ในกระบวนการออกแบบและผลิต PCB วิศวกรไม่เพียงแต่จำเป็นต้องป้องกันอุบัติเหตุระหว่างการผลิต PCB เท่านั้น แต่ยังต้องหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดในการออกแบบอีกด้วย บทความนี้สรุปและวิเคราะห์ปัญหา PCB ทั่วไปเหล่านี้ โดยหวังว่าจะให้ความช่วยเหลือในการออกแบบและการผลิตของทุกคน

ปัญหาที่ 1: การลัดวงจรของบอร์ด PCB
ปัญหานี้เป็นหนึ่งในข้อผิดพลาดทั่วไปที่ทำให้บอร์ด PCB ไม่ทำงานโดยตรงและมีสาเหตุหลายประการสำหรับปัญหานี้ มาวิเคราะห์ทีละรายการด้านล่าง

สาเหตุที่ใหญ่ที่สุดของการลัดวงจรของ PCB คือการออกแบบแผ่นบัดกรีที่ไม่เหมาะสม ขณะนี้สามารถเปลี่ยนแผ่นบัดกรีแบบกลมเป็นรูปวงรีเพื่อเพิ่มระยะห่างระหว่างจุดเพื่อป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร

การออกแบบทิศทางของชิ้นส่วน PCB ที่ไม่เหมาะสมจะทำให้บอร์ดลัดวงจรและไม่ทำงาน เช่น ถ้าขา SOIC ขนานกับคลื่นดีบุก ก็เกิดอุบัติเหตุไฟฟ้าลัดวงจรได้ง่าย ขณะนี้ทิศทางของชิ้นส่วนสามารถปรับเปลี่ยนได้อย่างเหมาะสมเพื่อให้ตั้งฉากกับคลื่นดีบุก

มีความเป็นไปได้อีกอย่างหนึ่งที่จะทำให้เกิดความล้มเหลวในการลัดวงจรของ PCB นั่นคือปลั๊กงอแบบอัตโนมัติ เนื่องจาก IPC กำหนดว่าความยาวของพินน้อยกว่า 2 มม. และมีความกังวลว่าชิ้นส่วนจะหล่นลงเมื่อมุมของขาที่งอใหญ่เกินไปทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรได้ง่ายและรอยประสานจะต้องมากกว่า ห่างจากวงจร 2 มม.

นอกเหนือจากเหตุผลสามประการที่กล่าวมาข้างต้น ยังมีสาเหตุบางประการที่อาจทำให้เกิดความล้มเหลวในการลัดวงจรของบอร์ด PCB เช่น รูวัสดุพิมพ์ที่ใหญ่เกินไป อุณหภูมิเตาดีบุกต่ำเกินไป การบัดกรีของบอร์ดไม่ดี ความล้มเหลวของหน้ากากประสาน และมลพิษบนพื้นผิวของบอร์ด ฯลฯ เป็นสาเหตุที่ค่อนข้างบ่อยของความล้มเหลว วิศวกรสามารถเปรียบเทียบสาเหตุข้างต้นกับความล้มเหลวในการกำจัดและตรวจสอบทีละรายการ

ปัญหาที่ 2: หน้าสัมผัสสีเข้มและเป็นเม็ดเล็กปรากฏบนบอร์ด PCB
ปัญหาสีเข้มหรือรอยต่อเม็ดเล็กบน PCB ส่วนใหญ่เกิดจากการปนเปื้อนของโลหะบัดกรีและออกไซด์ที่มากเกินไปที่ผสมอยู่ในดีบุกหลอมเหลว ซึ่งก่อตัวเป็นโครงสร้างรอยต่อโลหะบัดกรีที่เปราะเกินไป ระวังอย่าสับสนกับสีเข้มที่เกิดจากการใช้บัดกรีที่มีปริมาณดีบุกต่ำ

อีกสาเหตุหนึ่งของปัญหานี้ก็คือ องค์ประกอบของโลหะบัดกรีที่ใช้ในกระบวนการผลิตมีการเปลี่ยนแปลง และปริมาณสิ่งเจือปนสูงเกินไป จำเป็นต้องเพิ่มดีบุกบริสุทธิ์หรือเปลี่ยนโลหะบัดกรี กระจกสีทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพในการสะสมของเส้นใย เช่น การแยกตัวระหว่างชั้นต่างๆ แต่สถานการณ์นี้ไม่ได้เกิดจากข้อต่อประสานที่ไม่ดี สาเหตุก็คือพื้นผิวได้รับความร้อนสูงเกินไป ดังนั้นจึงจำเป็นต้องลดอุณหภูมิการอุ่นและการบัดกรีลง หรือเพิ่มความเร็วของพื้นผิว

