Cómo detectar cortocircuitos en una PCB

¿Quieres saber cómo detectar un cortocircuito en una PCB? Encontrar cortocircuitos en una placa de circuito impreso no es una prueba que se realice normalmente con una placa prototipo. De hecho, si tu empresa de fabricación y montaje de PCB ha realizado pruebas en circuito o pruebas de continuidad, habrá verificado la conectividad de tu placa de PCB comparándola con la lista de redes generada a partir de tus archivos de diseño. Por lo tanto, los cortocircuitos involuntarios en placas de PCB no resultan evidentes hasta más tarde, cuando se empieza a montar la placa y se examina su funcionamiento.

Los cortocircuitos pueden producirse por la colocación accidental de cortocircuitos entre redes en los datos de diseño o por defectos durante la fabricación y/o el montaje. Algunas de las razones por las que pueden producirse son:

• Opciones de diseño agresivas que violan las capacidades de la empresa de fabricación
• Tergiversación de las capacidades por parte de la empresa de fabricación o montaje.
• Cortocircuitos en una lista de redes marcados como intencionados en las pruebas de continuidad, a menudo debido a malentendidos del fabricante.
• Inspección de montaje deficiente (como la inspección óptica automatizada) por parte de la empresa de montaje, que no detecta los defectos.

Tanto las grandes empresas como los pequeños startups y los emprendedores deben entender los riesgos mencionados y tener en cuenta estos puntos a la hora de investigar a un proveedor de fabricación y/o montaje. Si las placas de PCB resultan defectuosas, algunas pruebas de cortocircuito de placas de circuito impreso pueden ayudarle a determinar quién es el culpable y, en el proceso, puedes ganar algo de crédito de reelaboración con tu fabricante.

En este artículo vamos a mostrar cómo detectar un cortocircuito en una placa de PCB.

Cómo detectar cortocircuitos en una PCB

En este artículo te indicaremos algunos pasos importantes a seguir para saber dónde hay un cortocircuito en diseños de PCB:

• Paso 1: cómo encontrar un cortocircuito en una PCB
• Paso 2: cómo comprobar que no haya cortocircuitos en una placa electrónica
• Paso 3: cómo encontrar componentes defectuosos en una PCB
• Paso 4: cómo hacer una prueba destructiva en una PCB

Paso 1: cómo detectar un cortocircuito en una PCB

Inspección visual

Asumiendo que ya haya pasado la etapa de diseño base y que no haya un disyuntor integrado, el primer paso para detectar cortocircuitos en una PCB es mirar cuidadosamente la superficie entera de la PCB. Si tienes disponibles, es buena idea utilizar una lupa o microscopio de poco aumento durante el examen de la placa de circuitos. Empezando por la fuente de alimentación y avanzando a partir de ésta, procura identificar la presencia de filamentos de estaño entre los pads o las uniones de soldadura. Cualquier grieta, gotas o grumos de soldadura deben analizarse atentamente. Revisa todas tus vías. Si has especificado vías sin chapado, asegúrate de que ese sea el caso en la placa. Las vías chapadas deficientemente pueden crear cortocircuitos entre las capas y dejar todo conectado a tierra, VCC o ambas cosas.

Si el cortocircuito es realmente grave y causa que los componentes alcancen temperaturas críticas, podrás detectar visualmente zonas con quemaduras en la placa de circuito impreso. Pueden ser bastante pequeñas, pero tendrán una tonalidad marrón bastante descolorida, en lugar de la máscara de soldadura verde corriente. Si tienes múltiples placas, una placa de circuito impreso quemada puede ayudarte a determinar la ubicación específica del cortocircuito sin tener que sacrificar otra placa en la búsqueda. 

Algunos cortocircuitos serán internos a la placa de circuitos y no producirán zonas con quemaduras. Esto también implica que no podrán detectarse desde la capa superficial. Es en este caso en donde necesitarás algún otro método para detectar un cortocircuito en una PCB o placa de circuito impreso.

Las quemaduras pueden ayudarte definitivamente a ubicar un cortocircuito, pero a un coste bastante "humeante".

Imágenes infrarrojas

Si no estás en un startup que acaba de agotar todo su presupuesto de hardware, es posible que tengas la suerte de poder acceder a una cámara de infrarrojos. Usar una cámara de infrarrojos te permite ubicar las áreas en las que se está generando gran cantidad de calor. Si no detectas inmediatamente un punto caliente lejos de sus componentes activos, es posible que tengas un cortocircuito en la PCB, incluso si el cortocircuito está ocurriendo entre capas internas.

El cortocircuito suele tener una resistencia más alta que una junta de soldadura o una pista normal, ya que no se optimizó durante el diseño (a menos que seas realmente malo ignorando las verificaciones de las reglas de diseño). Esa resistencia, así como la corriente naturalmente elevada debido a la conexión directa entre la alimentación y la tierra, implica que el conductor en el cortocircuito de la PCB se calentará. Empieza con la corriente más baja posible. Idealmente, podrás detectar el cortocircuito en la placa antes de que cause más daño.

