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不具合基板解析(故障解析)

実機でのトラブル、ご相談ください!!

開発した電子機器が動かない!

  • 電子機器が突然止まる
  • DDRメモリ通信でデータエラーを起こす
  • 高速信号のEye波形が開かない
  • 低温試験時に安定動作しない
  • ノイズ放射が大きくEMC規格をパスしない
  • 発熱が大きく基板が熱くなる

など

開発した電子機器が動かない!

開発した電子機器が動かない。このような問題で困った経験はないでしょうか。

完成したプリント基板に電源を投入したが動作が突然止まったり、安定的に動かなかったり。
また、信号波形が規格をクリアしない場合や、ノイズ放射が大きくてEMC規格をクリアしない。あるいは、発熱が大きくてプリント基板が熱くなるなど、様々な動作不具合のケースがあり、このような問題は設計者を大いに悩ませます。

今までの試作では動いていたのに、量産前の試作で急に動作が不安定になったというようなケースもあり、問題解決の糸口が見つからない場合、対策工数が増大し、製品出荷の遅れにつながる場合もあります。

これらの電子機器の動作不具合には、論理的なアプローチで懸念個所をひとつづつ消去していき、問題解決に導く必要があります。

電子機器開発における動作不具合 6つの要因

電子機器の動作不具合の要因は大きく分けて以下の6つに分けることができると考えます。

  • 回路設計の問題
  • 基板設計の問題
  • ソフトウエアの問題
  • 電子部品の不良
  • プリント基板製造、部品実装の不良
  • 測定環境、試験環境の問題
電子機器が動かない

回路設計の問題

  • 接続は正しいか
  • 部品定数は正しいか
  • 最適な対策部品が盛り込まれているか

など

基板設計の問題

  • インピーダンスコントロールされているか
  • 等長配線はなされているか
  • 設計セオリーに則っているか

など

ソフト設計の問題

  • 最適なソフト設計となっているか

など

実装部品の問題

  • 部品が破損していないか
  • ICのロット不良、エラッタは出ていないか

など

製造の問題

  • プリント基板のオープン・ショートはないか
  • 製造のバラつきが大きくないか
  • 部品の欠落はないか
  • 半田ブリッジ、クラックはないか

など

測定の問題

  • 測定機器は正しく校正されているか
  • 測定手法、測定箇所に問題はないか

など

アポロ技研はこの要因の中で、プリント基板設計メーカーとして、基板設計品質に起因する問題はないかという観点での検証に注力しています。
※その他の要因検証についても、別途ご相談くださいませ。

意外と多い基板設計品質の問題

動作不具合の要因の中で、意外と多いのが基板設計品質の問題です。

電子機器の高機能化が進み、信号の動作周波数が上がるにつれて、基板設計も十分にケアして行わなければなりません。
信号配線の特性インピーダンスを整合したり、リターン電流を考慮してグランドを設計する必要もあります。
また、電子機器の小型化は電源設計を難しくする傾向にあり、このような要求に対しては専門的な知識を持って設計を行わなければ電子機器は安定動作しません。

また、基板製造メーカーや部品実装メーカーの製造能力を理解し、それを配慮した設計を行うことで製造後における動作不具合も未然に防ぐことが可能となります。 

◇ 例)内層の電源パターンのビアクリアランス

プリント基板の内層におけるビア周辺の基板設計CADデータと実際に製造された基板を比較した図です。

上の図はビアが横一列に並んでいます。CADデータ上は設計ルールに則っており問題はありませんが、実際の基板では、ビアとビアの間のパターンが細くなったり、エッチングのバラツキにより断線したりします。このパターンが大きな電流を流す電源パターンであった場合、電源品質に影響を及ぼす可能性があります。

一方、下の図は、ビアの打ち方を工夫して、製造バラツキが生じても断線しないように設計しています。

このように、各製造工場の仕様を考慮した上で、製造バラツキのリスクを回避するように設計することが望ましいと考えます。
特に基板設計を変えずに量産時に基板製造メーカーを変えるようなケースは、製造仕様が異なることに起因した不具合が生じる場合があり、注意が必要です。

アポロ技研の不具合基板解決のアプローチ

アポロ技研では、動作不具合基板に対してプリント基板設計ノウハウとシミュレーション技術により問題解決に取り組んでいます。

まずはプリント基板設計を目視し、経験と知識をもとに不具合の要因となるような設計個所がないか洗い出しを行います。
そして、設計の懸念個所が、本当に問題となるレベルのものなのか、あるいは、設計セオリーから外れているが問題とならないレベルのものなかをシミュレーション技術を活用し、定量的に判断していきます。

このように懸念個所をひとつづつ判断していき、動作不具合の原因となる個所が特定できれば、対策を検討し、設計修正を行ってきます。

◇シミュレーションによる基板設計評価

シミュレーションによる基板設計評価

◇不具合基板解析のフロー

不具合基板解析(故障解析)解決実績

アポロ技研では、多くの動作不具合基板を安定動作に導いた実績があります。

  • 低温試験時におけるDDR3メモリの動作停止
  • ストレステストにおけるLPDDR4のデータエラー
  • 放射ノイズの低減
  • 数千回に1回生じるデータエラー
  • 車載系機器のメモリエラー
  • プリント基板内の自家中毒

など

プリント基板の動作不具合でお困りでしたらお問い合わせください。

>>プリント基板シミュレーションはこちら

◇不具合基板専用フォーム

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