Três principais modos de falha da eletrônica

Tudo falha em algum ponto, e os eletrônicos não são exceção. O projeto de sistemas que antecipam os três modos de falha do componente eletrônico principal ajuda a fortalecer a confiabilidade e a capacidade de manutenção desses componentes.

Modos de falha

Existem vários motivos pelos quais os componentes falham. Algumas falhas são lentas e simples, onde há tempo para identificar o componente e substituí-lo antes que ele falhe e o equipamento fique inativo. Outras falhas são rápidas, violentas e inesperadas, todas testadas durante os testes de certificação do produto.

Falhas no pacote de componentes

O pacote de um componente fornece duas funções principais: ele protege o componente do ambiente e fornece uma maneira de o componente se conectar ao circuito. Se a barreira que protege o componente do ambiente quebrar, fatores externos, como umidade e oxigênio, aceleram o envelhecimento do componente e fazem com que ele falhe mais rapidamente. A falha mecânica da embalagem resulta de vários fatores, incluindo estresse térmico, produtos de limpeza químicos e luz ultravioleta. Essas causas podem ser evitadas antecipando esses fatores comuns e ajustando o design de acordo. As falhas mecânicas são apenas uma das causas das falhas do pacote. Dentro da embalagem, defeitos de fabricação podem causar curtos, a presença de produtos químicos que causam rápido envelhecimento do semicondutor ou embalagem ou rachaduras nas vedações que se propagam conforme a peça passa por ciclos térmicos.

Junta de solda e falhas de contato

As juntas de solda fornecem o principal meio de contato entre um componente e um circuito e têm seu quinhão de falhas. Usar o tipo errado de solda com um componente ou PCB pode levar à eletromigração dos elementos na solda. O resultado são camadas frágeis chamadas camadas intermetálicas. Essas camadas levam a juntas de solda quebradas e muitas vezes escapam à detecção precoce.

Os ciclos térmicos também são a principal causa de falha da junta de solda, especialmente se as taxas de expansão térmica dos materiais – pino do componente, solda, revestimento de traço de PCB e traço de PCB – forem diferentes. À medida que esses materiais aquecem e esfriam, ocorre uma enorme tensão mecânica entre eles, que pode quebrar a conexão de solda, danificar o componente ou delaminar o traço de PCB. Os bigodes de estanho em soldas sem chumbo também podem ser um problema. Os bigodes de estanho crescem de juntas de solda sem chumbo que podem unir os contatos ou quebrar e causar curtos-circuitos.

Falhas de PCB

As placas de circuito impresso sofrem várias fontes comuns de falha, algumas decorrentes do processo de fabricação e outras do ambiente operacional. Durante a fabricação, as camadas de uma placa PCB podem ficar desalinhadas, levando a curtos-circuitos, circuitos abertos e linhas de sinal cruzadas. Além disso, os produtos químicos usados ​​na corrosão da placa de PCB podem não ser totalmente removidos e criar curtos à medida que os traços são corroídos.

Usar o peso de cobre incorreto ou problemas de revestimento pode levar a tensões térmicas aumentadas que encurtam a vida útil do PCB. Apesar dos modos de falha na fabricação de uma PCB, a maioria das falhas não ocorre durante a fabricação de uma PCB, mas sim no uso posterior. O ambiente de soldagem e operacional de um PCB geralmente leva a uma variedade de falhas de PCB ao longo do tempo. O fluxo de solda usado para anexar os componentes a um PCB pode permanecer na superfície de um PCB, o que corroerá qualquer contato de metal. Fluxo de solda não é o único material corrosivo que freqüentemente encontra seu caminho para PCBs, pois alguns componentes podem vazar fluidos que podem se tornar corrosivos com o tempo. Vários agentes de limpeza podem ter o mesmo efeito ou deixar um resíduo condutor, que causa curtos na placa. A ciclagem térmica é outra causa de falhas de PCB, que pode levar à delaminação do PCB e desempenhar um papel no crescimento de fibras de metal entre as camadas de um PCB.