Kein Ingenieur erwartet, dass an seinen/ihren Leiterplatten (Printed Circuit Boards, PCBs) Defekte auftreten. Dennoch treten einigeHäufig auftretende PCB-Designproblemesind manchmal aufgrund von Umweltfaktoren, unsachgemäßer Verwendung der Leiterplatte oder sogar reinen Unfällen kaum zu erkennen. Daher sollten Ingenieure Unfälle mit Leiterplatten verhindern, doch noch wichtiger ist es, dass sie sofort Maßnahmen ergreifen, wenn sie mit solchen Problemen konfrontiert werden.
Defekt Nr. 1: Kurzschlüsse auf der Leiterplatte
Kurzschlüsse auf Leiterplatten (PCB-Shorts) gehören zu den häufigsten Problemen, die zum Ausfall von Leiterplatten führen, und es gibt viele Ursachen dafür. Die Ursachen werden in der Reihenfolge ihrer Bedeutung erläutert, und es werden Notfalllösungen angegeben.
• Notfallmaßnahme Nr. 1Die Hauptursache für Kurzschlüsse auf Leiterplatten liegt in einer unsachgemäßen Gestaltung der Lötpads. Um zu verhindern, dass Lötpads Kurzschlüsse auf der Leiterplatte verursachen, kann die Form der Lötpads anstelle eines Kreises als Oval ausgeführt werden, sodass der Abstand zwischen den Punkten vergrößert und Kurzschlüsse vermieden werden können.
• Notfallmaßnahme Nr. 2. Die falsche Platzierungsrichtung von Bauteilen kann ebenfalls dazu führen, dass die Leiterplatte einen Kurzschluss erleidet. Unter solchen Bedingungen sollte die Platzierungsrichtung der Bauteile korrekt angepasst werden, um das Auftreten von Kurzschlüssen zu verhindern.
• Notfallmaßnahme Nr. 3Eine weitere Ursache für Kurzschlüsse auf Leiterplatten sind verbogene Pins an SMT‑ (Surface-Mount-Technology-) Bauteilen. Um dieses Problem wirksam zu lösen, sollte die Lötstelle 2 mm von der Leiterbahn entfernt sein.
• Andere UrsachenAbgesehen von den oben genannten Hauptursachen für Kurzschlüsse auf Leiterplatten dürfen einige Ursachen niemals vernachlässigt werden, darunter ein zu großes Substratloch, eine zu niedrige Löttemperatur, eine schlechte Lötbarkeit der Platine, eine nicht funktionsfähige Lötstoppmaske, eine Verschmutzung der Leiterplattenoberfläche usw.
Defekt Nr. 2: Dunkle oder partikelhaltige Lötstellen auf der Leiterplatte
• Notfallmaßnahme Nr. 1Dunkle oder körnige Lötstellen auf Leiterplatten entstehen meist durch verunreinigtes geschmolzenes Zinn und einen hohen Anteil von Oxiden im geschmolzenen Zinn, was die Lötstellen sehr spröde macht.
• Notfallmaßnahme Nr. 2. Eine weitere Ursache für diesen Defekt liegt in der verwendeten LötpastePCBA-FertigungWenn Lötpaste zu viele Verunreinigungen enthält, neigen Lötstellen dazu, dunkel gefärbt oder körnig zu sein. In einem solchen Fall sollte die Lötpaste modifiziert oder reines Zinn verwendet werden.
Defekt Nr. 3: Goldgelbe Lötstellen auf der Leiterplatte
• NotfallmaßnahmeIm Allgemeinen erscheinen normale Lötstellen auf Leiterplatten silbergrau. Wenn Lötstellen auf Leiterplatten goldgelb werden, liegt das meist an einer zu hohen Temperatur. Um dieses Problem zu lösen, sollte die Temperatur im Ofen gesenkt werden.
Defekt Nr. 4: Schlecht ausgeführte Leiterplatte
Wenn eine gut konstruierte Leiterplatte nach ihrer Fertigung schlecht funktioniert, liegt das meist an der Umgebung.
