电路设计技巧

这里很热,PCB短路了吗?短路的常见原因

当我是一名本科生时,曾经遇到过由于旁边建筑物发生电气火灾而导致课程取消。 更有趣的是,当我们被解散时,实际上是在上一个初级电气工程的课程。有几个学生想要检查发生火情的原因, 他们认为是我们是电气工程师,因此电气火灾属于我们的范畴。 在这个课程上,我们在实验中发生过很多次蓝烟(甚至是小火),所以我们的想法并不太离谱。

了解PCB短路如何可能发生有助于在设计PCB中,最大限度地减少发生短路的风险。当时,我们的教授和我们一样想走出课堂,告诉我们,任何一个电源超过9伏的紧急情况绝对不是我们所能看到的。但他确实给了我们额外的有关短路的辅导功课,所以我们不会在他的实验室中炸毁组件。我们会跳过作业,但是PCB短路的原因总是很方便的。

PCB污染和电化学腐蚀

污染可能有多种形式,所有这些都对PCB有害。不相容的化学物质或清洁不当可能会在电路板表面,层压板之间或PCB内部的铜层之间留下薄膜和残留物。这种污染可能会造成损害或退化,但许多人没有意识到它也可能造成短路。

当PCB层中存在金属或导电物质时,电化学蚀刻可以使它们形成丝状物,正式名称为导电阳极丝( Conductive Anodic Filamentation)。这些丝状物在多层板的非导电材料之间引起短路。铜树枝在PCB表面更常见;它们也是由于电化学蚀刻形成的,而且更可能是板表面受到污染,特别是酸或离子溶液。剥离的电线进入连接器也会发生污染短路。我的同学推测电气火灾是由接线不良造成的。

 

用锡膏网板对齐确保安全

当制造PCB时,在进入回流炉之前将部件放置到位。在此回流焊中,焊膏熔化并形成从元件到PCB的电气连接。如果元件摆放不合适,要么移位,要么旋转一点点,那么引线可能与其相应的焊盘不匹配。引线可以连接相邻的焊盘,或者足够接近以至于回流焊引起引线之间形成桥。

用于施加焊膏的模板也可能具有与PCB焊盘的尺寸不匹配的孔尺寸。如果它们太大,焊料可能会散布在多个焊盘上。太小,并且焊料不会总是达到铅并且形成牢固的连接。焊盘尺寸也可能与组件引脚不匹配。

避免过度拥挤和减少PCB短缺

元件尺寸正在减小,导致焊盘间距尺寸更小,元件密度更高。由于元件密度高,热损伤和部件之间的干扰的可能性更高。如果将来必须重新设计,那么较高的元件密度可能会增加您需要投入的成本和时间。

虽然元件焊盘的尺寸不会直接导致PCB上的电气短路,但较小的焊盘会更容易形成短路。原因是较小的焊盘与较大的焊盘相比具有较少的空间,所以在布局时,缓冲区较少。但是,如果焊盘比它们之间的间距大,那么在这个狭窄的距离上就可能形成焊桥,Optimum Design报告说,焊桥导致多达15%的PCB缺陷。这意味着你不能让焊盘更大,给自己一些摆放空间。

布线设计的布局考虑

较小的元件焊盘也使走线变得更加困难,因为走线越来越细,越来越接近。走线布线会影响焊点的质量,取决于:

  • 连接到焊盘的走线宽度
  • 一个特定焊盘的连接数量
  • 焊盘大小(较大的焊盘给你更多的区域工作)
  • 不同的走线之间的大小的一致性

高走线密度的区域容易出现许多问题。由于焊料没有按照你设计的预期的一致性分布,您可能会遇到焊桥(造成短路)、焊盘上的焊料不足(产生开口)和元件倾斜。

 

对于我们大多数人来说,管理焊盘边距、走线宽度和优化布线是一项非常具有挑战性的设计任务。保持您对设计问题的操作知识,并确保尽可能多地关心您的PCB布局,这将有助于最大限度地降低PCB故障和短路的风险。

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