Tout tombe en panne à un moment donné, et l'électronique ne fait pas exception. Concevoir des systèmes qui anticipent les trois principaux modes de défaillance des composants électroniques contribue à renforcer la fiabilité et la facilité d'entretien de ces composants.
Modes d'échec
Les composants échouent pour de nombreuses raisons. Certaines défaillances sont lentes et gracieuses, où l'on a le temps d'identifier le composant et de le remplacer avant qu'il ne tombe en panne et que l'équipement ne soit en panne. D'autres défaillances sont rapides, violentes et inattendues, qui sont toutes testées lors des tests de certification du produit.
Échecs des packages de composants
Le boîtier d'un composant fournit deux fonctions essentielles: il protège le composant de l'environnement et permet au composant de se connecter au circuit. Si la barrière protégeant le composant de l'environnement se brise, des facteurs extérieurs tels que l'humidité et l'oxygène accélèrent le vieillissement du composant et provoquent sa défaillance plus rapidement.
La défaillance mécanique de l'emballage résulte de plusieurs facteurs, notamment le stress thermique, les nettoyants chimiques et la lumière ultraviolette. Ces causes peuvent être évitées en anticipant ces facteurs communs et en ajustant la conception en conséquence.
Les défaillances mécaniques ne sont qu'une des causes des défaillances des colis. À l'intérieur du boîtier, des défauts de fabrication peuvent entraîner des courts-circuits, la présence de produits chimiques qui provoquent un vieillissement rapide du semi-conducteur ou du boîtier, ou des fissures dans les joints qui se propagent au fur et à mesure que la pièce passe par des cycles thermiques.
Échecs des joints de soudure et des contacts
Les joints de soudure constituent le principal moyen de contact entre un composant et un circuit et ont leur juste part d'échecs. L'utilisation du mauvais type de soudure avec un composant ou un circuit imprimé peut entraîner une électromigration des éléments de la soudure. Il en résulte des couches fragiles appelées couches intermétalliques. Ces couches conduisent à des joints de soudure cassés et échappent souvent à la détection précoce.
Les cycles thermiques sont également une cause principale de défaillance des joints de soudure, en particulier si les taux de dilatation thermique de la broche du composant, de la soudure, du revêtement de trace PCB et de la trace PCB sont différents. Au fur et à mesure que ces matériaux chauffent et refroidissent, des contraintes mécaniques massives se forment entre eux, ce qui peut rompre la connexion soudée, endommager le composant ou délaminer la trace du circuit imprimé.
Les moustaches d'étain sur les soudures sans plomb peuvent également poser problème. Les moustaches d'étain se développent à partir de joints de soudure sans plomb qui peuvent ponter les contacts ou se rompre et provoquer des courts-circuits.
Défaillances PCB
Les cartes de circuits imprimés souffrent de plusieurs sources courantes de défaillance, certaines provenant du processus de fabrication et d'autres de l'environnement d'exploitation. Lors de la fabrication, les couches d'une carte PCB peuvent être désalignées, entraînant des courts-circuits, des circuits ouverts et des lignes de signal croisées. De plus, les produits chimiques utilisés dans la gravure des cartes de circuits imprimés peuvent ne pas être entièrement éliminés et créer des courts-circuits lorsque les traces sont rongées.
L'utilisation d'un mauvais poids de cuivre ou de problèmes de placage peut entraîner une augmentation des contraintes thermiques qui raccourcissent la durée de vie du PCB. Malgré les modes de défaillance dans la fabrication d'un PCB, la plupart des pannes ne se produisent pas pendant la fabrication d'un PCB mais plutôt lors d'une utilisation ultérieure.
L'environnement de soudage et de fonctionnement d'un PCB entraîne souvent une variété de pannes de PCB au fil du temps. Le flux de soudure utilisé pour fixer les composants à un PCB peut rester à la surface d'un PCB, ce qui rongera et corrodera tout contact métallique.
Le flux de soudure n'est pas le seul matériau corrosif qui se retrouve souvent sur les PCB, car certains composants peuvent laisser fuir des fluides qui peuvent devenir corrosifs avec le temps. Plusieurs agents de nettoyage peuvent avoir le même effet ou laisser un résidu conducteur, ce qui provoque des courts-circuits sur la carte.
Le cycle thermique est une autre cause de défaillance des PCB, qui peut entraîner une délamination du PCB et jouer un rôle dans la croissance des fibres métalliques entre les couches d'un PCB.
