Quali sono i componenti elettronici che si guastano più frequentemente?

Quando si selezionano componenti per nuove schede elettroniche, c'è una forte tendenza a concentrarsi maggiormente sull'affidabilità a livello di scheda come se ciò garantisse l'affidabilità a livello di componente e prevenisse guasti delle parti. Questo è vero fino a un certo punto: una progettazione intelligente della scheda elettronica e decisioni PCBA possono sopprimere o prevenire problemi che potrebbero causare un guasto del componente. Tuttavia, alcuni componenti sono semplicemente più inclini al guasto di altri in determinati casi.

C'è un'altra pratica che aggrava il problema dei componenti che falliscono. Per molti prodotti, c'è la tendenza a semplicemente gettare via una scheda o sostituire un'intera scheda quando si verifica un guasto, piuttosto che indagare sulla causa radice del guasto. Molti guasti possono essere ricondotti a uno o più componenti guasti, quindi conviene sapere quali sono i componenti elettronici che falliscono più comunemente. Aiuta anche sapere quali problemi a livello di scheda possono contribuire a questi guasti comuni e quali componenti alternativi dovrebbero essere utilizzati per garantire una durata del sistema più lunga.

Guasti più comuni dei componenti elettronici

Senza ulteriori approfondimenti, diamo un'occhiata ad alcuni dei guasti comuni dei componenti elettronici. Come vedremo, i guasti comuni non sono limitati a componenti specifici, è semplicemente che la funzione, il posizionamento e il tipo di componente possono renderlo più incline al guasto in vari modi.

BJT e MOSFET ad alta temperatura

A differenza di alcune altre valutazioni di temperatura, dove un componente può continuare a funzionare al di sopra delle specifiche valutate, i MOSFET falliranno quasi immediatamente se superano la temperatura di giunzione valutata. Effetti simili si verificano nei BJT. Se la temperatura di questi componenti aumenta durante il funzionamento, aumenta anche la loro resistenza in stato attivo, che poi aumenta ulteriormente le perdite e la temperatura, e così via...

Questo è noto come fuga termica ed è un problema di feedback positivo che alla fine porta al guasto del componente. La fuga termica non è qualcosa confinato ai MOSFET, è anche noto che si verifichi in varistori e condensatori al tantalio. Questo effetto è raro negli IC, tuttavia, poiché sono più suscettibili allo stress da altre fonti.

I MOSFET di potenza includono un dissipatore termico collegato al die per dissipare il calore e aiutare a prevenire il surriscaldamento.

Componenti vulnerabili a scariche o sovratensioni

Le sovratensioni producono sovratensione (rottura) in sistemi non protetti. L'effetto più ovvio è sui componenti come i condensatori situati all'ingresso di una sezione di rettifica/regolazione della potenza, che possono sperimentare sovratensione e rottura durante una sovratensione. L'ESD non è esattamente la stessa cosa di una sovratensione, ma può essere affrontato con le stesse misure di protezione da sovratensione.

Gli IC sono più suscettibili a grandi eventi ESD semplicemente a causa della loro posizione in una scheda elettronica. Questo è il motivo per cui i produttori di semiconduttori includono la protezione ESD nei loro prodotti. Inoltre, lo standard IEC 61000-4-2 definisce i requisiti per la protezione ESD per garantire la sicurezza e l'affidabilità del prodotto, quindi l'utilizzo di componenti con ESD integrato li rende meno suscettibili a piccoli eventi ESD.

Overstress e Sovracorrente

Sebbene tecnicamente qualsiasi componente possa fallire a causa di questi fattori, possono verificarsi in certi componenti sia che si verifichi un impulso ESD/sbalzo di tensione sia che non si verifichi. Latchup interni possono verificarsi in un IC senza un impulso ESD semplicemente a causa di uno overstress involontario nel design. Questo crea un percorso a bassa impedenza tra il binario di alimentazione e la terra nel componente, portando a sovracorrente e surriscaldamento. Prevenire ciò richiede di selezionare attentamente un regolatore di potenza che possa mantenere il livello di tensione appropriato richiesto per l'IC.

Componenti Sensibili all'Umidità

I componenti elettronici hanno una metrica chiamata livello di sensibilità all'umidità (MSL) che definisce quanto velocemente la parte può assorbire acqua. I valori MSL vanno dal livello 1 (la parte può essere esposta all'umidità a tempo indeterminato) al livello 6. Se l'umidità sarà un grosso problema e una potenziale causa di fallimento, prova ad includere componenti con valori MSL bassi. Se devi includere un componente con MSL alto, considera un rivestimento conforme; questo proteggerà il componente così come la scheda dall'umidità, inclusa l'ossidazione.

La corrosione estrema è un pericolo dell'esposizione all'umidità, ma l'acqua può anche infiltrarsi nel packaging dei componenti nel processo.

Componenti Sensibili alla Temperatura

Tutti i componenti sono sensibili alla temperatura, e qualsiasi dispositivo impiegato in un ambiente estremo dovrebbe avere componenti con un intervallo di temperatura sufficientemente ampio. Oltre a funzionare semplicemente troppo caldo o troppo freddo, il ciclismo termico e lo shock termico sono due fattori che causano il fallimento dei componenti. Sotto uno shock termico, le sfere di saldatura BGA e i ceramici multistrato sono due componenti particolarmente suscettibili a fratture. Il ciclismo termico è un'altra causa nota di fallimento per fatica nelle sfere di saldatura BGA, ma può anche portare a fallimento per fatica nei collegamenti a filo negli IC.

Componenti Sensibili alla Pressione

Questo punto è molto importante per qualsiasi elettronica impiegata in un ambiente ad alto vuoto o ad alta pressione. In particolare, l'elettronica impiegata in ROV sottomarini deve essere attentamente testata e ispezionata per assicurarsi che non venga danneggiata ad alta pressione. IC sigillati ermeticamente, condensatori elettrolitici, ferriti in polvere e qualsiasi altro componente con spazi d'aria non dovrebbero essere utilizzati in ambienti ad alta pressione poiché potrebbero implodere.

Componenti per Proteggere i Tuoi Circuiti e Schede

Dalla lista sopra, dovrebbe essere evidente che non ci sono componenti specifici che sono semplicemente più inclini a guasti casuali rispetto ad altri. Piuttosto, ci sono alcune situazioni che un sistema potrebbe incontrare durante le quali alcuni componenti possono essere più inclini a guasti. Alcune delle cause di guasto incontrate durante la vita di un dispositivo, come l'ESD o l'ambiente termico, possono essere anticipate per garantire la massima affidabilità.

Poiché molti di questi guasti dipendono dalla corretta selezione dei componenti, ecco alcune guide per aiutarti a trovare i componenti più affidabili per i tuoi progetti:

• Componenti per la protezione da sovratensioni

• Componenti per una regolazione precisa della potenza

• Passivi ad alta tensione/alta potenza

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