ปัญหาที่สาม: ข้อต่อประสาน PCB กลายเป็นสีเหลืองทอง
ภายใต้สถานการณ์ปกติ โลหะบัดกรีบนบอร์ด PCB จะเป็นสีเทาเงิน แต่บางครั้งก็มีรอยประสานสีทองปรากฏขึ้น สาเหตุหลักของปัญหานี้ก็คืออุณหภูมิสูงเกินไป ในเวลานี้ คุณเพียงแค่ต้องลดอุณหภูมิของเตาดีบุกลงเท่านั้น

คำถามที่ 4: บอร์ดที่ไม่ดีก็ได้รับผลกระทบจากสภาพแวดล้อมเช่นกัน
เนื่องจากโครงสร้างของ PCB เอง จึงง่ายต่อการสร้างความเสียหายให้กับ PCB เมื่ออยู่ในสภาพแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวย อุณหภูมิที่สูงมากหรืออุณหภูมิที่ผันผวน ความชื้นที่มากเกินไป การสั่นสะเทือนที่มีความเข้มข้นสูง และสภาวะอื่นๆ ล้วนเป็นปัจจัยที่ทำให้ประสิทธิภาพของบอร์ดลดลงหรือถึงขั้นพังทลายลง ตัวอย่างเช่น การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิโดยรอบจะทำให้บอร์ดเสียรูป ดังนั้นข้อต่อบัดกรีจะถูกทำลาย รูปร่างของกระดานจะโค้งงอ หรือรอยทองแดงบนกระดานอาจแตกหัก

ในทางกลับกัน ความชื้นในอากาศอาจทำให้เกิดออกซิเดชัน การกัดกร่อน และสนิมบนพื้นผิวโลหะ เช่น รอยทองแดง รอยประสาน แผ่นอิเล็กโทรด และสายส่วนประกอบ การสะสมของสิ่งสกปรก ฝุ่น หรือเศษเล็กเศษน้อยบนพื้นผิวของส่วนประกอบและแผงวงจรยังสามารถลดการไหลของอากาศและการระบายความร้อนของส่วนประกอบ ส่งผลให้ PCB มีความร้อนสูงเกินไปและประสิทธิภาพการทำงานลดลง การสั่นสะเทือน การตก การกระแทก หรือการดัดงอ PCB จะทำให้ PCB เปลี่ยนรูปและทำให้เกิดรอยแตกร้าว ในขณะที่กระแสไฟสูงหรือแรงดันไฟฟ้าเกินจะทำให้ PCB พังหรือทำให้ส่วนประกอบและเส้นทางมีอายุอย่างรวดเร็ว

ปัญหาที่ห้า: วงจรเปิด PCB
เมื่อรอยขาดหรือเมื่อบัดกรีอยู่บนแผ่นอิเล็กโทรดเท่านั้นและไม่อยู่บนสายส่วนประกอบ วงจรเปิดอาจเกิดขึ้นได้ ในกรณีนี้ ไม่มีการยึดเกาะหรือการเชื่อมต่อระหว่างส่วนประกอบกับ PCB เช่นเดียวกับการลัดวงจร สิ่งเหล่านี้อาจเกิดขึ้นระหว่างการผลิตหรือการเชื่อมและการทำงานอื่นๆ การสั่นสะเทือนหรือการยืดตัวของแผงวงจร การหล่นลงมา หรือปัจจัยการเสียรูปทางกลอื่นๆ จะทำลายร่องรอยหรือรอยต่อบัดกรี ในทำนองเดียวกัน สารเคมีหรือความชื้นอาจทำให้โลหะบัดกรีหรือชิ้นส่วนโลหะสึกหรอ ซึ่งอาจทำให้ส่วนประกอบแตกหักได้

ปัญหาที่หก: ส่วนประกอบหลวมหรือวางผิดที่
ในระหว่างกระบวนการรีโฟลว์ ชิ้นส่วนขนาดเล็กอาจลอยอยู่บนโลหะบัดกรีหลอมเหลวและหลุดออกจากข้อต่อโลหะเป้าหมายในที่สุด สาเหตุที่เป็นไปได้สำหรับการเคลื่อนตัวหรือการเอียง ได้แก่ การสั่นหรือการเด้งของส่วนประกอบบนบอร์ด PCB ที่บัดกรี เนื่องจากการรองรับแผงวงจรไม่เพียงพอ การตั้งค่าเตาอบ reflow ปัญหาการบัดกรี และข้อผิดพลาดของมนุษย์

