Dominando la Solución de Problemas en PCB: Guía Definitiva para Identificar y Reparar Fallos Comunes

En la resolución de problemas de PCB, es común que una fracción de PCB fabricados fallen en pruebas de control de calidad. Por tanto, la solución de problemas (troubleshooting) suele ser la única forma de recuperarlos. El troubleshooting de PCB es, por tanto, una medida crucial de ahorro de costes en la fabricación de electrónica PCB.

Sin embargo, a veces puede ser más fácil o barato desechar el dispositivo defectuoso o reemplazarlo por uno nuevo. Eso plantea muchas preguntas sobre el alcance del troubleshooting de PCB.

Para empezar, tu experiencia con el troubleshooting determina lo que puedes lograr. Quienes están cerca del origen de la curva de aprendizaje tendrán más dificultades con las opciones de troubleshooting.

Este dossier es una visión interna del troubleshooting de PCB, para ayudarte a suavizar tu camino por la curva de aprendizaje. Revela insights sobre el alcance del troubleshooting, para ayudarte a tomar las decisiones correctas sobre un PCB defectuoso.

Solución de Problemas en PCB

Visión General del Troubleshooting en PCB

La calidad de un dispositivo PBC depende del grado de precisión con que dispensa sus funciones. Pero los inputs humanos en sus procesos de fabricación pueden engendrar caballos de Troya.

Los errores humanos son habitualmente las causas raíz de defectos en PCB. Algunos incluyen componentes soldados incorrectamente, uso de voltajes inapropiados, etc. Sin embargo, hay otros defectos que no son resultado directo de error humano, como la degradación de componentes.

Pero algo común en ambos conjuntos de errores es que la mayoría de estos defectos suelen ser difíciles de descifrar. En tales instancias, las técnicas de troubleshooting te ayudan a desbloquear insights.

Alcance de Problemas que el Troubleshooting de PCB Aborda

Las operaciones de electrónica PCB giran en torno a la electricidad, que es el flujo de electrones de un nivel a otro. Las funciones de la electrónica PCB se basan en la regulación de voltaje y corrientes dentro de la placa.

Los elementos que dotan a un PCB de tales atributos regulatorios incluyen resistencias, condensadores, inductores y cableado soldado. Sin embargo, daños por picos de voltaje y torrentes de sobrecorriente pueden alterar el patrón de flujo de electrones en la placa.

La mayoría de defectos resultantes de tales disrupciones se conocen como fallos intermitentes.

Factores que Determinan Qué Técnica de Troubleshooting es Más Efectiva

El número de capas, el tamaño, el rango de componentes, etc., influyen en la viabilidad de una técnica de troubleshooting usada. Placas altamente sofisticadas probablemente requerirán troubleshooting con equipo especial.

Sin embargo, el equipo eléctrico básico te ayudará a resolver PCB con éxito la mayoría de las veces. Porque, generalmente, los PCB son bastante fáciles de troubleshooting. Por tanto, te resultará fácil troubleshooting un PCB promedio sin herramientas avanzadas.

Una de las herramientas más dinámicas para troubleshooting PCB es el multímetro. Sin embargo, en casos altamente complejos, podrías necesitar equipo avanzado como analizador lógico, osciloscopio y medidor LCR.

Estas herramientas desbloquean insights sobre comportamientos operacionales y mapeo de un PCB.

¿Interesado en aprender más sobre cómo las herramientas de troubleshooting revelan mapeo y operaciones de PCB? El próximo capítulo profundiza en esto.

Mapeo de PCB y Troubleshooting

Importancia del Mapeo de PCB en el Troubleshooting

Una placa PCB típica consiste en una red de pistas de cobre e aislantes que conectan grupos de componentes en una placa de circuito. Una razón por la que algunos PCB son más fáciles de troubleshooting que otros es la disponibilidad del esquemático del PCB.

Es más fácil hacer troubleshooting si ya tienes clara comprensión de su flujo de corriente, señales y pistas. Es esencial saber qué condensador se empareja con qué resistencia para hacer troubleshooting.

Entender la posición del divisor de voltaje, filtro y choke en el PCB también es esencial, pero si no entiendes la configuración del PCB, lo mejor es empezar el troubleshooting por los conectores.

Los conectores son la interfaz desde la que inputs erróneos del entorno externo entran en el PCB. Tales inputs pueden resultar en picos de voltaje, torrentes de sobrecorriente, etc. Sin embargo, necesitas dominar el mapeo de PCB para hacer troubleshooting sin acceso a los esquemáticos. Si no lo haces, puede llevar mucho tiempo rastrear la configuración.

Cómo Mapear un PCB

Una forma de empezar troubleshooting sin entender los esquemáticos es usar sondas de multímetro estándar. Sin embargo, esto puede ser tedioso, pues necesitarás probar cada unión soldada con la sonda.

