Jakie są najczęściej ulegające awarii komponenty elektroniczne?

Utworzono: grudzień 7, 2021
Zaktualizowano: lipiec 1, 2024

Podczas wybierania komponentów do nowych płytek obwodów, istnieje znacząca tendencja do skupiania się bardziej na niezawodności na poziomie płytki, jakby to miało zapewnić niezawodność na poziomie komponentów i zapobiec awariom części. Jest to prawda do pewnego stopnia: inteligentne projektowanie płytek obwodów i decyzje dotyczące montażu mogą tłumić lub zapobiegać problemom, które mogłyby spowodować awarię komponentu. Jednak niektóre komponenty są po prostu bardziej podatne na awarie niż inne w niektórych przypadkach.

Istnieje inna praktyka, która pogłębia problem zawodnych komponentów. Dla wielu produktów, istnieje tendencja do po prostu wyrzucenia płytki lub wymiany całej płytki, gdy wystąpi awaria, zamiast badać podstawową przyczynę awarii. Wiele awarii można przypisać do jednego lub więcej zawodnych komponentów, więc warto wiedzieć, które są najczęściej zawodzącymi komponentami elektronicznymi. Pomaga to również wiedzieć, jakie problemy na poziomie płytki mogą przyczyniać się do tych powszechnych awarii, oraz które alternatywne komponenty należy użyć, aby zapewnić dłuższą żywotność systemu.

Najczęstsze awarie komponentów elektronicznych

Bez większego rozwijania tematu, spójrzmy na niektóre z powszechnych awarii komponentów elektronicznych. Jak zobaczymy, powszechne awarie nie ograniczają się do konkretnych komponentów, po prostu funkcja, umiejscowienie i typ komponentu mogą sprawić, że będzie on bardziej podatny na awarie na różne sposoby.

BJT i MOSFET przy wysokiej temperaturze

W przeciwieństwie do niektórych innych ocen temperatury, gdzie komponent może nadal działać powyżej określonej specyfikacji, MOSFETy zawiodą niemal natychmiast, jeśli przekroczą ocenioną temperaturę złącza. Podobne efekty występują w BJT. Jeśli temperatura tych komponentów wzrasta podczas pracy, wzrasta również ich oporność w stanie przewodzenia, co z kolei zwiększa straty i temperaturę, i tak dalej...

Jest to znane jako termiczne wymknięcie się spod kontroli i jest to problem sprzężenia zwrotnego dodatniego, ostatecznie prowadzący do awarii komponentu. Termiczne wymknięcie się spod kontroli nie jest czymś ograniczonym do MOSFETów, zdarza się to również w warystorach i kondensatorach tantalowych. Ten efekt jest rzadki w układach scalonych, jednak są one bardziej podatne na stres z innych źródeł.

MOSFETy mocy zawierają przyłączony radiator do rozpraszania ciepła i pomagają zapobiegać przegrzewaniu.

Komponenty podatne na rozładowanie lub przepięcia

Przepięcia produkują nadnapięcie (przebicie) w niezabezpieczonych systemach. Najbardziej oczywisty efekt dotyczy komponentów takich jak kondensatory umieszczone na wejściu do sekcji prostowania/regulacji mocy, które mogą doświadczyć nadnapięcia i przebicia podczas przepięcia. ESD nie jest dokładnie tym samym co przepięcie, ale można je zwalczać tymi samymi środkami ochrony przed nadnapięciem.

Układy scalone są bardziej podatne na duże zdarzenia ESD, po prostu ze względu na ich miejsce na płytce drukowanej. Dlatego producenci półprzewodników włączają ochronę ESD do swoich produktów. Ponadto, standard IEC 61000-4-2 określa wymagania dotyczące ochrony ESD, aby zapewnić bezpieczeństwo i niezawodność produktu, więc używanie komponentów z zintegrowaną ochroną ESD sprawia, że są one mniej podatne na mniejsze zdarzenia ESD.

