Como os componentes falham?

Como os componentes falham?

Regras gerais com uma resposta por tipo de componente seriam valiosas.

Podemos trabalhar em comunidade para criar uma única pergunta que contém informações valiosas sobre como os componentes falham.

Interruptores e botões de pressão: falha no contato.

O que você listou parece a parte de gravidade de uma FMEA (Análise de modo e efeito de falha), pelo menos no nível do componente. Embora não seja impossível, é um trabalho muito complicado contabilizar todas as falhas possíveis de componentes se o seu projeto tiver, digamos, mais de cem componentes. Um componente com falha pode causar uma avalanche de outros componentes com falha. A maioria das falhas não é sutil.
Você experimentará que adicionar componentes para lidar com outros componentes que falham apenas aumenta a complexidade; você também precisará fazer um FMEA para esses componentes!

Uma abordagem alternativa, em termos de FMEA, pode ser começar a partir de ocorrências. O que é o MTTF (tempo médio até a falha)? A maioria dos componentes é bastante robusta; dezenas de milhares de POH (horas de inicialização) são viáveis. (Um componente mais fraco notável é o Al elco, mas mesmo existem soluções). De qualquer forma, um IC geralmente não é curto assim. Portanto, embora a falha do componente possa ser causada pelo envelhecimento, a maioria das falhas é causada por fatores externos , como sobretensão na rede, ou erro do usuário, como conexão incorreta. Tente reduzir esses riscos. Os picos de energia podem ser manipulados por diodos de proteção contra sobretensão. A má conexão pode ser evitada usando conectores diferentes, para que não possam ser trocados. Codifique os fios de cores e use cores correspondentes nos conectores.

Conclusão: pode ser mais importante saber por que os componentes falham do que como falham .

PCB: rachaduras nas vias

A história:
meu irmão teve um dos primeiros CD players da Philips. Uma vez, ele parou de funcionar, mas, quando olhei, funcionou novamente. Isso aconteceu algumas vezes. Tentando descobrir as circunstâncias em que isso aconteceu, meu irmão disse que da última vez houve uma tempestade. Um relâmpago pode fazer coisas ruins para a eletrônica, embora nesses casos o dispositivo não comece a funcionar novamente por si só.
Um dia, eu estava discutindo o problema com um colega quando a conversa foi ouvida por um gerente de produto (eu estava trabalhando na Philips Audio na época). A PM disse que somente depois de muita pesquisa eles descobriram a causa desse problema: o PCB foi fabricado com algum material barato (não me lembro qual, pode ter sido o FR-2) que tendia a se expandir quando havia muita umidade o ar, como durante uma tempestade. Como conseqüência, as poucas vias no quadro se abririam. Quando o ar voltou a secar, a espessura do PCB voltou ao normal, restaurando as vias. Essa foi uma das razões pelas quais não consegui encontrar nada. Outra foi que tocar o PCB com uma sonda de multímetro causou pressão suficiente para fechar as rachaduras (estas são microfissuras!).
O remédio: soldar um fio em cada via. Solução de design:

Como eu já disse na minha outra resposta, é importante saber por que as vias se quebram; não é bom apenas saber como eles fazem.

MOSFETs: curto-circuito geralmente (com um estrondo), eventualmente levando à falha de abertura devido ao derretimento do dispositivo

Resistores: Quase sempre circuito aberto

Capacitores (Eletrolíticos): Redução da capacitância, vazamento de eletrólito, levando eventualmente ao circuito aberto

Capacitores (cerâmicos): Redução da capacitância - eventualmente falha na abertura, embora a sobretensão severa possa levar à falha no fechamento (é necessário citar).

LEDs: escurecimento gradual e falha ao abrir

Zeners: falha em curto-circuito em 90% dos casos, mas pode falhar ao abrir devido a superaquecimento extremo (o dispositivo pode ser dividido em duas partes).
Às vezes, Zener se torna pouco resistivo na região inversa. Quando isso acontece, algum fluxo de corrente antes da tensão do zener.

electr.CAP - curto é possível devido à deformação => explode.

CIs: os fios internos falham abertos, os diodos internos de segurança são curtos, os trincos das portas (podem não ser fatais), o desempenho degradado devido à degradação do semicondutor (quando se trabalha a> 100C), erros leves devido à radiação. Os CIs de força podem explodir (eu fui atingido por um) ao falhar sob carga.

Resistores

Modos de falha

As falhas do resistor são consideradas aberturas elétricas, curtos ou uma variação radical das especificações do resistor. Os modos de falha experimentados variam com o tipo de construção. Um resistor de composição fixo normalmente falha em uma configuração aberta quando superaquecido ou excessivamente estressado devido a choque ou vibração.

Umidade excessiva pode causar um aumento na resistência. Um resistor de composição variável pode se desgastar após uso extensivo e as partículas desgastadas podem causar curto-circuito de alta resistência. Os resistores de fio enrolado podem sofrer enrolamentos abertos devido a superaquecimento ou tensão, ou enrolamentos em curto-circuito devido ao acúmulo de sujeira, poeira, quebra do revestimento de isolamento ou alta umidade. Os resistores de filme falham pelos mesmos motivos que a fiação e a composição, mas também falharam devido a alterações nas características do material resistivo, resultando em redução e aumento no valor da resistência.

Componentes eletrônicos - resistores. (1978). Guias técnicos de inspeção da FDA. Recuperado em http://www.fda.gov/iceci/inspections/inspectionguides/inspectiontechnicalguides/ucm072904.htm

A confiabilidade do sistema eletrônico é um problema feio, mas você pode ter uma idéia de como isso é feito nos negócios aeroespaciais, lendo MIL-HDBK-217. Os padrões Mil podem ser encontrados no site do DOD ASSIST . A entrada da Wikipedia: Engenharia de Confiabilidade tem uma boa visão geral.

A cerâmica também pode falhar em curto-circuito, o que pode ser empolgante se dissociar uma fonte de alta corrente ...

Página de falhas do capacitor da Kemet

A nota de Syfer sobre rachaduras no capacitor

Appnote da AVX sobre rachaduras

TVS : falha em curto-circuito em 90% dos casos, mas pode falhar ao abrir devido a superaquecimento extremo (o dispositivo pode ser dividido em duas partes)