Tres modos principales de falla de la electrónica
Todo falla en algún momento y la electrónica no es una excepción. El diseño de sistemas que anticipen los tres modos de falla de los componentes electrónicos primarios ayuda a fortalecer la confiabilidad y la capacidad de servicio de esos componentes.
Modos de fallo
Hay numerosas razones por las que los componentes fallan. Algunas fallas son lentas y elegantes, donde hay tiempo para identificar el componente y reemplazarlo antes de que falle y el equipo no funcione. Otras fallas son rápidas, violentas e inesperadas, todas las cuales se prueban durante las pruebas de certificación del producto.
Fallos del paquete de componentes
El paquete de un componente proporciona dos funciones principales: protege el componente del entorno y proporciona una forma para que el componente se conecte al circuito. Si la barrera que protege al componente del medio ambiente se rompe, factores externos como la humedad y el oxígeno aceleran el envejecimiento del componente y hacen que falle más rápidamente.
La falla mecánica del paquete es el resultado de varios factores, que incluyen estrés térmico, limpiadores químicos y luz ultravioleta. Estas causas se pueden prevenir anticipando estos factores comunes y ajustando el diseño en consecuencia.
Las fallas mecánicas son solo una de las causas de las fallas de los paquetes. Dentro del paquete, los defectos de fabricación pueden provocar cortocircuitos, la presencia de productos químicos que provocan una rápida envejecimiento del semiconductor o paquete, o grietas en los sellos que se propagan a medida que la pieza atraviesa térmicas ciclos.
Fallas de contactos y juntas de soldadura
Las uniones soldadas proporcionan el medio principal de contacto entre un componente y un circuito y tienen una buena cantidad de fallas. Usar el tipo incorrecto de soldadura con un componente o tarjeta de circuito impreso puede conducir a la electromigración de los elementos de la soldadura. El resultado son capas frágiles llamadas capas intermetálicas. Estas capas conducen a uniones de soldadura rotas y, a menudo, eluden la detección temprana.
Los ciclos térmicos también son una causa principal de fallas en las juntas de soldadura, especialmente si las tasas de expansión térmica de los materiales (clavija del componente, soldadura, revestimiento de trazas de PCB y trazas de PCB) son diferentes. A medida que estos materiales se calientan y enfrían, se forma una tensión mecánica masiva entre ellos, lo que puede romper la conexión de soldadura, dañar el componente o delaminar la traza de la PCB.
Los bigotes de estaño en las soldaduras sin plomo también pueden ser un problema. Los bigotes de estaño crecen a partir de uniones soldadas sin plomo que pueden puentear los contactos o romperse y causar cortocircuitos.
Fallos de PCB
Las placas de circuito impreso sufren varias fuentes comunes de fallas, algunas derivadas del proceso de fabricación y otras del entorno operativo. Durante la fabricación, las capas de una placa PCB pueden estar desalineadas, lo que puede provocar cortocircuitos, circuitos abiertos y líneas de señal cruzadas. Además, es posible que los productos químicos utilizados en el grabado de la placa de PCB no se eliminen por completo y creen cortocircuitos a medida que se comen los restos.
El uso de un peso de cobre incorrecto o problemas de recubrimiento puede provocar un aumento de las tensiones térmicas que acortan la vida útil de la PCB. A pesar de los modos de falla en la fabricación de una PCB, la mayoría de las fallas no ocurren durante la fabricación de una PCB, sino en el uso posterior.
El entorno operativo y de soldadura de una PCB a menudo conduce a una variedad de fallas de PCB a lo largo del tiempo. los flujo de soldadura utilizado para unir los componentes a una PCB puede permanecer en la superficie de una PCB, lo que corroerá y corroerá cualquier contacto metálico.
El fundente de soldadura no es el único material corrosivo que a menudo llega a los PCB, ya que algunos componentes pueden perder fluidos que pueden volverse corrosivos con el tiempo. Varios agentes de limpieza pueden tener el mismo efecto o dejar un residuo conductor, lo que provoca cortocircuitos en el tablero.
Los ciclos térmicos son otra causa de fallas en los PCB, que pueden provocar la delaminación del PCB y desempeñar un papel en el hecho de permitir que las fibras metálicas crezcan entre las capas de un PCB.