Protección contra cortocircuitos:lo que necesita saber

Las fallas de PCB pueden ocurrir en una conexión eléctrica entre elementos debido a muchas razones. Por ejemplo, la velocidad de funcionamiento de las PCB ha aumentado drásticamente, lo que ha dado lugar a un diseño de PCB más complejo y circuitos más densos. Como resultado, han surgido muchos problemas de fabricación, considerados un gran problema para los fabricantes de PCB.

Este artículo discutirá las razones comunes de las fallas de PCB, la protección contra cortocircuitos en el diseño de circuitos de PCB y evitará ambos. Además, presentamos una breve guía sobre la prevención de cortocircuitos en el diseño de circuitos de PCB y cómo los diseñadores pueden reducir la posibilidad de protección contra cortocircuitos de PCB.

1. Las razones comunes de las fallas de las placas de circuito impreso

1.1 Protección contra cortocircuitos –Placa de circuito quemada

En la fase de producción, los PCB suelen pasar por varios pasos de fabricación que implican la aplicación de altas temperaturas. Es crucial no exponer los PCB a temperaturas extremas, ya que puede causar daños severos a los componentes electrónicos de los circuitos. Cada uno de los componentes electrónicos integrados en la PCB tiene una temperatura específica para soportar sin quemarse. Estos componentes son muy propensos a dañarse debido a temperaturas no reguladas. Otra cosa a tener en cuenta es que cada componente debe tener suficiente espacio a su alrededor para evitar quemaduras por sobrecalentamiento.

1.2 Protección contra cortocircuitos:componentes mal fabricados

La necesidad de producir una cantidad abrumadora de piezas microelectrónicas en un tiempo limitado ha hecho que sea un desafío garantizar la alta confiabilidad de los componentes de PCB. Los defectos de fabricación obvios en las PCB son fallas de conexión, flujo residual y mala soldadura, que pueden ser una fuente molesta de problemas más adelante. Eso a menudo deja a los fabricantes de PCB sin más opciones que aumentar sus técnicas de validación para garantizar productos finales de alta calidad.

1.3 Protección contra cortocircuitos:factores ambientales

Como se mencionó anteriormente, los PCB contienen componentes electrónicos que suelen ser de tamaño pequeño. Además, estos componentes electrónicos (p. ej., circuitos integrados) son sensibles al entorno circundante y son vulnerables a cambios imprevistos en la temperatura, la humedad y los niveles de polvo. Por ejemplo, los cambios de temperatura inesperados pueden provocar que se envuelva la placa PCB y las uniones soldadas. Una cantidad excesiva de polvo no permitirá que la PCB se enfríe adecuadamente, lo que provocará problemas de sobrecalentamiento.

1.4 Protección contra cortocircuitos —Revestimiento de vacíos

Para habilitar productos potentes y de alta velocidad, los fabricantes de PCB prefieren usar PCB multicapa con muchos componentes. Los PCB multicapa juegan un papel fundamental en los sistemas electrónicos; podemos pensar en ello como múltiples PCB unidos. En general, interconectamos las capas múltiples de PCB mediante orificios pasantes enchapados (PTH) y vías enterradas/ciegas. Desafortunadamente, esto puede fallar rápidamente porque la penetración de la PTH suele ser mayor que la de la vía ciega y enterrada. El estado y la precisión de la PTH indudablemente afectan la confiabilidad de las PCB, incluso el rendimiento de todo el producto final.

1.5 Protección contra cortocircuitos —Falta máscara de soldadura entre pads

Es fundamental aislar las trazas de cobre en las PCB para evitar el contacto accidental con otros materiales conductores. Por lo tanto, normalmente formamos una capa de soldadura (máscara) sobre la capa de cobre de la PCB para que actúe como una capa de aislamiento. Esta capa de aislamiento también es útil para prevenir la corrosión y proteger la placa de otros cambios ambientales. Por almohadillas, nos referimos al espacio de metal que deja al descubierto la placa de soldadura, a la que se unen los componentes de la placa de circuito impreso. Es posible que falte la máscara aislante de soldadura entre las almohadillas, lo que da como resultado puentes de soldadura entre las clavijas. Uno de los problemas comunes que surgen de esto es la formación de cortocircuitos y corrosión.

2. Protección contra cortocircuitos:cómo evitar fallas en las placas de circuito impreso

Podemos eludir los defectos de la placa de circuito impreso resultantes de la contaminación limpiando la placa adecuadamente después de la perforación. Además, podemos evitar fallos en la perforación siguiendo las normas de perforación recomendadas por el fabricante. Tratar con una empresa de PCB con experiencia puede evitar que tengamos estos dos problemas. En el proceso de formación de la máscara de soldadura, pueden aparecer finas cuñas de cobre. Esto generalmente se detecta mediante una prueba DFM y se puede evitar asegurándose de que cada sección tenga un ancho mínimo.

