Gdy nic innego nie pomaga. Jak znaleźć zwarcia na płytce drukowanej?

Zachariah Peterson
|  February 9, 2018

read the instructions.png

Każdy inżynier ma swoją opowieść o tym, jak pewnego razu przetrwał ten „najgorszy scenariusz”. W pierwszym tygodniu mojej pracy zawodowej dotarła do nas opóźniona dostawa płytek drukowanych. Miały one być zamontowane w urządzeniach i wysłane do lokalizacji klienta ponad miesiąc wcześniej. Byliśmy tym wszystkim nieźle zawstydzeni.

Oczywiście wysyłka tych nowych płytek przebiegała w lekkim pośpiechu. Podłączyliśmy je do zasilania, żeby je przetestować, i sytuacja nie wyglądała dobrze. Płytki pachniały ozonem, a jeden z najdroższych komponentów nagrzał się tak bardzo, że poparzył kilka osób, które wykonywały „badanie dotykowe”. Nie mieliśmy czasu na zamówienie partii testowej, więc zamówiliśmy od razu w pełni wyposażone płytki PCB.

Oprócz oczywistej w tych okolicznościach frustracji i poparzonych palców, najgorsza była konieczność spotkania z szefem i wytłumaczenia poważnych awarii sprzętu. Najlepsze, co można wtedy zrobić, to zaproponować plan na przyszłość. Jeżeli kiedykolwiek znajdziesz się w takiej sytuacji, przyda Ci się wiedza, od czego zacząć szukanie zwarcia.

Ocena wzrokowa

Zacznij od bardzo dokładnego obejrzenia całej powierzchni płytki drukowanej. Posłuż się w tym celu lupą lub mikroskopem o małym powiększeniu, jeżeli masz do takiego dostęp. Szukaj wąsów cynowych pomiędzy polami kontaktowymi lub złączami lutowanymi. Zwróć szczególną uwagę na wszelkie pęknięcia lub grudki spoiwa lutowniczego. Sprawdź wszystkie przelotki. Jeżeli w specyfikacji były przelotki niemetalizowane, upewnij się, że właśnie takie zostały zamontowane na płytce. Przelotki metalizowane mogą zwierać warstwy płytki i spowodować, że wszystko będzie podłączone do masy, zasilania lub jednego i drugiego naraz.

Jeżeli zwarcie jest naprawdę poważne, na płytce zobaczysz przypalone miejsca. Chociaż mogą być małe, będą się wyraźnie odznaczać swoim brązowym kolorem na tle zielonej maski lutowniczej. Jeżeli masz kilka płytek, spalony układ pozwoli na określenie dokładnej lokalizacji bez konieczności podłączania kolejnej płytki do zasilania i poświęcania jej. Niestety nasza płytka drukowana nie miała żadnych spalonych miejsc, a jedynie poparzyła palce ludziom sprawdzającym, czy układy scalone się nie przegrzewały.

Potencjalne miejsca wystąpienia krótkiego spięcia na płytkach drukowanych

Poza tym pierwszym krokiem, gdy pewnym wzrokiem oglądasz dokładnie płytkę, jest jeszcze kilka miejsc, w których możesz szukać potencjalnej przyczyny zwarcia.

Zepsute komponenty

Niektóre komponenty, na przykład kondensatory elektrolityczne, są podatne na awarie. Jeżeli na płytce znajdują się takie podejrzane komponenty, sprawdź je w pierwszej kolejności. Jeżeli nie masz pewności, możesz z reguły szybko wyszukać w Google nazwy komponentów, które podejrzewasz o awarię, żeby dowiedzieć się, czy często się psują.

Obrazowanie podczerwone

Jeżeli nie pracujesz w startupie, który właśnie przekroczył budżet na sprzęt, być może jesteś szczęściarzem i masz dostęp do obrazowania podczerwonego. Dzięki kamerze na podczerwień można zlokalizować spięcie, nawet jeżeli zachodzi ono pomiędzy wewnętrznymi warstwami. Zwarcie ma z reguły większy opór niż normalna ścieżka lub połączenie lutowane, ponieważ nie zostało zoptymalizowane podczas projektowania (chyba że naprawdę wytrwale ignorujesz wszelkie reguły). Opór sprawia, że miejsce zwarcia zacznie się nagrzewać, co będzie widoczne w podczerwieni. Zacznij od najmniejszego możliwego prądu. W idealnym przypadku zobaczysz zwarcie, zanim spowoduje ono jakiekolwiek większe uszkodzenia.

Badanie multimetrem cyfrowym

Pomimo dokładnego obejrzenia płytki nie dowiedzieliśmy się niczego o miejscu i przyczynie zwarcia, więc wzięliśmy miernik uniwersalny i spróbowaliśmy wyśledzić fizyczną lokalizację spięcia na gołej płytce drukowanej. Na forach internetowych związanych z elektroniką można spotkać się z mieszanymi opiniami na temat użycia multimetru, ale prześledzenie punktów testowych może pomóc dowiedzieć się, gdzie problemu nie ma. Będzie do tego potrzebny bardzo dobry miernik uniwersalny z czułością rzędu miliona, a najlepiej też z funkcją sygnału dźwiękowego alarmującego o wykryciu zwarcia.

Ostatnia deska ratunku: Badania niszczące

Po wykonaniu wszystkich testów (oprócz obrazowania w podczerwieni, bo byliśmy właśnie tym spłukanym startupem, o którym wspomniałem), dowiedzieliśmy się tylko tyle, że zwarcie było umiejscowione w jednej połowie płytki. Przecięliśmy więc ją na pół, a potem jeszcze raz na pół. Badania niszczące to oczywiście środek ostateczny, jednak w naszej sytuacji było to konieczne.

Powtórne pomiary multimetrem potwierdziły, że większość sekcji nie miała zwarcia pomiędzy zasilaniem a uziemieniem. Tajemniczą „czarną dziurą” pozostawała jednak ta ostatnia ćwiartka płytki i nigdy nie udało nam się precyzyjniej zlokalizować tego spięcia. Następnym razem zmieniliśmy producenta płytek i zamówiliśmy płytki testowe. Oba te kroki pomogły.

Aby uniknąć przygnębiającego niepokoju towarzyszącego poszukiwaniu zwarcia, upewnij się, że projekt jest dokładnie sprawdzany pod kątem błędów, problemów projektowych i wymaganych przez producenta tolerancji. Niezawodne oprogramowanie do projektowania, takie jak Altium CircuitStudio®, może wykonać wszystkie te zadania za nas, jednocześnie zapewniając jednolite środowisko projektowe, niezbędne do ukończenia projektów bez zbędnego bólu głowy i poparzonych palców.

Jeżeli chcesz dowiedzieć się więcej o znajdowaniu potencjalnych lokalizacji zwarć lub porozmawiać o tym, jak właściwe oprogramowanie może ułatwić projektowanie płytek PCB, możesz już teraz porozmawiać z ekspertem z firmy Altium.

About Author

About Author

Zachariah Peterson has an extensive technical background in academia and industry. Prior to working in the PCB industry, he taught at Portland State University. He conducted his Physics M.S. research on chemisorptive gas sensors and his Applied Physics Ph.D. research on random laser theory and stability.His background in scientific research spans topics in nanoparticle lasers, electronic and optoelectronic semiconductor devices, environmental systems, and financial analytics. His work has been published in several peer-reviewed journals and conference proceedings, and he has written hundreds of technical blogs on PCB design for a number of companies. Zachariah works with other companies in the PCB industry providing design and research services. He is a member of IEEE Photonics Society and the American Physical Society.

most recent articles

Back to Home