ขั้นตอนฉุกเฉินสำหรับข้อบกพร่องแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ที่สำคัญ

ไม่มีวิศวกรคนใดคาดหวังให้เกิดข้อบกพร่องขึ้นกับแผงวงจรพิมพ์ (Printed Circuit Boards) ของตน อย่างไรก็ตาม บางปัญหาการออกแบบ PCB ที่พบได้บ่อยบางครั้งยากต่อการวิเคราะห์หาสาเหตุเนื่องจากปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม การใช้งานแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ที่ไม่เหมาะสม หรือแม้กระทั่งอุบัติเหตุที่เกิดขึ้นโดยไม่คาดคิด ดังนั้น วิศวกรควรป้องกันไม่ให้อุบัติเหตุเกิดขึ้นกับแผงวงจรพิมพ์ แต่สิ่งที่สำคัญยิ่งกว่าคือการดำเนินการแก้ไขอย่างทันท่วงทีเมื่อเผชิญกับปัญหาเหล่านั้น

ข้อบกพร่อง#1: การลัดวงจรบนแผงวงจรพิมพ์

การลัดวงจรของ PCB เป็นหนึ่งในปัญหาที่พบบ่อยที่สุดที่ทำให้แผ่น PCB ล้มเหลว และมีสาเหตุอยู่มากมาย สาเหตุต่าง ๆ จะถูกกล่าวถึงตามลำดับความสำคัญ และจะมีการเสนอวิธีแก้ไขฉุกเฉิน

• มาตรการฉุกเฉิน #1สาเหตุสำคัญที่สุดของการลัดวงจรบนแผ่น PCB มาจากการออกแบบแผ่นรองบัดกรี (pad) ที่ไม่เหมาะสม เพื่อป้องกันไม่ให้แผ่นรองบัดกรีทำให้เกิดการลัดวงจรบน PCB สามารถออกแบบให้รูปทรงของแผ่นรองบัดกรีเป็นรูปวงรีแทนวงกลม เพื่อเพิ่มระยะห่างระหว่างจุดต่าง ๆ และหลีกเลี่ยงการลัดวงจร

• มาตรการฉุกเฉิน #2ทิศทางการวางชิ้นส่วนที่ไม่ถูกต้องอาจทำให้แผงวงจรพิมพ์ (PCB) เกิดการลัดวงจรได้ ภายใต้เงื่อนไขดังกล่าว ควรปรับทิศทางการวางชิ้นส่วนให้ถูกต้องเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการลัดวงจร

• มาตรการฉุกเฉินข้อที่ 3อีกสาเหตุหนึ่งของการลัดวงจรบนแผงวงจรพิมพ์ (PCB) คือขาพินของชิ้นส่วน SMT (Surface Mount Technology) ที่งอ เพื่อแก้ปัญหานี้อย่างมีประสิทธิภาพ จุดบัดกรีควรอยู่ห่างจากลายวงจร 2 มม.

• สาเหตุอื่น ๆนอกจากสาเหตุหลักของการลัดวงจรของแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) ที่กล่าวถึงข้างต้นแล้ว ยังมีสาเหตุอื่นที่ไม่อาจมองข้ามได้ ได้แก่ รูบนแผ่นฐานมีขนาดใหญ่เกินไป อุณหภูมิการบัดกรีต่ำเกินไป ความสามารถในการบัดกรีของแผ่นไม่ดี มาส์กประสานไม่สามารถใช้งานได้ การปนเปื้อนบนผิวหน้าของแผ่น เป็นต้น

ข้อบกพร่อง#2: ข้อต่อบัดกรีบนแผงวงจรพิมพ์ที่มีสีคล้ำหรือมีอนุภาค

• มาตรการฉุกเฉิน #1จุดบัดกรีสีเข้มหรือมีลักษณะเป็นเม็ดบนแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ส่วนใหญ่เกิดจากดีบุกหลอมเหลวที่ปนเปื้อนและมีออกไซด์เข้าร่วมในดีบุกหลอมเหลวจำนวนมาก ซึ่งทำให้จุดบัดกรีมีความเปราะสูง