Una forma más natural de rastrear el PCB es usando un trozo de aluminio. Esta técnica permite buscar conexiones PCB sobre un área más amplia por tiempo, minimizando tiempo y esfuerzo. Necesitas un multímetro, cables con pinzas de cocodrilo, un trozo de papel de aluminio y un cortaalambres.

Empieza pelando 2 cm del cable en un extremo y 4-5 cm en el otro. Envuelve el papel de aluminio alrededor del cable. Luego conecta el cable del papel al cable del multímetro. Envuelve el papel alrededor de uno de tus dedos, y luego toca el segundo cable del multímetro con ese dedo.

Deberías obtener una medición de resistencia de 0 ohmios. Sin embargo, si la lectura supera 15-20 ohmios, necesitas repetir la operación de enfundado.

Tras completar con éxito, usa la sonda del multímetro para tocar la placa en una ubicación a la vez. Por tanto, pon tu dedo en el papel y toca la parte soldada del ensamblaje. Así puedes cubrir más áreas rápidamente. Cuando el multímetro pita, significa que has encontrado una pista que conecta componentes.

Ahora que sabes mucho sobre mapeo de PCB, deberías estar listo para aprender los pasos de troubleshooting.

Cómo Hacer Troubleshooting

Aquí están algunos pasos cruciales que debes tomar primero al hacer troubleshooting a un PCB:

Inspección Visual

Realiza una inspección visual de la placa para identificar componentes quemados, grietas y uniones secas. Es una de las formas más fáciles de troubleshooting sin alimentación.

Una buena lupa es herramienta crucial para inspección visual ya que puede haber pequeños daños físicos.

Aprenderás más sobre inspección visual en capítulos posteriores.

Inspección Física de la Fuente de Alimentación

Si la inspección visual no lleva a hallazgos significativos, es hora de verificar la fuente de alimentación. Debes asegurar que el circuito integrado (IC) recibe los niveles apropiados de alimentación.

Niveles inapropiados de alimentación al IC pueden causar sobrecalentamiento o sobrecarga en la placa. Puedes rastrear fácilmente dónde altos voltajes pudieron causar daños simplemente tocando la superficie y componentes del PCB.

Al tocar varias partes del circuito, también alteras la impedancia del circuito. Como esto altera los comportamientos del sistema, puede ayudarte a rastrear las partes que necesitan capacitancia adicional.

Puedes usar aire comprimido en lata para enfriar un punto caliente y probar si el componente funciona correctamente. Sin embargo, debes tomar precauciones al hacer esto.

Una precaución durante la inspección física es asegurar que tocas el PCB con una mano a la vez. Eso evita descargas eléctricas que lleguen al corazón causando shocks fatales. Una buena práctica es mantener una mano en el bolsillo mientras tocas un circuito vivo.

Otra precaución crítica es bloquear cualquier camino potencial a tierra para la corriente para prevenir shocks. Estos caminos incluyen tus pies descalzos, así como una correa de puesta a tierra no resistiva.

Prueba Explícita de Componentes

Esta es la etapa donde empezarás a usar herramientas de test. Primero, mide los voltajes de alimentación en toda la placa.

Después, mide voltajes en varias partes del circuito para identificar cualquier parte con voltajes inapropiados. El diagrama de circuito será útil en esta etapa.

Ahora que conoces algunos pasos necesarios para troubleshooting PCB, quizás quieras saber cuál es el mejor paso. Descubre los mejores pasos en el próximo capítulo.

Las Mejores Formas de Hacer Troubleshooting en PCB

Análisis Nodal

La mejor técnica de troubleshooting de PCB es probar componentes usando análisis nodal. Esta técnica permite testar el PCB sin alimentar la placa. Solo necesitas aplicar alimentación al componente particular que quieres testear cada vez. El objetivo es medir el voltaje aplicado y la respuesta de corriente del componente.

El análisis nodal implica medir sistemáticamente los voltajes en nodos específicos para compararlos con el voltaje de un nodo de referencia. Este nodo de referencia se selecciona aleatoriamente de los diversos nodos en la placa. La técnica implica aplicar la LCK (Ley de Corrientes de Kirchhoff) para determinar la diferencia entre voltajes de nodos en términos de corrientes de rama.

La diferencia entre voltajes nodales se determina por un sistema de ecuaciones que describen las operaciones del circuito. Puedes determinar rápidamente la respuesta de corriente en un nodo una vez que has averiguado la ecuación.

Habrá un total de N-1 ecuaciones independientes que producen voltajes de nodo ya que un nodo sirve como nodo de referencia. Luego puedes aplicar la ley de Ohm a los voltajes de nodo medidos para descifrar las corrientes en el circuito.

