Welche sind die am häufigsten ausfallenden elektronischen Komponenten?

Erstellt: Dezember 7, 2021
Aktualisiert am: Juli 1, 2024

Bei der Auswahl von Komponenten für neue Leiterplatten gibt es eine starke Tendenz, sich mehr auf die Zuverlässigkeit auf Platinenebene zu konzentrieren, als ob dies die Zuverlässigkeit auf Komponentenebene gewährleisten und Teileausfälle verhindern würde. Dies ist bis zu einem gewissen Grad wahr: Eine kluge Leiterplattendesign- und PCBA-Entscheidungen können Probleme unterdrücken oder verhindern, die einen Komponentenausfall verursachen könnten. Allerdings sind manche Komponenten in bestimmten Fällen einfach anfälliger für Ausfälle als andere.

Es gibt eine weitere Praxis, die das Problem der ausfallenden Komponenten verschärft. Bei vielen Produkten besteht die Tendenz, einfach eine Platine wegzuwerfen oder eine ganze Platine zu ersetzen, wenn ein Ausfall auftritt, anstatt die Ursache des Ausfalls zu untersuchen. Viele Ausfälle können auf eine oder mehrere ausgefallene Komponenten zurückgeführt werden, daher lohnt es sich zu wissen, welche die häufigsten elektronischen Komponenten sind, die ausfallen. Es hilft auch zu wissen, welche Probleme auf Platinenebene zu diesen häufigen Ausfällen beitragen können und welche alternativen Komponenten verwendet werden sollten, um eine längere Systemlebensdauer zu gewährleisten.

Häufigste Ausfälle elektronischer Komponenten

Ohne weitere Ausführungen, schauen wir uns einige der häufigen Ausfälle elektronischer Komponenten an. Wie wir sehen werden, sind die häufigen Ausfälle nicht auf spezifische Komponenten beschränkt, es ist einfach so, dass die Funktion, Platzierung und Art der Komponente sie auf verschiedene Weise anfälliger für Ausfälle machen kann.

BJTs und MOSFETs bei hoher Temperatur

Im Gegensatz zu einigen anderen Temperaturbewertungen, bei denen eine Komponente über der bewerteten Spezifikation weiterhin funktionieren kann, werden MOSFETs fast sofort ausfallen, wenn sie die bewertete Sperrschichttemperatur überschreiten. Ähnliche Effekte treten bei BJTs auf. Wenn die Temperatur dieser Komponenten während des Betriebs steigt, steigt auch ihr Einschaltwiderstand, was dann weitere Verluste und Temperatur erhöht, und so weiter…

Dies ist als thermische Durchgehen bekannt und ist ein Problem der positiven Rückkopplung, das letztendlich zum Komponentenausfall führt. Thermisches Durchgehen ist nicht nur auf MOSFETs beschränkt, es ist auch bei Varistoren und Tantal-Kondensatoren bekannt. Dieser Effekt ist bei ICs jedoch selten, da sie anfälliger für Stress aus anderen Quellen sind.

Leistungs-MOSFETs enthalten einen mit dem Chip verbundenen Kühlkörper, um Wärme abzuleiten und Überhitzung zu verhindern.

Komponenten anfällig für Entladung oder Stromspitzen

Stromspitzen erzeugen Überspannung (Durchbruch) in ungeschützten Systemen. Der offensichtlichste Effekt ist bei Komponenten wie Kondensatoren am Eingang eines Gleichrichtungs-/Regelungsbereichs, die während einer Stromspitze eine Überspannung und einen Durchbruch erleben können. ESD ist nicht genau dasselbe wie eine Stromspitze, kann aber mit denselben Überspannungsschutzmaßnahmen behandelt werden.

ICs sind anfälliger für große ESD-Ereignisse, einfach aufgrund ihrer Position auf einer Leiterplatte. Deshalb schließen Halbleiterhersteller ESD-Schutz in ihre Produkte ein. Zusätzlich definiert der IEC 61000-4-2 Standard Anforderungen für ESD-Schutz, um Produktsicherheit und -zuverlässigkeit zu gewährleisten, sodass Komponenten mit integriertem ESD weniger anfällig für kleinere ESD-Ereignisse sind.

