가장 흔히 고장나는 전자 부품은 무엇일까요?

작성 날짜: 2021/12/7 화요일
업데이트 날짜: 2024/07/1 월요일

새로운 회로 기판을 위한 부품을 선택할 때, 마치 이것이 부품 수준의 신뢰성을 보장하고 부품 고장을 방지할 것처럼 보드 수준의 신뢰성에 더 많은 초점을 맞추는 경향이 있습니다. 이것은 어느 정도 사실입니다: 현명한 회로 기판 디자인과 PCBA 결정은 부품 고장을 일으킬 수 있는 문제를 억제하거나 방지할 수 있습니다. 그러나 일부 부품은 특정 경우에 다른 부품보다 고장이 발생하기 쉽습니다.

부품 고장 문제를 더욱 악화시키는 또 다른 관행이 있습니다. 많은 제품의 경우, 고장이 발생하면 원인을 조사하기보다는 보드를 그냥 버리거나 전체 보드를 교체하는 경향이 있습니다. 많은 고장은 하나 이상의 고장난 부품으로 되돌릴 수 있으므로, 가장 흔히 고장나는 전자 부품이 무엇인지 알아두는 것이 좋습니다. 또한 이러한 흔한 고장에 기여할 수 있는 보드 수준의 문제가 무엇인지, 그리고 시스템 수명을 연장하기 위해 사용해야 할 대체 부품이 무엇인지 아는 것도 도움이 됩니다.

가장 흔한 전자 부품 고장

더 자세한 설명 없이, 가장 흔한 전자 부품 고장을 살펴보겠습니다. 우리가 보게 될 것처럼, 흔한 고장은 특정 부품에 국한되지 않으며, 단순히 부품의 기능, 배치, 유형이 다양한 방식으로 고장에 더 취약하게 만들 수 있습니다.

고온에서의 BJTs 및 MOSFETs

일부 다른 온도 등급과 달리, 부품이 정격 사양을 초과하여 계속 작동할 수 있는 경우가 있지만, MOSFETs는 정격 접합 온도를 초과하면 거의 즉시 실패합니다. BJTs에서도 비슷한 현상이 발생합니다. 이러한 부품의 온도가 작동 중에 증가하면, 그들의 온 상태 저항도 증가하고, 이는 다시 손실과 온도를 증가시키고, 그렇게 계속됩니다...

이것은 열적 폭주로 알려져 있으며, 결국 부품 고장으로 이어지는 긍정적인 피드백 문제입니다. 열적 폭주는 MOSFETs에만 국한되지 않으며, 바리스터와 탄탈럼 캐패시터에서도 알려져 있습니다. 그러나 이 효과는 IC에서는 드물며, 그들은 다른 원인으로 인한 스트레스에 더 취약합니다.

파워 MOSFET에는 열을 분산시키고 과열을 방지하기 위한 다이 부착 히트싱크가 포함되어 있습니다.

방전 또는 전력 서지에 취약한 부품

전력 서지는 보호되지 않은 시스템에서 과전압(내압 파괴)을 발생시킵니다. 가장 명백한 영향은 전력 정류/규제 섹션의 입력에 위치한 캐패시터와 같은 부품에 있으며, 전력 서지 동안 과전압과 내압 파괴를 경험할 수 있습니다. ESD는 전력 서지와 정확히 같지는 않지만, 같은 과전압 보호 조치로 해결할 수 있습니다.

IC는 회로 기판에서의 위치 때문에 큰 ESD(정전기 방전) 사건에 더 취약합니다. 이것이 반도체 제조업체들이 그들의 제품에 ESD 보호 기능을 포함하는 이유입니다. 또한, IEC 61000-4-2 표준은 제품의 안전성과 신뢰성을 보장하기 위해 ESD 보호에 대한 요구 사항을 정의하므로, 통합 ESD가 있는 구성 요소를 사용하면 더 작은 ESD 사건에 덜 취약합니다.

과부하 및 과전류

기술적으로 모든 구성 요소는 이러한 요인으로 인해 실패할 수 있지만, 특정 구성 요소에서는 ESD 펄스/전력 서지가 발생하든 발생하지 않든 상관없이 발생할 수 있습니다. 설계상의 실수로 인한 과부하로 인해 IC 내부에서 ESD 펄스가 없어도 내부 래치업이 발생할 수 있습니다. 이는 구성 요소의 전원 레일과 접지 사이에 저임피던스 경로를 생성하여 과전류와 과열을 초래합니다. 이를 방지하려면 IC에 필요한 적절한 전압 수준을 유지할 수 있는 전원 조절기를 신중하게 선택해야 합니다.

습도에 민감한 구성 요소

전자 구성 요소에는 부품이 물을 흡수할 수 있는 속도를 정의하는 습도 민감도 수준(MSL)이라는 지표가 있습니다. MSL 값은 레벨 1(부품을 무기한 습도에 노출할 수 있음)부터 레벨 6까지 다양합니다. 습도가 주요 문제이며 실패의 잠재적 원인이 될 경우, 낮은 MSL 값을 가진 구성 요소를 포함하려고 시도하세요. 높은 MSL 구성 요소를 포함해야 한다면, 컨포멀 코팅을 고려하세요; 이는 구성 요소뿐만 아니라 보드를 습기로부터 보호할 것입니다, 산화를 포함하여.

극심한 부식은 습기 노출의 위험 중 하나이지만, 과정에서 물이 구성 요소 포장 내부로 침투할 수도 있습니다.

온도에 민감한 구성 요소

모든 구성 요소는 온도에 민감하며, 극한 환경에 배치된 장치는 충분히 넓은 온도 범위를 가진 구성 요소를 가져야 합니다. 단순히 너무 뜨겁거나 너무 차가운 것뿐만 아니라, 열 사이클링과 열 충격은 구성 요소 실패를 일으키는 두 가지 요인입니다. 열 충격 하에서, BGA 솔더 볼과 다층 세라믹은 특히 균열에 취약한 두 구성 요소입니다. 열 사이클링은 BGA 솔더 볼에서 피로 실패의 또 다른 알려진 원인이지만, IC의 와이어 본드에서도 피로 실패로 이어질 수 있습니다.

압력에 민감한 구성 요소

이 점은 고진공 또는 고압 환경에서 배치된 전자 장치에 매우 중요합니다. 특히, 수중 ROV에 배치된 전자 장치는 고압에서 손상되지 않도록 신중하게 테스트하고 검사해야 합니다. 공기 간격이 있는 허메틱하게 밀봉된 IC, 전해 커패시터, 분말 페라이트 및 기타 구성 요소는 고압 환경에서 사용해서는 안 됩니다. 그러면 내부가 붕괴될 수 있습니다.

회로 및 보드를 보호하기 위한 구성 요소

위의 목록에서 볼 수 있듯이, 특정 부품이 다른 부품보다 임의의 실패에 더 취약하다고 특정 지을 수 있는 것은 없습니다. 오히려, 시스템이 경험할 수 있는 특정 상황에서 일부 구성 요소가 실패하기 쉬울 수 있습니다. ESD나 열 환경과 같이 장치의 수명 동안 마주칠 수 있는 일부 실패 원인은 최대한의 신뢰성을 보장하기 위해 예상할 수 있습니다.

이러한 실패들이 적절한 부품 선택에 의존하기 때문에, 여러분의 설계에 가장 신뢰할 수 있는 부품을 찾는 데 도움이 될 몇 가지 가이드를 소개합니다:

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