高周波PCB技術 - PCB設計においての８つの難題

PCBボードの設計と製作過程において、エンジニアはPCBボードが製造加工時に意外なことが発生するのを防ぐだけでなく、設計ミスの問題を避ける必要があります。

本文はいくつかのよくあるPCB問題についてまとめ、分析し、皆さんの設計と製作に一定の助けをもたらすことを望んでいます。

問題1：PCBボードショート

この問題は、PCBボードが動作しなくなる一般的な障害の1つですが、このような問題の原因は多くあります。以下では、1つずつ分析します。

PCBショートの原因は、パッドの設計が不適切です。この場合、円形パッドを楕円形に変更し、点と点の間の距離を大きくし、ショートを防止することができます。

PCB部品の方向設計が適切ではなく、プレートがショートして動作しないこともあります。SOICの足がスズ波と平行であれば、ショート事故を起こしやすく、この場合、部品の方向を適切に修正してスズ波と垂直にさせます。

PCBのショート障害を引き起こすもう一つの可能性もあります。それは自動プラグインの曲げです。IPCでは、ピンの長さが2 mm以下と規定されているため、ピンの角度が大きすぎると部品が落ちる恐れがあるため、ショットしやすく、溶接点を線路から2 mm以上離れる必要があります。

上記の3つの原因を除き、PCB板のショート故障を招く他の原因もあります。例えば、基板の孔が大きすぎ、錫炉の温度が低すぎ、板面の溶接可能性が悪い、溶接禁止膜の失効、板面汚れなどは、比較的によく見られる故障原因であり、エンジニアは以上の原因と故障の発生状況を一つ一つ排除し、検査します。

問題2：PCBボードに暗い色と粒状の接点が現れる

PCB板に闇色または小粒状の接点問題が発生しているのは、半田が汚染されていることと、半田に混入した酸化物が多すぎて、半田構造が脆すぎることによるものが多いです。錫含有成分の低い半田を使用することによる闇色と混同しないように注意しなければなりません。

この問題のもう一つの原因は、加工製造過程で使用される半田自体の成分が変化し、不純物の含有量が多すぎるため、純化されたり、半田を交換したりする必要があることです。斑状ガラスの繊維積層の物理的変化、例えば層と層の間に分離現象が発生します。しかし、この場合は溶接点が悪いわけではありません。原因は基板が熱を受けすぎて、予熱と半田温度を下げたり、基板の走行速度を増やしたりする必要があるからです。

問題3：PCB溶接点が黄金色になる

一般的にPCB板の半田は銀灰色を呈しているが、たまに黄金色の半田点が現れることもあります。この問題の主な原因は温度が高すぎることであり、この場合は錫炉の温度を下げるだけでよいです。

問題4：プレートの不良も環境の影響を受ける

PCB自体の構造上の理由により、不利な環境下にあると、PCBボードの損害を与えやすいです。極端な温度や温度変化が定まらず、湿度が大きすぎたり、高強度の振動などの他の条件は板の性能が低下したり、廃棄されたりする要因です。例えば、環境温度の変化はプレートの変形を引き起こします。そのため、溶接点を破壊したり、板の形状を曲げたり、板上の銅跡線の遮断を引き起こす可能性があります。

一方、空気中の水分は金属表面の酸化、腐食、さび、例えば露出した銅トレース、溶接点、パッド、部品リードを引き起こす。部品や回路基板の表面に汚れが堆積し、塵や屑が部品の空気の流れと冷却を減少させ、PCBの過熱と性能の低下を招くこともあります。振動、落下、打撃、曲げによりPCBの変形に至ります。そのひび割れに現れますが、大電流や過電圧はPCB板が破壊されたり、部品や通路の急速な老化を招いたりします。

問題5：PCBオープン

トレースが破断された場合、または溶接材料がパッド上にあるだけで部品リード上にない場合、オープンが発生します。この場合、素子とPCBとの間に接着や接続はできません。こうすると、ショートのように、これらは生産中や溶接中、その他の操作中にも発生する可能性があります。回路基板を振動させたり引き伸ばしたり、落下させたりすると、他の機械的変形要素がトレースや溶接点を破壊します。同様に、化学的または湿気により、はんだまたは金属部品が摩耗し、アセンブリリードが破断する原因となります。

問題6：部品の緩みや位置ずれ

リフロー溶接の過程で、ウィジェットは溶融半田上に浮遊し、目標半田点から最終的に離脱する可能性があります。変位や傾斜の可能性のある原因には、回路基板の支持不足、リフロー炉の設置、溶接ペーストの問題、人為的なミスなどによる溶接PCB基板上の部品の振動やバウンドになります。

問題7：溶接問題

以下は不良な溶接方法によるいくつかの問題です。

妨害された溶接点：外部の摂動によって、溶接材料が凝固する前に移動します。これは冷間溶接点と似ていますが、原因は異なり、再加熱によって矯正することができ、溶接点が冷却時に外界の妨害を受けないことを保証することができます。

冷間溶接：この場合、溶接材料が正しく溶融できないときに発生し、表面が粗くなり、接続が信頼できなくなります。過剰な半田が完全な溶融を阻止するため、冷間半田点も発生する可能性があります。解決方法は、コネクタを再加熱し、余分な半田を除去することです。

はんだブリッジ：はんだが交差し、2本のリード線が物理的に接続されている場合に発生します。これらは予期しない接続とショートを形成する可能性があり、コンポーネントが焼損したり、電流が高すぎると焼損したりする可能性があります。

パッド：ピンまたはリードの濡れ不足です。多すぎるか少なすぎる半田は原因です。過熱または荒い溶接によって持ち上げられたパッドです。

問題8：人為ミス

PCB製造における欠陥の大部分は人為的なミスによるものであり、多くの場合、誤った生産技術、部品の誤配置及び不合格の生産製造規範は64%まで回避できる製品欠陥の出現を招いています。以下の点により、回路の複雑さと生産技術の数によって欠陥の可能性が増加する原因です。密集パッケージのコンポーネント・多重回路層・細かい引き廻し表面溶接アセンブリ・電源と接地面を含みます。

各製造者や組立者が生産したいPCB板には欠陥問題はないが、そのようないくつかの設計と生産の過程の難題がPCB板の問題を絶えずもたらしています。

典型的な問題と結果は以下のいくつかの点を含む：溶接不良はショート、オープン、冷間溶接点など。板層の位置ずれは接触不良と全体性能の不良を招きます。銅トレースの絶縁が悪いとトレースとトレースの間にアークが発生します。銅跡線と通路の間をきつくしすぎて、ショートのリスクが出やすい。回路基板の厚さが不足すると、曲がったり破断したりします。

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