短絡保護 - 知っておくべきこと

PCB の障害は、多くの理由により、要素間の電気接続で発生する可能性があります。たとえば、PCB の動作速度が劇的に向上したため、PCB レイアウトがより複雑になり、回路の密度が高くなりました。その結果、多くの製造上の問題が発生し、PCB メーカーにとって大きな問題と見なされています。

この記事では、PCB 障害の一般的な理由、PCB 回路設計における短絡保護について説明し、両方を回避します。さらに、PCB 回路設計で短絡を防止するための簡単なガイドと、設計者が PCB 短絡保護の可能性を減らす方法を紹介します。

1.プリント基板の故障の一般的な理由

1.1 短絡保護 –焦げた回路基板

生産段階では、PCB は通常、高温を適用するさまざまな製造工程を経ます。回路の電子部品に重大な損傷を与える可能性があるため、PCB を極端な温度にさらさないことが重要です。 PCB に統合された各電子部品には、燃焼せずに耐えられる特定の温度があります。これらのコンポーネントは、制御されていない温度によって損傷を受ける傾向があります。心に留めておくべきもう1つのことは、過熱による燃焼を避けるために、各コンポーネントの周囲に十分なスペースが必要であることです。

1.2 短絡保護 – 不適切に製造されたコンポーネント

限られた時間内に大量のマイクロエレクトロニクス部品を生産する必要があるため、PCB コンポーネントの高い信頼性を確保することが困難になっています。 PCB の明らかな製造上の欠陥は、接続不良、フラックスの残留、はんだ付け不良であり、後で厄介な問題の原因となる可能性があります。そのため、PCB メーカーは、検証技術を強化して高品質の最終製品を保証する以外に選択肢がないことがよくあります。

1.3 短絡保護 - 環境要因

前述のように、PCB には通常サイズの小さい電子部品が含まれています。さらに、これらの電子部品 (IC など) は周囲の環境に敏感であり、温度、湿度、ほこりのレベルの予期しない変化に対して脆弱です。たとえば、予期しない温度変化により、PCB ボードとはんだ接合部が巻き付く可能性があります。ほこりが多すぎると、PCB が適切に冷却されず、過熱の問題が発生します。

1.4 短絡保護 —メッキボイド

強力で高速な製品を実現するために、PCB メーカーは多くのコンポーネントを備えた多層 PCB を使用することを好みます。多層 PCB は、電子システムで重要な役割を果たします。複数の PCB を結合したものと考えることができます。一般に、PCB の多層をメッキ スルー ホール (PTH) と埋め込み/ブラインド ビアで相互接続します。残念ながら、PTH の貫通力は通常、ブラインド ビアや埋め込みの貫通力よりも高いため、これはすぐに失敗する可能性があります。 PTH の状態と精度は、PCB の信頼性、さらには最終製品全体の性能に影響を与えることは間違いありません。

1.5 短絡保護 —パッド間のはんだマスクの欠落

他の導電性材料との偶発的な接触を避けるために、PCB の銅トレースを絶縁することが重要です。したがって、通常、PCB の銅層の上にはんだ付け層 (マスク) を形成して、絶縁層として機能させます。この絶縁層は、腐食を防ぎ、ボードを他の環境変化から保護するのにも役立ちます。パッドとは、PCB コンポーネントが取り付けられているはんだ付けボードによって覆われていない金属スペースを意味します。はんだ絶縁マスクがパッド間で欠落している可能性があり、その結果、ピン間にはんだブリッジが発生します。これに起因する一般的な問題の 1 つは、短絡と腐食の形成です。

2.短絡保護 – プリント基板の故障を回避する方法

穴あけ後に基板を適切に洗浄することで、汚染による PCB の欠陥を回避することができます。また、メーカー推奨の穴あけ規定に従うことで、穴あけの失敗を回避することができます。経験豊富なPCB会社と取引することで、これらの問題の両方を防ぐことができます.はんだマスクを形成するプロセスでは、薄い銅のくさびが現れることがあります。これは通常、DFM テストで検出され、各セクションの幅を最小にすることで防ぐことができます。