• มาตรการฉุกเฉิน #2อีกสาเหตุหนึ่งของข้อบกพร่องนี้อยู่ที่ครีมประสานที่ใช้ในการผลิต PCBAหากครีมประสานมีสิ่งเจือปนมากเกินไป ข้อต่อบัดกรีมักจะมีสีคล้ำหรือมีลักษณะเป็นเม็ด ภายใต้กรณีเช่นนี้ควรปรับปรุงครีมประสานหรือใช้ดีบุกบริสุทธิ์

ข้อบกพร่อง#3: ข้อต่อบัดกรีสีเหลืองทองบนแผงวงจรพิมพ์ (PCB)

• มาตรการฉุกเฉินโดยทั่วไปแล้ว ข้อต่อบัดกรีปกติบนแผงวงจรพิมพ์ (PCB) จะมีลักษณะเป็นสีเทาเงิน หากข้อต่อบัดกรีบน PCB กลายเป็นสีเหลืองทอง ส่วนใหญ่เกิดจากอุณหภูมิที่สูงเกินไป ในการแก้ปัญหานี้ควรลดอุณหภูมิในเตาอบลง

ข้อบกพร่อง#4: แผงวงจรพิมพ์ที่ผลิตได้ไม่ดี

เมื่อแผงวงจรพิมพ์ที่ออกแบบมาอย่างดีมีประสิทธิภาพไม่ดีหลังการผลิต ส่วนใหญ่แล้วมักเป็นผลมาจากสภาพแวดล้อม

• มาตรการฉุกเฉิน #1สาเหตุด้านสิ่งแวดล้อมประการแรกที่ทำให้แผงวงจรเสียหายคืออุณหภูมิที่รุนแรงหรือการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่ไม่แน่นอน นอกจากนี้ ความชื้นสูงหรือแรงสั่นสะเทือนสูงก็อาจทำให้แผงวงจรทำงานได้ไม่ดีหรือถึงขั้นล้มเหลวได้เช่นกัน ตัวอย่างเช่น การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอาจทำให้แผงวงจรพิมพ์ (PCB) บิดงอจนทำให้ข้อต่อบัดกรีเสียหาย

• มาตรการฉุกเฉิน #2ความชื้นในอากาศอาจทำให้ทองแดงเกิดการออกซิไดซ์หรือการกัดกร่อน และทำให้เส้นลายทองแดง ข้อต่อบัดกรี แพด หรือชิ้นส่วนที่เปิดโล่งไม่สามารถทำงานได้ตามปกติ

• มาตรการฉุกเฉินข้อที่ 3หากแผงวงจรและชิ้นส่วนถูกปกคลุมไปด้วยฝุ่นจำนวนมาก การไหลเวียนของอากาศและการระบายความร้อนจะได้รับผลกระทบ ทำให้แผงวงจรพิมพ์ร้อนเกินไปและเสื่อมสภาพ

ข้อบกพร่อง#5: จุดเปิดบนแผงวงจรพิมพ์ (PCB)

• มาตรการฉุกเฉินเมื่อเส้นลายวงจรถูกตัดขาดหรือมีเพียงครีมประสานที่คงอยู่บนแผ่นรองบัดกรีแทนที่จะอยู่บนเส้นลายของชิ้นส่วน อาจทำให้เกิดวงจรเปิดได้ นอกจากนี้ วงจรเปิดยังอาจเกิดขึ้นได้ในระหว่างกระบวนการผลิตหรือกระบวนการบัดกรี สาเหตุของการขาดของเส้นลายวงจรเกิดจากการบิดงอของแผ่นวงจร การตกหล่น หรือการเสียรูปทางกล ในทำนองเดียวกัน สาเหตุทางเคมีหรือความชื้นก็สามารถทำให้บัดกรีหรือชิ้นส่วนโลหะสึกกร่อน ซึ่งอาจทำให้เส้นลายของชิ้นส่วนขาดได้