• Notfallmaßnahme Nr. 1Die erste umweltbedingte Ursache für den Ausfall von Leiterplatten liegt in extremen Temperaturen oder unvorhersehbaren Temperaturschwankungen. Außerdem können auch hohe Luftfeuchtigkeit oder starke Vibrationen dazu führen, dass die Leiterplatte schlecht funktioniert oder sogar ausfällt. Beispielsweise kann eine Temperaturänderung dazu führen, dass sich die Leiterplatte verformt, sodass Lötstellen beschädigt werden können.
• Notfallmaßnahme Nr. 2Die Feuchtigkeit in der Luft führt möglicherweise dazu, dass Kupfer oxidiert oder korrodiert, und die freiliegenden Kupferleiterbahnen, Lötstellen, Pads oder Bauteile können dann nicht mehr ordnungsgemäß funktionieren.
• Notfallmaßnahme Nr. 3Wenn Leiterplatte und Bauteile mit so viel Staub bedeckt sind, werden Luftstrom und Kühlung beeinträchtigt, was dazu führt, dass die Leiterplatte überhitzt und beeinträchtigt wird.
Defekt Nr. 5: Öffnungen auf der Leiterplatte
• NotfallmaßnahmeWenn Leiterbahnen unterbrochen sind oder Lotpaste nur auf dem Pad statt auf den Bauteilleitungen haftet, können möglicherweise Unterbrechungen (Opens) auftreten. Zusätzlich können Opens auch während des Herstellungsprozesses oder des Lötprozesses verursacht werden. Die Ursache für das Brechen von Leiterbahnen liegt in der Verformung der Leiterplatte, einem Herunterfallen oder einer mechanischen Verformung. Ebenso können chemische Einflüsse oder Feuchtigkeit dazu führen, dass Lötzinn oder Metallbestandteile abgetragen werden, was zum Bruch von Bauteilleitungen führen kann.
Defekt Nr. 6: Lockerheit oder Fehlplatzierung von Komponenten
• NotfallmaßnahmeWährend des Reflow-Lötprozesses können kleine Bauteile auf geschmolzenem Lot aufschwimmen und vollständig von den vorgesehenen Lötstellen abgetrieben werden. Lockerheit oder Fehlplatzierung von Bauteilen auf Leiterplatten kann möglicherweise auf unzureichende Leiterplattenabstützung, unsachgemäße Reflow-Löteinstellungen, Lötpaste oder Bedienfehler zurückzuführen sein.
Defekt Nr. 7: Lötfehler
• Notfallmaßnahme Nr. 1Äußere Einflüsse können das Lot vor der Erstarrung in Bewegung halten, was einem Kaltsolderfehler ähnelt. Dieser Defekt kann durch erneutes Erhitzen zur Korrektur behoben werden, und Lötstellen sollten während des Abkühlens weit von äußeren Störeinflüssen entfernt sein.
• Notfallmaßnahme Nr. 2. Kaltes Löten ist ebenfalls ein häufig auftretender Lötfehler. Kaltes Löten tritt in der Regel auf, wenn das Lot nicht richtig geschmolzen ist, was zu einer rauen Oberfläche und einer unzuverlässigen Verbindung führt. Überschüssiges Lot verhindert, dass es vollständig schmilzt, was ebenfalls eine Ursache für kaltes Löten ist. Die Notfallmaßnahme zur Beseitigung dieses Fehlers besteht darin, die Verbindung erneut zu erhitzen, um überschüssiges Lot zu entfernen.
• Notfallmaßnahme Nr. 33. Der dritte bei Lötarbeiten auftretende Fehler ist das Bridging, das sich darauf bezieht, dass sich das Lot so verbindet, dass zwei Leiterbahnen miteinander verbunden werden. Bridging kann unerwartete Verbindungen, Kurzschlüsse, Bauteilausfälle oder das Durchbrennen von Leiterbahnen verursachen, wenn ein hoher Strom hindurchfließt.
• Notfallmaßnahme Nr. 44. Der vierte Lötfehler bei Leiterplatten ist die unzureichende Benetzbarkeit von Pins oder Anschlüssen, die durch zu viel oder zu wenig Lot verursacht wird. Zusätzlich kann das Pad durch Überhitzung oder unsauberes Löten höher angehoben werden.
