なぜ PCB の 93% が失敗するのでしょうか?あなたのボードは保護されていますか?

私はこのパターンを何度も見てきました。PCB はベンチでは正常に見えますが、現場では故障し、製品全体に問題が発生し始めます。それがほとんどのチームが直面している問題点です。ボードは簡単なチェックに合格する場合があります。デザインがすっきりして見えるかもしれません。サンプルは最初はうまく機能するかもしれません。そして実際に使用し始めると、熱が上がり、振動が発生し、湿気が侵入し、小さなミスが故障につながります。なぜこれほど多くの PCB が故障するのかと尋ねられると、私は通常、「基板が故障する理由は 1 つではない」と単純に答えます。いくつかの小さなリスクが同じ時点で重なるため、失敗します。私は問題をいくつかの部分に分割するのが好きです。よくある理由の 1 つはレイアウトが悪いことです。トレース間隔が狭すぎる場合、リターン パスが弱い場合、または高速回線がノイズの多い部品の近くにある場合、ボードが不安定になる可能性があります。私はかつて、モーター負荷の近くでリセットを繰り返す制御基板をレビューしました。根本的な原因はファームウェアではありませんでした。このレイアウトでは、ノイズの多い電力経路の隣に敏感な信号が配置されていたため、サージが発生するたびに信号が不安定になりました。熱も大きな理由です。 PCB は涼しい実験室では丈夫に見えても、密閉された箱の中で長時間使用すると故障することがあります。レギュレーターがプロセッサーに近すぎて、その周囲の銅に黒い跡が付いている製品を開いたことがあります。ボードは一度に失敗したわけではありません。弱い部分があきらめるまでストレス下で老化しました。はんだ付け不良もトラブルの原因となります。コールド ジョイントは簡単なテストに合格しても、後で失敗する可能性があります。チップの下にある小さな空隙により、ランダムなエラーが発生する可能性があります。現在はしっかりしていると感じられるコネクタでも、プラグ サイクルを繰り返すと緩む可能性があります。故障したボードを検査すると、チップではなく接合部分で問題が発生していることがよくわかります。素材の選択も重要です。安価なラミネート、弱い仕上げ、または低品質のコンポーネントは耐用年数を短くする可能性があります。湿気の多い場所でボードが使用され、露出した銅の近くで表面腐食が始まっているのを見たことがあります。あるケースでは、低コストのボードが短期間の試用では動作しましたが、湿気の多い倉庫に保管した後に故障しました。ボードが作業環境に適合しませんでした。電源設計により、PCB が故障に陥る可能性もあります。電源ツリーが不良であると、リップル、ノイズ、または不均一な起動動作が発生する可能性があります。電源が処理できる以上の電流をボードが消費すると、部品が熱くなり、消耗が早くなります。保護が弱い場合、小さなサージによってトレース、IC、またはコネクタが損傷する可能性があります。テストのギャップにより、別の隠れたリスクが生じます。基本的な電源投入テストしか受けていないボードでも、弱点が隠れている可能性があります。私は単一の合格テストを信用してはいけないことを学びました。 PCB にはストレス チェック、熱チェック、コネクタ チェックが必要です。実際の使用は、工場での迅速な運転よりも困難です。失敗を減らしたいときは、まず設計のレビューから始めます。トレースの幅、間隔、接地、コンポーネントの配置をチェックします。ホットスポットを探します。熱はどこに移動するのかと尋ねます。どの部分にスパイク電流が流れるのかを尋ねます。ボードにほこりや湿気が付着したり、長時間実行するとどうなるのかと尋ねます。私はまた、よりクリーンなアセンブリ管理を推進し​​ます。はんだペーストは均一でなければなりません。リフロープロファイルは部品と一致する必要があります。検査ステップでは、ブリッジ、開口部、弱い接合部を検出する必要があります。組み立て時の小さな欠陥は、後で現場での返品となる可能性があり、コストは急速に増大します。それからは環境にも力を入れています。ボードが高温になる場合は、それに対応できるパーツを選択します。湿気にさらされる場合は、コーティングとシーリングに細心の注意を払います。振動の近くに設置される場合は、弱いコネクタや貧弱な機械的サポートを避けます。ラボの条件が顧客の現場と一致するとは限りません。