Tudo falha em algum momento e a eletrônica não é exceção. Conhecer esses três modos principais de falha pode ajudar os projetistas a criar designs mais robustos e até planejar falhas esperadas.
Modos de falha
Existem inúmeras razões pelas quais os componentes falham. Algumas falhas são lentas e graciosas quando há tempo para identificar o componente e substituí-lo antes que ele falhe completamente 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, protegendo o componente do ambiente e fornecendo um meio para o componente ser conectado ao circuito. Se a barreira que protege o componente do ambiente se romper, fatores externos, como umidade e oxigênio, podem acelerar o envelhecimento do componente e causar uma falha muito mais rápida. A falha mecânica da embalagem pode ser causada por vários fatores, incluindo estresse térmico, produtos químicos de limpeza e luz ultravioleta. Todas essas causas podem ser evitadas antecipando esses fatores comuns e ajustando o design de acordo. Falhas mecânicas são apenas uma das causas das falhas de pacotes. Dentro do pacote, os defeitos de fabricação podem levar a curtos-circuitos, à presença de substâncias químicas que causam o envelhecimento rápido do semicondutor ou da embalagem, ou rachaduras nas vedações que se propagam à medida que a peça é submetida a ciclos térmicos.
Juntas de solda e falhas de contato
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 que formam camadas quebradiças chamadas camadas intermetálicas. Essas camadas levam a juntas de solda quebradas e geralmente evitam a detecção precoce. Os ciclos térmicos também são uma das principais causas de falha da junta de solda, especialmente se as taxas de expansão térmica dos materiais (pino do componente, solda, revestimento de traço do PCB e traço do PCB) forem diferentes. À medida que todos esses materiais esquentam e resfriam, um grande esforço mecânico pode se formar entre eles, o que pode quebrar a conexão física da solda, danificar o componente ou deslaminar o traçado do 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 fazer a ponte entre os contatos ou quebrar e causar curtos.
Falhas do PCB
Placas PCB têm várias fontes comuns de falha, 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 curto-circuitos, circuitos abertos e linhas de sinal cruzadas. Além disso, os produtos químicos usados na gravação da placa PCB podem não ser totalmente removidos e criar curtos à medida que os traços são consumidos. Usar o peso errado de cobre ou problemas de chapeamento pode levar a um aumento das tensões térmicas, o que encurtará a vida útil do PCB. Com todos os modos de falha na fabricação de uma PCB, a maioria das falhas não ocorre durante a fabricação de uma PCB.
O ambiente de soldagem e operacional de um PCB geralmente leva a uma variedade de falhas de PCBs ao longo do tempo. O fluxo de solda usado na fixação de todos os componentes a uma placa de circuito impresso pode permanecer na superfície de uma placa de circuito impresso que irá corroer e corroer qualquer metal em contato. O fluxo de solda não é o único material corrosivo que freqüentemente encontra seu caminho nos PCBs, pois alguns componentes podem vazar fluidos que podem se tornar corrosivos ao longo do tempo e 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 PCBs que podem levar à delaminação do PCB e desempenhar um papel em deixar as fibras de metal crescerem entre as camadas de um PCB.
