Τρεις κύριοι τρόποι βλάβης των ηλεκτρονικών

Όλα κάποια στιγμή αποτυγχάνουν και τα ηλεκτρονικά δεν αποτελούν εξαίρεση. Ο σχεδιασμός συστημάτων που προβλέπουν τις τρεις κύριες καταστάσεις αστοχίας ηλεκτρονικών εξαρτημάτων συμβάλλει στην ενίσχυση της αξιοπιστίας και της δυνατότητας συντήρησης αυτών των εξαρτημάτων.

Λειτουργίες αποτυχίας

Υπάρχουν πολλοί λόγοι εξαρτήματα αποτυγχάνουν. Ορισμένες βλάβες είναι αργές και ευγενικές, όπου υπάρχει χρόνος για να αναγνωριστεί το εξάρτημα και να αντικατασταθεί πριν χαλάσει και ο εξοπλισμός είναι εκτός λειτουργίας. Άλλες βλάβες είναι γρήγορες, βίαιες και απροσδόκητες, για όλες τις οποίες ελέγχονται κατά τη διάρκεια δοκιμών πιστοποίησης προϊόντων.

Βλάβες πακέτου στοιχείων

Το πακέτο ενός εξαρτήματος παρέχει δύο βασικές λειτουργίες: προστατεύει το εξάρτημα από το περιβάλλον και παρέχει έναν τρόπο για το εξάρτημα να συνδεθεί στο κύκλωμα. Εάν σπάσει το φράγμα που προστατεύει το εξάρτημα από το περιβάλλον, εξωτερικοί παράγοντες όπως η υγρασία και το οξυγόνο επιταχύνουν τη γήρανση του εξαρτήματος και προκαλούν ταχύτερη αστοχία του.

Η μηχανική αστοχία της συσκευασίας οφείλεται σε διάφορους παράγοντες, όπως θερμική καταπόνηση, χημικά καθαριστικά και υπεριώδες φως. Αυτές οι αιτίες μπορούν να αποφευχθούν με την πρόβλεψη αυτών των κοινών παραγόντων και την προσαρμογή του σχεδιασμού ανάλογα.

Οι μηχανικές βλάβες είναι μόνο μία αιτία αστοχίας συσκευασίας. Μέσα στη συσκευασία, τα ελαττώματα στην κατασκευή μπορεί να οδηγήσουν σε σορτς, την παρουσία χημικών ουσιών που προκαλούν ταχεία γήρανση του ημιαγωγού ή της συσκευασίας ή ρωγμές στις σφραγίδες που διαδίδονται καθώς το εξάρτημα διέρχεται από τη θερμική κύκλους.

Βλάβες άρθρωσης και επαφής συγκόλλησης

Οι σύνδεσμοι συγκόλλησης παρέχουν το κύριο μέσο επαφής μεταξύ ενός εξαρτήματος και ενός κυκλώματος και έχουν το μερίδιο αστοχιών τους. Χρήση λανθασμένου τύπου συγκόλλησης με εξάρτημα ή PCB μπορεί να οδηγήσει σε ηλεκτρομετανάστευση των στοιχείων στη συγκόλληση. Το αποτέλεσμα είναι εύθραυστα στρώματα που ονομάζονται διαμεταλλικά στρώματα. Αυτά τα στρώματα οδηγούν σε σπασμένες αρθρώσεις συγκόλλησης και συχνά διαφεύγουν της έγκαιρης ανίχνευσης.

Οι θερμικοί κύκλοι είναι επίσης μια κύρια αιτία αστοχίας της άρθρωσης συγκόλλησης, ειδικά εάν οι ρυθμοί θερμικής διαστολής των υλικών —πείρος εξαρτημάτων, συγκόλληση, επικάλυψη ίχνους PCB και ίχνος PCB— είναι διαφορετικοί. Καθώς αυτά τα υλικά θερμαίνονται και κρυώνουν, σχηματίζεται τεράστια μηχανική καταπόνηση μεταξύ τους, η οποία μπορεί να σπάσει τη σύνδεση συγκόλλησης, να καταστρέψει το εξάρτημα ή να αποκολλήσει το ίχνος PCB.

Τα τσίγκινα μουστάκια σε συγκολλήσεις χωρίς μόλυβδο μπορεί επίσης να είναι πρόβλημα. Τα τσίγκινα μουστάκια αναπτύσσονται από συγκολλήσεις χωρίς μόλυβδο που μπορεί να γεφυρώσουν τις επαφές ή να σπάσουν και να προκαλέσουν σορτς.

Βλάβες PCB

Οι πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων πάσχουν από πολλές κοινές πηγές αστοχίας, ορισμένες από τις οποίες προέρχονται από τη διαδικασία κατασκευής και άλλες από το λειτουργικό περιβάλλον. Κατά την κατασκευή, τα στρώματα σε μια πλακέτα PCB μπορεί να είναι εσφαλμένα ευθυγραμμισμένα, οδηγώντας σε βραχυκυκλώματα, ανοιχτά κυκλώματα και διασταυρούμενες γραμμές σήματος. Επίσης, οι χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται στη χάραξη της πλακέτας PCB ενδέχεται να μην αφαιρεθούν εντελώς και να δημιουργήσουν σορτς καθώς τα ίχνη τρώγονται.

Η χρήση λανθασμένου βάρους χαλκού ή προβλημάτων επιμετάλλωσης μπορεί να οδηγήσει σε αυξημένες θερμικές καταπονήσεις που μειώνουν τη διάρκεια ζωής του PCB. Παρά τους τρόπους αστοχίας στην κατασκευή ενός PCB, οι περισσότερες βλάβες δεν συμβαίνουν κατά την κατασκευή ενός PCB αλλά μάλλον σε μεταγενέστερη χρήση.

Το περιβάλλον συγκόλλησης και λειτουργίας ενός PCB συχνά οδηγεί σε μια ποικιλία αστοχιών PCB με την πάροδο του χρόνου. ο ροή συγκόλλησης που χρησιμοποιείται για την προσάρτηση των εξαρτημάτων σε ένα PCB μπορεί να παραμείνει στην επιφάνεια ενός PCB, το οποίο θα καταβροχθίσει και θα διαβρώσει οποιαδήποτε μεταλλική επαφή.

Η ροή συγκόλλησης δεν είναι το μόνο διαβρωτικό υλικό που συχνά βρίσκει το δρόμο του στα PCB, καθώς ορισμένα εξαρτήματα ενδέχεται να διαρρεύσουν υγρά που μπορεί να γίνουν διαβρωτικά με την πάροδο του χρόνου. Πολλά καθαριστικά μπορούν να έχουν το ίδιο αποτέλεσμα ή να αφήσουν ένα αγώγιμο υπόλειμμα, το οποίο προκαλεί σορτς στην πλακέτα.

Ο θερμικός κύκλος είναι μια άλλη αιτία αστοχιών PCB, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε αποκόλληση του PCB και να παίξει ρόλο στο να αφήσει τις μεταλλικές ίνες να αναπτυχθούν μεταξύ των στρωμάτων ενός PCB.