La prueba táctil es una manera de verificar si un componente de la PCB se está sobrecalentado.

Paso 2: cómo comprobar que no haya cortocircuitos en una placa electrónica

Más allá del primer paso, que es usar la vista para comprobar la placa, hay otras formas de comprobar las causas de cortocircuitos en una PCB.

Pruebas con un multímetro digital

Para comprobar un cortocircuito en una placa de circuito impreso o PCB, deberás comprobar la resistencia entre diferentes puntos del circuito. Si una inspección visual no revela ninguna pista acerca de la ubicación o causa del cortocircuito, coge un multímetro e intenta localizar la ubicación física en la placa de circuito impreso. El método del multímetro tiende a recibir opiniones mixtas en la mayoría de los foros de electrónica, pero determinar los puntos de prueba del cortocircuito puede ayudarte a averiguar dónde NO hay problema.

Necesitarás un multímetro muy bueno, con una sensibilidad en el orden de los miliohmios, y es más sencillo si este tiene una función de zumbido para avisarte cuando estás sondeando un cortocircuito. Por ejemplo, si mides la resistencia entre pistas o almohadillas vecinas en una PCB, deberías medir un alto nivel de resistencia.

Si mides una resistencia muy baja entre dos conductores que deberían estar en circuitos diferentes, es posible que estos dos conductores estén puenteados, ya sea de forma interna o externa. Ten presente que las pistas o almohadillas (pads) adyacentes que tengan un puente entre sí con un inductor (como una red de acoplamiento de impedancias o un circuito de filtro discreto) producirán una lectura de resistencia muy baja, puesto que un inductor no es más que un conductor con una bobina. Sin embargo, si dos conductores están muy alejados entre sí en la placa y lees una resistencia muy pequeña, entonces tendrás un puente en algún lugar de la placa.

Pruebas de tierra vs cortocircuitos de PCB

Es de particular importancia detectar cualquier cortocircuito de la placa que afecte a una vía con conexión a tierra o un plano de tierra. Las PCB multicapa con un plano de tierra interior incluyen un trayecto de retorno mediante una vía cercana a los componentes, lo cual ofrece una ubicación cómoda desde la cual verificar las demás vías y pads en la capa superficial de una placa. Coloca una sonda en la conexión a tierra y toca la otra sonda con el resto de conductores de la placa.

Esta misma conexión a tierra estará presente en otros lugares de la placa, lo que significa que si tocas cada sonda con dos vías diferentes conectadas a tierra, leerás una resistencia muy baja. Presta atención a tu diseño mientras haces esto, ya que no querrás confundir un cortocircuito con una conexión a tierra común. Todos los demás conductores expuestos que no estén conectados a tierra deberían presentar lecturas elevadas de resistencia entre su conexión a tierra común y el conductor en sí. Si lees un valor muy bajo y no tienes un inductor entre el conductor en cuestión y la tierra, entonces es posible que tengas un componente defectuoso o un cortocircuito.

Las pruebas con multímetro pueden ayudarte a saber dónde hay cortocircuito en una pcb, pero no siempre son lo suficientemente sensibles como para localizarlo.

Componentes cortocircuitados

Verificar la presencia de componentes cortocircuitados también implica el uso de un multímetro para medir la resistencia. En caso de que la inspección visual no revele un exceso de soldadura o de escamas metálicas entre las almohadillas (también conocidas como pads), es posible que el cortocircuito se haya formado en las capas internas entre dos almohadillas/pines de un componente. También es posible que se produzca un cortocircuito entre almohadillas/pines de un componente debido una fabricación deficiente. Esta es una de las razones por las que las PCB deben someterse a comprobaciones de DFM y de comprobación de las reglas de diseño; las almohadillas y vías que se colocan demasiado cerca entre sí podrían puentearse y generar un cortocircuito accidental durante la fabricación.

En este caso, querrás medir la resistencia entre los pines de un CI o conector. Los pines vecinos son particularmente susceptibles a cortocircuitos, pero estas no son las únicas ubicaciones donde pueden formarse un cortocircuito en una PCB. Comprueba que la resistencia entre las almohadillas/pines entre sí y la conexión a tierra sea baja.

Comprueba la resistencia entre el pad de tierra y los demás pines en tus conectores e IC. Esto se muestra aquí para un conector USB.

Determinar la ubicación con exactitud

Si crees haber localizado un cortocircuito entre dos conductores, o entre algún conductor y tierra, puedes acotar la localización comprobando los conductores cercanos entre sí. Con un cable del multímetro en la conexión sospechosa de cortocircuito, mueve el otro cable a las conexiones de tierra cercanas y comprueba la resistencia. A medida que te desplazas a conexiones a tierra más lejanas, deberías detectar cambios en la resistencia. Si la resistencia aumenta, eso significa que estás alejando el cable de tierra de la ubicación del cortocircuito. Esto te ayudará a determinar con más exactitud la ubicación exacta del cortocircuito, y puedes incluso acotar el problema a un par específico de almohadillas/pines en un componente.

