Elementos característicos de inspección de placas de circuito impreso (PCB) y soluciones

Soluciones para la inspección de características eléctricas

(1) ¿Se ha analizado la influencia de la resistencia, la inductancia y la capacitancia del conductor?

Solución: Adopte un método combinado de análisis de simulación y pruebas reales. Utilice herramientas de simulación SI/PI (por ejemplo, HyperLynx, ADS) para extraer los parámetros parásitos antes del diseño, analizando la integridad de la señal de alta frecuencia y la impedancia de la red de suministro de energía. Para circuitos de alta velocidad, implemente un diseño de adaptación de impedancia y optimización de la topología, verificado mediante mediciones de reflectometría en el dominio del tiempo. Establezca reglas de diseño de PCB, fijando requisitos estrictos de adaptación de longitud y anchura para las líneas de señal críticas (por ejemplo, relojes, pares diferenciales). Utilice el método de cuatro hilos para medir la resistencia del conductor a nivel de miliohmios, un analizador de redes para los parámetros de inductancia y un medidor LCR para la capacitancia distribuida. Compare los resultados con las especificaciones de diseño para garantizar que los parámetros parásitos se encuentran dentro de los límites permitidos, evitando la distorsión de la señal, los problemas de sincronización y las interferencias electromagnéticas.

(2) ¿El espaciado y la forma de las fijaciones de los conductores cumplen los requisitos de aislamiento?

Solución: Implemente la doble verificación de DFM (diseño para la fabricabilidad) y DFA (diseño para la fiabilidad). Determine el espaciado mínimo según el nivel de tensión basándose en las normas IPC-2221 (por ejemplo, 0,1 mm de espaciado para 100 V CC). Utilice software CAM para comprobar automáticamente el espaciado e implemente un diseño de aislamiento reforzado para las zonas de alta tensión (por ejemplo, módulos de alimentación).Optimice las esquinas de los conductores utilizando ángulos de 45 grados o arcos para evitar la concentración del campo eléctrico en ángulos agudos. Realice pruebas de tensión soportada, aplicando 2-3 veces la tensión de funcionamiento durante 1 minuto, asegurándose de que no se produzca ninguna avería. Implemente la simulación de campos electromagnéticos para circuitos de alta frecuencia, analizando los efectos de los campos marginales para garantizar que se cumplan los requisitos de aislamiento en condiciones de funcionamiento reales.

(3) ¿Se controlan y especifican los valores de resistencia de aislamiento en los puntos críticos?

Solución: Establish a critical point insulation resistance control system. Identify key areas such as high-voltage zones, high-frequency circuits, and high-impedance applications, marking insulation resistance test points in the design. Select appropriate insulating materials (e.g., FR-4, polyimide) according to IEC-60112 standards, with surface treatment using solder mask. Use an insulation resistance tester (e.g., megohmmeter) to measure at 500V DC, ensuring insulation resistance ≥100MΩ at key locations (≥10MΩ under high temperature/humidity). Implement accelerated life testing, monitoring insulation resistance decay over 500 hours at 85°C/85% RH, ensuring the product meets safety standards throughout its lifecycle.

(4) ¿Se ha identificado completamente la polaridad?

Solución: Build a multiple-polarity identification and error-proofing system. During PCB layout, use standardized packages for polar components (e.g., electrolytic capacitors, diodes, connectors), clearly marking polarity symbols (+, – △) on the silkscreen layer. Establish a DFA checklist requiring polarity mark size ≥1.5mm, positioned ≤0.5mm from the component body. Use asymmetric package designs to prevent 180-degree misinsertion. In the assembly process, set up AOI (Automated Optical Inspection) polarity check stations, using color recognition technology to distinguish polarity direction. Create first-article samples before mass production, verified by 3 independent personnel 3 times, ensuring the polarity identification system is reliable and effective.

(5) ¿Se ha evaluado desde una perspectiva geométrica la influencia de la separación entre conductores en la resistencia a las fugas y el voltaje?

