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Es gibt viele häufige Leiterplattenfehler, aber einer der schwerwiegendsten ist ein verbranntes Bauteil. Eine durchgebrannte Leiterplatte ist ein zerstörerisches Problem, das zu erheblichen Schäden an der Leiterplatte führen kann. Es kann schwierig sein, sie zu reparieren und die wahre Ursache des Problems zu finden. Was sind die Ursachen für das Durchbrennen einer Leiterplatte? In diesem Artikel gehen wir auf die Ursachen ein, zeigen Ihnen, wie Sie das Problem beheben können, und besprechen Techniken zur Fehlersuche auf der Leiterplatte, um zu verhindern, dass es erneut auftritt.
Wodurch wird ein Brett verbrannt?
Bevor wir uns mit der Analyse von Leiterplattenfehlern befassen, müssen wir verstehen, warum eine Leiterplatte brennen kann. Eine verbrannte Stelle auf einer Leiterplatte ist oft nicht der ursprüngliche Fehler. Es handelt sich meist um ein Symptom, das durch andere Probleme auf der Leiterplatte verursacht wird.
Es gibt drei Hauptgründe für das Verbrennen einer Leiterplatte:
- Extreme Hitze
- Falscher Abstand zwischen den Komponenten
- Ausfall einer Komponente oder Technikerfehler
Extreme Hitze
Es ist naheliegend, dass eine Leiterplatte, die hohen Temperaturen ausgesetzt ist, mit größerer Wahrscheinlichkeit brennt. Die meisten Leiterplatten, die in Hochtemperaturbereichen eingesetzt werden, sind so gebaut, dass sie die Hitze aushalten. Sie haben oft eine hohe Tg. Tg steht für die Glasübergangstemperatur, also den Punkt, an dem das Leiterplattenmaterial anfängt, weich zu werden. Ein typischer High-Tg-Board kann 170°C aushalten. Um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten, sollte eine Leiterplatte in einer Umgebung verwendet werden, die mindestens 25°C kühler ist als ihre Tg. Dies ist wichtig, um eine Überhitzung der Leiterplatte zu vermeiden und Umweltschäden zu mindern.
Die Wärmebildtechnik kann ein wertvolles Instrument sein, um potenzielle heiße Stellen auf einer Leiterplatte zu identifizieren, bevor sie zu Schäden führen. Eine regelmäßige visuelle Inspektion kann ebenfalls dazu beitragen, frühe Anzeichen von wärmebedingten Problemen zu erkennen. Darüber hinaus können Burn-in-Tests als Teil der PCB-Fehlersuche eingesetzt werden, um mögliche Schwachstellen im Wärmemanagement der Leiterplatte zu identifizieren.
Warum ist der Tg-Wert von PCBs wichtig?
Während der Produktion sind PCBs hohen Temperaturen ausgesetzt. So können beispielsweise die Temperaturen beim Löten (Reflow- oder Wellenlöten) auf über 200°C ansteigen. Außerdem kann sich die Leiterplatte selbst während des Betriebs erhitzen, insbesondere bei Geräten mit hoher Leistung oder hoher Packungsdichte.
Unter diesen Hochtemperaturbedingungen kann ein Leiterplattensubstrat mit einem unzureichenden Tg-Wert erweichen und sich ausdehnen, was zu:
- Geringere Zuverlässigkeit: Die Metalllöcher, die die obere und untere Schicht verbinden, sind brüchig.
- Delamination: Das Substrat kann sich zwischen den Schichten oder zwischen dem Substrat und der Kupferfolie ablösen.
- PCB gebogen: können sich verformen und die Funktionalität beeinträchtigen.
Aber Unfälle können passieren. Eine Maschine kann überhitzen. Ein Board könnte einer direkten Flamme ausgesetzt werden. Das wäre sehr schlecht für Ihre Komponenten. Die meisten elektronischen Bauteile funktionieren nicht gut bei Temperaturen über 70°C. Daher ist es schwierig, für Hochtemperaturanwendungen zu entwickeln, aber sehr notwendig.
Komponenten sind zu nah beieinander
Eine weitere Hauptursache für eine verbrannte Platine ist, dass die Bauteile zu dicht beieinander liegen. Dies wird als unsachgemäßer Abstand zwischen den Bauteilen bezeichnet. Bauteile, die nicht genügend Platz um sich herum haben, können sehr heiß werden. Diese Hitze kann sich dann auf die daneben liegenden Bauteile auswirken, insbesondere auf hitzeempfindliche Komponenten. Eine unsachgemäße Leiterbahnführung kann auch zu offenen Schaltkreisen und Problemen mit der Signalintegrität führen.
