Todo falla en algún momento y la electrónica no es una excepción. Conocer estos tres modos de falla principales puede ayudar a los diseñadores a crear diseños más robustos e incluso planificar las fallas esperadas.
Modos de fallo
Existen numerosas razones por las que los componentes fallan. Algunas fallas son lentas y elegantes cuando hay tiempo para identificar el componente y reemplazarlo antes de que falle completamente y el equipo se caiga. Otros fallos son rápidos, violentos e inesperados, todos los cuales se prueban durante las pruebas de certificación del producto.
Fallas del paquete de componentes
El paquete de un componente proporciona dos funciones básicas, protegiendo el componente del entorno y proporcionando una manera para que el componente se conecte al circuito. Si la barrera que protege el componente del ambiente se rompe, factores externos como la humedad y el oxígeno pueden acelerar el envejecimiento del componente y hacer que falle mucho más rápido. La falla mecánica del paquete puede ser causada por una serie de factores que incluyen estrés térmico, limpiadores químicos y luz ultravioleta. Todas estas causas se pueden prevenir anticipando estos factores comunes y ajustando el diseño según sea necesario. Las fallas mecánicas son solo una de las causas de las fallas de paquetes. Dentro del paquete, los defectos en la fabricación pueden provocar cortocircuitos, la presencia de productos químicos que causan un rápido envejecimiento del semiconductor o el paquete, o grietas en los sellos que se propagan a medida que la pieza se somete a ciclos térmicos.
Junta de soldadura y fallas de contacto
Las uniones de soldadura proporcionan los principales medios de contacto entre un componente y un circuito y tienen su parte justa de fallas. El uso de un tipo incorrecto de soldadura con un componente o PCB puede provocar la electromigración de los elementos de la soldadura que forman capas quebradizas llamadas capas intermetálicas. Estas capas conducen a juntas de soldadura rotas y con frecuencia eluden la detección temprana. Los ciclos térmicos también son la causa principal de la falla de la junta de soldadura, especialmente si las tasas de expansión térmica de los materiales (pin componente, soldadura, recubrimiento de PCB y trazado de PCB) son diferentes. A medida que todos estos materiales se calientan y enfrían, puede formarse una tensión mecánica masiva entre ellos que puede romper la conexión física de la soldadura, dañar el componente o deslaminar la traza de PCB. Los bigotes de estaño en soldaduras sin plomo también pueden ser un problema. Los bigotes de estaño crecen a partir de uniones de soldadura sin plomo que pueden unir contactos o romperse y causar cortocircuitos.
Fallas de PCB
Las placas PCB tienen varias fuentes comunes de fallas, algunas derivadas del proceso de fabricación y otras del entorno operativo. Durante la fabricación, las capas de una placa PCB pueden estar desalineadas, lo que puede provocar cortocircuitos, circuitos abiertos y líneas de señal cruzadas. Además, los productos químicos utilizados en el grabado de la placa PCB pueden no eliminarse completamente y crear cortocircuitos a medida que se eliminan las huellas. El uso del peso incorrecto del cobre o los problemas de enchapado pueden provocar un aumento de las tensiones térmicas que acortarán la vida útil de la PCB. Con todos los modos de falla en la fabricación de una PCB, la mayoría de las fallas no ocurren durante la fabricación de una PCB.
El entorno de soldadura y operacional de una PCB a menudo conduce a una variedad de fallas de PCB a lo largo del tiempo. El flujo de soldadura utilizado para unir todos los componentes a un PCB puede permanecer en la superficie de un PCB que se comerse y corroer el metal con el que entra en contacto. El flujo de soldadura no es el único material corrosivo que a menudo se abre camino a los PCB, ya que algunos componentes pueden derramar líquidos que pueden volverse corrosivos con el tiempo y varios agentes de limpieza pueden tener el mismo efecto o dejar un residuo conductor que provoca cortocircuitos en la placa. El ciclo térmico es otra causa de fallas de PCB que pueden provocar la deslaminación de la PCB y desempeñar un papel en permitir que las fibras metálicas crezcan entre las capas de una PCB.
