Wenn alles andere nicht funktioniert: Wie man die Ursache für Kurzschlüsse auf einem PCB findet
Jeder Ingenieur kennt diese eigene Worst-Case-Szenario-Geschichte, die er überlebt und danach weiter designt hat.
In der schlimmsten Woche meines Berufslebens warteten wir auf eine verspätete Sendung von PCBs. Diese PCBs sollten in Hardware installiert werden und eigentlich bereits seit mehr als einem Monat an Kundenstandorten im Einsatz sein. Wir waren also sehr im Stress und zu diesem Zeitpunkt war größte Eile geboten, die neuen Platten zu verschicken.
Als sie endlich ankamen, setzten wir die Platten unter Strom, um sie auf einen Kurzschluss zu testen und das Ergebnis ließ nichts Gutes ahnen. Die Platten rochen nach Ozon und eines der teuersten Bestandteile wurde so heiß, dass sich einige Leute daran verbrannten, als sie es anfassen wollten. Wir hatten nicht die Zeit, um Prüfchargen von Leiterplatten vorab zu bestellen, daher bestellten wir die voll bestückten PCBs.
Man kann sich vorstellen wie schlimm das Meeting mit dem Chef war, dem man die schwerwiegenden Hardwäreausfälle erklären musste, während man an verbrannten Fingern nuckelte. Das Beste was man tun konnte, war einen Plan zu präsentieren. Falls Sie jemals in dieser Situation sind: Hier kommen ein paar Tipps, um den Kurzschluss aufzuspüren.
Visuelle Inspektion
Als erstes sollten Sie einen sorgfältigen Blick auf die gesamte Oberfläche des PCBs werfen. Benutzen Sie dafür eine Lupe oder ein Mikroskop mit niedriger Auflösung, falls Sie eines zur Hand haben. Suchen Sie nach Zinn Whiskers zwischen Anschlüssen oder Lötstellen und achten Sie besonders auf Risse oder Lötspitzen. Kontrollieren Sie alle Ihre Durchkontaktierungen: Wenn Sie nicht plattierte Durchkontaktierungen bestellt haben, stellen Sie sicher, dass dies auf der Platine der Fall ist. Plattierte Durchkontaktierungen können durch Kurzschlüsse Schichten zusammenbringen und Sie zurücklassen mit allem, was mit Masse oder VCC oder beidem verbunden ist.
Falls der Kurzschluss richtig schlimm ist, sehen Sie sogar verbrannte Stellen auf der Leiterplatte. Diese können ganz klein sein, aber sie sind stark braun verfärbt und unterscheiden sich daher sehr von dem üblichen Grün der Lötmasken. Falls Sie mehrere Platten haben, kann eine verbrannte PCB hilfreich sein, um die spezifische Stelle einzugrenzen, ohne für die Suche eine weitere Platte unter Strom zu setzen und auch beschädigen zu müssen. Unglücklicherweise hatte unsere Platte keine Brandstellen auf der PCB, nur die verbrannten Finger, die nach überhitzten ICs suchten.
Brandflecken können Ihnen definitiv bei der Suche nach der Ursache für einen Kurzschluss helfen, aber zu rauchend hohen Preisen.
Mögliche Stellen für Kurzschlüsse auf Ihren PCBs
Neben dem sorgfältigen Blick auf die Platte gibt es noch ein paar andere Stellen, an denen man schauen kann, um die mögliche Ursache für einen Kurzschluss zu finden.
Schlechte Bauteile
Manche Bauteile haben die Tendenz zu versagen, wie zum Beispiel Elektrolytkondensatoren. Falls Sie bestimmte Bauteilen vermuten, untersuchen Sie diese zuerst. Wenn Sie sich nicht sicher sind, können Sie mithilfe einer schnellen Google-Suche herausfinden, ob ihre verdächtigten Bauteile häufiger versagen.
Infrarot-Imaging
Sollten Sie kein Start-up-Unternehmen sein, dass sein Hardware-Budget bereits aufgebraucht hat, haben Sie vielleicht die Möglichkeit, Zugang zu Infrarot-Imaging zu bekommen. Eine Infrarotkamera kann bei der Suche nach Kurzschlüssen helfen, auch wenn diese zwischen innenliegenden Schichten passieren. Der Kurzschluss hat in der Regel einen höheren Widerstand als eine normale Leiterbahn oder Lötverbindung, da er zuvor in Ihrem Design nicht optimiert wurde (es sei denn, Sie sind wirklich schlecht darin, Regelprüfungen zu ignorieren). Dieser Widerstand bedeutet, dass sich der Kurzschluss erwärmt und sich in einem Infrarotbild zeigen würde. Beginnen Sie mit dem niedrigsten Strom, den Sie haben. Im Idealfall sehen Sie den Kurzschluss, bevor er weiteren Schaden anrichtet.
Prüfung mit einem digitalen Multimeter
Da eine visuelle Inspektion keine Hinweise auf die Lage oder Ursache des Kurzschlusses ergab, nahmen wir ein Multimeter zur Hand und versuchten, die eigentliche physische Stelle auf einer nackten Leiterplatte zu ermitteln. Der Multimeter-Ansatz erhält in den meisten Elektronikforen unterschiedliche Bewertungen. Dennoch kann die Nachverfolgung Ihrer Testpunkte Ihnen helfen, herauszufinden, was nicht Ihr Problem ist. Sie benötigen ein sehr gutes Multimeter mit Milliohm-Empfindlichkeit, und es ist am einfachsten, wenn es eine Buzz-Funktion hat, die Sie warnt, wenn Sie einen Kurzschluss untersuchen.
Ein Multimeter kann Ihnen helfen, einen Kurzschluss aufzuspüren, aber es ist nicht immer empfindlich genug, um ihn zu finden.
Der letzte Strohhalm: Zerstörungsprüfung
Nach all unseren verschiedenen Tests, die kein Infrarot beinhalteten, weil wir das pleite Startup waren, auf das ich zuvor oben angespielt hatte, konnten wir nur herausfinden, dass die Ursache für den Kurzschluss in einer Hälfte der Platte lag. Also schnitten wir sie in zwei Teile, um sie dann ein weiteres Mal zu teilen. Eine Zerstörungsprüfung ist natürlich die letztmögliche Maßnahme, aber an diesem Punkt befanden wir uns. Die Rückkehr zum Multimeter bestätigte, dass die meisten Abschnitte VCC und Masse nicht miteinander verbunden hatten. Aber dieses einzelne Viertel der Platte war ein kleines schwarzes Loch voller Geheimnisse, und wir kamen dem Kurzschluss am Ende nicht näher. Wir wechselten den Hersteller und bekamen beim nächsten Mal Testboards, was beides zu helfen schien.
Wenn Sie diese nervenaufreibende Angst der Suche nach Kurzschlüssen vermeiden wollen, stellen Sie sicher, dass Sie eine robuste In-Circuit-Testregelprüfung auf Fehler, Designprobleme und Herstellertoleranzen haben.
Eine solide Designsoftware wie Altium's CircuitStudio® kann das meiste davon für Sie tun. Sie bietet Ihnen die einheitliche Designumgebung, die Sie benötigen, um Ihre Designs mit so wenig Kopfschmerzen und versengten Fingern wie möglich umzusetzen.
Wenn Sie immer noch daran interessiert sind, potentielle Stellen für Kurzschlüsse zu finden, oder wenn Sie besprechen möchten, wie eine geeignete PCB-Design-Software dabei helfen kann, überlegen Sie sich noch heute mit einem Experten von Altium zu sprechen.
