää ilmanvirtausta ja komponenttien jäähdytystä, mikä aiheuttaa piirilevyn ylikuumenemista ja suorituskyvyn heikkenemistä. Tärinä, pudottaminen, iskeminen tai piirilevyn taivuttaminen muuttaa sen muotoa ja aiheuttaa halkeaman, kun taas suuri virta tai ylijännite aiheuttaa piirilevyn rikkoutumisen tai komponenttien ja juotosten nopean vanhenemisen.

Ongelma viisi: Piirilevyn avoin virtapiiri
Kun juotosjohto katkeaa tai kun juote on vain juotospaikalla eikä komponenttien johdoissa, voi syntyä avoin virtapiiri. Tässä tapauksessa komponentin ja piirilevyn välillä ei ole tarttuvuutta tai yhteyttä. Aivan kuten oikosulkuja, näitä voi esiintyä myös tuotannon, hitsauksen ja muiden toimintojen aikana. Piirilevyn tärinä tai venyminen, sen pudottaminen tai muut mekaaniset muodonmuutostekijät tuhoavat juotosjohtimet tai juotosliitokset. Samoin kemikaalit tai kosteus voivat aiheuttaa juotos- tai metalliosien kulumista, mikä voi aiheuttaa komponenttien johtojen rikkoutumisen.

Ongelma kuusi: löysät tai väärin sijoitetut komponentit
Reflow-prosessin aikana pieniä osia voi kellua sulan juotteen päällä ja lopulta irrota kohdejuotosliitoksesta. Mahdollisia syitä siirtymiseen tai kallistumiseen ovat komponenttien tärinä tai pomppiminen juotetulla piirilevyllä riittämättömän piirilevyn tuen, reflow-uunin asetusten, juotospastaongelmien ja inhimillisten virheiden vuoksi.

Ongelma seitsemän: hitsausongelma
Seuraavassa on joitakin ongelmia, jotka johtuvat huonoista hitsauskäytännöistä:

Juotosten häiriintyminen: Juotos liikkuu ennen jähmettymistä ulkoisten häiriöiden vuoksi. Tämä on samanlaista kuin kylmäjuotosten kohdalla, mutta syy on erilainen. Tämä voidaan korjata lämmittämällä uudelleen ja varmistamalla, että juotosliitokset eivät häiriinny ulkoisista tekijöistä jäähtyessään.

Kylmähitsaus: Tämä tilanne syntyy, kun juotetta ei voida sulattaa kunnolla, mikä johtaa karkeisiin pintoihin ja epäluotettaviin liitoksiin. Koska liiallinen juote estää täydellisen sulamisen, voi esiintyä myös kylmäjuotosliitoksia. Korjauskeinona on lämmittää liitos uudelleen ja poistaa ylimääräinen juote.

Juotosilta: Tämä tapahtuu, kun juote risteää ja fyysisesti yhdistää kaksi johtoa. Nämä voivat muodostaa odottamattomia kytkentöjä ja oikosulkuja, jotka voivat aiheuttaa komponenttien tai johdinten palamisen, kun virta on liian suuri.

Juotos: johdon tai lyijyn kostutus on riittämätön. Liikaa tai liian vähän juotetta. Juotospinnat ovat koholla ylikuumenemisen tai karkean juotoksen vuoksi.

Kahdeksas ongelma: inhimillinen virhe
Suurin osa piirilevyjen valmistusvirheistä johtuu inhimillisestä virheestä. Useimmissa tapauksissa virheelliset tuotantoprosessit, komponenttien virheellinen sijoittelu ja epäammattimaiset valmistusohjeet voivat aiheuttaa jopa 64 % vältettävissä olevista tuotevirheistä. Vikojen todennäköisyys kasvaa piirin monimutkaisuuden ja tuotantoprosessien määrän kasvaessa seuraavista syistä: tiheästi pakatut komponentit; useat piirikerrokset; hienojohdotus; komponenttien pintajuotos; virransyöttö- ja maadoitustasot.

Vaikka jokainen valmistaja tai kokoonpanija toivoo, että tuotettu piirilevy on virheetön, on olemassa niin monia suunnittelu- ja tuotantoprosessiongelmia, jotka aiheuttavat jatkuvia piirilevyongelmia.

Tyypillisiä ongelmia ja seurauksia ovat seuraavat: huono juotos voi johtaa oikosulkuun, avoimiin piireihin, kylmäjuotosliitoksiin jne.; piirilevykerrosten virheellinen kohdistus voi johtaa huonoon kosketukseen ja heikkoon kokonaissuorituskykyyn; kuparijohtimien huono eristys voi johtaa juoviin ja jälkiin Johtimien välillä on valokaari; jos kuparijohtimet on sijoitettu liian tiukasti reikien väliin, on olemassa oikosulun vaara; piirilevyn riittämätön paksuus aiheuttaa taivutusta ja murtumista.