Los componentes electrónicos tienen una amplia gama de formas en que pueden fallar. Se pueden clasificar de varias formas, como por tiempo de uso (fin de su vida útil) o por alguna causa especifica. Las fallas pueden ser causadas por exceso de temperatura, exceso de corriente o voltaje, radiación ionizante, choque mecánico, estrés o impacto y muchas otras causas. En los dispositivos semiconductores, los problemas en el paquete del dispositivo pueden causar fallas debido a alguna contaminación, tensión mecánica del dispositivo o circuitos abiertos o cortocircuitos.
Las fallas ocurren con mayor frecuencia cerca del comienzo y cerca del final de la vida útil de las piezas, lo que da como resultado el gráfico curva de la bañera de la función de riesgo. Los procedimientos Burn-in se utilizan para detectar fallas prematuras. En los dispositivos semiconductores, las estructuras parásitas, irrelevantes para el funcionamiento normal, se vuelven importantes en el contexto de fallas; pueden ser tanto una fuente como una protección contra fallas.
Las aplicaciones como los sistemas aeroespaciales, los soportes vitales, las telecomunicaciones, las señales ferroviarias y las computadoras utilizan una gran cantidad de componentes electrónicos. El análisis de las propiedades estadísticas sobre las fallas en los mismos puede brindar una orientación en los diseños de la electronica para establecer un nivel de confiabilidad en el producto final. Por ejemplo, la capacidad de potencia de una resistencia puede reducirse considerablemente cuando se emplea en aeronaves de gran altitud para obtener una vida útil adecuada.
Una falla repentina por una apertura puede causar múltiples fallas secundarias si esta es rápida y el circuito contiene una inductancia; esto provoca grandes picos de voltaje, que pueden superar los 500 voltios. Por tanto, una metalización rota en un chip puede provocar daños secundarios por sobretensión.STFA 2001: proceedings of the 27th International Symposium for Testing and Failure Analysis: 11–15 November 2001, Santa Clara Convention Center, Santa Clara, California, p. 267 La fuga térmica puede causar fallas repentinas que incluyen derretimiento, fuego o explosiones.
Fallos por el encapsulado El encapsulado, como barrera entre las piezas electrónicas y el medio ambiente, es muy susceptible a los factores ambientales. La expansión térmica produce tensiones mecánicas que pueden causar fatiga del material, especialmente cuando los coeficientes de expansión térmica de los materiales son diferentes. La humedad y los productos químicos agresivos pueden provocar la corrosión de los materiales del encapsulado y las terminales, potencialmente rompiéndolos y dañando las partes internas, lo que lleva a fallas eléctricas. Exceder el rango de temperatura ambiental permitido puede causar un sobreesfuerzo de las uniones de los cables, rompiendo las conexiones, agrietando los troqueles de semiconductores o causando grietas en el encapsulado. La humedad y el consiguiente calentamiento a alta temperatura también pueden causar grietas, así como daños mecánicos o golpes.
Durante el proceso de encapsulado, los cables de unión se pueden cortar, cortocircuitar o tocar el chip, generalmente en el borde. Los troqueles pueden agrietarse debido a sobrecarga mecánica o choque térmico; los defectos introducidos durante el procesamiento, como el trazado, pueden convertirse en fracturas. Durante la fabricación de los semiconductores, los armazones de plomo pueden contener exceso de material o rebabas, provocando cortos. Los contaminantes iónicos como los metales alcalinos y los halógenos pueden migrar de los materiales de embalaje a las matrices de semiconductores, provocando corrosión o deterioro de los parámetros. Los sellos de vidrio-metal comúnmente fallan al formar grietas radiales que se originan en la interfaz del alfiler-vidrio y penetran hacia afuera; otras causas incluyen una capa de óxido débil en la interfaz y una mala formación de un menisco de vidrio alrededor del pasador.
Pueden estar presentes varios gases en la cavidad del paquete, ya sea como impurezas atrapadas durante la fabricación, desgasificación de los materiales utilizados o reacciones químicas, como ocurre cuando el material del encapsulado se sobrecalienta (los productos suelen ser iónicos y facilitan la corrosión produciendo una falla retardada). Para detectar esto, el helio se encuentra en la atmósfera inerte dentro del empaque como gas trazador para detectar fugas durante las pruebas. El dióxido de carbono y el hidrógeno se pueden formar a partir de materiales orgánicos, los polímeros desgasifican la humedad y los epoxis curados con amina liberan amoníaco. La formación de grietas y el crecimiento intermetálico en las uniones del troquel puede provocar la formación de huecos y deslaminación, lo que perjudica la transferencia de calor del troquel de viruta al sustrato y disipador de calor, terminando de provocar así una falla térmica. Como algunos semiconductores como el silicio y el arseniuro de galio son transparentes al infrarrojo, la microscopía infrarroja puede comprobar la integridad de las estructuras de unión y debajo del molde.
El puente de plata puede verse interrumpido por la expansión térmica del encapsulado; por lo tanto, el cortocircuito puede desaparecer cuando se calienta el chip, pero vuelve a aparecer cuando este se enfría, lo que es una clara indicación de este problema. La delaminación y la expansión térmica pueden mover la matriz de viruta en relación con el encapsulado, deformando y posiblemente cortocircuitando o agrietando los filamentos de unión.
