La electrónica puede fallar debido al sobrecalentamiento, la sobretensión y la tensión mecánica. ¿Hay otras causas? [cerrado]

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Mi experiencia con fallas en la electrónica de potencia generalmente se clasifica en tres categorías: sobretensión, sobrecalentamiento o fallas mecánicas.

Cada uno puede tener múltiples causas, por supuesto. La sobretensión puede ser un golpe inductivo, ruido en modo común, transitorios de línea o descarga estática. El sobrecalentamiento puede ser causado por la oscilación de alta frecuencia de un dispositivo de conmutación, por altas corrientes de RMS o por condiciones ambientales inesperadas. La falla mecánica puede ser causada por vibración, ensamblaje incorrecto o simplemente dejar caer la cosa en el piso. Pero todas las fallas que he visto parecen encajar en una de estas tres categorías.

Puedo imaginar algunos otros como la radiación o el envejecimiento, pero no los he visto personalmente. ¿Hay otros? ¿Existe una lista definitiva de formas de eliminar componentes electrónicos?

    
pregunta Stephen Collings

2 respuestas

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Sí, hay otros mecanismos. De hecho, es imposible dar una lista completa. Esto es suave para el mismo problema que demostrar que es negativo. Lo mejor que cualquiera puede hacer es enumerar los mecanismos que conocen. Algunos adicionales son:

Químico . Dejar caer la mayoría de las cosas electrónicas en una cuba de ácido hirviendo las matará, pero los procesos químicos también pueden ser más sutiles. Nada está absolutamente sellado. Los agentes corrosivos se difundirán a través de cualquier barrera si se les da suficiente tiempo. Incluso un solo trabajador de la línea de ensamblaje con un poco de maní salado con residuos de sal en sus manos puede contaminar todo un lote de epoxi utilizado para sellar las virutas. Esos chips luego tienen una alta tasa de fracaso de meses a años más tarde en ambientes cálidos y húmedos. Eso es solo un ejemplo, lo que realmente sucedió.

Pérdida de sustancia esencial . Esto no es realmente una falla mecánica, ya que en algunos casos se sabe que esto sucederá. Los condensadores electrolíticos sufren esto, por ejemplo, incluso cuando todo funciona como se diseñó. Dado el tiempo suficiente, el electrolito se difundirá. Ciertos componentes llenos de gas tienen el mismo problema, como las bombillas de neón.

Algo se consume como parte del funcionamiento normal . Las baterías son un ejemplo obvio. Las bombillas incandescentes son otras menos obvias. La temperatura necesaria para causar la radiación deseada del cuerpo negro también hará que las moléculas de llenado se evaporen de su superficie, lo que eventualmente causará que falle. Como otro ejemplo, los recubrimientos de cátodos de tubos de vacío se degradan con el tiempo con el uso.

Difusión . Incluso sin dejar cosas esenciales o cosas malas entrar, las cosas dentro pueden moverse. Aparte de congelar algo a 0 absoluto, no puedes evitar que las moléculas se muevan. La mayoría de las veces, estas moléculas se moverán tan lentamente que otra cosa saldrá mal mucho antes de que esto cause problemas. Por ejemplo, los dopantes tipo P y N en semiconductor en bruto son esenciales para el funcionamiento de los transistores. Estos se difundieron en el cristal de silicio a altas temperaturas durante horas. A temperaturas normales, la velocidad de difusión es tan pequeña que sucederán otras cosas antes de que la mayoría de los transistores mueran de esta manera. Sin embargo, la tasa no es 0 y, a medida que disminuyen los tamaños de los transistores, esto eventualmente se convertirá en un límite de vida útil.

Migración . La difusión es una sustancia que se mueve a través de otra, pero la migración es un movimiento masivo de cosas. Esto ya es un problema como la escala nm de chips modernos. Las interconexiones no se quedan donde las colocas debido al voltaje aplicado y la corriente que fluye a través de ellas. Esto es algo que debe tenerse en cuenta para las estructuras de escala muy fina.