Die richtige Platzierung von Komponenten ist entscheidend, um hitzebedingte Probleme zu vermeiden. Ein angemessener Abstand zwischen den Komponenten ermöglicht eine bessere Wärmeableitung und verringert das Risiko thermischer Schäden. Darüber hinaus kann die Verwendung hochwertiger Komponenten durch eine sorgfältige Qualitätskontrolle der Komponenten dazu beitragen, das Risiko von hitzebedingten Ausfällen zu verringern und elektromagnetische Störungen zu reduzieren. Der Einsatz effektiver EMI-Abschirmungstechniken kann empfindliche Komponenten zusätzlich vor Störungen schützen.
Einfach ausgedrückt: Sie wollen vermeiden, dass zu viele Teile auf einer kleinen Fläche untergebracht werden. Es ist eine gute Idee, den Komponenten mehr Platz einzuräumen. Das kann die Kosten senken und die Produktion beschleunigen. Es hilft Ihnen auch, teure Fehler zu vermeiden, die später Probleme verursachen können.
Komponentenversagen und Technikerfehler
Die Entwurfsphase ist der wichtigste Teil der Herstellung einer Leiterplatte. Ein kleiner Fehler beim Entwurf kann große Folgen haben. Zum Beispiel könnte ein Designer den falschen Typ von Diode oder Kondensator für die Schaltung wählen. Diese Art von Komponentenfehler kann leicht zu einer verbrannten Platine führen.
Fehler beim Löten von Leiterplatten können ebenfalls zum Ausfall von Komponenten beitragen. Unsachgemäße Löttechniken oder die Verwendung falscher Materialien können zu schwachen Verbindungen führen, die unter Belastung oder bei hohen Temperaturen versagen können. Sowohl bleifreies Löten als auch Kaltlöttechniken erfordern sorgfältige Aufmerksamkeit, um Probleme wie Lötbrücken zu vermeiden. In-Circuit-Tests können helfen, diese Probleme zu erkennen, bevor sie zu einem Ausfall der Leiterplatte führen.
Eine Platine kann auch brennen, weil sie nicht richtig abgesichert ist. Das Fehlen der richtigen Sicherung sollte ein großes Problem sein. Oberste Priorität sollte der Einbau eines Überstromschutzes für Leiterplatten haben. Eine Sicherung löst aus und unterbricht den Stromkreis, wenn zu viel Strom fließt, und verhindert so eine elektrische Überlastung. Außerdem können Hochspannungsschutzdioden eine Platine bei einem Blitzeinschlag oder einem anderen Stromstoß vor dem Verbrennen bewahren.
Andere Ursachen sind auf menschliche Fehler zurückzuführen. Dies wird oft als Technikerfehler bezeichnet, der den Ausfall der Karte verursacht. Wenn ein Techniker die Karte falsch anschließt, kann sie durchbrennen. Der Anschluss an die falsche Art der Stromversorgung kann zu einem Durchbrennen führen. Auch wenn die Installationsanweisungen verwirrend sind oder fehlen, könnte ein Techniker die Karte falsch anschließen.
Nächster Schritt: PCB-Fehleranalyse
Die Durchführung einer PCB-Fehleranalyse ist der Schlüssel zur Verbesserung Ihres Produkts. Sie hilft, zukünftige Fehler zu vermeiden und potenzielle PCB-Fertigungsfehler zu beheben. Mit fortschrittlichen Techniken wie der Rasterelektronenmikroskopie und der Röntgeninspektion können versteckte Probleme wie Durchkontaktierungen und Verbindungsfehler aufgedeckt werden. Im Folgenden finden Sie einige Fragen, die Sie stellen sollten, um das Problem eines verbrannten Bauteildefekts zu lösen:
- Benötigen Sie höherwertige Teile?
- Brauchen Sie eine bessere Beschichtung?
- Müssen Sie die Abstände zwischen Ihren Komponenten verbessern?
- Wie können Sie die Installation für Techniker erleichtern?
- Verfügt die Karte über einen Schutz gegen zu viel Strom?
Qualitativ hochwertigere Teile
Qualitativ minderwertige Teile werden Ihnen wahrscheinlich minderwertige Ergebnisse liefern. Der einfachste Weg, Fehler zu vermeiden, ist die Verwendung guter Komponenten. Das gilt jetzt und für die Zukunft.
Lassen Sie Ihr Design vor der Produktion immer von Ihrem Boardhersteller überprüfen. Er kann wie ein zweites Paar Augen wirken. Vielleicht findet er einen Fehler, den Sie übersehen haben.
