Tout échoue à un moment donné et l'électronique ne fait pas exception. La connaissance de ces trois modes de défaillance majeurs peut aider les concepteurs à créer des conceptions plus robustes et même à planifier les défaillances prévues.
Modes d'échec
Il y a de nombreuses raisons pour lesquelles les composants échouent. Certaines pannes sont lentes et gracieuses lorsqu'il est temps d'identifier le composant et de le remplacer avant qu'il ne tombe complètement en panne et que l'équipement ne fonctionne pas. D'autres défaillances sont rapides, violentes et inattendues. Elles font toutes l'objet de tests lors des tests de certification du produit.
Échecs du package de composants
L'emballage d'un composant fournit deux fonctions principales, protégeant le composant de l'environnement et offrant un moyen de connecter le composant au circuit. Si la barrière protégeant le composant contre l'environnement se casse, des facteurs extérieurs tels que l'humidité et l'oxygène peuvent accélérer le vieillissement du composant et provoquer sa défaillance beaucoup plus rapidement. Une défaillance mécanique de l'emballage peut être causée par un certain nombre de facteurs, notamment le stress thermique, les nettoyants chimiques et la lumière ultraviolette. Toutes ces causes peuvent être prévenues en anticipant ces facteurs communs et en ajustant la conception en conséquence. Les pannes mécaniques ne sont qu'une des causes des pannes de paquets. À l'intérieur du boîtier, des défauts de fabrication peuvent entraîner des courts-circuits, la présence de produits chimiques qui entraînent un vieillissement rapide du semi-conducteur ou du boîtier, ou des fissures dans les joints d'étanchéité se propageant lors du cycle thermique de la pièce.
Échec de soudure et de contact
Les joints de soudure constituent le principal moyen de contact entre un composant et un circuit et ont leur part de défaillances. L'utilisation d'un type de brasure incorrect avec un composant ou un circuit imprimé peut entraîner une électromigration des éléments de la soudure qui forment des couches fragiles appelées couches intermétalliques. Ces couches entraînent la rupture des joints de soudure et échappent souvent à la détection précoce. Les cycles thermiques sont également une des principales causes de défaillance des joints de soudure, en particulier si les taux de dilatation thermique des matériaux (broche de composant, soudure, revêtement de trace de PCB et trace de PCB) sont différents. Comme tous ces matériaux chauffent et refroidissent, des contraintes mécaniques considérables peuvent se former entre eux, ce qui peut rompre la connexion physique de la soudure, endommager le composant ou délaminer la trace de PCB. Les moustaches d’étain sur les soudures sans plomb peuvent également poser problème. Les moustaches d’étain se développent à l’aide de joints de soudure sans plomb qui peuvent relier les contacts ou se rompre et provoquer des courts-circuits.
Panne de PCB
Les cartes de circuits imprimés ont plusieurs sources de défaillance communes, certaines provenant du processus de fabrication et d'autres de l'environnement d'exploitation. Pendant la fabrication, les couches d'une carte de circuit imprimé peuvent être mal alignées, ce qui peut entraîner des courts-circuits, des circuits ouverts et des lignes de signaux croisées. En outre, les produits chimiques utilisés dans la gravure des cartes à circuit imprimé peuvent ne pas être entièrement éliminés et créer des courts-circuits car les traces sont rongées. L'utilisation d'un mauvais poids de cuivre ou de problèmes de placage peut entraîner une augmentation des contraintes thermiques, ce qui raccourcira la durée de vie du circuit imprimé. Avec tous les modes de défaillance dans la fabrication d'un circuit imprimé, la plupart des défaillances ne se produisent pas lors de la fabrication d'un circuit imprimé.
L'environnement de soudage et d'exploitation d'un PCB entraîne souvent une variété de défaillances de PCB au fil du temps. Le flux de soudure utilisé pour attacher tous les composants à un circuit imprimé peut rester à la surface d'un circuit imprimé, ce qui ronge et corrode tout métal avec lequel il entre en contact. Le flux de soudure n'est pas le seul matériau corrosif qui se retrouve souvent sur les PCB, car certains composants peuvent fuir des fluides pouvant devenir corrosifs avec le temps et plusieurs agents de nettoyage peuvent avoir le même effet ou laisser un résidu conducteur qui provoque des courts-circuits sur la carte. Les cycles thermiques sont une autre cause de défaillance des PCB, pouvant conduire à un délaminage de ceux-ci et jouer un rôle dans la croissance des fibres métalliques entre les couches d'un PCB.
