PCB故障的迹象及常见问题

1. **PCB组装问题**
制造不良的组件或使用不当的材料可能导致PCB质量问题。在组装过程中，如果工程团队使用损坏或不合适的组件，PCB可能会受到损害并出现组件故障。常见的组装问题包括零件松动以及因制造不良导致的连接问题。
另一个需要留意的因素是残留助焊剂。残留助焊剂是团队在焊接过程中常用的一种物质。这种物质可确保焊料正确地粘结到焊盘或引脚上，是焊接过程中必不可少的部分。然而，PCB上残留的助焊剂可能会造成严重损坏。助焊剂残留可能导致连接不良，与施加的电压发生反应导致电流泄漏，并将湿气吸入电路板，从而造成腐蚀。

2. **镀层空洞**
镀通孔是印刷电路板上涂有导体的孔。在许多情况下，导体通常为铜，但也有其他选择。这些孔可使电流从电路板的一侧传导到另一侧。为了制造这些孔，PCB制造商需在电路板上钻孔，穿透基础材料。然后，通过电镀工艺在材料表面以及这些孔的壁上添加一层铜箔或铜涂层。这个过程称为沉积，会在电路板上沉积一层薄的化学镀铜。在此步骤之后，再添加额外的铜层并进行蚀刻，以形成走线图案。
尽管这个过程行之有效，但有时可能会导致镀层空洞。镀层空洞是电路板镀层中的孔洞或间隙，通常是由沉积过程中的问题导致的。这些空洞可能会引发严重问题，因为通孔板上的镀层缺陷可能会阻止电流通过，从而导致缺陷。
通常，当沉积过程导致材料涂层不均匀时，就会出现这个问题。气泡、材料污染、孔清洁不充分以及沉积过程中铜的催化不良，都可能导致走线孔壁上出现镀层空洞。通过在钻孔后正确清洁材料，通常可以避免因清洁不充分、气泡或污染导致的缺陷。此外，在使用过程中严格遵循制造商的说明，有助于避免因钻孔不当导致的缺陷。例如，遵循关于钻孔速度、钻孔进给量和钻孔次数的指南，有助于避免此问题。

3. **PCB酸阱**
酸阱指的是电路中的锐角。锐角在蚀刻过程中能够捕获酸液，使酸液在角落积聚。这些小角度使酸液在角落停留的时间比设计要求的时间长得多。这种长时间的暴露会使酸液侵蚀材料，可能导致连接受损，使走线出现缺陷。
尽管大多数设计师都意识到这个问题并试图避免，但小失误仍可能导致不可避免的问题。通常，人为错误是导致酸阱的原因，但如果团队没有正确调整设置，一些设计软件程序可能会将走线设置为锐角。钻出额外的过孔或在过孔之间留出间隙，有助于防止形成酸阱区域。

4. **PCB热问题**
散热片将焊盘与平面连接起来。这些围绕焊盘的小走线可使焊盘更有效地散热，因此在焊接过程中它们是重要的部分。然而，有时散热片与平面、引脚或焊盘之间的空隙可能会导致连接不完整，产生散热不足的情况，从而降低热传递系统的效率。其结果会引发一些功能问题。
散热不足的散热片完成热传递所需的时间要长得多，当走线处于热应力下或在焊接过程中时，这可能会成为问题。热传递不当的散热焊盘可能会出现异常焊接，并且需要较长时间才能回流，这会减慢组装过程。它还会使组件暴露在更高的温度下，有时甚至高于设计极限，否则不会出现这种情况，这可能会损坏组件。散热不足的电路板在制造过程后可能会出现散热不足的情况，容易出现过热和热损伤。
一般来说，更换散热片是解决这个问题的最佳方法。不过，你也可以尝试尽可能地散热。例如，散热器和风扇可以将热量从PCB传递出去，减少损坏。请记住，小型设备可能不适合安装这些装置，因此使用更厚的铜来承载更高的电流可能会解决这个问题。

