Tři hlavní poruchové režimy elektroniky

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

Režimy selhání

Důvodů je celá řada komponenty selžou. Některé poruchy jsou pomalé a elegantní, kde je čas identifikovat součást a vyměnit ji, než selže a zařízení je mimo provoz. Další selhání jsou rychlá, násilná a neočekávaná, přičemž všechny jsou testovány během certifikačního testování produktu.

Selhání balíčku komponent

Balíček součástky poskytuje dvě základní funkce: chrání součástku před okolním prostředím a poskytuje součástce způsob připojení k obvodu. Pokud dojde k porušení bariéry chránící součást před okolním prostředím, vnější faktory, jako je vlhkost a kyslík, urychlí stárnutí součásti a způsobí její rychlejší selhání.

Mechanické selhání obalu je důsledkem několika faktorů, včetně tepelného namáhání, chemických čisticích prostředků a ultrafialového záření. Těmto příčinám lze předejít předvídáním těchto společných faktorů a odpovídajícím přizpůsobením návrhu.

Mechanické poruchy jsou pouze jednou z příčin selhání balení. Uvnitř balení mohou výrobní vady vést ke zkratům, přítomnosti chemikálií, které způsobují rychlé stárnutí polovodiče nebo pouzdra nebo praskliny v těsnění, které se šíří, když součást prochází tepelnou cykly.

Selhání pájeného spoje a kontaktu

Pájené spoje poskytují primární prostředek kontaktu mezi součástkou a obvodem a mají svůj spravedlivý podíl na poruchách. Použití špatného typu pájky se součástkou popř PCB může vést k elektromigraci prvků ve svaru. Výsledkem jsou křehké vrstvy zvané intermetalické vrstvy. Tyto vrstvy vedou k porušení pájených spojů a často unikají včasné detekci.

Tepelné cykly jsou také hlavní příčinou selhání pájeného spoje, zejména pokud jsou rychlosti tepelné roztažnosti materiálů – kolíku součásti, pájky, povlaku PCB a stopy PCB – různé. Jak se tyto materiály zahřívají a ochlazují, vzniká mezi nimi masivní mechanické pnutí, které může rozbít pájený spoj, poškodit součástku nebo delaminovat stopu DPS.

Problémem mohou být i cínové vousy na bezolovnatých pájkách. Cínové vousy vyrůstají z bezolovnatých pájených spojů, které mohou přemostit kontakty nebo se zlomit a způsobit zkrat.

Poruchy PCB

Desky s plošnými spoji trpí několika běžnými zdroji poruch, některé pocházejí z výrobního procesu a některé z provozního prostředí. Během výroby mohou být vrstvy v desce plošných spojů nesprávně zarovnány, což vede ke zkratům, přerušeným obvodům a zkříženým signálovým linkám. Chemikálie používané při leptání desek plošných spojů také nemusí být zcela odstraněny a mohou způsobit zkrat, protože stopy jsou vyžrané.

Použití nesprávné hmotnosti mědi nebo problémů s pokovením může vést ke zvýšenému tepelnému namáhání, které zkracuje životnost desky plošných spojů. Navzdory poruchám při výrobě DPS se většina poruch nevyskytuje během výroby DPS, ale spíše při pozdějším použití.

Pájecí a provozní prostředí PCB často vede k různým poruchám PCB v průběhu času. The pájecí tavidlo používané při připevňování součástí k desce plošných spojů mohou zůstat na povrchu desky plošných spojů, což sežere a zkoroduje jakýkoli kovový kontakt.

Pájecí tavidlo není jediným korozivním materiálem, který se často dostává na desky plošných spojů, protože z některých součástí mohou unikat kapaliny, které se časem mohou stát korozivními. Několik čisticích prostředků může mít stejný účinek nebo zanechávat vodivé zbytky, které způsobují zkraty na desce.

Tepelné cyklování je další příčinou poruch PCB, které může vést k delaminaci PCB a hrát roli v tom, že kovová vlákna prorůstají mezi vrstvami PCB.