Identifier un court-circuit sur un circuit imprimé

Chaque ingénieur peut vous raconter l’histoire du "pire scénario" auquel il a survécu.

Au cours de la pire semaine de ma vie professionnelle, nous avons reçu une livraison de circuits imprimés en retard. Ces derniers étaient censés avoir été installés dans du matériel informatique et déployés sur les sites des clients plus d'un mois auparavant. Nous étions plus que gênés et inutile donc de vous dire qu'il y a eu une légère précipitation pour expédier ces nouveaux circuits imprimés.

Lorsque nous les avons mis sous tension pour les tester, on pouvait sentir l'ozone qui se dégageait des PCB. L'un des composants les plus chers a chauffé au point de brûler deux personnes qui faisaient un "test tactile".

On ne pensait pas avoir le temps d'obtenir un lot de cartes d'essai, nous avons alors commandé les circuits imprimés entièrement remplis.

Au-delà des frustrations évidentes, expliquer les défaillances matérielles majeures à votre patron alors que vous avez les doigts brûlés n’est pas une expérience souhaitable. La meilleure chose que vous puissiez faire dans ce cas est de proposer un plan d'action.

Si jamais vous êtes dans cette situation, découvrez comment passer maître dans la recherche de courts-circuits sur un circuit imprimé.

4 étapes pour savoir comment tester un court-circuit sur un circuit imprimé

Dans cet article, vous trouverez quelques étapes importantes que vous pouvez suivre pour localiser les courts-circuits sur vos conceptions de circuits imprimés :

• Étape 1: Trouver un court-circuit dans un circuit imprimé
• Étape 2 : Tester un circuit afin de détecter les courts-circuits du PCB
• Étape 3 : Trouver les composants défectueux sur un circuit imprimé
• Étape 4 : Tester un PCB de manière destructive pour identifier un court-circuit

Étape 1 : Trouver un court-circuit dans un circuit imprimé

1. L'inspection visuelle pour identifier un court-circuit

En supposant que vous avez dépassé le stade de la conception de la carte d'essai et qu'il n'y a pas de disjoncteur intégré, la première étape pour localiser les courts-circuits sur un circuit imprimé est d'examiner attentivement toute sa surface. Si vous en avez une à disposition, utilisez une loupe ou un microscope à faible grossissement pendant l'examen du PCB.

En commençant par l'alimentation électrique et en allant vers l'avant, recherchez des mèches d'étain entre les pastilles ou les joints de soudure.

Toute fissure ou tache de soudure doit faire l'objet d'une attention particulière. Vérifiez tous vos vias. Si vous avez spécifié des vias non plaqués, assurez-vous que c'est le cas sur la carte. Des vias mal plaqués peuvent créer un court-circuit entre les couches et vous laisser avec le tout relié à la terre, au VCC ou aux deux.

Si le court-circuit est vraiment grave et que les composants atteignent des températures critiques, vous verrez des taches brûlées sur le circuit imprimé. Elles peuvent être assez petites, mais elles seront fortement décolorées en brun au lieu du vert normal du vernis d’épargne.

Si vous avez plusieurs cartes, une carte de circuit imprimé brûlée peut vous aider à affiner l'emplacement spécifique sans qu'une alimentation d'une autre carte soit sacrifiée dans la recherche.

Certains courts-circuits seront internes à la carte de circuit imprimé et ne produiront pas de taches de brûlure. Cela signifie également qu'ils ne seront pas perceptibles depuis la couche de surface. C'est là que vous aurez besoin d'une autre méthode pour détecter un court-circuit dans un circuit imprimé.

Les brûlures peuvent certainement vous aider à localiser un court, mais à un coût très élevé.

2. L'imagerie infrarouge

Si vous n'êtes pas dans une startup qui vient d'exploser son budget matériel, vous avez peut-être la chance d'avoir accès à une caméra infrarouge. Son utilisation peut vous aider à localiser les zones où une grande quantité de chaleur est générée.

Si vous ne voyez pas de point chaud loin de vos composants actifs, il se peut que vous ayez un court-circuit sur le circuit imprimé, même s'il se situe entre des couches internes.

La résistance du court-circuit est généralement plus élevée que celle d'une piste ou d'un joint de soudure normal, car elle n'a pas été optimisée lors de la conception (à moins que vous ne soyez vraiment mauvais pour ignorer les vérifications des règles).

Cette résistance, ainsi que le courant naturellement élevé dû à la connexion directe entre l'alimentation et la masse, signifie que le conducteur du court-circuit va chauffer. Commencez par le courant le plus faible. Idéalement, vous verrez le court-circuit avant qu'il ne fasse plus de dégâts.

