Wszystko w pewnym momencie zawodzi, a elektronika nie jest wyjątkiem. Znajomość tych trzech głównych rodzajów awarii może pomóc projektantom stworzyć bardziej wytrzymałe projekty, a nawet zaplanować oczekiwane awarie.
Tryby awaryjne
Istnieje wiele powodów, dla których elementy zawodzą. Niektóre awarie są powolne i pełne wdzięku, gdy jest czas, aby zidentyfikować komponent i wymienić go, zanim całkowicie zawiedzie i sprzęt nie działa. Inne awarie są szybkie, gwałtowne i nieoczekiwane, z których wszystkie są testowane podczas testów certyfikacyjnych.
Błędy w pakiecie komponentów
Pakiet komponentu zapewnia dwie podstawowe funkcje, chroniąc komponent przed środowiskiem i zapewniając sposób podłączenia komponentu do obwodu. Jeśli bariera chroniąca komponent przed środowiskiem ulegnie zniszczeniu, czynniki zewnętrzne, takie jak wilgotność i tlen, mogą przyspieszyć starzenie się komponentu i spowodować jego awarię znacznie szybciej. Mechaniczna awaria opakowania może być spowodowana wieloma czynnikami, w tym naprężeniem termicznym, chemicznymi środkami czyszczącymi i światłem ultrafioletowym. Wszystkim tym przyczynom można zapobiec, przewidując te wspólne czynniki i dostosowując projekt zgodnie. Usterki mechaniczne są tylko jedną przyczyną awarii pakietów. Wewnątrz opakowania defekty w produkcji mogą prowadzić do zwarć, obecności substancji chemicznych, które powodują szybkie starzenie się półprzewodnika lub opakowania, lub pęknięć w uszczelkach, które rozprzestrzeniają się, gdy część przechodzi przez cykle termiczne.
Usterki połączenia lutowanego i styku
Połączenia lutowane stanowią główny środek kontaktu między komponentem a obwodem i mają swój sprawiedliwy udział w awariach. Zastosowanie niewłaściwego rodzaju lutowia z komponentem lub PCB może prowadzić do elektryzacji pierwiastków w lutowie, tworzących kruche warstwy zwane warstwami międzymetalicznymi. Warstwy te prowadzą do przerwania połączeń lutowanych i często nie pozwalają na wczesne wykrycie. Cykle termiczne są również główną przyczyną awarii złącza lutowniczego, zwłaszcza jeśli współczynniki rozszerzalności cieplnej materiałów (trzpień elementu, lut, powłoka śladu PCB i ślad PCB) są różne. Ponieważ wszystkie te materiały nagrzewają się i schładzają, mogą powstać między nimi ogromne mechaniczne obciążenia, które mogą przerwać fizyczne połączenie lutowane, uszkodzić element lub rozwarstwić ślad PCB. Cyny wąsy na bezołowiowych stopach lutowniczych również mogą stanowić problem. Cyny wąsy wyrastają z bezołowiowych spoin lutowniczych, które mogą łączyć styki lub zrywać się i powodować szorty.
Usterki PCB
Płyty PCB mają kilka powszechnych źródeł awarii, niektóre z nich pochodzą z procesu produkcyjnego, a inne ze środowiska operacyjnego. Podczas produkcji warstwy w płytce PCB mogą być źle ustawione, co prowadzi do zwarć, przerw w obwodzie i przecięcia linii sygnałowych. Ponadto chemikalia stosowane w wytrawianiu płytek PCB mogą nie zostać całkowicie usunięte i tworzyć szorty, gdy są zjadane ślady. Używanie złego ciężaru miedzi lub problemów z platerowaniem może prowadzić do zwiększonych naprężeń termicznych, które skracają żywotność PCB. Przy wszystkich trybach awarii w produkcji PCB, większość awarii nie występuje podczas wytwarzania PCB.
Lutowanie i środowisko operacyjne PCB często prowadzą do różnych awarii PCB w czasie. Topnik lutowniczy stosowany do mocowania wszystkich komponentów do PCB może pozostać na powierzchni PCB, która będzie się zjadała i koroduje każdy metal, z którym się zetknie. Topnik lutowniczy nie jest jedynym korozyjnym materiałem, który często trafia na płytki PCB, ponieważ niektóre składniki mogą wyciekać z płynów, które z biegiem czasu mogą ulec korozji, a wiele środków czyszczących może mieć taki sam efekt lub pozostawiać przewodzące pozostałości, które powodują powstawanie szortów na płycie. Cykliczne cykle cieplne to kolejna przyczyna awarii PCB, która może prowadzić do delaminacji PCB i odgrywać rolę w przepuszczaniu włókien metalowych pomiędzy warstwami PCB.