ข้อบกพร่องที่ 6: ความหลวม หรือการวางชิ้นส่วนผิดตำแหน่ง

• มาตรการฉุกเฉินในกระบวนการรีโฟลว์โซลเดอริง อุปกรณ์ชิ้นเล็กอาจลอยอยู่บนบัดกรีที่หลอมละลายและเคลื่อนห่างออกไปจากจุดบัดกรีเป้าหมายอย่างสิ้นเชิง ความหลวมตัวหรือการวางตำแหน่งผิดของอุปกรณ์บนแผงวงจรพิมพ์ (PCB) อาจเกิดจากการรองรับแผงวงจรที่ไม่เพียงพอ การตั้งค่ากระบวนการรีโฟลว์โซลเดอริงที่ไม่เหมาะสม เนื้อบัดกรี หรือข้อผิดพลาดในการปฏิบัติงาน

ข้อบกพร่องที่ 7: ข้อบกพร่องในการบัดกรี

• มาตรการฉุกเฉิน #1การรบกวนจากภายนอกอาจทำให้บัดกรีเคลื่อนที่ก่อนการแข็งตัว ซึ่งคล้ายกับการบัดกรีเย็น ข้อบกพร่องนี้สามารถแก้ไขได้ด้วยการให้ความร้อนซ้ำเพื่อปรับแก้ และจุดบัดกรีควรอยู่ห่างจากการรบกวนภายนอกในระหว่างการเย็นตัว

• มาตรการฉุกเฉิน #2. การบัดกรีเย็น (Cold soldering) ก็เป็นหนึ่งในข้อบกพร่องการบัดกรีที่พบได้บ่อยเช่นกัน การบัดกรีเย็นมักเกิดขึ้นเมื่อบัดกรีไม่ถูกหลอมละลายอย่างถูกต้อง ทำให้พื้นผิวหยาบและการเชื่อมต่อไม่น่าเชื่อถือ ปริมาณบัดกรีที่มากเกินไปจะขัดขวางไม่ให้หลอมละลายได้อย่างสมบูรณ์ ซึ่งเป็นอีกสาเหตุหนึ่งของการบัดกรีเย็น มาตรการฉุกเฉินเพื่อแก้ไขข้อบกพร่องนี้คือการให้ความร้อนที่จุดเชื่อมต่อซ้ำอีกครั้งเพื่อกำจัดบัดกรีส่วนเกินออก

• มาตรการฉุกเฉินข้อที่ 33. ข้อบกพร่องที่สามที่พบในการบัดกรีคือการลัดวงจรด้วยตะกั่ว (bridging) ซึ่งหมายถึงกรณีที่ตะกั่วบัดกรีไหลมารวมกันจนทำให้สองเส้นทางเชื่อมต่อถึงกัน การลัดวงจรด้วยตะกั่วอาจทำให้เกิดการเชื่อมต่อที่ไม่คาดคิด การลัดวงจร ความเสียหายของชิ้นส่วน หรือการไหม้ของลายวงจรเมื่อมีกระแสไฟฟ้าสูงไหลผ่าน

• มาตรการฉุกเฉินข้อที่ 44. ข้อบกพร่องประการที่สี่ที่เกี่ยวข้องกับการบัดกรีบนแผงวงจรพิมพ์ (PCB) คือการเปียกไม่เพียงพอของขา (pins) หรือขาเชื่อมต่อ (leads) ซึ่งเกิดจากปริมาณตะกั่วบัดกรีที่มากเกินไปหรือน้อยเกินไป นอกจากนี้ แผ่นรองบัดกรี (pad) อาจยกตัวสูงขึ้นเนื่องจากความร้อนสูงเกินไปหรือการบัดกรีที่หยาบไม่เรียบร้อย

แหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์
•การเปรียบเทียบความน่าเชื่อถือระหว่างรอยประสานบัดกรีแบบมีตะกั่วและไร้ตะกั่ว
•มาตรการที่มีประสิทธิผลสำหรับการควบคุมคุณภาพของข้อต่อบัดกรีแบบบอลกริดอาร์เรย์ (BGA)
•การเปรียบเทียบระหว่างการบัดกรีแบบคลื่นและการบัดกรีแบบรีโฟลว์
•การเปรียบเทียบระหว่างกระบวนการผลิตการบัดกรีด้วยตะกั่วและการบัดกรีปลอดตะกั่วใน PCBA