Étape 2 : Tester un circuit afin de détecter les courts-circuits du PCB

En dehors de la première étape qui consiste à utiliser vos yeux pour vérifier la carte, il existe quelques autres moyens de vérifier la cause potentielle des courts-circuits du circuit imprimé.

1. Tester un court-circuit avec un multimètre numérique

Pour tester la présence d'un court-circuit sur une carte de circuit imprimé, vous devez vérifier la résistance entre différents points du circuit. Si l'inspection visuelle ne révèle aucun indice sur l'emplacement ou la cause du court-circuit, prenez un multimètre et essayez de trouver son emplacement physique.

L'approche du multimètre fait l'objet de critiques mitigées dans la plupart des forums d'électronique, mais le traçage de vos points de test peut vous aider à déterminer ce qui n'est pas le problème.

Vous aurez besoin d'un très bon multimètre avec une sensibilité de l'ordre du milliohm. Une fonction de buzz est également conseillée, pour vous alerter lorsque vous sondez un court-circuit.

Par exemple, si vous mesurez la résistance entre des pistes ou des plots voisins sur un PCB, vous devriez mesurer une résistance élevée. Si vous mesurez une résistance très faible entre deux conducteurs qui devraient se trouver dans des circuits séparés, il est possible que ces deux conducteurs soient pontés, que ce soit en interne ou en externe.

Notez que deux pistes ou pastilles adjacentes pontées par une inductance (comme dans un réseau d'adaptation d'impédance ou un circuit de filtre discret) produiront une résistance très faible, car une inductance n'est qu'un conducteur enroulé. Cependant, si deux conducteurs sont très éloignés l'un de l'autre sur la carte et que vous lisez une résistance très faible, c'est qu'il y a un pont quelque part sur la carte.

2. Le test par rapport à la terre

Un court-circuit impliquant un via mis à la terre ou un plan de masse revêt une importance particulière. Les PCB multicouches dotés d'un plan de masse intérieur comprennent un chemin de retour à travers un trou d'interconnexion près des composants. Cela constitue un emplacement pratique pour vérifier tous les autres trous d'interconnexion et les pastilles sur la couche de surface d'une carte.

Placez une sonde sur une connexion de masse et touchez l'autre sonde sur les autres conducteurs de la carte. Cette même connexion de masse sera présente à d'autres endroits sur la carte, ce qui signifie que si vous touchez chaque sonde à deux vias de masse différentes, vous lirez une très faible résistance.

Faites attention à votre disposition pendant que vous faites cela, car vous ne voulez pas confondre un court-circuit avec une connexion de masse commune.

Tous les autres conducteurs exposés qui ne sont pas reliés à la terre doivent afficher une résistance très élevée entre votre connexion de terre commune et le conducteur lui-même. Si vous lisez une valeur très faible et que vous n'avez pas d'inductance entre le conducteur en question et la terre, il se peut que vous ayez un composant défectueux ou un court-circuit.

Le sondage au multimètre peut vous aider à repérer un court-circuit, mais il ne sera pas toujours assez sensible pour le détecter.

3. Les composants en court-circuit

La vérification d'un composant court-circuité implique également l'utilisation d'un multimètre pour mesurer la résistance.

Si l'inspection visuelle n'a pas révélé de soudure excessive ou de paillettes métalliques entre les plots, le court-circuit peut s'être formé dans les couches internes entre deux plots/broches d'un composant.

Il est également possible qu'un court-circuit se produise entre les plots/broches d'un composant en raison d'une mauvaise fabrication. C'est l'une des raisons pour lesquelles les circuits imprimés doivent être soumis à des contrôles DFM et à des contrôles de règles de conception. Effectivement, les plages et les vias qui sont placés trop près les uns des autres peuvent former un pont et provoquer un court-circuit involontaire lors de la fabrication.

Ici, vous voudrez mesurer la résistance entre les broches d'un circuit intégré ou d'un connecteur. Les broches voisines sont particulièrement sensibles aux courts-circuits, mais ce ne sont pas les seuls endroits où un court-circuit peut se former.

Vérifiez que la résistance entre les plots/broches les uns par rapport aux autres et la connexion à la terre présente une faible résistance.

Vérifiez la résistance entre la terre et les autres broches de vos connecteurs et IC. Exemple pour un connecteur USB.

4. Réduire l'emplacement du court-circuit

Si vous pensez avoir localisé un court-circuit entre deux conducteurs, ou entre un conducteur et la terre, vous pouvez affiner la localisation en vérifiant les conducteurs voisins.

Avec un fil du multimètre sur la connexion suspectée d'être en court-circuit, déplacez l'autre fil vers différentes connexions de terre proches et vérifiez la résistance.

