Какие наиболее часто выходящие из строя электронные компоненты?

Создано: 7 Декабря, 2021
Обновлено: 1 Июля, 2024

При выборе компонентов для новых печатных плат есть тенденция уделять больше внимания надежности на уровне платы, как будто это обеспечит надежность на уровне компонентов и предотвратит их отказы. Это верно до определенной степени: умный дизайн печатной платы и решения по сборке могут подавлять или предотвращать проблемы, которые могут вызвать отказ компонента. Однако некоторые компоненты просто более склонны к отказам, чем другие, в определенных случаях.

Есть еще одна практика, которая усугубляет проблему выхода из строя компонентов. Для многих продуктов существует тенденция просто выбрасывать плату или заменять всю плату при возникновении отказа, вместо того чтобы исследовать первопричину отказа. Многие отказы могут быть связаны с одним или несколькими вышедшими из строя компонентами, поэтому полезно знать, какие электронные компоненты чаще всего выходят из строя. Также полезно знать, какие проблемы на уровне платы могут способствовать этим распространенным отказам, и какие альтернативные компоненты следует использовать для обеспечения более долгого срока службы системы.

Наиболее частые отказы электронных компонентов

Без дальнейших разъяснений давайте посмотрим на некоторые из распространенных отказов электронных компонентов. Как мы увидим, распространенные отказы не ограничиваются конкретными компонентами, просто функция, размещение и тип компонента могут сделать его более склонным к отказу различными способами.

Биполярные транзисторы и МОП-транзисторы при высокой температуре

В отличие от некоторых других температурных характеристик, когда компонент может продолжать работать выше номинальных параметров, МОП-транзисторы почти мгновенно выходят из строя, если превышена номинальная температура перехода. Подобные эффекты происходят и в биполярных транзисторах. Если температура этих компонентов увеличивается во время работы, то увеличивается и их сопротивление в открытом состоянии, что, в свою очередь, увеличивает потери и температуру, и так далее…

Это известно как тепловой пробег и является проблемой положительной обратной связи, в конечном итоге приводящей к отказу компонента. Тепловой пробег не ограничивается МОП-транзисторами, он также известен в варисторах и танталовых конденсаторах. Этот эффект редок в интегральных схемах, однако, поскольку они более подвержены стрессу от других источников.

Силовые МОП-транзисторы включают в себя прикрепленный к кристаллу радиатор для рассеивания тепла и предотвращения перегрева.

Компоненты, уязвимые к разряду или скачкам напряжения

Скачки напряжения вызывают пробой (перенапряжение) в незащищенных системах. Наиболее очевидный эффект наблюдается на компонентах, таких как конденсаторы, расположенные на входе в секцию выпрямления/регулирования напряжения, которые могут испытывать перенапряжение и пробой во время скачка напряжения. Электростатический разряд (ЭСР) не совсем то же самое, что скачок напряжения, но его можно устранить с помощью тех же мер защиты от перенапряжения.

ИС более подвержены воздействию сильных электростатических разрядов (ESD) из-за их места в печатной плате. Именно поэтому производители полупроводников включают защиту от ESD в свои продукты. Кроме того, стандарт IEC 61000-4-2 определяет требования к защите от ESD, чтобы обеспечить безопасность и надежность продукции, так что использование компонентов с интегрированной защитой от ESD делает их менее подверженными меньшим событиям ESD.

Перенапряжение и Переток

Хотя технически любой компонент может выйти из строя из-за этих факторов, они могут произойти в определенных компонентах, вне зависимости от того, произошел ли импульс ESD/перенапряжение. Внутренние замыкания могут произойти в ИС без присутствия импульса ESD просто из-за непреднамеренного перенапряжения в дизайне. Это создает путь низкого сопротивления между шиной питания и землей в компоненте, приводя к перетоку и перегреву. Для предотвращения этого требуется тщательный выбор регулятора питания, который может поддерживать соответствующий уровень напряжения, необходимый для ИС.

Компоненты, чувствительные к влаге

У электронных компонентов есть показатель, называемый уровнем чувствительности к влаге (MSL), который определяет, насколько быстро деталь может поглощать воду. Значения MSL варьируются от уровня 1 (деталь может быть подвергнута воздействию влажности на неопределенный срок) до уровня 6. Если влага будет представлять серьезную проблему и потенциальную причину отказа, попробуйте включить в конструкцию компоненты с низкими значениями MSL. Если вы должны использовать компонент с высоким MSL, рассмотрите возможность нанесения конформного покрытия; это защитит как компонент, так и плату от влаги, включая окисление.

Экстремальная коррозия - одна из опасностей воздействия влаги, но вода также может проникать в упаковку компонентов в процессе.

Компоненты, чувствительные к температуре

Все компоненты чувствительны к температуре, и любое устройство, используемое в экстремальных условиях, должно иметь компоненты с достаточно широким температурным диапазоном. Помимо простого перегрева или переохлаждения, термические циклы и термический шок - два фактора, вызывающих отказ компонентов. При термическом шоке шарики припоя BGA и многослойные керамические компоненты особенно подвержены разрушению. Термические циклы - еще одна известная причина усталостного отказа в шариках припоя BGA, но это также может привести к усталостному отказу в проволочных соединениях в ИС.

Компоненты, чувствительные к давлению

Этот пункт очень важен для любой электроники, используемой в условиях высокого вакуума или высокого давления. В частности, электроника, используемая в подводных аппаратах дистанционного управления, должна быть тщательно протестирована и проверена, чтобы убедиться, что она не будет повреждена при высоком давлении. Герметично закрытые ИС, электролитические конденсаторы, порошковые ферриты и любые другие компоненты с воздушными зазорами не должны использоваться в условиях высокого давления, так как они могут взорваться.

Компоненты для защиты ваших схем и плат

Из приведенного выше списка должно быть ясно, что нет конкретных компонентов, которые более склонны к случайным отказам, чем другие. Скорее, существуют определенные ситуации, в которых система может оказаться, и в этих ситуациях некоторые компоненты могут быть более подвержены отказам. Некоторые причины отказов, с которыми устройство может столкнуться в течение своего срока службы, такие как электростатический разряд (ESD) или температурные условия, могут быть предусмотрены для обеспечения максимальной надежности.

Поскольку многие из этих отказов зависят от правильного выбора компонентов, вот некоторые руководства, которые помогут вам найти наиболее надежные компоненты для ваших проектов:

Если вы задаетесь вопросом, являются ли ваши детали одними из наиболее часто выходящих из строя электронных компонентов, не рискуйте со своими проектами. Вместо этого используйте расширенные функции поиска и фильтрации на Octopart, чтобы найти необходимые вам детали. Функции поисковой системы электроники на Octopart предоставляют вам доступ к актуальным данным о ценах дистрибьюторов, инвентаризации деталей, спецификациям деталей и CAD-данным, и все это доступно в удобном интерфейсе. Посмотрите нашу страницу с интегральными схемами, чтобы найти необходимые вам компоненты.

Оставайтесь в курсе наших последних статей, подписавшись на нашу рассылку.