En productos de PCB complejos con varias capas, debemos verificar que las capas estén correctamente alineadas siguiendo los estándares aceptables para el tipo de placa que se utiliza, ya que de no hacerlo, se abren y se producen cortocircuitos que afectan la funcionalidad del producto.

3. Protección contra cortocircuitos en el diseño de circuitos de PCB

El término cortocircuito se refiere a un evento en el que la corriente eléctrica pasa a través de un camino no deseado con una resistencia casi nula, lo que resulta en un exceso de flujo de corriente eléctrica en el circuito. En las PCB, los cortocircuitos ocurren cuando dos conductores se conectan sin querer, lo que hace que se mezclen señales no relacionadas o, lo que es peor, que se dañe la conexión.

Podemos identificar los cortocircuitos a simple vista si el cortocircuito se produce entre dos cables gruesos; sin embargo, en muchos casos, es difícil identificar los cortocircuitos, especialmente si los cables son muy pequeños. En las PCB producidas a máquina, los cables son diminutos y necesitamos usar técnicas más avanzadas para detectar fallas de cortocircuito.

4. Cómo prevenir en el diseño de circuitos de PCB

Desafortunadamente, detectar cortocircuitos en PCB producidos a máquina puede ser un verdadero dolor de cabeza para los fabricantes. ¡Toma mucho tiempo y puede costar más que toda la placa PCB ensamblada! Los cortocircuitos son un tipo de problema que no puede tener una probabilidad de ocurrencia cero.

En otras palabras, no podemos evitarlo, pero podemos utilizar prácticas preventivas para reducir su probabilidad de ocurrencia. Para detectar defectos de cortocircuito, podemos utilizar métodos de inspección por rayos X. Sin embargo, es posible que estos métodos de prueba no se utilicen en las pruebas de producción, ya que requieren mucho tiempo. Además, incluso si se produce un cambio en la forma de una bola de soldadura, las señales lógicas pueden propagarse como se esperaba.

Por lo tanto, puede ocurrir algo excesivo en las pruebas. También podemos utilizar un método de examen de exploración de límites, ya que los cortocircuitos pueden generar señales lógicas defectuosas. Sin embargo, es difícil estimar los efectos defectuosos. Por lo tanto, incluso si se usa el método de prueba para detectar estos defectos, es posible que no se detecten. Además, puede resultar difícil localizar los cables conectados.

Por otro lado, las pruebas eléctricas posteriores a la producción son uno de los mejores métodos de verificación para detectar cortocircuitos. No solo identifica cortocircuitos, sino que también revela errores que se originaron en el diseño. Este tipo de prueba generalmente se realiza con sondas voladoras.

Siempre debemos tener en cuenta que los métodos de prueba de PCB no tienen una precisión del 100% y los cortocircuitos pueden escapar de los procedimientos de prueba. Sin embargo, probar la PCB siempre es beneficioso y evita que las PCB dañadas se ensamblen y se envíen a pasos avanzados.

Un procedimiento normal asegura que usted tenga una política de reembolso con su fabricante que garantiza que se le reembolse cuando la placa de circuito impreso no supere las pruebas eléctricas.

5. ¿Cómo pueden los diseñadores reducir la posibilidad de protección contra cortocircuitos de PCB?

En general, podemos suponer que las fallas de PCB causadas por defectos de cortocircuito son una falla del proceso de producción de PCB. Sin embargo, los diseñadores pueden seguir procedimientos de diseño preventivo para reducir la probabilidad de estas fallas.

Lo más probable es que encontremos cortocircuitos en diseños de PCB sofisticados, incluidos numerosos componentes. Como resultado, permitir un mayor espacio entre las conexiones de cobre y los pads es una de estas acciones preventivas, pero a veces esto no es posible debido a las limitaciones del diseño.

Los diseñadores pueden usar un software de diseño avanzado para establecer reglas de espacio libre y modificar los espacios mínimos permitidos antes de decidir completar el proceso de diseño y enviarlo a fabricación.

Conclusión

La densidad de los procedimientos de diseño y producción de PCB significa que hay muchas posibilidades de que surjan defectos de PCB. Algunos de estos problemas se deben a errores de diseño, como espacios libres o espacios inadecuados entre los componentes, que pueden afectar negativamente las funciones de las PCB finales. Otros pueden provenir de errores en el proceso de producción, como fallas de perforación o sobregrabado, que pueden ser muy costosos y catastróficos y consumir mucho tiempo.

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