Lorsque vous vous déplacez vers des connexions de terre plus éloignées, vous devez voir la résistance changer. Si celle-ci augmente, cela signifie que vous éloignez votre fil de terre de l'endroit où se trouve le court-circuit.

Cette démarche vous aide à déterminer l'emplacement exact du court-circuit, et vous pouvez même le réduire à une paire spécifique de plots/broches sur un composant.

Étape 3 : Trouver les composants défectueux sur un circuit imprimé

Des composants défectueux ou mal installés peuvent faire partie d'un court-circuit, créant un certain nombre de problèmes sur votre carte. Vos composants peuvent être défectueux ou contrefaits, créant un court-circuit ou l'apparence d'un court-circuit.

Certains composants ont tendance à se détériorer, comme les condensateurs électrolytiques, et les identifier vous aide à trouver un court-circuit.

Si vous avez des composants suspects, vérifiez-les en premier. Si vous n'êtes pas certain, vous pouvez généralement effectuer une recherche rapide sur Google pour les composants que vous soupçonnez d'être "défectueux" afin de savoir s'il s'agit d'un problème courant.

Dans le cas où vous mesurez une résistance très faible entre deux plots/broches (aucun d'entre eux n'est une broche de masse ou d'alimentation), il se peut que vous ayez un court-circuit dû à un composant grillé. C'est un signe évident qu'un condensateur est défectueux. Les condensateurs se gonflent également lorsqu'ils sont défectueux ou si la tension appliquée dépasse le seuil de rupture.

Vous voyez comme ce condensateur est enflé ? C’est signe qu’il est défectueux.

Étape 4 : Tester un PCB de manière destructive pour identifier un court-circuit

Les tests destructifs sont évidemment une mesure de dernier recours. Si vous avez accès à une unité d'imagerie à rayons X, vous pouvez examiner l'intérieur d'une carte sans avoir besoin de la détruire.

En l'absence d'une unité à rayons X, vous pouvez commencer à retirer des composants et recommencer vos tests au multimètre. Cela est utile à deux égards. Tout d'abord, cela vous permet d'accéder beaucoup plus facilement aux plots, y compris les plots thermiques, qui peuvent être en court-circuit.

Deuxièmement, cela élimine la possibilité qu'un composant défectueux soit à l'origine du court-circuit, ce qui vous permet de vous concentrer sur les conducteurs.

Si vous parvenez à réduire l'emplacement du court-circuit à une connexion sur un composant, par exemple entre deux pastilles, il peut ne pas être évident que le composant soit défectueux ou qu'il y ait un court-circuit quelque part à l'intérieur d'une carte.

À ce stade, vous pouvez vouloir retirer les composants et vérifier les pastilles sur votre carte. Le retrait des composants vous permet de vérifier s'il est lui-même défectueux ou si les pastilles de la carte sont pontées en interne.

Si l'emplacement du court-circuit (ou éventuellement de plusieurs courts-circuits) reste difficile à localiser, vous pouvez découper la carte et essayer de réduire l'emplacement du court-circuit. Si vous avez une idée de son emplacement général, vous pouvez découper une section de la carte et répéter vos tests au multimètre dans celle-ci.

À ce stade, vous pouvez répéter les tests ci-dessus avec un multimètre pour vérifier les courts-circuits à des endroits spécifiques. Si vous en êtes arrivé là, c'est que votre court-circuit est déjà particulièrement insaisissable. Cela vous permettra au moins de réduire sa localisation à une région particulière de la carte.

Lorsque nous avons examiné nos cartes à la recherche de courts-circuits, ce qui n'incluait pas de test infrarouge parce que nous étions une startup fauchée, tout ce que nous avons pu déterminer était que le court-circuit se trouvait dans une moitié de la carte.

Nous avons donc coupé la carte en quatre et testé chaque section. Le retour au multimètre a confirmé que la plupart des sections n'avaient pas de VCC et de masse liés ensemble. Mais un quart de la carte est resté un trou noir de mystère, et nous n'avons jamais pu nous rapprocher du court-circuit. Nous avons changé de fabricant et obtenu des cartes de test pour notre prochaine série de productions, et nos cartes ont fonctionné correctement.

Si vous voulez éviter l'angoisse en cherchant des courts-circuits, assurez-vous d'avoir un contrôle solide des règles de test dans le circuit, pour les erreurs, les problèmes de conception et les tolérances du fabricant.

Un logiciel de conception performant comme CircuitStudio^® d'Altium peut s’en occuper pour vous, tout en vous fournissant l'environnement de conception unifiée dont vous avez besoin pour réaliser vos designs sans mal de tête, ni doigts brûlés.

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