PCB トラブルシューティング - 目的と問題点に関する究極のガイド

PCB のトラブルシューティングでは、製造された PCB の一部が品質管理テストに失敗するのはよくあることです。そのため、PCB のトラブルシューティングが通常、それらを救済する唯一の方法です。したがって、PCB トラブルシューティングは、PCB エレクトロニクス製造の重要なコスト削減手段です。

ただし、場合によっては、故障したデバイスを処分するか、新しいデバイスと交換する方が簡単または安価な場合があります。これにより、PCB トラブルシューティングの範囲に関して多くの疑問が生じます。

まず、トラブルシューティングの経験によって、PCB のトラブルシューティングで何を達成できるかが決まります。学習曲線の始点に近い人は、PCB トラブルシューティング オプションを使用するのに最も苦労します。

このドシエは、PCB トラブルシューティングの内部スクープであり、習得曲線を容易にするのに役立ちます。トラブルシューティングの範囲に関する洞察を明らかにし、欠陥のある PCB について正しい判断を下すのに役立ちます。

PCB トラブルシューティング

PCB トラブルシューティングの概要

PBC デバイスの品質は、その機能をどの程度正確に実行できるかにかかっています。しかし、その製造プロセスにおける人間の入力は、トロイの木馬を生み出す可能性があります.

PBC の欠陥の根本的な原因は、通常、まったくの人的ミスです。これらのエラーには、コンポーネントのはんだ付けの誤り、不適切な電圧の使用などが含まれます。ただし、コンポーネントの劣化など、人為的エラーの直接的な結果ではない他の多くの欠陥があります。

しかし、両方のエラーに共通することは、これらの欠陥のほとんどは通常、解読が難しいということです。このような場合、トラブルシューティング手法が洞察を引き出すのに役立ちます。

PCB トラブルシューティングが扱う問題の範囲

PCB エレクトロニクスの動作は、あるレベルから別のレベルへの電子の流れである電気を中心に展開します。 PCB エレクトロニクスの機能は、回路基板内の電圧と電流の調整に基づいています。

PCB エレクトロニクスにこのような規制属性を吹き込む要素には、抵抗器、コンデンサ、インダクタ、およびはんだ付け配線が含まれます。ただし、電圧スパイクや過電流による損傷により、ボード内の電子の流れのパターンが乱れる可能性があります。

このような中断に起因する欠陥のほとんどは、断続的な障害として知られています。

特定のケースでどのトラブルシューティング手法が最も効果的かを決定する要因

レイヤーの数、サイズ、コンポーネントの範囲などは、使用される PBC トラブルシューティング手法の実行可能性に影響します。高度に洗練されたボードでは、特別な機器を使用してトラブルシューティングを行う必要があります。

ただし、ほとんどの場合、基本的な電気機器は PBC のトラブルシューティングに役立ちます。これは、一般に、PBC はトラブルシューティングが非常に簡単だからです。したがって、高度なツールを使用しなくても、平均的な PBC を簡単にトラブルシューティングできます。

PCB をトラブルシューティングするための最も動的なツールの 1 つは、マルチメーターです。ただし、非常に複雑なケースでは、ロジック アナライザー、オシロスコープ、LCR メーターなどの高度な機器を使用する必要がある場合があります。

これらのツールは、PCB の動作動作とマッピングへの洞察を解き放ちます。

トラブルシューティング ツールがどのように PBC マッピングと操作を明らかにするかについて詳しく知りたいですか?次の章では、これについて詳しく説明します。

PCB マッピングとトラブルシューティング

PCB トラブルシューティングにおける PCBMapping の重要性

典型的な PCB 基板は、回路基板内のコンポーネントのクラスタを接続する銅配線と絶縁体のネットワークで構成されています。一部の PCB が他の PCB よりもトラブルシューティングが容易である理由の 1 つは、PCB の回路図が利用できることです。

PCB の電流の流れ、信号、トレースを明確に理解していると、PCB のトラブルシューティングが容易になります。トラブルシューティングを行うには、どのコンデンサとどの抵抗をペアにするかを知っておくことが不可欠です。

PCB 内の分圧器、フィルター、チョークの位置を理解することも不可欠ですが、PCB の構成を理解していない場合は、コネクタからトラブルシューティングを開始することをお勧めします。

コネクタは、外部環境からの誤った入力が PCB に侵入するインターフェイスです。このような誤った入力は、電圧スパイク、過電流トレントなどを引き起こす可能性があります。ただし、ボードの回路図にアクセスせずにトラブルシューティングを行うには、PCB のマッピングに精通している必要があります。そうでない場合、PCB の構成をトレースするのに長い時間がかかる可能性があります。

PCB のマッピング方法

PCB の回路図を理解せずにトラブルシューティングを開始する 1 つの方法は、標準のマルチメーター プローブを使用することです。ただし、マルチメーター プローブを使用してすべてのはんだ接合部をテストする必要があるため、これは面倒な場合があります。