通常はそうではありません。簡単な例が思い浮かびます。以前、お客様が小型産業機器に使用されている基板を持ってきてくれました。このデバイスは短いデモでは動作しましたが、工場で数週間使用した後に故障しました。取締役会はコミュニケーションを失い続けました。私は 3 つの弱点を発見しました。信号線がスイッチング ノードに近づきすぎていること、レギュレータ領域が熱くなっていること、コネクタにストレイン リリーフがないことです。それぞれの問題は些細なものに見えました。それらは共に失敗を生み出しました。レイアウトが変更され、熱が信号経路から移動し、コネクタが適切にサポートされるようになると、返品率が大幅に低下しました。だからこそ、私は決して急いで一部を責めることはありません。チェーン全体を見ていきます: 設計資料のアセンブリ テスト環境の使用例 1 つのリンクが弱い場合、ボード全体がその代償を負います。私の実践的なアドバイスはシンプルです。リリース前にレイアウトを確認してください。ビルド前に熱経路を確認してください。室内での使用だけでなく、負荷をかけてテストしてください。実際の環境に適合する部品を選択してください。はんだ付けと検査は、最終チェック項目としてではなく、信頼性の一部として扱います。また、私はチームに失敗ログを記録するように指示しています。すべての悪いボードは何かを教えてくれます。 1 つの不良コネクタがショックを引き起こしている可能性があります。 1 つの焼けた痕跡が電流の流れを示している可能性があります。 1 つのランダムなリセットがノイズを示している可能性があります。これらの手がかりをうまく追跡すると、次のデザインがより良くなります。 PCB は魔法のように故障するわけではありません。設計の選択、材料の制限、組み立ての欠陥、作業条件が一致すると失敗します。早い段階でそれらの弱点を尊重すれば、後で多くの返品を避けることができます。これは私が自分の仕事に生かし続けている教訓であり、時間と労力の両方を節約できます。

PCB を見るとき、私は今日それが機能するかどうかだけを尋ねません。ほこり、湿気、熱、振動、取り扱いの後でも動作し続けることができるかどうかを尋ねます。多くのボードがここで失敗します。ボードは外側ではクリーンに見えても、内側ではリスクに直面している可能性があります。私は、ユニットが基本的なテストに合格した後、過酷な場所で数週間放置すると、はんだ接合部の腐食、弱いパッド、または小さな亀裂が見られるのを見てきました。問題は必ずしも回路設計にあるわけではありません。多くの場合、弱点は保護です。実用的な角度からプリント基板の保護をチェックします。私は理事会がどこに存続するかを検討します。ドライオフィスで使用される PCB は、工場のフロア、車両、海岸沿いの場所、または屋外ボックスの近くで使用される PCB とは大きく異なるニーズがあります。私は簡単な質問をします: - ボードは湿気にさらされますか? - 埃がたまりませんか？ - 人々は頻繁にそれを触るのでしょうか？ - 振動や繰り返しの動きに耐えられますか? - 熱源の近くに置きますか?答えがこれらのいずれかに「はい」であれば、ボードには基本的な仕上げ以上のものが必要であることがわかります。表面自体も見ていきます。保護された PCB には通常、メーカーが実際の使用を計画した兆候が見られます。私がチェックするのは以下の点です: - 露出した領域のコンフォーマルコーティング - 部品間のきれいな間隔 - 必要に応じて密閉されたコネクタ - 適切なエッジ処理 - フラックスや汚れが残っていないか - 覆われたままにしておくべき場所に地金がない 基板は、非常に小さな細部が原因で故障する可能性があります。残留物の薄い層は湿気を保持することができます。コネクタの周囲に隙間があると、埃がたまる可能性があります。コーティングラインが弱いと、角が開いたままになり、損傷を受ける可能性があります。心に残ったある事件を思い出します。小型の制御盤が荷積みドックの近くで使用されていました。ボードは最初はうまく機能しました。数週間後、チームはランダムな障害を確認し始めました。基板をチェックしたところ、コネクタ付近に軽度の腐食が見られ、数本のピンの周囲に埃が溜まっていました。基板の設計は悪くありませんでした。その設定が保護されていなかっただけです。