Proteção contra curto-circuito - O que você precisa saber

Falhas de PCB podem acontecer em uma conexão elétrica entre elementos devido a vários motivos. Por exemplo, a velocidade de operação dos PCBs aumentou drasticamente, levando a um layout de PCB mais complexo e circuitos mais densos. Como resultado, surgiram muitos problemas de fabricação, considerados um grande problema para os fabricantes de PCBs.

Este artigo discutirá os motivos comuns para falhas de PCB, proteção contra curto-circuito no projeto de circuito de PCB e evitará ambos. Além disso, apresentamos um breve guia sobre como evitar curtos-circuitos no projeto de circuitos de PCB e como os projetistas podem reduzir a possibilidade de proteção contra curto-circuito de PCB.

1. Os motivos comuns para falhas nas placas de circuito impresso

1.1 Proteção contra curto-circuito –Placa de Circuito Queimada

Na fase de produção, os PCBs normalmente passam por várias etapas de fabricação que envolvem a aplicação de altas temperaturas. É crucial não expor os PCBs a temperaturas extremas, pois isso pode causar graves danos aos componentes eletrônicos dos circuitos. Cada um dos componentes eletrônicos integrados à placa de circuito impresso tem uma temperatura específica para suportar sem queimar. Esses componentes são muito propensos a serem danificados por temperaturas desreguladas. Outra coisa a ter em mente é que cada componente deve ter espaço suficiente ao seu redor para evitar queimaduras causadas por superaquecimento.

1.2 Proteção contra curto-circuito – componentes mal fabricados

A necessidade de produzir uma enorme quantidade de peças microeletrônicas em um tempo limitado tornou difícil garantir a alta confiabilidade dos componentes de PCB. As falhas óbvias de fabricação em PCBs são falhas de conexão, fluxo residual e solda ruim, que podem ser uma fonte irritante de problemas mais tarde. Isso muitas vezes deixa os fabricantes de PCB sem opções, exceto aumentar suas técnicas de validação para garantir produtos finais de alta qualidade.

1.3 Proteção contra curto-circuito – Fatores ambientais

Como mencionado anteriormente, os PCBs contêm componentes eletrônicos que normalmente são pequenos em tamanho. Além disso, esses componentes eletrônicos (por exemplo, ICs) são sensíveis ao ambiente ao redor e são vulneráveis ​​a mudanças imprevistas de temperatura, umidade e níveis de poeira. Por exemplo, mudanças inesperadas de temperatura podem levar ao envolvimento da placa PCB e das juntas soldadas. Uma quantidade excessiva de poeira não permitirá que o PCB resfrie adequadamente, resultando em problemas de superaquecimento.

1.4 Proteção contra curto-circuito —Vazios de revestimento

Para habilitar produtos poderosos e de alta velocidade, os fabricantes de PCBs preferem usar PCBs multicamadas com muitos componentes. PCBs multicamadas desempenham papéis críticos em sistemas eletrônicos; podemos pensar nisso como vários PCBs unidos. Geralmente, interconectamos as multicamadas de PCB pelos orifícios de passagem (PTH) e vias enterradas/cegas. Infelizmente, isso pode falhar rapidamente porque a penetração do PTH geralmente é maior que a da via cega e enterrada. A condição e a precisão do PTH, sem dúvida, afetam a confiabilidade dos PCBs, até mesmo o desempenho de todo o produto final.

1.5 Proteção contra curto-circuito —Faltando máscara de solda entre os pads

É crucial isolar traços de cobre em PCBs para evitar contato acidental com outros materiais condutores. Portanto, normalmente formamos uma camada de solda (máscara) no topo da camada de cobre da PCB para atuar como uma camada de isolamento. Essa camada de isolamento também é útil para prevenir a corrosão e proteger a placa de outras mudanças ambientais. Por almofadas, queremos dizer o espaço de metal deixado descoberto pela placa de solda, na qual os componentes da PCB estão conectados. A máscara isolante de solda pode estar faltando entre as almofadas, resultando em pontes de solda entre os pinos. Um dos problemas comuns decorrentes disso é a formação de curtos-circuitos e corrosão.

2. Proteção contra curto-circuito – Como evitar falhas nas placas de circuito impresso

Podemos contornar as falhas do PCB resultantes da contaminação limpando a placa adequadamente após a perfuração. Além disso, podemos evitar falhas de perfuração seguindo as normas de perfuração recomendadas pelo fabricante. Lidar com uma empresa de PCB experiente pode evitar esses dois problemas. No processo de formação da máscara de solda, podem aparecer finas cunhas de cobre. Isso geralmente é detectado por um teste de DFM e pode ser evitado garantindo que cada seção tenha uma largura mínima.