Solución: Implemente un diseño colaborativo del rendimiento eléctrico basado en parámetros geométricos. Utilice software de simulación de campos electromagnéticos (por ejemplo, ANSYS HFSS) para crear modelos geométricos de PCB, analizando la distribución del campo eléctrico y la corriente de fuga en diferentes espaciados. Establezca una tabla de referencia de espaciado-voltaje de acuerdo con las normas IPC-2221A (por ejemplo, 0,1 mm para 50 V, 0,2 mm para 100 V).Utilice diseños de ranuras para aplicaciones de alta tensión con el fin de aumentar la distancia de fuga, e implemente estructuras de guía de ondas coplanares con conexión a tierra para señales de alta frecuencia. Verifique la continuidad de la impedancia mediante mediciones TDR, utilizando un comprobador de resistencia superficial para medir la resistencia de fuga. Establezca una biblioteca de reglas de diseño que vincule los parámetros geométricos con el rendimiento eléctrico, lo que permite la comprobación y optimización automatizadas.

(6) ¿Se han certificado los medios de recubrimientos superficiales modificados?

Solución: Establish a surface coating change certification process. Any coating change must pass complete qualification testing, including adhesion test (cross-cut ≥4B), chemical resistance test (resisting flux, cleaners), and dielectric constant measurement (1kHz-1GHz band). Perform damp heat cycling tests (-40°C to +85°C, 1000 cycles) to evaluate insulation resistance stability. Use SEM to analyze coating thickness uniformity (target 15-30μm). For high-frequency circuits, measure the coating’s impact on signal loss (≤0.02dB/inch). Establish a qualified supplier list, requiring material certificates and RoHS compliance certificates for each batch, ensuring consistent and reliable coating performance.

Soluciones para la inspección de características físicas

(1) ¿Son todas las almohadillas y sus posiciones adecuadas para el montaje final?

Solución: Implement DFA-based pad optimization design. Use 3D modeling software (e.g., SolidWorks PCB) for virtual assembly, verifying component pad-to-housing clearance (≥0.5mm). Optimize pad dimensions according to IPC-7351 standards, establishing a component library update mechanism. Implement a pad steal design for BGA devices to prevent solder bridging. Use stepped pad designs to address height restrictions. Create assembly verification fixtures for actual insertion testing. Establish pad design specifications, clearly defining solder mask dam size (≥0.1mm), pad-to-trace transition ratios, ensuring solder yield ≥99.5%.

(2) ¿Cumple la placa de circuito impreso montada las condiciones de choque y vibración?

Solución: Build a mechanical reliability verification system. Select appropriate test standards (e.g., JESD22-B104) based on the product application environment (e.g., automotive, industrial). Perform modal analysis during the design phase to avoid coincident natural frequencies with operating frequencies (safety factor ≥1.35). Add mechanical fixation (e.g., screws, adhesive) for components weighing ≥15g. Conduct vibration tests (5-500Hz, 1 hour per axis) and shock tests (half-sine wave, 50G, 6ms). Use high-speed cameras to analyze board assembly dynamic response, and strain gauges to measure stress at key points. Optimize PCB support point layout, ensuring no component detachment, solder joint cracks, or other failures after reliability testing.

(3) ¿Cuál es la separación entre los componentes estándar especificados?

Solución: Establish component spacing standards based on process capability. Develop tiered spacing specifications according to IPC-7351 and actual factory process levels: chip components ≥0.3mm, SOIC devices ≥0.6mm, QFP devices ≥0.8mm, BGA devices ≥0.5mm. Add an additional 0.5mm clearance for components beneath heat sinks. Automatically validate spacing compliance using DFM inspection software. Implement a local spacing exemption process for high-density designs, subject to process validation. Establish a component database containing 3D models and recommended spacing. New components must undergo spacing compatibility review before being added to the database to ensure manufacturability.