洗浄し、弱点を密閉し、露出した領域にコーティングを追加した後、故障率は低下しました。この例から、保護は PCB が実際に使用される場所に一致する必要があるという単純なルールを学びました。 PCB が本当に保護されているかどうかを知りたい場合、私は基本的なチェック リストを使用します。 - 十分な光の下で基板を検査します。 - コーティング、シーリング、きれいな仕上がりを求めます。 - 保護がユースケースに適合しているかどうかを確認します。 - ボードの保管と発送方法を質問します。 - 基板が熱、埃、湿気にさらされているかどうかを確認します。 - 保護方法が修理やテストを妨げないことを確認します。工場段階だけでなく、製品の寿命全体についても考えています。パッケージが弱い場合、ボードは良好な状態で生産されても、損傷した状態で到着する可能性があります。保護された PCB は、輸送、保管、組み立て、日常使用中に安全に保たれる必要があります。私の見解は単純です。本当の保護はラベルではありません。これは、PCB が通常の使用に耐えられるようにするための一連の小さな選択です。独自のボードをチェックする場合は、使用環境から始めて、表面を検査し、コネクタ、エッジ、露出部分の周囲の弱点を確認します。その後もボードにオープンなリスク領域がある場合、そのボードはまだ完全には保護されていません。真に保護された PCB は、ベンチでのテストに合格するだけではありません。現実世界がプレッシャーをかけても、その仕事を続けます。

PCB 作業でも同じ問題が何度も見られます。基板は最初は問題なく見えても、すぐに故障し、その理由を特定するのは必ずしも簡単ではありません。 PCB が「死ぬ」理由は 1 つだけではありません。私は通常、数日、数週間、または数か月にわたって蓄積された小さな問題が混在していることに気づきます。熱、湿気、不良なはんだ接合、弱いレイアウトの選択、基板の汚れ、不適切な保管、乱暴な取り扱い、不安定な電源はすべて PCB の寿命を縮める可能性があります。難しいのは、これらの問題は、ボードが動作しなくなるまで隠れたままになることが多いということです。私は以下の点に細心の注意を払っています。なぜなら、これらの点が私が目にする初期の PCB 障害のほとんどを説明しているからです。まず問題となるのは熱です。 PCB は高温領域でしばらく動作すると、トレース、パッド、はんだ接合部が急速に劣化し始めます。高熱により基板の材質が変化し、パワーデバイス、レギュレーター、ドライバー付近の部品にストレスがかかります。密閉されたボックス内の熱源に近すぎたために、小型の制御基板が早期に故障するのを見たことがあります。サーキットは初日から機能した。熱サイクルを繰り返すと、電源部品付近のはんだ接合部に亀裂が発生しました。ホットスポット、通気不良、部品が近づきすぎていないかをチェックします。ボードはきれいに見えても、日常使用では熱くなりすぎます。湿気もまた静かな敵です。水蒸気、湿った空気、結露は PCB にゆっくりとダメージを与える可能性があります。ボードが湿気の多い場所に置かれていると、表面に汚染がたまり、パッド間に漏れ経路が発生する可能性があります。露出した銅やコネクタピンから腐食が始まる可能性があります。私が見たあるケースでは、キッチン用品に使用されているボードが数ヶ月も蒸気にさらされた後に故障しました。損傷はメインチップ領域ではなく、コネクタ付近から始まりました。コーティング、シーリング、通気口の設計、保管条件を調べます。乾燥した作業場と湿気の多い倉庫では、PCB は同じように扱われません。汚れや残留物もトラブルの原因となります。基板上に残ったフラックス、ゴミ、油、金属の微粒子などにより弱点が生じる場合があります。これらは常に PCB をすぐに停止させるわけではありません。漏れ電流が増加し、絶縁が弱まり、偶発的な故障が発生する可能性があります。私は、小さな SMD パーツの下に残留物の薄い層が溜まってボードが故障するのを見てきました。ボードは基本的な電源投入チェックに合格しましたが、フィールドで不合格でした。基板を丁寧に洗浄し、ピッチの細かい部品やコネクタ、高圧ギャップ付近などを検査します。はんだ接合部の不良も一般的な原因です。ジョイントは通常の光の下では問題ないように見えても、まだ弱い場合があります。