Alles mislukt op een gegeven moment, en elektronica is geen uitzondering. Het ontwerpen van systemen die anticiperen op de drie primaire storingsmodi van elektronische componenten, helpt de betrouwbaarheid en het onderhoudsgemak van die componenten te versterken.
Failure Modes
Er zijn talloze redenen waarom componenten falen. Sommige storingen zijn traag en sierlijk, waarbij er tijd is om het onderdeel te identificeren en te vervangen voordat het defect raakt, en de apparatuur uitv alt. Andere storingen zijn snel, hevig en onverwacht en worden allemaal getest tijdens productcertificeringstests.
Component Package Failures
Het pakket van een component biedt twee kernfuncties: het beschermt het component tegen de omgeving en biedt een manier voor het component om verbinding te maken met het circuit. Als de barrière die het onderdeel beschermt tegen de omgeving breekt, versnellen externe factoren zoals vochtigheid en zuurstof de veroudering van het onderdeel en zorgen ervoor dat het sneller fa alt.
Mechanisch falen van de verpakking is het gevolg van verschillende factoren, waaronder thermische belasting, chemische reinigingsmiddelen en ultraviolet licht. Deze oorzaken kunnen worden voorkomen door te anticiperen op deze veelvoorkomende factoren en het ontwerp hierop aan te passen.
Mechanische storingen zijn slechts één oorzaak van pakketstoringen. Binnenin de verpakking kunnen fabricagefouten leiden tot kortsluiting, de aanwezigheid van chemicaliën die een snelle veroudering van de halfgeleider of de verpakking veroorzaken, of scheuren in afdichtingen die zich voortplanten als het onderdeel door thermische cycli gaat.
Soldeerverbinding en contactstoringen
Soldeerverbindingen vormen het primaire contactmiddel tussen een component en een circuit en hebben een groot aantal storingen. Het gebruik van het verkeerde type soldeer bij een component of PCB kan leiden tot elektromigratie van de elementen in de las. Het resultaat zijn brosse lagen die intermetallische lagen worden genoemd. Deze lagen leiden tot gebroken soldeerverbindingen en ontwijken vaak vroege detectie.
Thermische cycli zijn ook een belangrijke oorzaak van het falen van soldeerverbindingen, vooral als de thermische uitzettingssnelheden van de materiaalcomponentpin, soldeer, PCB-spoorcoating en PCB-tracering verschillend zijn. Naarmate deze materialen opwarmen en afkoelen, ontstaat er een enorme mechanische spanning tussen de materialen, die de soldeerverbinding kan verbreken, het onderdeel kan beschadigen of het PCB-spoor kan delamineren.
Tinnen snorharen op loodvrij soldeer kunnen ook een probleem zijn. Tinwhiskers groeien uit loodvrije soldeerverbindingen die contacten kunnen overbruggen of afbreken en kortsluiting veroorzaken.
PCB-storingen
Printplaten hebben te maken met verschillende veelvoorkomende storingsbronnen, waarvan sommige voortkomen uit het fabricageproces en andere uit de bedrijfsomgeving. Tijdens de fabricage kunnen de lagen in een printplaat verkeerd zijn uitgelijnd, wat leidt tot kortsluiting, open circuits en gekruiste signaallijnen. Ook zijn de chemicaliën die worden gebruikt bij het etsen van printplaten mogelijk niet volledig verwijderd en ontstaan er kortsluitingen omdat sporen worden weggevreten.
Het gebruik van het verkeerde kopergewicht of problemen met de plating kan leiden tot verhoogde thermische spanningen die de levensduur van de printplaat verkorten. Ondanks de faalwijzen bij de fabricage van een printplaat, treden de meeste storingen niet op tijdens de fabricage van een printplaat, maar eerder bij later gebruik.
De soldeer- en operationele omgeving van een PCB leidt in de loop van de tijd vaak tot verschillende PCB-storingen. De soldeerflux die wordt gebruikt om de componenten aan een PCB te bevestigen, kan op het oppervlak van een PCB achterblijven, wat zal wegvreten en elk metaalcontact zal aantasten.
Soldeervloeimiddel is niet het enige corrosieve materiaal dat vaak zijn weg vindt naar PCB's, omdat sommige componenten vloeistoffen kunnen lekken die na verloop van tijd corrosief kunnen worden. Verschillende reinigingsmiddelen kunnen hetzelfde effect hebben of een geleidend residu achterlaten, waardoor er kortsluiting op het bord ontstaat.
Thermal cycling is een andere oorzaak van PCB-storingen, wat kan leiden tot delaminatie van de PCB en een rol kan spelen bij het laten groeien van metaalvezels tussen de lagen van een PCB.