(4) ¿Están bien fijados los componentes montados sin apretar o las piezas más pesadas?

Solución: Implement specialized fixation solutions for heavy components. Create a list of components weighing ≥5g or size ≥15mm, mandating mechanical fixation. Use screws + washers for transformers and large electrolytic capacitors, specifying screw torque (e.g., 0.6N·m ±10%). Use high-temperature adhesive for medium-sized components, verifying bond strength after 24 hours at 85°C. Reserve space for fixation structures around heavy components during design. Specify fixation operation procedures in process documents, setting dedicated inspection points for fixation stations. After mechanical shock testing, use X-ray to inspect the solder joint and the fixation structure integrity, ensuring secure fixation.

(5) ¿Es correcta la disipación del calor de los elementos calefactores? ¿Están aislados de la placa de circuito impreso y otros componentes sensibles al calor?

Solución: Build a thermal design and management verification system. Use thermal simulation software (e.g., FloTHERM) to identify heat sources and thermally sensitive components, optimizing layout spacing (≥5mm between heat sources and thermally sensitive components). Use thermal vias (0.3mm diameter, 1mm pitch) for power devices, connected to internal ground planes for heat dissipation. Ensure thermal grease thickness is 0.1-0.15mm at the interface when adding heat sinks. Perform infrared thermal imaging tests, verifying actual temperatures do not exceed 85% of rated values. Implement thermal isolation measures for high-temperature areas: adding heat shields, using high-temperature solder, and setting up heat dissipation channels. Establish temperature rise test standards, ensuring maximum PCB surface temperature difference ≤25°C.

(6) ¿Están correctamente colocados los divisores de tensión y otros componentes de múltiples conductores?

Solución: Implement precise positioning control for multi-lead components. Use an optical positioning system (e.g., Fiducial Mark), placing ≥2 fiducials around each multi-lead component, 0.5-1mm from pads. For high-precision components like voltage dividers, maintain symmetry and equal-length routing during layout to minimize temperature gradient effects. Use package designs with pad center-to-center accuracy of ±0.05mm. Set component image recognition parameters in the placement program, with rotation tolerance ≤1°. Verify positioning accuracy on the first article using a 3D measuring instrument, sampling every 2 hours during mass production. Establish a multi-lead component database containing recommended layouts and inspection requirements, ensuring positioning consistency.

(7) ¿La disposición y orientación de los componentes facilitan la inspección?

Solución: Optimize component layout for visual inspection. Develop component orientation standards: unify direction for the same type of component (e.g., all chip pin 1s facing left), polarity marks facing the same direction. Ensure component spacing allows AOI camera viewing angle ≥45°, and 100% probe accessibility. Reserve inspection windows adjacent to bottom-termination components (e.g., QFN). Implement a layered inspection strategy for high-density areas: inspect large components first, then use microscopes for fine-pitch components. Establish a DFA checklist containing 25 visibility criteria. Create inspection fixtures, verifying 100% inspection coverage and ≤0.1% false call rate.

(8) ¿Se han eliminado todas las posibles interferencias entre la PCB y todo el conjunto de la placa?

Solución: Implement system-level interference analysis and elimination strategies. Use 3D modeling for mechanical interference checking, ensuring clearance to housing and connectors ≥0.3mm. Set keep-out zones around tall components, with ≥2mm spacing from adjacent boards. Match coefficients of thermal expansion to avoid structural interference from temperature cycling. Optimize assembly sequence, installing short/small components before tall/large ones. Create rapid prototypes for assembly verification, using feeler gauges to measure critical clearances. Establish an interference check matrix covering all possible combination states, ensuring no risk of physical interference.

(9) ¿Son correctas las dimensiones de los orificios de posicionamiento?