Cómo Implementar Análisis Nodal

1. Identificar el número de nodos, luego elegir y etiquetar el nodo de referencia. La regla general es seleccionar un nodo que conecte el mayor número de elementos, fuentes de voltaje o nodo asimétrico.
2. Asignar cada voltaje desconocido de un nodo con una variable. Luego expresar el voltaje desconocido respecto a los conocidos.
3. Escribir ecuaciones que expresen el valor de fuentes secundarias respecto a voltajes de nodo.
4. Escribir una ecuación LCK para cada nodo reduciendo la corriente saliente del nodo a cero. La LCK sostiene que la suma algebraica de todas las corrientes fluyendo dentro y fuera de un nodo es cero. Usa la LCK para determinar las variables desconocidas.
5. Para fuentes de voltaje entre dos voltajes desconocidos, combinar los dos nodos en un supernodo y expresar en una sola ecuación.

Problemas de PCB y Cómo Solucionarlos

Los errores son casi inevitables en los procesos de diseño y fabricación de PCB. Sin embargo, estos son problemas comunes que puedes resolver rápidamente. A continuación, un repaso de los tres problemas más comunes y cómo superarlos:

Despeje Defectuoso Cobre-a-Borde

El cobre tiene excelentes propiedades conductoras. Sin embargo, suele recubrirse con otros materiales porque es fácilmente susceptible a corrosión y desgaste.

Sin embargo, durante el recorte, el recubrimiento en un ajuste de cobre cercano al borde puede ser afeitado. Puede resultar en numerosos defectos en la electrónica PCB. Esta exposición puede incluso llevar a shocks eléctricos cuando alguien toca el PCB directamente.

Una forma fácil de evitar este problema es asegurar espacio adecuado entre el cobre y los bordes de la placa. Este espacio se conoce como despeje cobre-a-borde o placa-a-borde.

Interferencia Electromagnética por Operaciones de Relé Midget

Los PCB producen descargas de arco al cortar altas corrientes, lo que da lugar a relés midget que producen interferencia electromagnética. Esta interferencia puede causar que un CPU se reinicie frecuentemente, así como decodificadores que producen señales erróneas.

Puedes resolver esto mejorando las capacidades anti-interferencia del CPU o reduciendo la fuente de interferencia.

Trampas de Ácido

Los ácidos llenan ángulos agudos en un PCB durante el proceso de grabado. Los ácidos atrapados pueden comerse la placa y causar defectos. Las trampas de ácido son muy comunes, y suelen ser uno de los principales errores abordados por una comprobación DFM.

Técnicas de Troubleshooting en PCB

Inspección Visual

Es una de las técnicas de troubleshooting más cómodas y efectivas. Gira en torno a buscar marcas de quemado marrón que resultan de componentes sobrecalentados.

La inspección visual también busca identificar malas uniones de soldadura. Una buena unión soldada aparece típicamente lisa y brillante. Una unión de aspecto mate puede indicar una unión seca. Una unión seca causa contacto débil en la unión soldada, alterando la conducción del circuito.

A veces, la unión seca y marcas de quemado pueden ser invisibles a simple vista. Una lupa puede ayudarte a identificar daños que escapan al ojo desnudo. Una lupa es, por tanto, una herramienta esencial de troubleshooting PCB.

Comparación de Placas de Circuito

Esta es otra técnica rápida y altamente efectiva. Implica una comparación rápida de placas defectuosas con buenas. Esta comparación se hace inspeccionando los puntos de referencia de ambas placas usando un multímetro y comparando los valores obtenidos.

Prueba de Componentes Discretos

Es una de las técnicas más efectivas porque implica testar cada componente. Estos incluyen condensador, resistencia, LED, diodo y otros componentes activos discretos.

Puedes usar multímetro o medidor LCR para esta técnica. El método de análisis nodal descrito antes es también otra variación de esta técnica.

El objetivo es identificar componentes con valores superiores a su valor nominal. Tales valores superiores suelen ocurrir por sobrecalentamiento, mala soldadura o defecto inerte en el componente.

Sondeo de Señales

Esta técnica requiere comprensión clara del circuito para identificar el punto de prueba de señal e interpretar resultados. El sondeo de señales suele implicar pruebas de voltaje usando multímetro de mano, así como captura de forma de onda usando osciloscopio.

En la prueba de voltaje, un nivel de voltaje más bajo indica fuga en el circuito integrado. La captura de forma de onda, que muestra cómo cambian las señales, proporciona más información que la prueba de voltaje.

Ahora sabes mucho sobre las técnicas de troubleshooting más usadas. Sin embargo, ¿qué puedes lograr con toda esta información?

Conclusión

El troubleshooting de PCB requiere atención al detalle, determinación y foco. El método y herramientas más efectivos dependen del nivel de complejidad del PCB y de tu experiencia.

Con una amplia experiencia, puedes hacer troubleshooting rápidamente a casi cualquier tipo de PCB sin usar herramientas avanzadas. Sin embargo, si careces de herramientas o experiencia para hacer troubleshooting a un PCB, es esencial contactar expertos en el campo para no causar más daño.