5. **铜边间距不足**
铜是一种导电性极佳的金属，通常用作PCB的导电元件。然而，铜也相对较软，容易受到腐蚀。为防止腐蚀并保护铜不受周围环境影响，可以用其他材料覆盖铜。但是，在修剪PCB时，如果铜离边缘太近，部分这种涂层也可能被修剪掉，从而暴露下面的铜层。即使铜没有暴露，也可能导致保护材料从PCB上分层，从而允许外界物质侵入。这可能会在电路板的功能方面引发许多问题。
其一，暴露的铜平面有可能同时接触导电材料，从而相互接触，导致短路。这种暴露还使铜直接接触环境，如果环境中有导电的异物，就容易受到腐蚀和污染。此外，绝缘不良的铜走线更容易出现镀层空洞。
通过确保铜边缘与电路板边缘之间的空间（也称为铜边间距或板边间距）符合所制造电路板类型的可接受标准，可轻松避免这个问题。制造商进行全面的可制造性设计（DFM）检查通常可以发现任何潜在问题。

6. **弯曲和扭曲问题**
PCB中的弯曲和扭曲变形可能由复合PCB结构、电镀应力、支撑和工装不均匀、热金属沉积等因素导致。本质上，这些因素会在PCB中产生额外的应力，从而导致变形。
印刷电路板上的弯曲和扭曲问题可能会导致组件和零件在PCB组装过程中发生位移。如果表面贴装和通孔组件的x/y和z坐标与PCB不匹配，那么PCB组装过程可能会变得非常耗时且困难。
可以采取以下几种措施来防止PCB出现弯曲和扭曲。首先，PCB设计师可以通过使用铜窃取技术来平衡设计。这种策略有助于均匀分布铜，防止变形。还可以烘烤PCB以去除水分，并确保在冷却过程中表面平整放置。在整个过程的每个阶段都要密切关注薄电路板，因为这些PCB更容易发生翘曲或扭曲。
需要注意的是，增加热负载可能会导致这些问题。PCB是复合材料，这意味着它们由许多不同的材料组成。每种材料的收缩和膨胀速率都不同。如果一个组件的膨胀速度比周围材料快，就会在材料中产生应力。减轻这种应力的唯一方法是整个系统发生翘曲或移动到能量最低的位置，以适应膨胀或收缩的材料。

7. **PCB焊接缺陷**
印刷电路板组装过程中焊接不当可能会导致严重问题。最常见的问题之一是冷焊，即技术人员对部件加热不足，这可能会导致PCB故障。此外，焊接过程中的湿气可能会污染PCB焊盘和其他组件。这种污染可能会导致PCB组件烧毁并产生连接问题。
焊接缺陷还可能导致其他几个问题，包括黑盘和阻焊层出气。黑盘是指焊料与镍界面之间出现的劣质连接。许多专业人士认为这种现象极为罕见，据估计，在化学镀镍浸金（ENIG）PCB中出现的比例不到1%或2%。然而，直到组装过程开始，团队才会发现黑盘问题，这使得在制造后阶段发现并纠正这个错误的成本很高。
出气是指材料在特定环境中释放某种气体的现象。虽然这种气体有时可能是空气，但通常是材料本身释放的某种挥发性化合物。在某些情况下，加热材料会导致物质分解，释放出原子气体粒子。
通常，出气是由生产过程中的波峰焊或手工焊接，或在超高真空环境中的应用导致的，这些会使蒸汽从PCB中逸出并凝结，甚至与附近的表面（包括其自身和其他设备）结合。材料选择不当和制造缺陷是出气的主要原因。这个问题可能会导致其他问题，例如在镀铜层之间形成空洞，并污染无菌环境。
公司通常使用目视或X射线检查来检测不良焊接。不过，还有其他方法来解决黑盘或阻焊层出气的具体问题。为防止黑盘，在制造过程中监测和控制磷含量至关重要。为减少超高真空环境中的出气以及敏感或无菌环境中的污染，选择适合应用的材料至关重要。团队还可以在生产过程中烘烤PCB以减少湿气，并设置通风口或将电路板远离关键设备以防止污染，从而降低这些问题发生的可能性。