Em produtos de PCB complexos com várias camadas, devemos verificar se as camadas estão alinhadas corretamente seguindo os padrões aceitáveis ​​para o tipo de placa que está sendo usada, pois a falha em fazê-lo resulta em circuitos abertos e curtos que afetam a funcionalidade do produto.

3. Proteção contra curto-circuito no projeto de circuitos PCB

O termo curto-circuito refere-se a um evento em que a corrente elétrica passa por um caminho não intencional com resistência quase zero, resultando em excesso fluxo de corrente elétrica no circuito. Em PCBs, os curtos-circuitos acontecem quando dois condutores são conectados de forma não intencional, fazendo com que sinais não relacionados sejam misturados, ou pior ainda, fazendo com que a conexão seja danificada.

Podemos identificar curtos-circuitos a olho nu se o curto-circuito estiver entre dois fios grossos; no entanto, em muitos casos, é difícil identificar os curtos-circuitos, principalmente se os fios forem muito pequenos. Em PCBs produzidos por máquina, os fios são minúsculos e precisamos usar técnicas mais avançadas para detectar falhas de curto-circuito.

4. Como prevenir no projeto de circuitos PCB

Infelizmente, detectar curtos-circuitos em PCBs produzidos por máquina pode ser uma verdadeira dor de cabeça para os fabricantes. É muito demorado e pode custar mais do que toda a placa PCB montada! Os curtos-circuitos são um tipo de problema que não pode ter probabilidade de ocorrência zero.

Em outras palavras, não podemos evitá-lo, mas podemos utilizar práticas preventivas para reduzir sua probabilidade de ocorrência. Para detectar os defeitos de curto-circuito, podemos usar métodos de inspeção por raios-X. No entanto, esses métodos de teste não podem ser usados ​​em testes de produção, pois levam muito tempo. Além disso, mesmo que ocorra uma mudança na forma de uma esfera de solda, os sinais lógicos podem ser propagados conforme o esperado.

Assim, algum exagero pode ocorrer nos testes. Também podemos utilizar um método de exame de varredura de limite, pois os curtos-circuitos podem gerar sinais lógicos defeituosos. No entanto, é difícil estimar os efeitos defeituosos. Assim, mesmo que o método de teste seja usado para detectar essas falhas, elas podem não ser detectadas. Além disso, pode ser difícil localizar os fios conectados.

Por outro lado, o teste elétrico de pós-produção é um dos melhores métodos de verificação para detectar curtos-circuitos. Ele identifica não apenas curtos-circuitos, mas também revela erros originados no projeto. Esse tipo de teste geralmente é feito usando sondas voadoras.

Devemos sempre ter em mente que os métodos de teste de PCB não possuem 100% de precisão, e os curtos-circuitos podem escapar dos procedimentos de teste. No entanto, testar PCB é sempre benéfico e evita que PCBs danificados sejam montados e enviados para etapas avançadas.

Um procedimento normal garante que você tenha uma política de reembolso com seu fabricante que garante que você seja reembolsado quando o PCB falhar no teste elétrico.

5. Como os projetistas podem reduzir a possibilidade de proteção contra curto-circuito da PCB?

Em geral, podemos supor que as falhas de PCB causadas por defeitos de curto-circuito são uma falha do processo de produção de PCB. No entanto, os projetistas podem seguir procedimentos de projeto preventivos para reduzir a probabilidade dessas falhas.

Provavelmente encontramos curtos-circuitos em designs sofisticados de PCB, incluindo vários componentes. Como resultado, permitir um espaço maior entre as conexões de cobre e as almofadas é uma dessas ações preventivas, mas às vezes isso não é possível devido às restrições do projeto.

Os projetistas podem usar software de projeto avançado para definir regras de liberação e modificar os espaços mínimos permitidos antes de decidir concluir o processo de projeto e enviá-lo para fabricação.

Conclusão

A densidade dos procedimentos de projeto e produção de PCB significa que há muitas chances de surgirem defeitos de PCB. Alguns desses problemas se devem a erros de projeto, como folgas ou espaçamentos inadequados entre os componentes, que podem afetar negativamente as funções finais dos PCBs. Outros podem vir de erros no processo de produção, como falhas de perfuração ou overetching, que podem ser catastróficos muito caros e demorados.

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