Všechno v určitém okamžiku selže a elektronika není výjimkou. Navrhování systémů, které předvídají tři režimy selhání primárních elektronických součástí, pomáhá posílit spolehlivost a provozuschopnost těchto součástí.
Režimy selhání
Je mnoho důvodů, proč komponenty selhávají. Některé poruchy jsou pomalé a elegantní, kdy je čas identifikovat součást a vyměnit ji dříve, než selže a zařízení je mimo provoz. Další selhání jsou rychlá, násilná a neočekávaná a všechny jsou testovány během certifikačního testování produktu.
Selhání balíčku komponent
Balík součástky poskytuje dvě základní funkce: chrání součástku před okolním prostředím a poskytuje součástce způsob připojení k obvodu. Pokud dojde k porušení bariéry chránící součást před okolním prostředím, vnější faktory, jako je vlhkost a kyslík, urychlí stárnutí součásti a způsobí její rychlejší selhání.
Mechanické selhání obalu je způsobeno několika faktory, včetně tepelného namáhání, chemických čisticích prostředků a ultrafialového záření. Těmto příčinám lze předejít předvídáním těchto společných faktorů a odpovídajícím přizpůsobením návrhu.
Mechanické poruchy jsou pouze jednou z příčin selhání balíčků. Uvnitř obalu mohou výrobní vady vést ke zkratům, přítomnosti chemikálií, které způsobují rychlé stárnutí polovodiče nebo obalu, nebo prasklinám v těsnění, které se šíří, když součást prochází tepelnými cykly.
Selhání pájecího spoje a kontaktu
Pájené spoje poskytují primární prostředek kontaktu mezi součástkou a obvodem a mají svůj podíl na poruchách. Použití nesprávného typu pájky se součástkou nebo DPS může vést k elektromigraci prvků ve svaru. Výsledkem jsou křehké vrstvy zvané intermetalické vrstvy. Tyto vrstvy vedou k porušení pájených spojů a často unikají včasné detekci.
Tepelné cykly jsou také hlavní příčinou selhání pájeného spoje, zvláště pokud se rychlost tepelné roztažnosti materiálu – kolíku součásti, pájky, povlaku PCB a stopy PCB liší. Jak se tyto materiály zahřívají a ochlazují, vytváří se mezi nimi masivní mechanické napětí, které může přerušit pájený spoj, poškodit součást nebo delaminovat stopu PCB.
Cínové vousy na bezolovnatých pájkách mohou být také problémem. Cínové vousy vyrůstají z bezolovnatých pájených spojů, které mohou přemostit kontakty nebo se zlomit a způsobit zkrat.
Selhání PCB
Desky s plošnými spoji trpí několika běžnými zdroji poruch, z nichž některé pocházejí z výrobního procesu a některé z provozního prostředí. Během výroby mohou být vrstvy v desce plošných spojů nesprávně zarovnány, což může vést ke zkratům, otevřeným obvodům a zkříženým signálovým linkám. Chemikálie používané při leptání desek plošných spojů také nemusí být zcela odstraněny a mohou způsobit zkrat, protože stopy jsou sežrány.
Použití nesprávné hmotnosti mědi nebo problémy s pokovením mohou vést ke zvýšenému tepelnému namáhání, které zkracuje životnost desky plošných spojů. Navzdory poruchám při výrobě DPS se většina poruch nevyskytuje během výroby DPS, ale spíše při pozdějším použití.
Pájecí a provozní prostředí PCB často vede k různým poruchám PCB v průběhu času. Tavidlo pájky použité při připevňování součástek k desce plošných spojů může zůstat na povrchu desky plošných spojů, což sežere a zkoroduje jakýkoli kovový kontakt.
Tavidlo pro pájení není jediným korozivním materiálem, který se často dostává na desky plošných spojů, protože z některých součástí mohou unikat kapaliny, které se mohou časem stát korozivními. Několik čisticích prostředků může mít stejný účinek nebo zanechat vodivé zbytky, které způsobí zkraty na desce.
Tepelné cyklování je další příčinou poruch PCB, které může vést k delaminaci PCB a hrát roli při prorůstání kovových vláken mezi vrstvami PCB.
