Todo falla en algún momento, y la electrónica no es una excepción. El diseño de sistemas que anticipan los tres modos de falla de los componentes electrónicos primarios ayuda a fortalecer la confiabilidad y la capacidad de servicio de esos componentes.
Modos de falla
Hay numerosas razones por las que los componentes fallan. Algunas fallas son lentas y delicadas, donde hay tiempo para identificar el componente y reemplazarlo antes de que falle y el equipo se averíe. Otras fallas son rápidas, violentas e inesperadas, todas las cuales se prueban durante las pruebas de certificación del producto.
Fallas del paquete de componentes
El paquete de un componente proporciona dos funciones principales: protege el componente del medio ambiente y proporciona una manera para que el componente se conecte al circuito. Si se rompe la barrera que protege el componente del medio ambiente, factores externos como la humedad y el oxígeno aceleran el envejecimiento del componente y hacen que falle más rápido.
La falla mecánica del paquete se debe a varios factores, incluidos el estrés térmico, los limpiadores químicos y la luz ultravioleta. Estas causas se pueden prevenir anticipando estos factores comunes y ajustando el diseño en consecuencia.
Las fallas mecánicas son solo una de las causas de las fallas de los paquetes. Dentro del paquete, los defectos de fabricación pueden provocar cortocircuitos, la presencia de productos químicos que provocan un envejecimiento rápido del semiconductor o del paquete, o grietas en los sellos que se propagan a medida que la pieza pasa por ciclos térmicos.
Fallas de unión y contacto de soldadura
Las juntas de soldadura proporcionan el principal medio de contacto entre un componente y un circuito y tienen una buena cantidad de fallas. El uso del tipo incorrecto de soldadura con un componente o PCB puede provocar la electromigración de los elementos de la soldadura. El resultado son capas frágiles llamadas capas intermetálicas. Estas capas conducen a juntas de soldadura rotas y, a menudo, eluden la detección temprana.
Los ciclos térmicos también son una de las principales causas de fallas en las juntas de soldadura, especialmente si las tasas de expansión térmica de los materiales (pin, soldadura, revestimiento de PCB y traza de PCB) son diferentes. A medida que estos materiales se calientan y se enfrían, se forma una tensión mecánica masiva entre ellos, que puede romper la conexión de soldadura, dañar el componente o deslaminar la traza de la placa de circuito impreso.
Los bigotes de estaño en las soldaduras sin plomo también pueden ser un problema. Los bigotes de estaño crecen en las uniones de soldadura sin plomo que pueden unir contactos o romperse y causar cortocircuitos.
Fallas de PCB
Las placas de circuito impreso sufren varias fuentes comunes de fallas, algunas derivadas del proceso de fabricación y otras del entorno operativo. Durante la fabricación, las capas de una placa de circuito impreso pueden desalinearse, lo que provoca cortocircuitos, circuitos abiertos y líneas de señal cruzadas. Además, es posible que los productos químicos utilizados en el grabado de placas de circuito impreso no se eliminen por completo y creen cortocircuitos a medida que se devoran los rastros.
Usar el peso de cobre incorrecto o problemas de enchapado pueden generar mayores tensiones térmicas que acortan la vida útil de la placa de circuito impreso. A pesar de los modos de falla en la fabricación de una placa de circuito impreso, la mayoría de las fallas no ocurren durante la fabricación de una placa de circuito impreso, sino más bien en el uso posterior.
El entorno operativo y de soldadura de una PCB a menudo conduce a una variedad de fallas de PCB con el tiempo. El fundente de soldadura utilizado para unir los componentes a una placa de circuito impreso puede permanecer en la superficie de una placa de circuito impreso, lo que erosionará y corroerá cualquier contacto metálico.
El fundente de soldadura no es el único material corrosivo que a menudo llega a las PCB, ya que algunos componentes pueden perder fluidos que pueden volverse corrosivos con el tiempo. Varios agentes de limpieza pueden tener el mismo efecto o dejar un residuo conductor, lo que provoca cortocircuitos en la placa.
Los ciclos térmicos son otra causa de las fallas de la PCB, que pueden conducir a la delaminación de la PCB y contribuir a que las fibras metálicas crezcan entre las capas de una PCB.
