¿Cuáles son los componentes electrónicos que más fallan?

Creado: Deciembre 7, 2021
Actualizado: Julio 1, 2024

Al seleccionar componentes para nuevas placas de circuito, existe una gran tendencia a enfocarse más en la fiabilidad a nivel de placa como si esto asegurara la fiabilidad a nivel de componente y previniera fallos en las partes. Esto es cierto hasta cierto punto: un diseño inteligente de la placa de circuito y decisiones de PCBA pueden suprimir o prevenir problemas que podrían causar un fallo en el componente. Sin embargo, algunos componentes son simplemente más propensos a fallar que otros en ciertos casos.

Hay otra práctica que agrava el problema de los componentes que fallan. Para muchos productos, existe la tendencia a simplemente desechar una placa o reemplazar una placa entera cuando ocurre una falla, en lugar de investigar la causa raíz del fallo. Muchos fallos pueden vincularse a uno o más componentes fallidos, por lo que vale la pena saber cuáles son los componentes electrónicos más comunes que fallan. También ayuda saber qué problemas a nivel de placa pueden contribuir a estos fallos comunes, y qué componentes alternativos se deben usar para asegurar una vida útil más larga del sistema.

Fallos Comunes en Componentes Electrónicos

Sin más elaboración, veamos algunos de los fallos comunes en componentes electrónicos. Como veremos, los fallos comunes no se limitan a componentes específicos, simplemente que la función, ubicación y tipo de componente pueden hacerlo más propenso a fallar de diversas maneras.

BJTs y MOSFETs a Alta Temperatura

A diferencia de algunas otras calificaciones de temperatura, donde un componente puede continuar operando por encima de la especificación nominal, los MOSFETs fallarán casi inmediatamente si exceden la temperatura de unión nominal. Efectos similares ocurren en los BJTs. Si la temperatura de estos componentes aumenta durante la operación, también lo hace su resistencia en estado activo, lo que luego aumenta aún más las pérdidas y la temperatura, y así sucesivamente…

Esto se conoce como fuga térmica y es un problema de retroalimentación positiva que eventualmente lleva a la falla del componente. La fuga térmica no es algo confinado a MOSFETs, también es conocido que ocurre en varistores y capacitores de tántalo. Este efecto es raro en los ICs, sin embargo, ya que son más susceptibles al estrés de otras fuentes.

Los MOSFETs de potencia incluyen un disipador de calor unido al chip para disipar el calor y ayudar a prevenir el sobrecalentamiento.

Componentes Vulnerables a Descargas o Sobretensiones

Las sobretensiones producen sobrevoltaje (avería) en sistemas no protegidos. El efecto más obvio es en componentes como capacitores ubicados en la entrada a una sección de rectificación/regulación de energía, que pueden experimentar sobrevoltaje y avería durante una sobretensión. La ESD no es exactamente lo mismo que una sobretensión, pero se puede abordar con las mismas medidas de protección contra sobrevoltaje.

Los CI son más susceptibles a grandes eventos de ESD simplemente por su lugar en una placa de circuito. Es por esto que los fabricantes de semiconductores incluyen protección ESD en sus productos. Además, el estándar IEC 61000-4-2 define los requisitos para la protección contra ESD para asegurar la seguridad y fiabilidad del producto, por lo que usar componentes con ESD integrado los hace menos susceptibles a eventos menores de ESD.

Sobreesfuerzo y Sobrecorriente

Aunque técnicamente cualquier componente puede fallar debido a estos factores, pueden ocurrir en ciertos componentes ya sea que ocurra o no un pulso de ESD/sobretensión. Los bloqueos internos pueden ocurrir en un CI sin un pulso de ESD simplemente debido a un sobreesfuerzo inadvertido en el diseño. Esto crea un camino de baja impedancia entre el riel de potencia y la tierra en el componente, llevando a sobrecorriente y sobrecalentamiento. Prevenir esto requiere seleccionar cuidadosamente un regulador de potencia que pueda mantener el nivel de voltaje apropiado requerido para el CI.

Componentes Sensibles a la Humedad

Los componentes electrónicos tienen una métrica llamada nivel de sensibilidad a la humedad (MSL) que define qué tan rápido la parte puede absorber agua. Los valores de MSL varían desde el nivel 1 (la parte puede estar expuesta a la humedad indefinidamente) hasta el nivel 6. Si la humedad será un problema mayor y una causa potencial de falla, intenta incluir componentes con valores MSL bajos. Si debes incluir un componente de MSL alto, considera un recubrimiento conforme; esto protegerá tanto al componente como a la placa de la humedad, incluyendo la oxidación.

La corrosión extrema es un peligro de la exposición a la humedad, pero el agua también puede ingresar al empaque del componente en el proceso.

Componentes Sensibles a la Temperatura

Todos los componentes son sensibles a la temperatura, y cualquier dispositivo desplegado en un ambiente extremo debería tener componentes con un rango de temperatura lo suficientemente amplio. Además de simplemente funcionar demasiado caliente o demasiado frío, el ciclado térmico y el choque térmico son dos factores que causan la falla de componentes. Bajo un choque térmico, las bolas de soldadura BGA y cerámicas multicapa son dos componentes que son particularmente susceptibles a fracturas. El ciclado térmico es otra causa conocida de falla por fatiga en las bolas de soldadura BGA, pero también puede llevar a falla por fatiga en los enlaces de alambre en los CI.

Componentes Sensibles a la Presión

Este punto es bastante importante para cualquier electrónica desplegada en un ambiente de alto vacío o alta presión. En particular, la electrónica desplegada en ROVs submarinos necesita ser cuidadosamente probada e inspeccionada para asegurar que no será dañada a alta presión. Los CI sellados herméticamente, los capacitores electrolíticos, los ferritas en polvo y cualquier otro componente con espacios de aire no deberían usarse en ambientes de alta presión ya que podrían implosionar.

Componentes para Proteger Tus Circuitos y Placas

De la lista anterior, debería ser evidente que no hay componentes específicos que simplemente sean más propensos a fallas aleatorias que otros. Más bien, hay ciertas situaciones que un sistema podría encontrar durante las cuales algunos componentes pueden ser más propensos a fallar. Algunas de las causas de falla que se encuentran durante la vida útil de un dispositivo, como la ESD o el ambiente térmico, pueden anticiparse para asegurar la máxima fiabilidad.

Ya que muchas de estas fallas dependen de una adecuada selección de componentes, aquí hay algunas guías para ayudarte a encontrar los componentes más fiables para tus diseños:

Si te preguntas si tus partes son algunos de los componentes electrónicos más comunes que fallan, no te arriesgues con tus diseños. En su lugar, utiliza las funciones avanzadas de búsqueda y filtrado en Octopart para encontrar las partes que necesitas. Las características del motor de búsqueda electrónica en Octopart te dan acceso a datos actualizados de precios de distribuidores, inventario de partes, especificaciones de partes y datos CAD, y todo es libremente accesible en una interfaz amigable para el usuario. Echa un vistazo a nuestra página de circuitos integrados para encontrar los componentes que necesitas.

Mantente al día con nuestros últimos artículos suscribiéndote a nuestro boletín.