8. **焊盘翘起**
印刷电路板上的焊盘用于使组件引脚与铜板建立连接。然而，如果焊盘翘起，引脚可能无法实现良好连接，组件就会失效。焊盘翘起在单面板上最为常见，但也可能出现在镀通孔板中。在大多数情况下，当加热电路板表面导致铜的附着力降低时，就会发生翘起。不过，严重的物理撞击和极端高温共同作用也可能导致焊盘翘起。
虽然对于影响焊盘翘起的热因素你几乎无法控制，但在一些机械方面你还是有一定掌控能力的。例如，小心地将单面板从传送带或托盘上取下，并指示团队不要将大型组件用作把手，可防止焊盘翘起。
如果你遇到焊盘翘起问题，可以尝试以下几种策略来解决：
 - 找到焊盘翘起的走线起点和终点，然后将电线连接到每个断开的点。对于翘起的焊盘，将组件穿过孔，然后将电线焊接到组件引脚上。
 - 用强力环氧树脂将焊盘粘回到电路板上。
 - 弯曲组件引脚以替代翘起的焊盘/走线应在的位置，并将其直接焊接到仍与电路板连接的走线上。
 - 如果引脚太短，先在引脚上焊接一个延长部分，然后再继续操作。

9. **导电阳极丝形成**
导电阳极丝（CAF）失效是电子行业日益关注的问题。当导电材料从阳极生长到阴极，导致电气故障时，就会发生CAF失效。CAF失效通常分为两个阶段，第一阶段可以逆转性能下降，但第二阶段会造成不可逆转的损坏。
有几种方法可以防止CAF失效。考虑以下影响CAF失效的因素，以确定如何减少不良后果：
 - **湿度**：较高的含水量会增加CAF失效的可能性，因为它需要一种电解质。这意味着较高的湿度水平意味着更高的含水量，并会降低CAF性能。
 - **酸污染过程**：一些制造过程可能会引入酸污染，这会增加CAF形成的可能性。例如使用某些类型的助焊剂以及在电镀过程中引入酸残留。
 - **偏压和电压**：偏压是驱动CAF形成反应的力。低偏压可以显著减少CAF的形成，较低的电压也会降低CAF发生的可能性。
 - **预先存在的缺陷**：诸如污染、空洞、芯吸、断裂和对位不准等缺陷会形成丝状通道。即使是不完全特征桥接等部分缺陷也可能导致此问题。此外，高温、回流和重复热循环会给PCB带来更大压力，增加CAF形成的机会。
 - **材料**：围绕材料的PCB质量问题也会影响CAF失效。具有CAF抗性的材料可以防止其形成，在问题发生之前有效地解决问题。使用树脂系统和玻璃表面处理的组合可以防止CAF形成，额外的预防措施有助于保持玻璃 - 树脂结合。
 - **设计**：电压失效特征之间的小间隙、钻孔的大小、镀通孔中的铜厚度以及线到线间距都会影响CAF抗性。实际上，设计过程的许多要素都会影响CAF形成的可能性，包括布局、偏压、电压水平、材料等，这凸显了高质量生产过程的重要性。

