Irgendwann geht alles schief, da macht die Elektronik keine Ausnahme. Das Entwerfen von Systemen, die die drei primären Ausfallarten elektronischer Komponenten antizipieren, trägt dazu bei, die Zuverlässigkeit und Wartungsfreundlichkeit dieser Komponenten zu verbessern.
Fehlermodi
Es gibt zahlreiche Gründe, warum Komponenten ausfallen. Einige Ausfälle sind langsam und elegant, wenn Zeit bleibt, die Komponente zu identifizieren und auszutauschen, bevor sie ausfällt und die Ausrüstung ausfällt. Andere Fehler treten schnell, heftig und unerwartet auf und werden alle während der Produktzertifizierungstests getestet.
Komponentenpaketfehler
Das Gehäuse einer Komponente bietet zwei Kernfunktionen: Es schützt die Komponente vor der Umgebung und bietet eine Möglichkeit für die Komponente, sich mit der Sch altung zu verbinden. Wenn die Barriere, die das Bauteil gegenüber der Umgebung schützt, bricht, beschleunigen äußere Faktoren wie Feuchtigkeit und Sauerstoff die Alterung des Bauteils und führen zu einem schnelleren Ausfall.
Mechanisches Versagen der Verpackung ist auf mehrere Faktoren zurückzuführen, darunter thermische Belastung, chemische Reinigungsmittel und UV-Licht. Diese Ursachen können verhindert werden, indem diese gemeinsamen Faktoren antizipiert und das Design entsprechend angepasst werden.
Mechanische Fehler sind nur eine Ursache für Paketfehler. Im Inneren des Gehäuses können Herstellungsfehler zu Kurzschlüssen, dem Vorhandensein von Chemikalien führen, die eine schnelle Alterung des Halbleiters oder Gehäuses verursachen, oder zu Rissen in Dichtungen, die sich ausbreiten, wenn das Teil Wärmezyklen durchläuft.
Lötstellen- und Kontaktfehler
Lötverbindungen stellen die primäre Kontaktmöglichkeit zwischen einer Komponente und einem Sch altkreis dar und haben ihren gerechten Anteil an Ausfällen. Die Verwendung des falschen Lottyps mit einem Bauteil oder einer Leiterplatte kann zu einer Elektromigration der Elemente in der Schweißnaht führen. Das Ergebnis sind spröde Schichten, sogenannte intermetallische Schichten. Diese Schichten führen zu gebrochenen Lötstellen und entziehen sich oft der Früherkennung.
Thermische Zyklen sind auch eine der Hauptursachen für das Versagen von Lötverbindungen, insbesondere wenn die Wärmeausdehnungsraten der Materialien – Komponentenstift, Lot, Beschichtung der Leiterbahnen und Leiterbahnen – unterschiedlich sind. Beim Erwärmen und Abkühlen dieser Materialien bilden sich zwischen ihnen massive mechanische Spannungen, die die Lötverbindung lösen, das Bauteil beschädigen oder die Leiterbahn delaminieren können.
Zinnwhisker auf bleifreien Loten können ebenfalls ein Problem darstellen. Aus bleifreien Lötstellen wachsen Zinnwhisker, die Kontakte überbrücken oder abbrechen und Kurzschlüsse verursachen können.
Leiterplattenfehler
Leiterplatten leiden unter mehreren häufigen Fehlerquellen, von denen einige auf den Herstellungsprozess und andere auf die Betriebsumgebung zurückzuführen sind. Während der Herstellung können die Schichten in einer Leiterplatte falsch ausgerichtet sein, was zu Kurzschlüssen, Unterbrechungen und gekreuzten Signalleitungen führen kann. Außerdem werden die beim Ätzen von Leiterplatten verwendeten Chemikalien möglicherweise nicht vollständig entfernt und verursachen Kurzschlüsse, da Spuren weggefressen werden.
Die Verwendung des falschen Kupfergewichts oder Beschichtungsprobleme können zu erhöhten thermischen Belastungen führen, die die Lebensdauer der Leiterplatte verkürzen. Trotz der Fehlermöglichkeiten bei der Herstellung einer Leiterplatte treten die meisten Fehler nicht während der Herstellung einer Leiterplatte auf, sondern erst im späteren Gebrauch.
Die Löt- und Betriebsumgebung einer Leiterplatte führt im Laufe der Zeit häufig zu einer Vielzahl von Leiterplattenausfällen. Das Lötflussmittel, das zum Anbringen der Komponenten an einer Leiterplatte verwendet wird, kann auf der Oberfläche einer Leiterplatte verbleiben, die jeden Metallkontakt auffrisst und korrodiert.
Lötflussmittel ist nicht das einzige korrosive Material, das oft auf Leiterplatten gelangt, da aus einigen Komponenten Flüssigkeiten austreten können, die mit der Zeit korrosiv werden können. Mehrere Reinigungsmittel können die gleiche Wirkung haben oder leitfähige Rückstände hinterlassen, die zu Kurzschlüssen auf der Platine führen.
Temperaturwechsel sind eine weitere Ursache für Leiterplattenausfälle, die zu einer Delaminierung der Leiterplatte führen und eine Rolle dabei spielen können, dass Metallfasern zwischen den Schichten einer Leiterplatte wachsen.