はんだがパッドを十分に濡らしなかった場合、または冷却中に部品が動いた場合、後で接合部に亀裂が生じる可能性があります。振動はこれをさらに悪化させます。熱サイクルも同様です。私は、車両内のボード、機械、使用中に揺れる工具などでこれをよく確認します。関節の鈍さ、リングの亀裂、パッドの浮き、動きの跡が見られる部品などを探します。 1 つの緩んだジョイントがボード全体を破壊する可能性があります。 PCB レイアウトが不適切な場合も寿命が短くなる可能性があります。電力経路が狭すぎる場合、熱緩和が弱い場合、グランドリターン経路が乱雑である場合、または部品が間違った場所に設置されている場合、基板は毎日ストレスを受けて動作する可能性があります。ボードはまだ機能しますが、悪い方向に機能します。それは重要です。高電流配線が負荷に対して細すぎるために、設計が早期に失敗するのを見たことがあります。熱が上がり、銅が老化し、基板の動作が不安定になり始めました。部品を責める前に、トレースの幅、銅の厚さ、間隔、熱の流れをチェックします。電力の品質は多くの人が考えている以上に重要です。電圧スパイク、リップル、不適切な接地、および突然の負荷変化により、PCB が急速に摩耗する可能性があります。ボードは、少量のノイズには耐えることができますが、ストレスが繰り返されると故障することがあります。これはモーター制御、照明、低コストの電源システムでよく見られます。入力段に近い部分が最初にヒットします。ボードだけでなく電源もテストします。入力電源が乱雑な場合、PCB はそれを感知します。取り扱いと保管にも役割があります。 PCB は、製品に届く前に損傷する可能性があります。静電気の放電、ボードの曲がり、指の油、パネルの落下、梱包不良などはすべて、すぐには現れない跡を残します。私はかつて、組み立て後にボードが正常に見えたバッチを処理しましたが、輸送中にパネルが曲がったために後で故障し始めたユニットもありました。ビア付近の小さな亀裂がトラブルの原因でした。私はボードを平らに保管し、乾いた状態に保ち、露出したパッドやピンに触れないようにしています。コンポーネントの選択によって、PCB の寿命も決まります。コンデンサの耐熱性が低い場合、コネクタが負荷に対して弱すぎる場合、または部品が限界近くで動作している場合、基板全体の劣化が早くなります。 PCB 材料だけでなく、チェーン全体を調べます。弱い部分がある強力なボードでも、やはり早期に失敗します。 PCB を長持ちさせたいとき、私は簡単なルーチンを使用します。 1) 最終組み立ての前に熱をチェックします。部品の配置、エアフロー、および高温のコンポーネントを調べます。 2) 湿気を避けて保管、輸送、使用中にボードを保護します。 3) 基板をよく洗浄し、フラックス、ゴミ、残留物を取り除きます。 4) はんだ接合部を綿密に検査する パッド、ピン、応力がかかっている部品を検査します。 5) レイアウトを見直し、電流経路、間隔、接地が適切であることを確認します。 6) 電源をテストして、リップル、スパイク、および不安定な負荷の動作を調べます。 7) 取り扱い中は基板を保護してください。静電気、曲げ、乱暴な梱包を避けてください。 PCB の寿命は、1 つの大きな間違いではなく、小さな細部によって決まることが多いことを学びました。メインチップが正常であっても、ボードはすぐに故障する可能性があります。問題は、熱、湿気、汚れ、接合部の弱さ、または電源の不足にある可能性があります。これらの隠れたリスクを早期に追跡し、製品がベンチから離れる前に修正すると、私はボードをより信頼します。 PCB を長持ちさせたいのであれば、失敗が自然に説明されるのを待つ必要はありません。ボードがまだ機能している間に、ストレス、ダメージ、弱点を探します。このアプローチにより、時間が節約され、再作業が削減され、現場で PCB をより長く存続させることができます。

