Trois principaux modes de défaillance de l'électronique
Tout échoue à un moment donné, et l'électronique ne fait pas exception. Concevoir des systèmes qui anticipent les trois principaux modes de défaillance des composants électroniques contribue à renforcer la fiabilité et la facilité d'entretien de ces composants.
Modes de défaillance
Il y a de nombreuses raisons pour lesquelles les composants échouent. Certaines pannes sont lentes et gracieuses, où il est temps d'identifier le composant et de le remplacer avant qu'il ne tombe en panne et que l'équipement soit en panne. D'autres défaillances sont rapides, violentes et inattendues, qui sont toutes testées lors des tests de certification des produits.
Échecs des packages de composants
L'emballage d'un composant fournit deux fonctions principales: il protège le composant de l'environnement et fournit un moyen pour le composant de se connecter au circuit. Si la barrière protégeant le composant de l'environnement se brise, des facteurs extérieurs tels que l'humidité et l'oxygène accélèrent le vieillissement du composant et provoquent sa défaillance plus rapidement.
La défaillance mécanique de l'emballage résulte de plusieurs facteurs, notamment le stress thermique, les nettoyants chimiques et la lumière ultraviolette. Ces causes peuvent être évitées en anticipant ces facteurs communs et en ajustant la conception en conséquence.
Les défaillances mécaniques ne sont qu'une des causes des défaillances des colis. A l'intérieur de l'emballage, des défauts de fabrication peuvent entraîner des courts-circuits, la présence de produits chimiques qui provoquent des vieillissement du semi-conducteur ou du boîtier, ou fissures dans les joints qui se propagent lorsque la pièce passe par la chaleur cycles.
Défaillances de soudure et de contact
Les joints de soudure constituent le principal moyen de contact entre un composant et un circuit et ont leur juste part de défaillances. Utiliser le mauvais type de soudure avec un composant ou PCB peut conduire à une électromigration des éléments dans la soudure. Le résultat est des couches fragiles appelées couches intermétalliques. Ces couches conduisent à des joints de soudure cassés et échappent souvent à une détection précoce.
Les cycles thermiques sont également une cause principale de défaillance des joints de soudure, en particulier si les taux de dilatation thermique des matériaux (broches de composant, soudure, revêtement de trace de PCB et trace de PCB) sont différents. Au fur et à mesure que ces matériaux chauffent et refroidissent, des contraintes mécaniques massives se forment entre eux, ce qui peut rompre la connexion de soudure, endommager le composant ou délaminer la piste du PCB.
Les moustaches d'étain sur les soudures sans plomb peuvent également être un problème. Les moustaches d'étain se développent à partir de joints de soudure sans plomb qui peuvent ponter les contacts ou se rompre et provoquer des courts-circuits.
Défaillances de PCB
Les cartes de circuits imprimés souffrent de plusieurs sources courantes de défaillance, certaines provenant du processus de fabrication et d'autres de l'environnement d'exploitation. Pendant la fabrication, les couches d'une carte PCB peuvent être mal alignées, entraînant des courts-circuits, des circuits ouverts et des lignes de signaux croisées. De plus, les produits chimiques utilisés dans la gravure des cartes de circuits imprimés peuvent ne pas être entièrement éliminés et créer des courts-circuits car les traces sont rongées.
L'utilisation d'un poids de cuivre incorrect ou de problèmes de placage peut entraîner une augmentation des contraintes thermiques qui raccourcissent la durée de vie du PCB. Malgré les modes de défaillance dans la fabrication d'un PCB, la plupart des défaillances ne se produisent pas lors de la fabrication d'un PCB mais plutôt lors d'une utilisation ultérieure.
L'environnement de soudage et de fonctionnement d'un PCB conduit souvent à une variété de défaillances de PCB au fil du temps. Les flux de soudure utilisé pour fixer les composants à un PCB peut rester à la surface d'un PCB, ce qui rongera et corrodera tout contact métallique.
Le flux de soudure n'est pas le seul matériau corrosif qui se retrouve souvent dans les PCB, car certains composants peuvent laisser échapper des fluides qui peuvent devenir corrosifs avec le temps. Plusieurs produits de nettoyage peuvent avoir le même effet ou laisser un résidu conducteur, ce qui provoque des courts-circuits sur la carte.
Le cyclage thermique est une autre cause de défaillance des PCB, qui peut entraîner un délaminage du PCB et jouer un rôle dans la croissance des fibres métalliques entre les couches d'un PCB.