El fósforo rojo, utilizado como retardante de llama, facilita la migración de plata cuando está presente en el empaque. Normalmente se recubre con hidróxido de aluminio; si el recubrimiento es incompleto, las partículas de fósforo se oxidan al pentóxido de fósforo altamente higroscópico, que reacciona con la humedad para formar ácido fosfórico. Este es un electrolito corrosivo que, en presencia de campos eléctricos, facilita la disolución y migración de plata, pudiendo provocar un cortocircuito en los pines adyacentes del encapsulado, en terminales del marco de plomo, barras de unión, estructuras de montaje de chip y pads del chip.
Fallos en los contactos Los contactos eléctricos exhiben una resistencia de contacto ubicua, cuya magnitud está determinada por la estructura de la superficie y la composición de las capas superficiales. Idealmente, la resistencia de contacto debería ser baja y estable, sin embargo, la presión de contacto débil, la vibración mecánica, la corrosión y la formación de capas y contactos de óxido pasivizante pueden alterar la resistencia de contacto de manera significativa, lo que lleva a un calentamiento de la resistencia y falla del circuito.
Las uniones soldadas pueden fallar de muchas maneras, como la electromigración y la formación de capas intermetálicas quebradizas. Algunas fallas aparecen solo cuando las juntas del componente esta a temperaturas extremas, lo que dificulta la resolución de problemas. El desajuste de la expansión térmica entre el material de la placa del circuito impreso y el embalaje tensiona las uniones entre la placa y la pieza; mientras que las piezas con plomo pueden absorber la tensión al doblarse, las piezas sin plomo dependen de la soldadura para absorber las tensiones. Los ciclos térmicos pueden provocar agrietamiento por fatiga de las juntas de soldadura, especialmente con soldaduras elásticas; Se utilizan varios enfoques para mitigar estos incidentes. Las partículas sueltas, como las producidas por el alambre de unión y el destello productor de una soldadura por contacto, pueden formarse en la cavidad del dispositivo y migrar dentro del empaque, causando a menudo cortocircuitos intermitentes y sensibles a los golpes. Las micro-virutas de estaño pueden formarse en metales revestidos de estaño como el lado interno de los encapsulados; las virutas sueltas pueden provocar cortocircuitos intermitentes dentro del embalaje. Los cables, además de los métodos descritos anteriormente, pueden fallar por deshilachado y daño por fuego.
Fallas en placas de circuito impreso
Las placas de circuito impreso (PCB) son vulnerables a las influencias ambientales; por ejemplo, las pistas son propensas a la corrosión y pueden grabarse incorrectamente dejando corto circuitos parciales, mientras que las vías pueden estar insuficientemente recubiertas o llenas de soldadura. Las pistas pueden agrietarse bajo cargas mecánicas, lo que a menudo da como resultado un funcionamiento de poco confiable del PCB. Los residuos de fundente de soldadura pueden facilitar la corrosión; los de otros materiales los de otros materiales pueden causar fugas eléctricas en el PCB. Los compuestos covalentes polares pueden atraer la humedad como agentes anti-estáticos, formando una fina capa de humedad conductora entre las pistas; Los compuestos iónicos como los cloruros tienden a facilitar la corrosión. Los iones de metales alcalinos pueden migrar a través de los encapsulados de plástico e influir en el funcionamiento de los semiconductores. Los residuos de hidrocarburos clorados pueden hidrolizarse y liberar cloruros corrosivos; estos son problemas que ocurren después de años. Las moléculas polares pueden disipar energía de alta frecuencia, provocando pérdidas dieléctricas parásitas.
Por encima de la temperatura de transición vítrea de los PCB, la matriz de resina se ablanda y se vuelve susceptible a la difusión de contaminantes. Por ejemplo, los poliglicoles del fundente de soldadura pueden ingresar a la placa y aumentar su entrada de humedad, con el correspondiente deterioro de las propiedades dieléctricas y de corrosión. Los sustratos multicapa que utilizan cerámica adolecen de muchos de los mismos problemas.
Los filamentos anódicos conductores (CAF) pueden crecer dentro de las placas a lo largo de las fibras del material compuesto. El metal se introduce en una superficie vulnerable por lo general al recubrir las vías, luego migra en presencia de iones, humedad y potencial eléctrico; el daño de perforación y la unión deficiente de resina de vidrio promueven tales fallas. La formación de CAF suele comenzar por una unión deficiente de la resina de vidrio; una capa de humedad adsorbida proporciona un canal a través del cual migran los iones y los productos de la corrosión. En presencia de iones de cloruro, el material precipitado es atacamita; sus propiedades semiconductoras conducen a una mayor fuga de corriente, una rigidez dieléctrica deteriorada y cortocircuitos entre pistas. Los glicoles absorbidos de los residuos de fundente agravan el problema. La diferencia de la expansión térmica de las fibras y la matriz debilita la unión cuando se suelda la placa; las soldaduras sin plomo que requieren temperaturas de soldadura más altas aumentan la aparición de CAF. Además de esto, los CAF dependen de la humedad absorbida; por debajo de cierto umbral, no ocurren.
Fallos de relés Cada vez que se abren o cierran los contactos de un relé o contactor electromecánico, existe una cierta cantidad de desgaste de los contactos. Se produce un arco eléctrico entre los puntos de contacto (electrodos) tanto durante la transición de cerrado a abierto como de abierto a cerrado. El arco que se produce durante la rotura del contacto (arco de rotura) es similar a la soldadura por arco, ya que el arco de rotura es típicamente más enérgico y más destructivo.