同じパターンの PCB 障害が何度も発生します。ベンチのボードは問題ないように見えますが、その後フィールドが戻りスタートします。ユニットはテストで動作しますが、その後、熱、湿気、振動、または小さなプロセスギャップによって弱点が露呈します。そうなると、その代償は壊れた基板 1 枚だけでは決して済みません。やり直しには時間がかかります。遅延が広がりました。信頼が落ちます。私は、ボードがラインから離れる前に、こうした問題を阻止することを好みます。私がチェックするのはクレームの段階ではなく、設計の段階から始まります。 1. 故障リスクを考慮して回路レイアウトを見直します。 PCB は基本的なチェックに合格しても、隠れたトラブルを抱えている可能性があります。狭い間隔、弱い接地、貧弱な熱経路、熱源に近すぎる部品の配置を探します。ホット抵抗器の隣にパワーチップが搭載されたボードは、多くの場合、人々が予想するよりも早く劣化します。以前、倉庫のテストで小型の制御基板が空気の流れの少ないコネクタの近くにレギュレータが設置され、故障するのを見たことがあります。理事会は初日から活動した。熱サイクルを繰り返すと、その領域の周囲のはんだ接合部に亀裂が入り始めました。この修正は、より困難な修理計画ではありませんでした。修正によりレイアウトが改善されました。私が重視している点: - 明確な配線間隔 - 確実な接地パス - 電源部品付近の熱拡散 - コネクタ周囲の安全な配置 - 応力点を避けるシンプルな配線 2. 作業に適した材料を選択します PCB は銅とグラスファイバーだけではありません。ベースの材質、銅の重量、はんだマスク、表面仕上げはすべて安定性に影響します。ボードが熱や湿気にさらされたり、繰り返し使用されたりする場合、私はすべての素材を同等に扱いません。使用頻度の低い製品には、低コストの選択肢が適しています。モーターの近くや湿気の多い部屋で一日中動作するデバイスでは、同じ選択が失敗する可能性があります。実際のユースケースを見て、それにボードを合わせます。私はよく次のことを尋ねます: - ボードは熱くなりますか? - 湿気の多い場所に置きますか? - 振動や定期的な詰まりに直面することはありますか? - 製品には長い耐用年数が必要ですか?これらの答えは、いかなる販売上の主張よりも、ビルドを形作るものです。 3. はんだ付けの品質を早期に重視します PCB の問題の多くは、はんだ接合部から始まります。接合部は、弱い検査では正常に見えても、応力がかかると弱い場合があります。はんだの冷たさ、濡れの悪さ、不均一な熱はすべて、後で故障を引き起こす可能性があります。ペースト管理、リフロープロファイル、部品のリード状態には細心の注意を払っております。小さなエラーが積み重なると大規模な修復作業が発生する可能性があります。明らかな設計上の欠陥がない基板でも、電源コネクタの周囲の 1 つのはんだ接合が適切に形成されていないことが原因で失敗するのを見たことがあります。ユニットは基本テストに合格しましたが、数回プラグを差し込んだ後に故障しました。私のチェック項目は次のとおりです。 - ペースト量 - リフローのヒート パターン - 接合部の形状と光沢 - コネクタの強度 - ブリッジやボイドの兆候 4. 機能だけでなくストレスもテストします 電源が入る PCB は、使用に耐えられる PCB と同じではありません。現実の状況を反映したテストが必要です。ヒートサイクルテスト、振動チェック、湿度暴露、負荷テストにより、単純な電源投入テストでは見逃される弱点が明らかになります。基本的な質問が 1 つあります。このボードは通常の製品寿命を経た後も動作しますか?その質問によってテスト計画が変わります。それは私に、最初は合格か不合格かを超えて目を向けるよう促します。有用なチェックには以下が含まれます。 - 熱サイクル - 長時間実行テスト - 必要な場合の落下または振動チェック - コネクタ挿入サイクル - 実際の使用下での負荷テスト 5. 取り扱いと保管を検査します 故障の中には、製造中ではなく製造後に始まるものもあります。ボードは、顧客に届く前に湿気を吸収したり、ほこりが付着したり、ESD 損傷を受ける可能性があります。収納が不十分だと、優れたデザインが台無しになってしまいます。クリーンなボードが間違った場所に保管された後に故障するのを見てきました。箱は湿った場所に置かれており、はんだ付け中とその後の現場での使用中に問題の最初の兆候が現れました。問題は簡単でした。修正されたのはストレージ制御でした。 - ドライ梱包 - 保管温度 - 湿度管理 - ESD 安全な取り扱い - 輸送時の保護 6. 簡単に追跡できるサプライヤーのチェックが必要です PCB を購入またはレビューするとき、私は追跡可能な記録を好みます。どのような材料が使用され、どのようなテストが実行され、その基板がどのバッチから製造されたのかを知りたいです。