Paso 3: cómo encontrar componentes defectuosos en una PCB

Los componentes defectuosos o incorrectamente instalados pueden ser parte de un cortocircuito, creando una gran cantidad de problemas en tu placa de circuito impreso. Tus componentes podrían ser defectuosos o de imitación, creando así un cortocircuito real o aparente.

Componentes defectuosos

Algunos componentes tienen tendencia a dañarse, como los capacitores electrolíticos. Si tienes componentes sospechosos, compruébalos primero. Si no estás seguro, normalmente podrás hacer una búsqueda rápida en Google de componentes que sospechas que "fallan" para averiguar si es un problema común. En el caso de que midas una resistencia muy baja entre dos pads/pines (y ninguno de estos sean pines de tierra o de potencia), puede que tengas un cortocircuito debido a un componente quemado. Esta es una clara señal de que un capacitor se ha estropeado. Los capacitores también se abomban cuando se estropean o si la tensión aplicada supera el umbral de fallo.

¿Puedes ver el abultamiento en la parte superior de este capacitor? Esta es una clara señal de que el capacitor se ha dañado.

Paso 4: cómo hacer una prueba destructiva en una PCB

Las pruebas destructivas de cortocircuitos son, obviamente, un último recurso. Si tienes acceso a una unidad de imágenes de rayos X, entonces podrás examinar el interior de la placa sin destruirla.

En ausencia de una unidad de rayos X, puedes empezar por retirar componentes y volver a realizar las pruebas con el multímetro. Esto te ayudará de dos maneras. En primer lugar, te brinda un acceso mucho más sencillo a los pads, incluyendo los pads térmicos, que pueden estar generando el cortocircuito. En segundo lugar, elimina la posibilidad de que un componente defectuoso sea el responsable del cortocircuito, lo que te permitiría centrarte en los conductores. Si consigues reducir la ubicación del cortocircuito a una conexión a un componente, por ejemplo, entre dos almohadillas o pads, tal vez no resulte evidente si el componente está defectuoso o si hay un cortocircuito en algún lugar del interior de la placa. En este punto, es posible que desees retirar los componentes y comprobar las almohadillas de la placa. Eliminar los componentes te permite hacer las pruebas necesarias para comprobar si el componente está defectuoso o si las almohadillas pads tienen puentes internos.

Si la ubicación del cortocircuito (o posiblemente de múltiples cortocircuitos) sigue siendo difícil de localizar, puedes simplemente abrir la placa e intentar determinar la ubicación del cortocircuito. Si tienes una idea de la ubicación general del cortocircuito, entonces podrás cortar una sección de la placa y repetir las pruebas de multímetro en esa sección. En este punto, puedes repetir las pruebas anteriores con un multímetro para comprobar si existen cortocircuitos en lugares específicos. Si tus pruebas de la placa de circuito han llegado a este punto, entonces tu cortocircuito es excepcionalmente esquivo. Esto, al menos, te permitirá acotar la ubicación de tu cortocircuito a una región específica de la placa.

Cuando examinamos las placas de circuito impreso para encontrar cortocircuitos, que no incluyeron pruebas infrarrojas porque éramos un startup sin dinero, todo lo que pudimos determinar fue que el cortocircuito ocurría en una de las mitades de la placa. Así que la cortamos en cuatro partes y probamos cada sección. Volver al multímetro permitió comprobar que la mayoría de las secciones no tenían conexión entre la tierra y el VCC. Pero esa cuarta parte de la placa resultó ser un misterio insondable, y nunca logramos ubicar el cortocircuito. Cambiamos de fabricante y conseguimos placas de prueba para nuestra siguiente ronda de producción, y nuestras placas funcionaron a la perfección.

Si quieres ahorrarte la ansiedad de tener que detectar cortocircuitos en una placa manualmente, asegúrate de tener unas reglas de prueba de circuitos muy sólidas, para determinar errores, problemas de diseño y de fabricación. Cuando necesites una herramienta de diseño de PCB que incluya todo lo necesario para crear placas de circuitos de alta calidad y de fácil fabricación, la mejor es CircuitMaker. Además de un software de diseño de PCB fácil de usar, todos los usuarios de CircuitMaker tienen acceso a un espacio personal de trabajo en la plataforma Altium 365. Puedes cargar y almacenar tus datos de diseño en la nube, y también podrás ver fácilmente tus proyectos desde tu navegador web en una plataforma segura.

Empieza a usar CircuitMaker hoy mismo y no te pierdas el nuevo CircuitMaker Pro, de Altium.