Všetko v určitom bode zlyhá a elektronika nie je výnimkou. Navrhovanie systémov, ktoré predvídajú tri spôsoby zlyhania primárnych elektronických komponentov, pomáha posilniť spoľahlivosť a prevádzkyschopnosť týchto komponentov.
Režimy zlyhania
Je mnoho dôvodov, prečo komponenty zlyhávajú. Niektoré poruchy sú pomalé a elegantné, keď je čas identifikovať komponent a vymeniť ho skôr, ako zlyhá a zariadenie je mimo prevádzky. Ďalšie zlyhania sú rýchle, násilné a neočakávané, pričom všetky sa testujú počas testovania certifikácie produktu.
Zlyhania balíka komponentov
Balenie súčiastky poskytuje dve základné funkcie: chráni súčiastku pred prostredím a poskytuje spôsob pripojenia súčiastky k obvodu. Ak sa pretrhne bariéra chrániaca komponent pred prostredím, vonkajšie faktory, ako je vlhkosť a kyslík, urýchlia starnutie komponentu a spôsobia jeho rýchlejšie zlyhanie.
Mechanická porucha balenia je spôsobená niekoľkými faktormi vrátane tepelného namáhania, chemických čistiacich prostriedkov a ultrafialového žiarenia. Týmto príčinám možno predísť predvídaním týchto bežných faktorov a zodpovedajúcim prispôsobením dizajnu.
Mechanické poruchy sú len jednou z príčin zlyhania balíkov. Vo vnútri obalu môžu výrobné chyby viesť ku skratom, prítomnosti chemikálií, ktoré spôsobujú rýchle starnutie polovodiča alebo obalu, alebo prasklinám v tesneniach, ktoré sa šíria, keď časť prechádza tepelnými cyklami.
Zlyhania spájkovacieho spoja a kontaktu
Spájkované spoje poskytujú primárny prostriedok kontaktu medzi komponentom a obvodom a majú svoj podiel na poruchách. Použitie nesprávneho typu spájky s komponentom alebo PCB môže viesť k elektromigrácii prvkov vo zvare. Výsledkom sú krehké vrstvy nazývané intermetalické vrstvy. Tieto vrstvy vedú k porušeniu spájkovaných spojov a často unikajú skorej detekcii.
Tepelné cykly sú tiež hlavnou príčinou zlyhania spájkovaného spoja, najmä ak sú rýchlosti tepelnej rozťažnosti materiálu – kolíka komponentu, spájky, povlaku PCB a stopy PCB odlišné. Keď sa tieto materiály zohrievajú a ochladzujú, vzniká medzi nimi masívne mechanické napätie, ktoré môže prerušiť spájkovaný spoj, poškodiť súčiastku alebo delaminovať stopu PCB.
Problémom môžu byť aj cínové fúzy na bezolovnatých spájkach. Cínové fúzy vyrastajú z bezolovnatých spájkovaných spojov, ktoré môžu premostiť kontakty alebo sa zlomiť a spôsobiť skrat.
Chyby PCB
Dosky s plošnými spojmi trpia niekoľkými bežnými zdrojmi porúch, z ktorých niektoré pochádzajú z výrobného procesu a niektoré z prevádzkového prostredia. Počas výroby môžu byť vrstvy na doske PCB nesprávne zarovnané, čo vedie ku skratom, otvoreným obvodom a skríženým signálnym vedeniam. Chemikálie používané pri leptaní dosiek s plošnými spojmi tiež nemusia byť úplne odstránené a môžu spôsobiť skraty, pretože stopy sú zožraté.
Používanie nesprávnej hmotnosti medi alebo problémy s pokovovaním môžu viesť k zvýšenému tepelnému namáhaniu, ktoré skracuje životnosť PCB. Napriek poruchovým režimom pri výrobe DPS sa väčšina porúch nevyskytuje počas výroby DPS, ale skôr pri neskoršom použití.
Spájkovanie a prevádzkové prostredie PCB často vedie k rôznym poruchám PCB v priebehu času. Spájkovací tok použitý pri pripájaní komponentov k doske plošných spojov môže zostať na povrchu plošných spojov, čo rozožiera a koroduje akýkoľvek kovový kontakt.
Tavidlo na spájkovanie nie je jediným korozívnym materiálom, ktorý sa často dostáva na dosky plošných spojov, pretože z niektorých komponentov môžu unikať tekutiny, ktoré sa časom môžu stať korozívnymi. Niekoľko čistiacich prostriedkov môže mať rovnaký účinok alebo zanechať vodivý zvyšok, ktorý spôsobí skraty na doske.
Tepelné cyklovanie je ďalšou príčinou porúch PCB, čo môže viesť k delaminácii PCB a zohrávať úlohu pri prerastaní kovových vlákien medzi vrstvami PCB.
