Irgendwann versagt alles und Elektronik macht da keine Ausnahme. Die Kenntnis dieser drei Hauptfehlermodi kann Konstrukteuren helfen, robustere Designs zu erstellen und sogar erwartete Fehler zu planen.
Fehlermöglichkeiten
Es gibt zahlreiche Gründe, warum Komponenten versagen. Einige Ausfälle sind langsam und elegant, wenn Zeit zum Identifizieren und Austauschen der Komponente vorhanden ist, bevor sie vollständig ausfällt und die Ausrüstung ausfällt. Andere Fehler sind schnell, gewalttätig und unerwartet und werden während der Produktzertifizierungstests getestet.
Komponentenpaketfehler
Das Paket einer Komponente bietet zwei Kernfunktionen, die die Komponente vor der Umgebung schützen und eine Möglichkeit bieten, die Komponente an die Schaltung anzuschließen. Wenn die Barriere, die die Komponente vor der Umgebung schützt, bricht, können äußere Einflüsse wie Luftfeuchtigkeit und Sauerstoff die Alterung der Komponente beschleunigen und dazu führen, dass die Komponente viel schneller ausfällt. Mechanisches Versagen der Verpackung kann durch eine Reihe von Faktoren verursacht werden, darunter thermische Belastung, chemische Reiniger und ultraviolettes Licht. Alle diese Ursachen können verhindert werden, indem man diese gemeinsamen Faktoren antizipiert und das Design entsprechend anpasst. Mechanische Fehler sind nur eine Ursache für Paketfehler. Im Inneren des Gehäuses können Herstellungsfehler zu Kurzschlüssen führen, Chemikalien, die eine schnelle Alterung des Halbleiters oder Gehäuses verursachen, oder Risse in Dichtungen, die sich ausbreiten, wenn das Bauteil thermischen Zyklen ausgesetzt wird.
Lötstellen- und Kontaktfehler
Lötverbindungen stellen die Hauptkontaktmittel zwischen einer Komponente und einer Schaltung dar und haben einen angemessenen Anteil an Ausfällen. Die Verwendung eines falschen Lottyps mit einem Bauteil oder einer Leiterplatte kann zu einer Elektromigration der Elemente im Lot führen, die spröde Schichten bilden, die als intermetallische Schichten bezeichnet werden. Diese Schichten führen zu gebrochenen Lötstellen und entziehen sich oft einer frühzeitigen Erkennung. Wärmezyklen sind auch eine Hauptursache für Lötstellenversagen, insbesondere wenn die Wärmeausdehnungsraten der Materialien (Bauteilstift, Lötmittel, Leiterplattenbeschichtung und Leiterplattenbeschichtung) unterschiedlich sind. Da sich all diese Materialien erwärmen und abkühlen, kann sich zwischen ihnen eine massive mechanische Beanspruchung bilden, die die physikalische Lötverbindung unterbrechen, die Komponente beschädigen oder die Leiterbahn beschädigen kann. Zinn-Whisker auf bleifreien Loten können ebenfalls ein Problem sein. Zinn-Whisker wachsen aus bleifreien Lötverbindungen, die Kontakte überbrücken oder abbrechen und Kurzschlüsse verursachen können.
PCB-Fehler
PCB-Platinen weisen mehrere gemeinsame Fehlerquellen auf, von denen einige auf den Herstellungsprozess und einige auf die Betriebsumgebung zurückzuführen sind. Während der Herstellung können die Schichten in einer Leiterplatte falsch ausgerichtet sein, was zu Kurzschlüssen, offenen Stromkreisen und gekreuzten Signalleitungen führt. Außerdem können die beim Ätzen von Leiterplatten verwendeten Chemikalien möglicherweise nicht vollständig entfernt werden und Kurzschlüsse verursachen, da Spuren weggespült werden. Die Verwendung eines falschen Kupfergewichts oder Plattierungsprobleme können zu erhöhten thermischen Spannungen führen, die die Lebensdauer der Leiterplatte verkürzen. Bei allen Fehlermodi bei der Herstellung einer Leiterplatte treten die meisten Fehler bei der Herstellung einer Leiterplatte nicht auf.
Die Löt- und Betriebsumgebung einer Leiterplatte führt im Laufe der Zeit häufig zu einer Vielzahl von Leiterplattenfehlern. Das beim Befestigen aller Komponenten an einer Leiterplatte verwendete Lötflussmittel kann auf der Oberfläche einer Leiterplatte verbleiben, wodurch das Metall, mit dem es in Kontakt kommt, angegriffen und korrodiert wird. Lötflussmittel ist nicht das einzige korrosive Material, das häufig auf Leiterplatten zu finden ist, da bei einigen Komponenten Fluide austreten können, die mit der Zeit korrosiv werden können. Mehrere Reinigungsmittel können dieselbe Wirkung haben oder einen leitfähigen Rückstand hinterlassen, der auf der Platine Kurzschlüsse verursacht. Thermische Wechselbeanspruchung ist eine weitere Ursache für PCB-Ausfälle, die zur Delaminierung der PCB führen können und eine Rolle dabei spielen, Metallfasern zwischen den Schichten einer PCB wachsen zu lassen.
