Drei Hauptfehlermodi der Elektronik

Alles versagt irgendwann, und Elektronik ist da keine Ausnahme. Die Entwicklung von Systemen, die die drei primären Ausfallarten elektronischer Komponenten antizipieren, trägt dazu bei, die Zuverlässigkeit und Wartungsfreundlichkeit dieser Komponenten zu verbessern.

Fehlermodi

Dafür gibt es zahlreiche Gründe Komponenten versagen. Einige Fehler sind langsam und fehlerfrei, wenn es Zeit gibt, die Komponente zu identifizieren und sie zu ersetzen, bevor sie ausfällt und die Ausrüstung ausfällt. Andere Fehler treten schnell, heftig und unerwartet auf, auf die alle während der Produktzertifizierungsprüfung getestet werden.

Komponentenpaketfehler

Das Gehäuse einer Komponente bietet zwei Kernfunktionen: Es schützt die Komponente vor der Umgebung und bietet eine Möglichkeit für die Komponente, sich mit der Schaltung zu verbinden. Bricht die Barriere, die das Bauteil vor der Umgebung schützt, beschleunigen äußere Einflüsse wie Feuchtigkeit und Sauerstoff die Alterung des Bauteils und lassen es schneller versagen.

Mechanisches Versagen der Verpackung resultiert aus mehreren Faktoren, einschließlich thermischer Belastung, chemischer Reinigungsmittel und ultraviolettem Licht. Diese Ursachen können verhindert werden, indem diese gemeinsamen Faktoren antizipiert und das Design entsprechend angepasst werden.

Mechanische Ausfälle sind nur eine der Ursachen für Gehäuseausfälle. Im Inneren der Verpackung können Herstellungsfehler zu Kurzschlüssen und dem Vorhandensein von Chemikalien führen, die schnelle Alterung des Halbleiters oder des Gehäuses oder Risse in den Dichtungen, die sich ausbreiten, wenn das Teil thermischen Fahrräder.

Lötstellen- und Kontaktfehler

Lötverbindungen stellen das primäre Mittel für den Kontakt zwischen einer Komponente und einer Schaltung dar und weisen einen angemessenen Anteil an Fehlern auf. Verwendung des falschen Lottyps mit einem Bauteil oder PCB kann zur Elektromigration der Elemente in der Schweißnaht führen. Das Ergebnis sind spröde Schichten, die als intermetallische Schichten bezeichnet werden. Diese Schichten führen zu gebrochenen Lötstellen und entziehen sich oft der Früherkennung.

Auch thermische Zyklen sind eine Hauptursache für das Versagen von Lötstellen, insbesondere wenn die Wärmeausdehnungsraten der Materialien – Bauteilstift, Lot, PCB-Leiterbahnbeschichtung und PCB-Leiterbahn – unterschiedlich sind. Beim Erhitzen und Abkühlen dieser Materialien bilden sich zwischen ihnen massive mechanische Spannungen, die die Lötverbindung aufbrechen, das Bauteil beschädigen oder die Leiterbahn delaminieren können.

Auch Zinnwhisker auf bleifreien Loten können ein Problem darstellen. Aus bleifreien Lötstellen wachsen Zinnwhisker, die Kontakte überbrücken oder abbrechen und Kurzschlüsse verursachen können.

PCB-Ausfälle

Leiterplatten leiden unter mehreren häufigen Fehlerquellen, von denen einige vom Herstellungsprozess und andere von der Betriebsumgebung herrühren. Während der Herstellung können die Schichten in einer Leiterplatte falsch ausgerichtet sein, was zu Kurzschlüssen, offenen Schaltkreisen und gekreuzten Signalleitungen führt. Außerdem werden die beim Ätzen von Leiterplatten verwendeten Chemikalien möglicherweise nicht vollständig entfernt und führen zu Kurzschlüssen, wenn Spuren weggefressen werden.

Die Verwendung des falschen Kupfergewichts oder Plattierungsprobleme können zu erhöhten thermischen Belastungen führen, die die Lebensdauer der Leiterplatte verkürzen. Trotz der Fehlermöglichkeiten bei der Herstellung einer Leiterplatte treten die meisten Fehler nicht während der Herstellung einer Leiterplatte auf, sondern im späteren Gebrauch.

Die Löt- und Betriebsumgebung einer Leiterplatte führt im Laufe der Zeit oft zu einer Vielzahl von Leiterplattenausfällen. Die Lötflussmittel die beim Anbringen der Komponenten an einer PCB verwendet werden, können auf der Oberfläche einer PCB verbleiben, die Metallkontakte zerfressen und korrodieren.

Lötflussmittel ist nicht das einzige korrosive Material, das häufig auf Leiterplatten gelangt, da aus einigen Komponenten Flüssigkeiten austreten können, die mit der Zeit korrosiv werden können. Mehrere Reinigungsmittel können die gleiche Wirkung haben oder leitfähige Rückstände hinterlassen, die Kurzschlüsse auf der Platine verursachen.

Thermische Zyklen sind eine weitere Ursache für PCB-Ausfälle, die zur Delaminierung der PCB führen und dazu beitragen können, dass Metallfasern zwischen den Schichten einer PCB wachsen.