8 причин выхода из строя электронных компонентов и как их избежать

0
867
8 причин выхода из строя электронных компонентов и как их избежать

Когда печатная плата выходит из строя, в большинстве случаев дело в отказе одного или нескольких компонентов. Но, чтобы этого избежать, не достаточно просто закупать компоненты у надёжного поставщика: это лишь один из необходимых пунктов. Прежде чем рассмотреть остальные, давайте разберемся, какие типы компонентов наиболее подвержены отказу.

Какие электронные компоненты чаще всего выходят из строя?

Один из крупнейших поставщиков электроники в мире, Digi-Key Electronics, предлагает более 12 с половиной миллионов различных электронных компонентов. Подавляющее большинство из них — это компоненты, которые устанавливаются или крепятся на печатные платы. Очень многие из них появились на рынке лишь недавно, а это означает, что данных о частоте отказов или вовсе нет, или их очень мало.

Кроме того, существует тенденция заменять неработающие платы целиком, вместо того, чтобы искать и заменять вышедшие из строя детали. По этим причинам (а также ряду других) практически невозможно составить точную и полную базу данных о частоте отказов отдельных компонентов. Таким образом, полезнее будет классифицировать компоненты не по частоте их отказа, а по его характеру или причине. Ниже — список восьми типов компонентов, которые выходят из строя чаще всего.

1. Незащищенные компоненты

Печатные платы подвергаются различным видам воздействия ещё задолго до установки — в процессе изготовления, сборки, транспортировки и хранения. На всех этих этапах существует вероятность того или иного загрязнения. При производстве критически важных плат, например, применяемых в некоторых медицинских устройствах, серьёзной проблемой может стать ионное загрязнение. Во время транспортировки и хранения незащищенные платы подвержены окислению и так далее, что в конечном итоге может привести к преждевременному отказу платы и/или компонентов.

2. Влагочувствительные компоненты

Влага — один из основных источников опасности для электронных компонентов печатных плат. Такой тип загрязнения может произойти ещё при производстве компонентов и/или плат. Кроме того, на плате и внутри компонентов может образоваться конденсат. Чаще всего это происходит при хранении в упаковке, где внутренняя температура ниже, чем температура внешней среды. Некоторые компоненты более чувствительны к влаге, чем другие, и это следует учитывать при их подборе.

3. Термочувствительные компоненты

В наши дни печатные платы устанавливаются повсюду. Это означает, что порой им приходится функционировать в экстремальных условиях, в которых температура, давление и коррозия могут повлиять на их работу. Например, компоненты, используемые для аэрокосмической электроники, должны выдерживать температуры от очень низких (до -120 °C в термосфере) до очень высоких (примерно 3200 °C во время старта ракеты). При выборе этих компонентов, особенно если используются готовые решения, крайне важно учитывать их термочувствительность.

4. Компоненты, уязвимые для скачков напряжения

Чрезмерный нагрев печатных плат может вызвать ряд проблем, которые потенциально способны привести к отказу. Среди них — усталость конструкции и скачки тока. Последнее также может быть вызвано скачками напряжения или, в случае высоковольтных печатных плат, используемых в промышленных приложениях, возникновением дуги. Вне зависимости от источника, скачок тока может вывести платы из строя и разрушить незащищенные уязвимые компоненты.

5. Компоненты, уязвимые для радиации

Для большинства печатных плат защита от излучения заключается в минимизации электромагнитных помех или в достижении электромагнитной совместимости с окружающей средой. Это достаточно важно, поскольку чрезмерный шум может ухудшить целостность сигнала до такой степени, что надежная передача/прием становятся невозможны. Но для плат, размещённых на борту космических аппаратов, где отказы недопустимы, радиационная стойкость — одно из важнейших условий.

6. Компоненты, уязвимые для механической деформации

Печатные платы, которые используются в аэрокосмических системах, промышленном оборудовании и автомобилях, сталкиваются с повышенным механическим воздействием. В частности, с ударами и вибрацией, которые могут привести к растрескиванию и поломке плат, а также разрыву паяных соединений и выводов компонентов.

7. Устаревшие компоненты

Электронные компоненты, как и всё остальное, имеют ограниченный срок службы. Их эксплуатация после этого срока значительно увеличивает вероятность отказа из-за механической усталости. Кроме того, использование морально устаревших и снятых с производства компонентов означает, что а) они могут не соответствовать последним эксплуатационным требованиям (что также делает их подверженными преждевременному выходу из строя), б) их будет сложно заменить при отказе.

8. Контрафактные компоненты

Несмотря на то, что существуют стандарты и правила, призванные не допустить использования контрафактных компонентов, они по-прежнему попадают на многие платы. Чаще всего они изготавливаются из материалов низкого качества и не соответствуют заявленным критериям. Следовательно, высока вероятность отказа.

Как избежать отказа электронных компонентов?

Зная главные потенциальные причины отказа электронных компонентов и работая над их устранением, можно значительно увеличить вероятность того, что ваши платы и компоненты будут работать должным образом в течение всего срока службы.

  • Используйте защитное покрытие для компонентов.
  • Применяйте способы и средства защиты от влаги.
  • Соблюдайте правила обращения и хранения.
  • Обеспечивайте хорошее рассеивание и распределение тепла.
  • Используйте системы защиты от скачков напряжения.
  • Применяйте методы защиты от радиации, если это необходимо.
  • Обеспечьте структурную целостность процесса создания и сборки плат.
  • Убедитесь, что приобретаете надёжные компоненты у надёжных поставщиков.