10. **互连缺陷**
在PCB生产过程中，制造商通常会在多层PCB上钻出精确的孔以暴露走线。通过添加导电材料来连接所有暴露的电路，从而实现这些走线的连接。
然而，有时在这个钻孔处或其附近会出现缺陷。这种缺陷称为互连缺陷（ICD）或内层分离。顾名思义，ICD涉及铜填充物与电路之间的分离。这些组件必须正确连接，PCB才能正常工作。内层铜的可靠性是制造功能正常且不会损坏系统的PCB的关键。
ICD最常因焊接等热冲击而发生。通常会在电路板两侧的第一个内层上发现ICD，在更深层出现的频率要低得多。一般来说，ICD主要有两个原因：
 - **基于碎屑**：在钻孔过程中，碎屑、钻污以及无机过滤器或玻璃颗粒可能会进入互连孔。尽管从PCB上清除这些物质是制造过程中的标准步骤，但有时团队会忽略这一步骤或没有正确完成。在大多数情况下，碎屑会在具有无机过滤器的低损耗材料中导致ICD。
 - **铜结合失效**：如果ICD不是由碎屑引起的，那么很可能源于铜结合失效。有时，当结合处承受高应力时，内层铜层可能会断裂或无法连接。较大的孔和较厚的PCB更容易出现铜结合失效导致的ICD，因为结合可能较弱或不足。
为防止PCB分离，团队应在允许电路板进入生产下一阶段之前测试此问题。然而，ICD在测试期间可能不会出现，因为它们是对压力做出反应，这意味着它们可能在使用或组装过程中出现。这些原因使得采取积极主动的方法预防ICD至关重要。制造商可以通过对钻孔壁进行除污处理、使用耐高温材料以及确保化学镀铜具有适当的晶粒结构和厚度以承受应力，来最大程度地降低ICD的风险。

11. **电磁问题**
电磁兼容性和电磁干扰是电路板设计中的两个棘手领域。电磁兼容性（EMC）涉及电磁能量的产生、传播和接收，而电磁干扰（EMI）是指这种EMC产生的有害影响。过多的EMI可能会导致产品出现缺陷。通常，这些问题是众多可能的设计缺陷之一导致的。

需要考虑的具体因素包括：
 - **接地平面**：设计PCB的接地平面对于减少EMI至关重要。所有走线都需要接地才能工作，这个元素可防止EMI。为优化接地平面，应遵循最佳实践，例如使用实心平面、最大化接地面积、连接旁路或去耦电容器、最小化信号长度以及谨慎使用分割平面。
 - **走线布局**：走线对于电路板设计也至关重要。这些导电路径包含在走线激活时流动的电子。简单的弯曲或交叉可能会干扰PCB的电磁功能。正确使用走线可确保电流正确传播。然而，如果团队不按照EMC设计规则布置走线，可能会出现许多问题。走线布局需要牢记的一些做法包括避免直角、缩短回流路径、保持信号分离以及谨慎使用过孔。
 - **组件布置**：电子组件是电子走线的基本组成部分。然而，布置不当可能会导致一些EMI问题。在设计PCB时，要注意每个组件对EMI的影响。PCB设计中组件布局的一些最佳实践包括分离模拟和数字部件、分离模拟和高速部件以及考虑高速组件的需求。
 - **EMI屏蔽**：无论遵循何种设计规则，某些组件都会产生EMI，尤其是小型高速部件。幸运的是，屏蔽和滤波可以将这种EMI的影响降至最低。一些选择包括低通滤波、组件和电路板屏蔽以及电缆屏蔽。
你可以通过增加电路板的接地面积和专门为EMI对电路板进行分区来减少EMI。此外，大多数组件应避免90度角，因为它们往往会增加EMI干扰。如果不确定，在电缆组装过程中使用屏蔽电缆和金属外壳来吸收EMC并减少EMI。

PCB制造专家可以协助进行电路板故障排查，识别这些潜在的设计缺陷，并在原型阶段发现EMC和EMI问题时与你合作进行重新设计。如果你在现场的多个电路板之间遇到EMI问题，将每个电路板封装在接地的导电盒中可能会有所帮助。
在高速PCB布局指南和EMI方面，另一个主要问题是信号完整性。长期以来，PCB单元的信号完整性损失一直是一个令人担忧的问题，因此在制造、销售或购买印刷电路板时，牢记信号完整性的PCB布局注意事项非常重要。