ปัญหาที่เจ็ด: ปัญหาการเชื่อม
ต่อไปนี้คือปัญหาบางประการที่เกิดจากการเชื่อมที่ไม่ดี:

ข้อต่อบัดกรีที่ถูกรบกวน: บัดกรีจะเคลื่อนที่ก่อนที่จะแข็งตัวเนื่องจากการรบกวนจากภายนอก สิ่งนี้คล้ายกับข้อต่อบัดกรีเย็น แต่เหตุผลนั้นแตกต่างออกไป สามารถแก้ไขได้โดยการอุ่นซ้ำและให้แน่ใจว่าข้อต่อบัดกรีจะไม่ถูกรบกวนจากภายนอกเมื่อเย็นลง

การเชื่อมด้วยความเย็น: สถานการณ์นี้เกิดขึ้นเมื่อไม่สามารถหลอมโลหะบัดกรีได้อย่างถูกต้อง ส่งผลให้เกิดพื้นผิวที่หยาบและการเชื่อมต่อที่ไม่น่าเชื่อถือ เนื่องจากการบัดกรีมากเกินไปจะป้องกันการหลอมละลายโดยสมบูรณ์ ข้อต่อบัดกรีเย็นก็อาจเกิดขึ้นได้เช่นกัน วิธีแก้ไขคือการอุ่นข้อต่อและเอาลวดบัดกรีส่วนเกินออก

สะพานประสาน: สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อบัดกรีข้ามและเชื่อมต่อสายทั้งสองเข้าด้วยกัน สิ่งเหล่านี้อาจทำให้เกิดการเชื่อมต่อที่ไม่คาดคิดและการลัดวงจร ซึ่งอาจทำให้ส่วนประกอบไหม้หรือสูญเสียร่องรอยเมื่อกระแสไฟฟ้าสูงเกินไป

แผ่น: ตะกั่วหรือตะกั่วเปียกไม่เพียงพอ ประสานมากเกินไปหรือน้อยเกินไป แผ่นอิเล็กโทรดที่ถูกยกขึ้นเนื่องจากความร้อนสูงเกินไปหรือการบัดกรีแบบหยาบ

ปัญหาที่แปด: ความผิดพลาดของมนุษย์
ข้อบกพร่องในการผลิต PCB ส่วนใหญ่เกิดจากความผิดพลาดของมนุษย์ ในกรณีส่วนใหญ่ กระบวนการผลิตที่ไม่ถูกต้อง การจัดวางส่วนประกอบไม่ถูกต้อง และข้อกำหนดการผลิตที่ไม่เป็นมืออาชีพสามารถทำให้เกิดข้อบกพร่องของผลิตภัณฑ์ที่สามารถหลีกเลี่ยงได้มากถึง 64% ด้วยเหตุผลดังต่อไปนี้ ความเป็นไปได้ที่จะทำให้เกิดข้อบกพร่องจะเพิ่มขึ้นตามความซับซ้อนของวงจรและจำนวนกระบวนการผลิต: ส่วนประกอบที่บรรจุหนาแน่น วงจรหลายชั้น การเดินสายไฟที่ดี ส่วนประกอบการบัดกรีพื้นผิว เครื่องบินกำลังและภาคพื้นดิน

แม้ว่าผู้ผลิตหรือผู้ประกอบทุกรายหวังว่าบอร์ด PCB ที่ผลิตจะปราศจากข้อบกพร่อง แต่มีปัญหาด้านการออกแบบและกระบวนการผลิตมากมายที่ทำให้เกิดปัญหาบอร์ด PCB อย่างต่อเนื่อง

ปัญหาและผลลัพธ์โดยทั่วไปมีประเด็นต่อไปนี้: การบัดกรีที่ไม่ดีอาจทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจร วงจรเปิด ข้อต่อบัดกรีเย็น ฯลฯ; การจัดแนวชั้นของบอร์ดที่ไม่ตรงอาจทำให้การสัมผัสไม่ดีและประสิทธิภาพโดยรวมไม่ดี ฉนวนทองแดงที่ไม่ดีอาจทำให้เกิดร่องรอยและร่องรอยได้ มีส่วนโค้งระหว่างสายไฟ หากรอยทองแดงระหว่างจุดแวะแน่นเกินไปอาจมีความเสี่ยงที่จะเกิดไฟฟ้าลัดวงจร ความหนาของแผงวงจรไม่เพียงพอจะทำให้เกิดการโค้งงอและแตกหักได้