障害が発生した場合、トレーサビリティにより原因をより迅速に見つけることができます。掲示板を追跡できないと、小さな問題が大規模な調査に発展することがよくあります。適切な記録は時間を節約し、推測を減らします。私が求めているのは： - 材料記録 - 検査報告書 - テスト結果 - バッチ識別 - 部品またはプロセスステップが変更された場合のメモの変更 どこに弱点があるかを教えてくれる失敗を待つことはありません。まだボードが交換しやすいうちにウィークポイントを探します。それが私が最も信頼している習慣です。これにより、作業がよりきれいになり、プロセスがより穏やかになり、製品がより安定します。 PCB 障害の防止を修理作業ではなく構築の一部として扱うと、最初から結果が良くなったと感じます。

荷重がかかって板が割れた日、私はつらい教訓を学びました。一見、被害は小さいように見えました。コーナーチップです。かすかな曲がり。無視しやすそうないくつかのマーク。その後、取締役会は弱体化し始め、問題は急速に広がりました。作業を中断し、部品を交換し、予定外の追加費用に対処しなければなりませんでした。だからこそ私は、表面が歪む前、エッジが割れる前、小さな問題が完全な故障に発展する前に、早い段階でボードを保護します。私はボードのケアを非常に直接的な方法で見ています。ボードに重量がかかる場合は、どこに圧力がかかるかを確認します。湿気が届くとブロックします。摩擦で同じ箇所がこすれてしまう場合は、セットアップを変更します。その習慣に何度も救われました。私の対処法は次のとおりです: - ボードを乾いた状態に保ちます 水は、多くのボード素材を最も早く弱める方法の 1 つです。雨漏りの近く、雨天時に開いている窓、湿った床の近くには放置しません。 - ボードは平らに保管します。ボードを長時間傾けると、曲がったりねじれたりすることがあります。私は平らな面に置き、片側に重いものを積み重ねないようにしています。 - エッジを観察します エッジが最初に攻撃される。工具、カート、靴などによる小さな衝撃で亀裂が生じる可能性があります。 - 適切なサポートポイントを使用しています ボードが不十分なサポートの上に置かれていると、中央がたわむ可能性があります。サポートをボードのサイズや重量に合わせます。 - 乱暴にこすらずに表面をきれいにします。乱暴に洗浄すると、最上層が摩耗する可能性があります。必要に応じて柔らかい布と中性洗剤を使用します。 - 熱の蓄積を防ぎます 熱により、一部のボードの形状や強度が変化する可能性があります。直射日光、高温の機械、室内の強い熱を避けて保管しています。実際の例が思い浮かびます。私の友人は小さな工房を経営していました。彼は掴みやすいように大きなボードを出入り口の近くに置いた。毎日、人々が道具や荷車を使ってその前を通り過ぎました。表面はしばらくはきれいに見えました。それからエッジが欠け始めました。その後、片側が少しお辞儀をしました。彼はそのボードがただ古いだけだと思った。古くはありませんでした。ずっと同じ場所にストレスがかかっていました。彼がそれを移動し、適切なサポートを追加し、エッジ領域をカバーした後、ボードははるかに良く保持されました。家庭、店舗、職場でも同じパターンが見られます。通常、人々は損傷が現れてから気づきます。その前にリスクに気付きたいと思っています。つまり、定期的に基板を検査しているということです。ヘアラインの亀裂、柔らかい部分、層の緩み、色あせ、小さな曲がりを探します。ボードの使い方にも注目です。ほとんどの場合、ボードは一度に故障することはありません。それは信号を与えます。仕事はそれらに早く気づくことです。私自身のルールはシンプルです。ボードを際限なくプレッシャーがかかるものではなく、ケアが必要なものとして扱うことです。そうすることで、支出が減り、交換も減り、警告なしに停止する作業が回避されます。ボードを長持ちさせたい場合は、ダメージが大きくなる前に、乾燥した場所に置き、しっかりとサポートし、少しの注意を払います。詳細については、lingchao まで今すぐお問い合わせください: mr.xu@lingchaopcb.com/WhatsApp +8613780181891。

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