PCB 設計の過程で起こりうる問題と解決策

ソフトウェアシステムの開発と比較して、ハードウェア設計とその電子機器の最適化は、長い時間の消費と高コストなどの実用的な問題を抱えています。しかし、実際の設計では、技術者は原則的な問題に注意を向けがちですが、プリント基板の動作に大きな影響を与えるのは、細かいエラーを何度も修正しなければならないことです。 PCB を完全に生成することは不可能ですが、段階的な最適化は可能です。この一節では、最初に回路設計、PCB の製造、および保守に関するいくつかの問題をリストし、次に限られたコスト内でカスタム PCB を最適化するための使いやすい方法をいくつか紹介します。

マルチチャンネル電力整流 LED の耐電圧保護

廊下の公共電力設備を例にとります。回路の正常な動作を確保するために、マルチチャンネル電源を利用して、パラメータ「Uin=AC85~264V」の AC-DC モジュールである電源モジュールに電力を供給します。 300Ω1/2W カーボン抵抗と直列の IN4007 整流 LED は、絶縁のためにマルチチャンネル入力で使用されます。図 1 は、この製品の回路図です。

実際の使用には深刻な問題がありますが、理論的には完璧なアイデアです。スパイク電圧を考慮しないと、通常の状況では、マルチチャンネル電源間の電圧は AC400V に達し、IN4007 の耐電圧は 1000V に達する可能性があります。適切なコンポーネントがピックアップされていますね。しかし、実際には耐電圧の問題からショートカットブラストが多発し、製品全体の廃棄につながります。もちろん、部品の品質の低さやLEDの経年劣化も問題の一因であることは否定できません。しかし、高品質の LED や高耐圧の LED を従来の LED に置き換えても、問題は解決しません。

保証期間内の早期疲労の品質問題とスループット歩留まり (TPY) の存在を考慮すると、コンポーネントが 100% TPY に到達することはほぼ不可能です。この回路に関しては、スクラップ率が 2.4% から 7.2% の範囲のこの高度な回路では 24 個の整流 LED が必要です。このような品質の PCB では、お客様のニーズを完全に実現することはできません。実際のところ、この問題を処理するための使いやすい方法を次に示します。各ループに IN4007 をもう 1 つ直列に配置する限り、この問題は簡単に対処できます。このとき、回路電圧が0.7V低下するため、出力に影響はありません。少しのコストアップで2倍の耐電圧値を実現し、エラー発生率を0.5%に低減。

ミゼット リレーの頻繁な動作による電磁障害の解決策

高電流を切断するときにアーク放電が発生するため、PCB 上のミゼット リレーによってもたらされる電磁干渉。干渉は、CPU の通常の動作に影響を与え、頻繁なリセットにつながるだけでなく、デコーダーとドライバーが間違った信号と命令を生成し、コンポーネントの実装のエラーにもつながります。これらすべての影響により、不良品や事故が発生します。この問題を解決するには、CPU の干渉防止能力を高めることと、干渉源を減らすことの 2 つの側面が考えられます。

1. CPU の干渉防止機能を強化します。耐干渉性能の高い CPU を搭載する必要があります。 CPU の選択には、実験とテストも必要です。たとえば、90C52RC SCM は理想的な選択です。このタイプの CPU は、20KV の静電気防止機能と 4KV の高速パルス防止機能および電磁機能を備えています。

2. 干渉源を減らす
• リレー駆動アンプは、コイルが停止したときに逆起電力によって生成される干渉を効果的に減らすことができます。
• RC 吸収回路がリレー接点間に並列に接続されているため、
• 回路基板は銅で覆われています。銅被覆は、リレーの干渉を減らすのに非常に役立ちます。
• リレーは慎重に選択する必要があります。同じ仕様のリレーには、常に異なるコイル電力の選択肢があります。基本的な原理は、コイル電力が大きいほどリレー接点のオンオフ動作が速くなり、接点間のアーク放電の時間が短くなり、電磁干渉時間が短くなるというものです。

パッドオフの改善

プリント基板のメンテナンス時には、分解やハンダ付けは避けて通れません。老朽化した PCB やパッドが小さすぎる PCB では、PCB からコンポーネントを分解する際に、プレートの穴の壁にパッドが剥がれ、はんだ付け層が剥がれていることが常に確認されます。

1. ピンパッドオフについては、同じ経路の近くのパッドに短い線で接続でき、距離と保持できる電流量に応じて選択できます。短い距離では、トリムされた廃棄ピンまたはピンヘッダーをはんだ付けに使用できます。長距離の場合、他のコンポーネントのラインとピン間の接続によって引き起こされるショート カットを回避するために、外部絶縁層を備えた銅線を接続に使用できます。この場所で常にパッドオフの問題が発生する場合、ここでの PCB 設計は非常に不合理であり、パッドの設計を最適化する必要があることが検証できます。パッドは、使用可能なスペース内で長い円形または水滴の形状に設計でき、短くて厚い銅被覆線を追加して、PCB 材料への吸収能力を高めることができます。

2. プレート穴壁のはんだ層剥がれについては、プレート穴のサイズが小さいことが原因です。コンポーネントが PCB から分解されると、プレートの穴の壁のはんだ付け層と一緒に来ます。そのため、パッド穴のサイズはピンのサイズよりも 0.3 ～ 0.5mm 大きく設計することをお勧めします。パッド穴壁のはんだスズ層が剥がれ落ちた場合、この方法を試すことができます。新しいコンポーネントのピンは、スズ コーティングの前に、はんだスズ層を少し厚くして取り付ける必要があります。次はピンはんだ付けです。ピン上のはんだスズ層により、PCB 上のパッドを簡単にはんだ付けできます。

脆弱なコンポーネントの交換

電子部品を使用している限り、一部の部品は脆弱になり、変更または交換が必要になります。通常、これらの部品のメンテナンスははんだ付けによるものであり、多くの時間を費やすことになり、作業効率を大きく左右します。脆弱なコンポーネントにベースを追加するか、プラグまたは挿入列を介して接続することをお勧めします。この方法により、エンジニアは多くの時間と労力を節約できます。

PCB の設計と最適化は複雑なプロセスであり、設計図と些細な詳細の両方が必要です。各詳細を最適化することは、PCB 製造プロセスの時間の消費とコストの削減につながります。

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