Przeciążenie i Prąd Nadmierny

Chociaż technicznie każdy komponent może ulec awarii z powodu tych czynników, mogą one wystąpić w niektórych komponentach, niezależnie od tego, czy wystąpi impuls ESD/przepięcie. Wewnętrzne zatrzaski mogą wystąpić w układzie scalonym bez obecności impulsu ESD, po prostu z powodu niezamierzonego przeciążenia w projekcie. Tworzy to ścieżkę o niskiej impedancji między szyną zasilającą a masą w komponencie, prowadząc do nadmiernego prądu i przegrzewania. Zapobieganie temu wymaga starannego wyboru regulatora mocy, który może utrzymać odpowiedni poziom napięcia wymagany dla układu scalonego.

Elementy wrażliwe na wilgoć

Elementy elektroniczne mają metrykę zwaną poziomem wrażliwości na wilgoć (MSL), która definiuje, jak szybko część może wchłonąć wodę. Wartości MSL wahają się od poziomu 1 (część może być narażona na wilgoć w nieskończoność) do poziomu 6. Jeśli wilgoć będzie dużym problemem i potencjalną przyczyną awarii, postaraj się włączyć do projektu komponenty o niskich wartościach MSL. Jeśli musisz użyć komponentu o wysokim MSL, rozważ zastosowanie powłoki konformalnej; ochroni to komponent, jak również płytę przed wilgocią, w tym przed utlenianiem.

Ekstremalna korozja to jedno z zagrożeń narażenia na wilgoć, ale woda może również wnikać do opakowania komponentu w procesie.

Elementy wrażliwe na temperaturę

Wszystkie komponenty są wrażliwe na temperaturę, i każde urządzenie wdrożone w ekstremalnym środowisku powinno mieć komponenty o wystarczająco szerokim zakresie temperatur. Oprócz po prostu zbyt wysokiej lub zbyt niskiej temperatury, cykliczne zmiany temperatury i szok termiczny to dwa czynniki, które powodują awarię komponentów. Podczas szoku termicznego, kulki lutownicze BGA i ceramiki wielowarstwowe to dwa komponenty, które są szczególnie podatne na pęknięcia. Cykliczne zmiany temperatury są inną znaną przyczyną awarii z powodu zmęczenia w kulach lutowniczych BGA, ale mogą również prowadzić do awarii z powodu zmęczenia w połączeniach drutowych w układach scalonych.

Elementy wrażliwe na ciśnienie

Ten punkt jest bardzo ważny dla wszelkiej elektroniki wdrażanej w środowisku wysokiej próżni lub wysokiego ciśnienia. W szczególności, elektronika wdrażana w podwodnych ROV musi być starannie testowana i inspekcjonowana, aby zapewnić, że nie zostanie uszkodzona przy wysokim ciśnieniu. Hermetycznie zamknięte układy scalone, kondensatory elektrolityczne, ferryty proszkowe i wszelkie inne komponenty z lukami powietrznymi nie powinny być używane w środowiskach wysokiego ciśnienia, ponieważ mogą implodować.

Elementy do ochrony Twoich obwodów i płyt

Z powyższej listy powinno być jasne, że nie ma konkretnych komponentów, które są po prostu bardziej podatne na losowe awarie niż inne. Raczej istnieją pewne sytuacje, w których system może się znaleźć, podczas których niektóre komponenty mogą być bardziej narażone na awarie. Niektóre przyczyny awarii napotykane w trakcie życia urządzenia, takie jak ESD czy środowisko termiczne, można przewidzieć, aby zapewnić maksymalną niezawodność.

Ponieważ wiele z tych awarii zależy od odpowiedniego doboru komponentów, oto kilka poradników, które pomogą Ci znaleźć najbardziej niezawodne komponenty do Twoich projektów:

Jeśli zastanawiasz się, czy Twoje części należą do najczęściej zawodzących komponentów elektronicznych, nie ryzykuj ze swoimi projektami. Zamiast tego, użyj zaawansowanych funkcji wyszukiwania i filtracji w Octopart, aby znaleźć potrzebne Ci części. Wyszukiwarka elektroniki w Octopart daje dostęp do aktualizowanych danych o cenach dystrybutorów, zapasach części, specyfikacjach części oraz danych CAD, i wszystko to jest swobodnie dostępne w przyjaznym dla użytkownika interfejsie. Zapoznaj się z naszą stroną układów scalonych, aby znaleźć potrzebne komponenty.

Zapoznaj się z naszymi najnowszymi artykułami, zapisując się do naszego newslettera.