ただし、PCB をトレースするより自然な方法は、アルミニウム片を使用することです。この手法により、時間と労力を最小限に抑え、より広いエリアで一度に PBC 接続を検索できます。これを行うには、マルチメーター、ワニ口クリップ付きのワイヤー、アルミ ホイル、ワイヤー カッターが必要です。

ワイヤーの一方の端を 2cm、もう一方の端を 4 ～ 5cm 剥がすことから始めます。ワイヤーの周りにアルミホイルを巻きます。次に、フォイルのケーブルをマルチメーターのワイヤーに接続します。ホイルを指の 1 本に巻き付けてから、その指で 2 番目のマルチメーター ワイヤーに触れます。

抵抗測定値が 0 オームであると役立ちます。ただし、読み取り値が 15 ～ 20 オームを超える場合は、フォイル操作を再度実行する必要があります。

正常に完了したら、マルチメータのプローブを使用して、一度に 1 か所ずつ基板に触れます。したがって、ホイルに指を置き、アセンブリの溶接部分に触れてください。これにより、より多くの領域をすばやくカバーできます。マルチメーターがビープ音を鳴らしたら、コンポーネントを接続するトラックが見つかったことを意味します。

PCB マッピングについてよく理解できたので、トラブルシューティングの手順を学ぶ準備ができているはずです。

トラブルシューティング方法

PBC のトラブルシューティングを行う際に最初に実行する必要がある重要な手順の一部を次に示します。

目視検査

基板の目視検査を実施して、焼けた部品、亀裂、乾いた接合部を特定します。これは、電源がない場合にトラブルシューティングを行う最も簡単な方法の 1 つです。

多少の物理的損傷がある可能性があるため、優れた拡大鏡は目視検査に不可欠なツールです。

以降の章では、目視検査について詳しく学習します。

電源の物理的検査

目視検査で重大な発見が得られない場合は、電源をチェックします。集積回路 (IC) が適切なレベルの電源を受け取るようにする必要があります。

IC への不適切なレベルの電源供給は、ボードの過熱または過負荷を引き起こす可能性があります。 PBC の表面とコンポーネントに触れるだけで、高電圧による損傷の原因を簡単に突き止めることができます。

回路のさまざまな部分に触れると、回路のインピーダンスも変化します。これによりシステムの動作が変更されるため、追加の静電容量が必要な部品を特定するのに役立ちます。

圧縮空気を使用してホットスポットを冷却し、コンポーネントが正しく機能しているかどうかをテストできます。ただし、これを行う際には、いくつかの予防策を講じる必要があります。

物理的な検査中に取るべき予防措置の 1 つは、毎回片手で PBC に触れるようにすることです。これにより、電気的衝撃が心臓に到達して致命的なショックを引き起こすのを防ぎます。ライブ サーキットに触れている間は、片手をポケットに入れておくことをお勧めします。

もう 1 つの重要な予防措置は、ショックを防ぐために、電流がグランドに流れる可能性のある経路を遮断することです。これらの経路には、裸足と抵抗のない接地ストラップが含まれます。

明示的なコンポーネント テスト

これは、テスト ツールの使用を開始する必要があるトラブルシューティングの段階です。まず、ボード全体の電源電圧を測定する必要があります。

その後、回路のさまざまな部分で電圧を測定して、不適切な電圧の部分を特定します。回路図はこの段階で役に立ちます。

PBC のトラブルシューティングに必要ないくつかの手順がわかったので、最適な手順を知りたいと思うかもしれません。次の章で、最適な PBC トラブルシューティング手順を見つけてください。

PCB をトラブルシューティングする最善の方法

ノード分析

最適な PCB トラブルシューティング手法は、ノード解析を使用してコンポーネントをテストすることです。この手法により、ボードに電力を供給せずに PCB をテストできます。一度にテストしたい特定のコンポーネントに電力を供給するだけで済みます。目的は、コンポーネントの印加電圧と電流応答を測定することです。

ノード解析では、特定のノードの電圧を体系的に測定して、基準ノードの電圧と比較します。この参照ノードは、ボード上のさまざまなノードからランダムに選択されます。この手法では、KCL を適用して、ノードの電圧間の差を分岐電流で決定する必要があります。

節点電圧の差は、回路の動作を記述する連立方程式によって決定されます。方程式が分かれば、ノードでの現在の応答をすばやく決定できます。

1 つのノードが基準ノードとして機能するため、ノード電圧を生成する合計 N-1 個の独立した式が存在します。次に、測定されたノード電圧にオームの法則を適用して、回路内の電流を解読できます。

