ある時点ですべてが失敗し、エレクトロニクスも例外ではありません。これらの3つの主要な障害モードを知ることで、設計者はより堅牢な設計を作成し、予期しない障害を計画することができます。
障害モード
コンポーネントが失敗する理由は数多くあります。いくつかの障害は、コンポーネントが完全に故障して装置がダウンする前に、コンポーネントを識別して交換する時間がある場合、遅く優雅です。その他の障害は、迅速で、暴力的で、予期せぬものであり、そのすべてが製品認証テスト中にテストされます。
コンポーネントパッケージの失敗
コンポーネントのパッケージには、コンポーネントを環境から保護し、コンポーネントを回路に接続する方法を提供する2つのコア機能があります。環境からコンポーネントを保護する障壁が壊れた場合、湿度や酸素などの外部要因によって、コンポーネントの経年劣化が加速され、より早く故障する可能性があります。パッケージの機械的故障は、熱応力、化学洗浄剤、および紫外線を含む多くの要因によって引き起こされる可能性があります。これらの共通の要因を予測し、設計を調整することによって、これらの原因のすべてを防ぐことができます。機械的な障害は、パッケージの障害の原因の1つに過ぎません。パッケージ内部では、製造上の欠陥が原因で短絡、半導体またはパッケージの急速な経年変化を引き起こす化学物質の存在、または熱サイクルによって部品として伝播するシールの亀裂が発生する可能性があります。
はんだ接合および接触不良
はんだ接合部は、構成要素と回路との間の主要な接触手段を提供し、それらの公平な分担を有する。部品またはPCBに間違ったタイプのはんだを使用すると、金属間化合物層と呼ばれる脆い層を形成するはんだ中の元素のエレクトロマイグレーションを引き起こす可能性があります。これらの層は壊れたはんだ接合部をもたらし、しばしば早期の検出を回避する。熱サイクルはまた、特に材料の熱膨張率（コンポーネントピン、はんだ、PCBトレースコーティング、およびPCBトレース）が異なる場合、はんだ接合不良の主な原因です。これらの材料はすべて加熱され、冷却されるので、物理的なはんだ接続を破壊したり、部品を損傷したり、PCBトレースを剥離させたりする大きな機械的応力が形成される可能性があります。鉛フリーはんだ上の錫ウィスカーも問題になります。錫ウィスカーは、鉛フリーはんだ接合部から成長し、接点を橋渡ししたり、短絡を引き起こしたりする可能性があります。
PCBの障害
PCBボードには、製造プロセスに起因するものと動作環境に起因するものがあります。製造時に、PCBボード内のレイヤーが整列していないと、短絡、開回路、および交差信号線が発生する可能性があります。また、PCB基板のエッチングに使用される薬品は完全には除去されず、痕跡が食べられないために短絡が発生することがあります。間違った銅重量またはメッキの問題を使用すると、熱応力が増加し、PCBの寿命が短くなります。 PCBの製造におけるすべての不良モードでは、PCBの製造中にほとんどの不良は発生しません。
PCBのはんだ付けおよび動作環境は、しばしば、時間の経過と共に様々なPCBの故障を招く。すべての部品をPCBに取り付ける際に使用されるはんだフラックスは、PCBの表面に残り、接触する金属を食べて腐食します。はんだフラックスは腐食性物質ではなく、PCBに腐食性があるだけでなく、時間が経つにつれて腐食性の液体が漏れることがあり、いくつかの洗浄剤が同じ効果を持つか、ボードに短絡を引き起こす導電性残留物が残ることがあります。サーマルサイクリングは、PCBの層間剥離の原因となり、PCBの層間に金属繊維を成長させる役割を果たします。