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Bessere Beschichtung
Eine fehlende oder falsche Beschichtung ist keine direkte Ursache für eine verbrannte Leiterplatte, kann aber Probleme verursachen. Deshalb ist eine konforme Beschichtung zum Schutz von Leiterplatten so wichtig. Wenn Staub oder Schmutz in die Nähe eines Bauteils gelangt, das bereits heiß ist, können die Partikel Feuer fangen.
Es gibt vier gängige Methoden zum Auftragen einer Beschichtung: Streichen, Sprühen, Tauchen und selektives Beschichten. Jede Methode hat ihre eigenen Vorteile. Es gibt auch verschiedene Beschichtungsmaterialien, wie Acryl und Silikonharz. Stellen Sie sicher, dass Sie wissen, welche Art von Beschichtung und welches Material für Ihre Leiterplatte am besten geeignet ist, um Qualitätsprobleme zu vermeiden. Berücksichtigen Sie Faktoren wie Korrosionsbeständigkeit und verschiedene Oberflächenbehandlungen, um die Haltbarkeit der Leiterplatte zu erhöhen.
Bessere Abstände
Ein überfülltes Board brennt eher durch. Auch für die Fertigung ergeben sich daraus Herausforderungen. Manchmal ist es so einfach, einen Defekt zu verhindern, wie dafür zu sorgen, dass genügend Platz auf der Leiterplatte vorhanden ist. Ein besserer Abstand für Hochspannungs- und Hochstrom-Leiterbahnen kann ebenfalls das Risiko einer verbrannten Leiterplatte verringern.
Der richtige Abstand ist entscheidend für ein effektives Wärmemanagement. Er ermöglicht eine bessere Wärmeableitung und reduziert die thermische Belastung der Komponenten. Dies ist besonders wichtig für Boards mit hoher Leistung oder dichter Bestückung.
Achten Sie nicht nur auf die Abstände, sondern auch darauf, dass die Leiterplatte über geeignete Kühlkörper und ausreichend breite Leiterbahnen verfügt. Je nach Anwendung benötigt Ihre Leiterplatte möglicherweise dickere Kupferschichten, um den Strom zu bewältigen. Überprüfen Sie diese Details immer doppelt. Die korrekte Implementierung von Masse- und Stromversorgungsebenen kann die thermische Leistung und die elektrischen Eigenschaften der Leiterplatte erheblich verbessern.
Klare Anweisungen für Techniker
Der Designer und der Hersteller wissen, wie man eine Leiterplatte am besten installiert. Aber die Person vor Ort vielleicht nicht. Um Fehler durch Techniker zu vermeiden, können die Hersteller ein paar Dinge tun.
Erstens eine klare Installationsdokumentation. Dieses Handbuch sollte die korrekten Anschlussinformationen für jede Leiterplatte erklären. Eine andere Methode ist eher visuell. Sie beinhaltet die Kodierung der Anschlüsse. Die Hersteller können verschiedene Farben oder Nummern verwenden, um eindeutig markieren Sie die PCB-Anschlüsse. Sie können auch einen Schlüssel bereitstellen, damit der Techniker genau weiß, welches Kabel wohin gehört.
Wie kann man PCB-Fehler beheben?
Defekte auf der Leiterplatte, wie z.B. ein verbranntes Bauteil, können ein großes Problem darstellen. Aber die Zusammenarbeit mit einem Elektronik-Auftragshersteller, der Erfahrung mit der Leiterplattenbestückung hat, kann den entscheidenden Unterschied ausmachen. Er kann Ihnen helfen, die Ursache des Problems zu finden und ein zuverlässigeres Produkt für die Zukunft herzustellen.
Die Umsetzung von Design-for-Reliability-Prinzipien während der PCB-Designphase kann die Wahrscheinlichkeit von Defekten erheblich verringern und die Gesamtleistung des Produkts verbessern. Dazu gehört auch die Berücksichtigung von Faktoren wie Temperaturextremen, denen die Leiterplatte während ihres Lebenszyklus ausgesetzt sein kann. Die Einhaltung von IPC-Normen und die Einhaltung von Best Practices bei den Herstellungsprozessen können die Qualität und Zuverlässigkeit von Leiterplatten weiter verbessern.
FAQ
Die Verwendung von Sicherungen zum Schutz vor Überstrom, die Auswahl von Komponenten, die für ihre Belastung ausgelegt sind, und genügend Platz zum Entweichen von Wärme sind die einfachsten Möglichkeiten, dies zu verhindern.
Nicht die ganze Zeit. Es kann ersetzt werden, wenn nur ein Teil gebrochen ist. Allerdings ist das Brett in der Regel irreparabel, wenn die Verbrennung die Glasfaserschichten durchdringt.
Durch die Luftzirkulation wird die Kühlung verbessert und Hochspannungsüberschläge zwischen den Komponenten vermieden, die zu Kurzschlüssen führen könnten.