No especificaste el tiempo de vida, por lo que a largo plazo hay otros efectos, como la desintegración radioactiva. Todo, excepto el hierro, decaerá, eventualmente al hierro. La mayoría de los elementos con los que construimos las cosas tienen vidas medias tan largas que esto es irrelevante a escala humana. Aún así, hemos aprovechado este efecto deliberadamente. Ha habido naves espaciales impulsadas por el calor de la descomposición radioactiva (del estroncio 90 si recuerdo bien).

    
respondido por el Olin Lathrop
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  1. Temperatura:
    La temperatura puede hacer varias cosas para hacer que el circuito falle, como

    • Si tiene condensadores de cerámica que tienen un determinado dieléctrico (es decir, X7R) y las temperaturas ambientales superan los límites del dieléctrico, el valor / comportamiento del condensador no está definido y no funcionará según el diseño.

    • Transistores! Cabe destacar los transistores de unión bipolar (BJTs). Para un BJT de silicio, el voltaje del emisor base disminuirá -2.5 mV por cada grado C de aumento de temperatura si no se compensa. Si su transistor no está polarizado correctamente en todo el rango de temperatura de la especificación de su producto, el circuito no se comportará como se diseñó.

  2. Vibración
    Digamos que usted fabrica un widget. Usted tiene un fabricante contratado construirlo. ¿Cómo llegará a sus clientes? Lo envías, ¿verdad? Si la calidad de las conexiones de soldadura es buena, entonces la vibración que se aplica a un estándar IEC de la vibración equivalente de una prueba de transporte no debe mostrar conexiones sueltas y el circuito funcionará según lo diseñado desde una perspectiva de fabricación. Si hay elementos como las juntas de soldadura en frío (debido a una calidad de fabricación deficiente, o no se adhieren al perfil de temperatura de los componentes, O si hay MUCHO cobre en la placa en el área de un componente y la temperatura de soldadura necesaria para ese componente es más alto debido a la necesidad de encabezar no solo las almohadillas, sino también el plano de cobre), que podría causar una unión de soldadura fría también.

  3. Cumplimiento

    • ESD (Descarga electrostática)!
      Esto puede suceder de varias maneras. El cuerpo humano puede generar carga (es decir, en un ambiente seco) y descargar a cualquier conexión eléctrica expuesta a un circuito en forma de arco (zap). En el caso de CMOS, esto puede causar daños no catastróficos (microperforaciones en la capa de óxido aislante) o daños catastróficos, que agregarán fugas a la compuerta (por una perforación importante en la capa de óxido) y evitarán la unión. de trabajar en absoluto.

    • RF Immunity
      En presencia de ondas de radio (es decir, tecleando un micrófono walkie talkie), la energía de la antena del walkie talkie puede acoplarse a CUALQUIER COSA que se parezca a una antena en su circuito. Esto puede ser suficiente para interrumpir una señal y causar resultados no deseados.

    • Static
      Similar a ESD, un mero campo eléctrico estático (por ejemplo, en presencia de un MOSFET) que puede hacer que se habilite de forma glitchy. Lo complicado está aquí, no es necesario que haya una descarga real, sino solo la mera presencia del campo en la vecindad de CMOS.

  4. Diseño incorrecto (SCR Latchup)
    En electrónica, debido a la forma en que se fabrican los transistores, hay ciertos caminos parásitos no deseados en los que puede fluir la corriente. Por ejemplo, si algunos circuitos no están polarizados correctamente o la secuencia de alimentación es correcta, la corriente puede fluir en lugar de a través de la ruta prevista en los semiconductores, puede fluir en una ruta parásita no deseada. Este flujo de corriente en una ruta no intencionada generalmente genera una gran cantidad de calor. Esto, como ESD, es un proceso destructivo. Si bien el latchup de SCR puede aparecer varias veces sin consecuencias, la realidad es que el componente se debilita a causa de ello. Como resultado, definitivamente fallará prematuramente en algún momento. Probablemente justo cuando menos te lo esperas.

respondido por el cowboydan

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