Solución: Establish a positioning hole accuracy control system. According to IPC-2221 standards, the positioning hole diameter should be 0.1-0.3mm larger than the fixing pin (for board edge holes) or 0.05-0.1mm larger (for internal holes). For 4-layer boards, set a keep-out zone (≥1.5 times hole diameter) around positioning holes. For plated positioning holes, ensure the inner wall copper thickness ≥25μm for mechanical strength. Check the first article of each PCB batch using pin gauges for hole diameter (tolerance ±0.05mm), and a CMM for hole position accuracy (±0.1mm). Install positioning detection sensors in assembly fixtures, with automatic alarms for anomalies, ensuring 100% positioning reliability.

(10) ¿Son completas y razonables las tolerancias?

Solución: Implement process capability-based tolerance design. Analyze process capability indices (Cp≥1.33, Cpk≥1.0) for each PCB manufacturing and assembly step, setting reasonable tolerances: line width tolerance ±10%, hole position tolerance ±0.05mm, board warpage ≤0.75%. Use statistical tolerance analysis to avoid tolerance stack-up exceeding limits. Implement tightened tolerance control for critical dimensions, e.g., BGA pad diameter tolerance ±0.02mm. Establish a tolerance allocation table, clearly defining responsibilities for design, manufacturing, and assembly. Use GD&T standards on drawings, regularly review tolerance applicability, and continuously optimize based on actual yield data.

(11) ¿Se han controlado y calificado las propiedades físicas de todos los recubrimientos?

Solución: Establish a full lifecycle quality management system for coatings. Set physical property standards for solder mask, silkscreen, and surface finishes (e.g., ENIG, OSP): solder mask thickness 15-25μm, adhesion ≥4B, hardness ≥6H. Perform sampling inspection for each incoming batch: use thickness gauges for uniformity, cross-cut test for adhesion, wear resistance tester for hardness. Conduct accelerated aging tests (1000 hours at 85°C/85% RH) to verify physical property stability. Establish a material traceability system, strictly control storage conditions (temperature 15-30°C, humidity <60%), clearly mark expiration dates, and ensure consistent and reliable coating performance.

(12) ¿La relación entre el diámetro del orificio y el del cable está dentro de un rango aceptable?

Solución: Implement aperture and lead matching design controls. According to IPC-2221 standards, set appropriate aspect ratios for different component types: Through-hole components require apertures 0.2-0.4mm larger than lead diameter, with a 0.1-0.3mm solder pad; press-fit components require apertures 0.05-0.1mm larger than lead diameter. Employ DFM analysis software to automatically verify aperture ratio compliance. Implement microvia design for high-density boards while ensuring the aperture ratio does not exceed 10:1 (board thickness: aperture diameter). Fabricate aperture ratio verification prototypes and conduct through-hole solder fill rate testing, requiring a fill rate ≥75%. Establish aperture ratio design specifications; new components must pass aperture ratio compatibility review before inventory acceptance to ensure reliable solderability.

(13) ¿Cumple la PCB los requisitos de compatibilidad electromagnética (EMC)?

Solución: Construya un sistema de control EMC completo, desde el diseño hasta las pruebas. Implemente la cosimulación SI/PI/EMC durante el diseño para identificar posibles fuentes de interferencia y circuitos sensibles. Adopte una estrategia de conexión a tierra por capas, aislando las áreas digitales, analógicas y de alimentación. Proporcione planos de referencia completos para señales de alta velocidad, evitando divisiones cruzadas. Coloque vías de conexión a tierra alrededor de los circuitos de reloj para blindarlos y utilice estructuras de línea plana para señales críticas.Añada los circuitos de filtro necesarios (por ejemplo, perlas de ferrita, diodos TVS). Utilice equipos de prueba EMC (analizador de espectro, receptor EMI) para realizar pruebas de preconformidad y diagnosticar problemas de emisiones radiadas y conducidas. Mediante la optimización del diseño y el enrutamiento, la adición de blindajes, etc., garantice el cumplimiento de las normas FCC, CE y otras normas EMC, superando las pruebas de certificación en el primer intento.