Quais são os Componentes Eletrônicos Mais Comuns que Falham?

Criada: Dezembro 7, 2021
Atualizada: Julho 1, 2024

Ao selecionar componentes para novas placas de circuito, há uma grande tendência em focar mais na confiabilidade a nível de placa, como se isso garantisse a confiabilidade a nível de componente e prevenisse falhas nas peças. Isso é verdade até certo ponto: um design inteligente de placa de circuito e decisões de PCBA podem suprimir ou prevenir problemas que poderiam causar uma falha de componente. No entanto, alguns componentes são simplesmente mais propensos a falhas do que outros em certos casos.

Há outra prática que agrava o problema de componentes que falham. Para muitos produtos, há uma tendência de simplesmente descartar uma placa ou substituir uma placa inteira quando ocorre uma falha, em vez de investigar a causa raiz da falha. Muitas falhas podem ser vinculadas a um ou mais componentes falhos, então vale a pena saber quais são os componentes eletrônicos mais comuns que falham. Também ajuda saber quais problemas a nível de placa podem contribuir para essas falhas comuns, e quais componentes alternativos devem ser usados para garantir uma vida útil mais longa do sistema.

Falhas Comuns em Componentes Eletrônicos

Sem mais delongas, vamos olhar para algumas das falhas comuns em componentes eletrônicos. Como veremos, as falhas comuns não se limitam a componentes específicos, é simplesmente que a função, colocação e tipo de componente podem torná-lo mais propenso a falhas de várias maneiras.

BJTs e MOSFETs em Alta Temperatura

Ao contrário de algumas outras classificações de temperatura, onde um componente pode continuar a operar acima da especificação nominal, os MOSFETs falharão quase imediatamente se excederem a temperatura de junção nominal. Efeitos semelhantes acontecem em BJTs. Se a temperatura desses componentes aumenta durante a operação, também aumenta sua resistência no estado ligado, o que por sua vez aumenta as perdas e a temperatura, e assim por diante...

Isso é conhecido como fuga térmica e é um problema de feedback positivo que eventualmente leva à falha do componente. A fuga térmica não é algo confinado a MOSFETs, também é conhecida por acontecer em varistores e capacitores de tântalo. Esse efeito é raro em ICs, no entanto, pois eles são mais suscetíveis ao estresse de outras fontes.

Os MOSFETs de potência incluem um dissipador de calor acoplado ao die para dissipar calor e ajudar a prevenir o superaquecimento.

Componentes Vulneráveis a Descargas ou Surtos de Energia

Surtos de energia produzem sobretensão (colapso) em sistemas desprotegidos. O efeito mais óbvio é em componentes como capacitores localizados na entrada de uma seção de retificação/regulação de energia, que podem experimentar sobretensão e colapso durante um surto de energia. ESD não é exatamente o mesmo que um surto de energia, mas pode ser tratado com as mesmas medidas de proteção contra sobretensão.

Os CI's são mais suscetíveis a grandes eventos de ESD simplesmente por causa de sua posição em uma placa de circuito. É por isso que os fabricantes de semicondutores incluem proteção ESD em seus produtos. Além disso, o padrão IEC 61000-4-2 define requisitos para proteção contra ESD para garantir a segurança e confiabilidade do produto, então usar componentes com ESD integrado os torna menos suscetíveis a eventos menores de ESD.

Sobretensão e Sobrecorrente

Embora tecnicamente qualquer componente possa falhar devido a esses fatores, eles podem ocorrer em certos componentes, quer ocorra ou não um pulso de ESD/sobretensão. Travamentos internos podem ocorrer em um CI sem um pulso de ESD estar presente simplesmente devido a sobretensão inadvertida no design. Isso cria um caminho de baixa impedância entre o trilho de alimentação e o terra no componente, levando a sobrecorrente e superaquecimento. Prevenir isso requer a seleção cuidadosa de um regulador de potência que possa manter o nível de tensão apropriado exigido pelo CI.

Componentes Sensíveis à Umidade

Os componentes eletrônicos têm uma métrica chamada nível de sensibilidade à umidade (MSL) que define quão rápido a peça pode absorver água. Os valores de MSL variam do nível 1 (a peça pode ser exposta à umidade indefinidamente) até o nível 6. Se a umidade for um problema importante e uma potencial causa de falha, tente incluir componentes com valores de MSL baixos. Se você precisar incluir um componente de MSL alto, considere um revestimento conformal; isso protegerá o componente, bem como a placa, da umidade, incluindo oxidação.

A corrosão extrema é um perigo da exposição à umidade, mas a água também pode ingressar na embalagem do componente no processo.

Componentes Sensíveis à Temperatura

Todos os componentes são sensíveis à temperatura, e qualquer dispositivo implantado em um ambiente extremo deve ter componentes com uma faixa de temperatura ampla o suficiente. Além de simplesmente funcionar muito quente ou muito frio, ciclos térmicos e choque térmico são dois fatores que causam falha de componentes. Sob um choque térmico, esferas de solda BGA e cerâmicas multicamadas são dois componentes particularmente suscetíveis a fraturas. Ciclos térmicos são outra causa conhecida de falha por fadiga em esferas de solda BGA, mas também podem levar à falha por fadiga nos fios de ligação em CI's.

Componentes Sensíveis à Pressão

Este ponto é bastante importante para qualquer eletrônica implantada em um ambiente de alto vácuo ou alta pressão. Em particular, eletrônicos implantados em ROVs subaquáticos precisam ser cuidadosamente testados e inspecionados para garantir que não serão danificados sob alta pressão. CI's hermeticamente selados, capacitores eletrolíticos, ferrites em pó e qualquer outro componente com lacunas de ar não devem ser usados em ambientes de alta pressão, pois poderiam implodir.

Componentes para Proteger Seus Circuitos e Placas

A partir da lista acima, deve ficar claro que não existem componentes específicos que sejam simplesmente mais propensos a falhas aleatórias do que outros. Em vez disso, existem certas situações que um sistema pode encontrar durante as quais alguns componentes podem ser mais propensos a falhas. Algumas das causas de falha encontradas durante a vida útil de um dispositivo, como ESD ou ambiente térmico, podem ser antecipadas para garantir a máxima confiabilidade.

Uma vez que muitas dessas falhas dependem da seleção adequada de componentes, aqui estão alguns guias para ajudá-lo a encontrar os componentes mais confiáveis para seus projetos:

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