W pewnym momencie wszystko zawodzi, a elektronika nie jest wyjątkiem. Projektowanie systemów, które przewidują trzy podstawowe tryby awarii komponentów elektronicznych, pomaga wzmocnić niezawodność i łatwość serwisowania tych komponentów.
Tryby awarii
Istnieje wiele przyczyn awarii komponentów. Niektóre awarie są powolne i łagodne, gdy jest czas na zidentyfikowanie komponentu i wymianę go, zanim ulegnie awarii, a sprzęt przestanie działać. Inne awarie są szybkie, gwałtowne i nieoczekiwane, z których wszystkie są testowane podczas testów certyfikacyjnych produktu.
Awarie pakietów komponentów
Pakiet komponentu spełnia dwie podstawowe funkcje: chroni komponent przed środowiskiem i zapewnia sposób na połączenie komponentu z obwodem. Jeśli bariera chroniąca element przed środowiskiem pęknie, czynniki zewnętrzne, takie jak wilgoć i tlen, przyspieszają starzenie się elementu i powodują jego szybszą awarię.
Awaria mechaniczna opakowania wynika z kilku czynników, w tym z naprężeń termicznych, chemicznych środków czyszczących i światła ultrafioletowego. Przyczynom tym można zapobiec, przewidując te wspólne czynniki i odpowiednio dostosowując projekt.
Awarie mechaniczne są tylko jedną z przyczyn awarii pakietów. Wady produkcyjne wewnątrz opakowania mogą prowadzić do zwarć, obecności substancji chemicznych powodujących szybkie starzenie się półprzewodnika lub opakowania lub pęknięć zgrzewów, które rozprzestrzeniają się podczas przechodzenia części przez cykle termiczne.
Błędy połączenia lutowanego i styku
Złącza lutowane zapewniają podstawowy sposób kontaktu między komponentem a obwodem i mają sprawiedliwy udział w awariach. Użycie niewłaściwego rodzaju lutowia z komponentem lub płytką PCB może prowadzić do elektromigracji elementów w spoinie. Rezultatem są kruche warstwy zwane warstwami międzymetalicznymi. Warstwy te prowadzą do przerwania połączeń lutowanych i często wymykają się wczesnemu wykryciu.
Cykle termiczne są również główną przyczyną awarii połączenia lutowanego, zwłaszcza jeśli współczynniki rozszerzalności cieplnej materiałów - szpilki, lutu, powłoki śladowej PCB i śladu PCB - są różne. Gdy te materiały nagrzewają się i schładzają, powstają między nimi ogromne naprężenia mechaniczne, które mogą zerwać połączenie lutowane, uszkodzić element lub rozwarstwić ślad PCB.
Wąsy cynowe na lutowiach bezołowiowych również mogą stanowić problem. Wąsy z cyny wyrastają z bezołowiowych połączeń lutowniczych, które mogą mostkować styki lub odłamywać się i powodować spięcia.
Awarie PCB
Płytki z obwodami drukowanymi cierpią na kilka typowych przyczyn awarii, niektóre z nich wynikają z procesu produkcyjnego, a inne ze środowiska operacyjnego. Podczas produkcji warstwy na płytce drukowanej mogą być źle wyrównane, co prowadzi do zwarć, przerw w obwodach i skrzyżowania linii sygnałowych. Ponadto chemikalia używane do wytrawiania płytek PCB mogą nie zostać całkowicie usunięte i spowodować zwarcie, ponieważ ślady są zjadane.
Użycie niewłaściwej masy miedzi lub problemy z powłoką mogą prowadzić do zwiększonych naprężeń termicznych, które skracają żywotność PCB. Pomimo trybów awarii w produkcji PCB, większość awarii nie występuje podczas produkcji PCB, ale raczej w późniejszym użytkowaniu.
Lutowanie i środowisko operacyjne PCB często prowadzi z czasem do różnych awarii PCB. Topnik lutowniczy używany do mocowania komponentów do płytki drukowanej może pozostać na powierzchni płytki drukowanej, która zżera i koroduje wszelkie metalowe elementy.
Topnik lutowniczy nie jest jedynym materiałem powodującym korozję, który często trafia na PCB, ponieważ z niektórych elementów mogą wyciekać płyny, które z czasem mogą stać się korozyjne. Kilka środków czyszczących może mieć ten sam efekt lub pozostawić przewodzący osad, który powoduje spięcia na desce.
Cykl termiczny to kolejna przyczyna awarii PCB, która może prowadzić do rozwarstwienia PCB i odgrywać rolę w umożliwieniu wzrostu włókien metalowych pomiędzy warstwami PCB.