Überlastung und Überstrom

Obwohl technisch gesehen jede Komponente aufgrund dieser Faktoren ausfallen kann, können sie in bestimmten Komponenten auftreten, egal ob ein ESD-Puls/Stromstoß auftritt oder nicht. Interne Verriegelungen können in einem IC ohne einen ESD-Puls einfach aufgrund von unbeabsichtigter Überlastung im Design auftreten. Dies schafft einen Pfad mit niedriger Impedanz zwischen der Stromschiene und dem Erdanschluss in der Komponente, was zu Überstrom und Überhitzung führt. Um dies zu verhindern, ist es notwendig, einen Spannungsregler sorgfältig auszuwählen, der das für den IC erforderliche Spannungsniveau aufrechterhalten kann.

Feuchtigkeitsempfindliche Komponenten

Elektronische Komponenten haben eine Kennzahl, die als Feuchtigkeitsempfindlichkeitslevel (MSL) bezeichnet wird und definiert, wie schnell das Bauteil Wasser aufnehmen kann. MSL-Werte reichen von Level 1 (das Bauteil kann unbegrenzt Feuchtigkeit ausgesetzt werden) bis zu Level 6. Wenn Feuchtigkeit ein großes Problem und eine potenzielle Ausfallursache darstellt, versuchen Sie, Komponenten mit niedrigen MSL-Werten einzubeziehen. Wenn Sie eine Komponente mit hohem MSL-Wert einbeziehen müssen, erwägen Sie eine konforme Beschichtung; dies schützt sowohl die Komponente als auch die Platine vor Feuchtigkeit, einschließlich Oxidation.

Extreme Korrosion ist eine Gefahr der Feuchtigkeitsexposition, aber Wasser kann auch in die Verpackung der Komponenten im Prozess eindringen.

Temperatur-empfindliche Komponenten

Alle Komponenten sind temperaturempfindlich, und jedes Gerät, das in einer extremen Umgebung eingesetzt wird, sollte Komponenten mit einem breiten Temperaturbereich haben. Zusätzlich zu einfach zu heiß oder zu kalt laufen, sind thermische Zyklen und thermischer Schock zwei Faktoren, die zum Ausfall von Komponenten führen. Unter einem thermischen Schock sind BGA-Lötkugeln und Mehrschichtkeramiken zwei Komponenten, die besonders anfällig für Brüche sind. Thermische Zyklen sind eine bekannte Ursache für Ermüdungsausfälle bei BGA-Lötkugeln, können aber auch zu Ermüdungsausfällen bei den Drahtbondverbindungen in ICs führen.

Druckempfindliche Komponenten

Dieser Punkt ist besonders wichtig für alle Elektronik, die in einer Hochvakuum- oder Hochdruckumgebung eingesetzt wird. Insbesondere Elektronik, die in Unterwasser-ROVs eingesetzt wird, muss sorgfältig getestet und inspiziert werden, um sicherzustellen, dass sie bei hohem Druck nicht beschädigt wird. Hermetisch versiegelte ICs, Elektrolytkondensatoren, gepresste Ferrite und jede andere Komponente mit Luftspalten sollten nicht in Hochdruckumgebungen verwendet werden, da sie implodieren könnten.

Komponenten zum Schutz Ihrer Schaltungen und Platinen

Aus der obigen Liste sollte ersichtlich sein, dass es keine spezifischen Komponenten gibt, die einfach anfälliger für zufällige Ausfälle sind als andere. Vielmehr gibt es bestimmte Situationen, denen ein System während seines Betriebs begegnen könnte, in denen einige Komponenten anfälliger für Ausfälle sein können. Einige der Ausfallursachen, die während der Lebensdauer eines Geräts auftreten können, wie ESD oder thermische Umgebung, können vorhergesehen werden, um maximale Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

Da viele dieser Ausfälle von der richtigen Komponentenauswahl abhängen, finden Sie hier einige Leitfäden, die Ihnen helfen, die zuverlässigsten Komponenten für Ihre Entwürfe zu finden:

Wenn Sie sich fragen, ob Ihre Teile zu den am häufigsten ausfallenden elektronischen Komponenten gehören, gehen Sie keine Risiken mit Ihren Entwürfen ein. Verwenden Sie stattdessen die fortgeschrittenen Such- und Filterfunktionen in Octopart, um die benötigten Teile zu finden. Die Suchmaschinenfunktionen für Elektronik in Octopart bieten Ihnen Zugang zu aktualisierten Daten zu Distributorenpreisen, Teilebeständen, Teilespezifikationen und CAD-Daten, und das alles ist frei zugänglich in einer benutzerfreundlichen Schnittstelle. Werfen Sie einen Blick auf unsere Seite mit integrierten Schaltkreisen, um die benötigten Komponenten zu finden.

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