節点分析の実装方法

1. ノードの数を特定し、参照ノードを選択してラベルを付けます。経験則では、最も重要な数の要素または電圧源または非対称ノードを接続するノードを選択します。

2. ノードの未知の電圧のそれぞれに変数を割り当てます。それでは、未知の電圧を既知の電圧で表現してください。

3. ノード電圧に関する二次電源の値を表す方程式を書き留めます。

4. ノードの流出電流をゼロに減らして、すべてのノードの KCL 方程式を書きます。 KCL では、ノードに出入りするすべての電流の代数和はゼロに等しいとされています。 KCL を使用して未知の変数を特定します。

5. 2 つの未知の電圧間の電圧源については、2 つのノードをスーパーノードに結合し、1 つの方程式で表します。

PCB の問題とその修正方法

PBC の設計および製造プロセスでは、エラーはほとんど避けられません。ただし、これらの問題は、すぐに解決できる一般的な問題です。以下は、最も一般的な 3 つの問題とその解決方法の概要です:

銅とエッジのクリアランス不良

銅は導電性に優れています。ただし、腐食や摩耗しやすいため、通常は他の材料でコーティングされています。

ただし、トリミングの際、エッジに近い銅製金具のコーティングが削られる場合があります。これにより、PBC 電子回路に多数の欠陥が生じる可能性があります。この暴露は感電にさえつながる可能性があります

誰かが PCB に直接触れたときの衝撃。

この問題を回避する簡単な方法は、銅箔と基板のエッジの間に十分なスペースを確保することです。このスペースは、銅とエッジまたはプレートとエッジのクリアランスとして知られています。

ミゼット リレーの動作による電磁干渉

PBC は、大電流を切断するときにアーク放電を生成し、電磁干渉を生成するミゼット リレーを発生​​させます。この干渉により、CPU が頻繁にリセットされたり、デコーダーが誤った信号を生成したりする可能性があります。

この問題は、CPU の干渉防止機能を強化するか、干渉源を減らすことで解決できます。

アシッド トラップ

酸は、エッチング プロセス中に PBC の鋭角を埋めます。閉じ込められた酸はボードを侵食し、欠陥を引き起こす可能性があります。アシッド トラップは非常に一般的であり、通常、DFM チェックによって対処される主なエラーの 1 つです。

PCB トラブルシューティング テクニック

目視検査

これは、最も快適で効果的な PCB トラブルシューティング手法の 1 つです。コンポーネントの過熱による茶色がかった焼け跡を探すことを中心に展開します。

目視検査は、お粗末なはんだ接合部を特定することも目的としています。良好なはんだ接合部は、通常、滑らかで光沢があります。関節がくすんで見える場合は、関節が乾燥している可能性があります。ドライ ジョイントは、はんだ接合部の接触が弱くなり、回路の伝導が変化します。

乾燥した関節や火傷の跡は、肉眼では見えない場合があります。拡大鏡は、肉眼では見えない損傷を特定するのに役立ちます。したがって、拡大鏡は PBC トラブルシューティング ツールとして不可欠です。

回路基板の比較

これは、迅速かつ非常に効果的な PCB トラブルシューティング手法の 1 つです。欠陥のある回路基板と良品の回路基板をすばやく比較する必要があります。この比較は通常、マルチメーターを使用して欠陥のある回路基板と最初の回路基板の両方の基準点を検査し、得られた値を比較することによって行われます。

ディスクリート コンポーネント テスト

これは、各コンポーネントをテストする必要があるため、最も効果的な PCB トラブルシューティング手法の 1 つです。これらのコンポーネントには、コンデンサ、抵抗器、LED、ダイオード、およびその他のディスクリート アクティブ コンポーネントが含まれます。

このトラブルシューティング手法には、マルチメーターまたは LCR メーターを使用できます。前述のノード分析方法も、この手法の別のバリエーションです。

目的は、記載されているコンポーネント値よりも高い値を持つコンポーネントを特定することです。このような高い値は、通常、過熱、はんだ付け不良、またはコンポーネントの不活性欠陥の結果として発生します。

シグナルプロービング

この手法では、信号テスト ポイントを特定し、結果を解釈するために回路を明確に理解する必要があります。通常、信号プロービングには、ハンドヘルド マルチメーターを使用した電圧テストと、オシロスコープを使用した波形キャプチャが含まれます。

電圧テストでは、低い電圧レベルは集積回路のリークを示します。信号がどのように変化するかを示す波形キャプチャは、電圧テストよりも多くの情報を提供します。

これで、最も広く使用されている PCB のトラブルシューティング手法について多くのことがわかりました。しかし、すべての情報を使って何を達成できるでしょうか?

結論

PCB のトラブルシューティングには、細部への注意、決断力、および集中力が必要です。最も効果的なトラブルシューティング方法とツールは、PCB の複雑さのレベルと経験によって異なります。

豊富な経験により、高度なツールを使用しなくても、ほぼすべての種類の PCB を迅速にトラブルシューティングできます。ただし、PCB をトラブルシューティングするためのツールや専門知識が不足している場合は、その分野の専門家に連絡して、さらなる損傷を引き起こさないようにすることが不可欠です。