複数のレイヤーを持つ複雑な PCB 製品では、使用されているボードのタイプの許容基準に従って、レイヤーが正しく配置されていることを確認する必要があります。そうしないと、製品の機能に影響を与える開回路や短絡回路が発生するためです。

3. PCB 回路設計における短絡保護

ショート サーキットという用語は、電流が抵抗がほぼゼロの意図しない経路を通過することを指し、過剰な電流が流れる 回路内の電流の流れ。 PCB では、2 つの導体が意図せずに接続されたときに短絡が発生し、関係のない信号が混在したり、さらに悪いことに、接続が損傷したりします。

短絡が2本の太いワイヤの間にある場合、肉眼で短絡を特定できます。ただし、多くの場合、特にワイヤが非常に小さい場合、短絡を特定するのは困難です。機械で製造された PCB では、ワイヤが非常に小さいため、短絡故障を検出するには、より高度な技術を使用する必要があります。

4. PCB 回路設計で防止する方法

残念ながら、機械で製造された PCB の短絡を検出することは、製造業者にとって大きな頭痛の種になる可能性があります。それは非常に時間がかかり、組み立てられた PCB ボード全体よりも費用がかかる可能性があります。短絡は、発生確率をゼロにすることはできない一種の問題です。

言い換えれば、それを避けることはできませんが、予防策を講じて発生確率を下げることはできます。短絡欠陥を検出するために、X 線検査法を使用できます。ただし、これらのテスト方法は、時間がかかるため、本番テストでは使用できない場合があります。また、はんだボールの形状に変化が生じても、ロジック信号は想定通り伝搬する場合があります。

したがって、テストでオーバーキルが発生する可能性があります。短絡は誤った論理信号を生成する可能性があるため、バウンダリスキャン検査法も利用できます。ただし、障害の影響を推定することは困難です。したがって、これらの欠陥を検出するための試験方法を使用しても、検出されない場合があります。また、接続されたリードを見つけるのが難しい場合があります。

一方、生産後の電気的テストは、短絡を検出するための最良のチェック方法の 1 つです。短絡だけでなく、設計に起因するエラーも明らかにします。この種のテストは通常​​、フライング プローブを使用して行われます。

PCB のテスト方法には 100% の精度がなく、短絡がテスト手順を逃れる可能性があることを常に心に留めておく必要があります。ただし、PCB のテストは常に有益であり、損傷した PCB が組み立てられて高度なステップに送られるのを防ぎます。

通常の手順では、PCB が電気的テストに不合格になった場合に返金されることを保証する、メーカーとの返金ポリシーを確実に持っていることが保証されます。

5.設計者は、PCB 短絡保護の可能性をどのように減らすことができますか?

一般に、短絡欠陥による PCB の故障は、PCB 製造プロセスの欠陥であると想定できます。ただし、設計者は予防設計手順に従って、これらの障害の可能性を減らすことができます。

多数のコンポーネントを含む洗練された PCB 設計では、おそらく短絡に遭遇します。結果として、銅接続とパッドの間により大きなスペースを確保することは、これらの予防措置の 1 つですが、設計上の制約のためにこれが不可能な場合があります。

設計者は、高度な設計ソフトウェアを使用してクリアランス ルールを設定し、最小許容スペースを変更してから、設計プロセスを完了して製造に送ることを決定できます。

結論

PCB の設計と製造手順が密集しているということは、PCB の欠陥が発生する可能性が十分にあることを意味します。これらの問題の一部は、不適切なクリアランスやコンポーネント間の間隔などの設計ミスが原因であり、最終的な PCB の機能に悪影響を及ぼす可能性があります。また、穴あけの失敗や過剰なエッチングなど、生産プロセスのミスから発生するものもあり、非常に費用と時間がかかる壊滅的な事態になる可能性があります。

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