Tři hlavní poruchové režimy elektroniky

Všechno v určitém okamžiku selže a elektronika není výjimkou. Navrhování systémů, které předjímají tři režimy selhání primárních elektronických součástek, pomáhá posílit spolehlivost a provozuschopnost těchto součástí.

Poruchové režimy

Existuje mnoho důvodů, proč komponenty selhávají. Některá selhání jsou pomalá a ladná, kdy je čas identifikovat součást a vyměnit ji dříve, než selže, a zařízení je nefunkční. Další selhání jsou rychlá, násilná a neočekávaná a na všechna jsou testována během certifikačního testování produktu.

Selhání balíčku součásti

Balíček komponenty poskytuje dvě základní funkce: chrání komponentu před okolním prostředím a poskytuje způsob připojení komponenty k obvodu. Pokud se bariéra chránící součást před okolním prostředím rozbije, vnější faktory, jako je vlhkost a kyslík, urychlují stárnutí součásti a způsobují její rychlejší selhání. Mechanické selhání obalu je výsledkem několika faktorů, včetně tepelného namáhání, chemických čisticích prostředků a ultrafialového světla. Těmto příčinám lze zabránit předjímáním těchto společných faktorů a odpovídajícím přizpůsobením návrhu. Mechanické poruchy jsou pouze jednou z příčin selhání balíčku. Uvnitř obalu mohou vady ve výrobě vést ke zkratům, přítomnosti chemikálií, které způsobují rychlé stárnutí polovodiče nebo obalu, nebo prasklinám v těsněních, které se šíří, jak součást prochází tepelnými cykly.

Selhání pájeného spoje a kontaktu

Pájené spoje poskytují primární prostředek kontaktu mezi komponentou a obvodem a mají svůj spravedlivý podíl na selháních. Použití nesprávného typu pájky s komponentou nebo deskou plošných spojů může vést k elektromigraci prvků ve svaru. Výsledkem jsou křehké vrstvy zvané intermetalické vrstvy. Tyto vrstvy vedou k rozbitým pájeným spojům a často unikají včasné detekci.

Tepelné cykly jsou také hlavní příčinou selhání pájeného spoje, zejména pokud se liší míra tepelné roztažnosti materiálů – kolík součásti, pájka, stopová vrstva PCB a stopa PCB -. Když se tyto materiály zahřívají a ochlazují, vytváří se mezi nimi obrovské mechanické napětí, které může přerušit pájené spojení, poškodit součást nebo delaminovat stopu PCB. Cínové vousy na bezolovnatých pájkách mohou být také problémem. Cínové vousy vyrůstají z bezolovnatých pájených spojů, které mohou překlenout kontakty nebo se zlomit a způsobit zkrat.

Poruchy PCB

Desky plošných spojů trpí několika běžnými zdroji poruch, některé pocházejí z výrobního procesu a jiné z provozního prostředí. Během výroby může dojít k nesprávnému vyrovnání vrstev na desce s plošnými spoji, což vede ke zkratům, přerušeným obvodům a zkříženým signálním linkám. Chemikálie používané při leptání desek plošných spojů také nemusí být zcela odstraněny a mohou způsobovat šortky, protože stopy se požírají.

Použití nesprávné hmotnosti mědi nebo problémů s pokovováním může vést ke zvýšenému tepelnému namáhání, které zkracuje životnost desky plošných spojů. Navzdory režimům poruch při výrobě desky plošných spojů k většině poruch nedochází během výroby desky plošných spojů, ale spíše při pozdějším použití. Pájecí a provozní prostředí desky plošných spojů často vede k různým poruchám desek plošných spojů v průběhu času. Tavidlo pro pájení použité k připevnění komponent k desce plošných spojů může zůstat na povrchu desky plošných spojů, které by se oddělily a korodovaly jakýkoli kovový kontakt. Tavidlo pro pájení není jediným korozivním materiálem, který se často dostává na desky plošných spojů, protože z některých součástí mohou unikat kapaliny, které mohou v průběhu času korozivně působit. Několik čisticích prostředků může mít stejný účinek nebo zanechat vodivé zbytky, které způsobí zkrat na desce. Tepelné cyklování je další příčinou poruch PCB, což může vést k delaminaci PCB a hrát roli v tom, že nechá kovová vlákna růst mezi vrstvami PCB.