Tudo falha em algum momento, e a eletrônica não é exceção. Projetar sistemas que antecipam os três principais modos de falha de componentes eletrônicos ajuda a fortalecer a confiabilidade e a facilidade de manutenção desses componentes.
Modos de Falha
Existem inúmeras razões pelas quais os componentes falham. Algumas falhas são lentas e graciosas, onde há tempo para identificar o componente e substituí-lo antes que ele falhe e o equipamento esteja inoperante. Outras falhas são rápidas, violentas e inesperadas, todas testadas durante o teste de certificação do produto.
Falhas do pacote de componentes
O pacote de um componente fornece duas funções principais: protege o componente do ambiente e fornece uma maneira para 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.
Falha mecânica da embalagem resulta de vários fatores, incluindo estresse térmico, produtos químicos de limpeza e luz ultravioleta. Essas causas podem ser evitadas antecipando esses fatores comuns e ajustando o design de acordo.
Falhas mecânicas são apenas uma causa de falhas de pacotes. Dentro da embalagem, defeitos de fabricação podem levar a curtos, presença de produtos químicos que causam o envelhecimento rápido do semicondutor ou da embalagem, ou rachaduras nas vedações que se propagam à medida que 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 evitam a detecção precoce.
Ciclos térmicos também são a principal causa de falha da junta de solda, especialmente se as taxas de expansão térmica do pino do componente de materiais, solda, revestimento de traço de PCB e traço de PCB forem diferentes. À medida que esses materiais aquecem e esfriam, um grande estresse mecânico se forma entre eles, o que pode quebrar a conexão de solda, danificar o componente ou delaminar o traço da PCB.
Biscoitos 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 contatos ou quebrar e causar curtos.
Falhas de PCB
Placas de circuito impresso sofrem várias fontes comuns de falhas, algumas decorrentes do processo de fabricação e outras do ambiente operacional. Durante a fabricação, as camadas em uma placa PCB podem estar desalinhadas, levando a curtos-circuitos, circuitos abertos e linhas de sinal cruzadas. Além disso, os produtos químicos usados na gravação da placa de PCB podem não ser totalmente removidos e criar curtos à medida que os vestígios são consumidos.
Usar o peso errado de cobre ou problemas de chapeamento podem levar a maiores tensões térmicas 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 operacional e de soldagem de uma PCB geralmente leva a uma variedade de falhas de PCB ao longo do tempo. O fluxo de solda usado para conectar os componentes a um PCB pode permanecer na superfície de um PCB, que irá corroer e corroer qualquer contato de metal.
O fluxo de solda não é o único material corrosivo que muitas vezes chega às 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, o que causa curtos na placa.
Ciclagem térmica é outra causa de falhas na placa de circuito impresso, que pode levar à delaminação da placa de circuito impresso e desempenhar um papel importante no crescimento de fibras metálicas entre as camadas de uma placa de circuito impresso.
