Как компоненты выходят из строя?

Переключатели и кнопки: отсутствие контакта.

То, что вы перечислили, похоже на часть серьезности FMEA (анализ режима отказа и последствий), по крайней мере, на уровне компонентов. Хотя это не невозможно, это адская работа , чтобы учесть все возможные отказы компонентов, если в вашем проекте, скажем, более сотни компонентов. Один неисправный компонент может вызвать лавину отказов других компонентов. Большинство неудач не являются незаметными.
Вы обнаружите, что добавление компонентов, чтобы справиться с отказом других компонентов, только усложняет процесс; вам также придется провести FMEA для этих компонентов!

Альтернативный подход, основанный на FMEA, может состоять в том, чтобы начать с происшествий. Что такое MTTF (среднее время до отказа)? Большинство компонентов достаточно надежны; возможны десятки тысяч POH (часов включения). (Заметно более слабый компонент — Al elco, но и там есть решения). Во всяком случае, IC обычно не замыкает просто так. Таким образом, в то время как отказ компонентов может быть вызван старением, большинство отказов вызвано внешними факторами , такими как перенапряжение в сети или ошибки пользователя, такие как неправильное подключение. Постарайтесь снизить эти риски. Всплески мощности могут быть обработаны диодами защиты от перенапряжения. Неправильного подключения можно избежать, используя разные разъемы, чтобы их нельзя было переключить. Цветные коды проводов и соответствующие цвета на разъемах.

Итог: может быть важнее знать, почему компоненты выходят из строя, чем как они работают.

Печатные платы: трещины в переходных отверстиях

История:
у моего брата был один из первых проигрывателей компакт-дисков Philips. Один раз он перестал работать, но когда я заглянул в него, он снова заработал. Это произошло несколько раз. Пытаясь выяснить обстоятельства, когда это произошло, мой брат сказал, что в последний раз была гроза. Удар молнии может причинить вред электронике, хотя в этих случаях устройство не начнет работать снова само по себе.
Однажды я обсуждал проблему с коллегой, когда разговор услышал менеджер по продукту (в то время я работал в Philips Audio). ПМ сказал, что только после долгих поисков они нашли причину этой проблемы: печатная плата была сделана из какого-то дешевого материала (не помню из какого, возможно, это был ФР-2), который имел свойство расширяться при большой влажности. воздух, как во время грозы. Как следствие, несколько переходных отверстий на плате треснули. Когда воздух снова стал более сухим, толщина печатной платы вернулась к норме, восстановив переходные отверстия. Это была одна из причин, почему я ничего не мог найти. Другой заключался в том, что прикосновение к печатной плате щупом мультиметра вызывало достаточное давление, чтобы закрыть трещины (это микротрещины!).
Решение: припаять провод в каждом переходном отверстии. Дизайнерское решение:

Как я уже сказал в своем другом ответе, важно знать, почему трескаются переходные отверстия; бесполезно просто знать , как они это делают.

МОП-транзисторы: обычно короткое замыкание (со взрывом), что в конечном итоге приводит к открытому отказу из-за плавления устройства.

Резисторы: почти всегда разомкнутая цепь

Конденсаторы (электролитические): уменьшение емкости, утечка электролита, что в конечном итоге приводит к разомкнутой цепи.

Конденсаторы (керамические): Уменьшение емкости - в конечном итоге они не открываются, хотя сильное перенапряжение может привести к отказу закрывания (требуется ссылка).

Светодиоды: Постепенное затемнение, затем отказ в открытии

Зенеры: в 90% случаев не удается замкнуть накоротко, но могут не открываться из-за сильного перегрева (устройство может развалиться на две части).
Иногда стабилитроны становятся малорезистивными в обратной области. Когда это происходит, некоторый ток течет перед напряжением стабилитрона.

электр.CAP - возможно короткое замыкание из-за деформации => взрывается.

ИС: обрыв внутренних проводов, короткое замыкание внутренних защитных диодов, защелки затвора (может быть не фатальным), снижение производительности из-за деградации полупроводника (при работе при температуре >100°С), программные ошибки из-за радиации. Силовые ИС могут взорваться (одна попала в меня) при сбое под нагрузкой.

Резисторы

Режимы отказа

Отказы резисторов считаются электрическими обрывами, короткими замыканиями или радикальным отклонением от технических характеристик резистора. Испытываемые виды отказов различаются в зависимости от типа конструкции. Резистор с фиксированным составом обычно выходит из строя в открытой конфигурации при перегреве или чрезмерной нагрузке из-за удара или вибрации.

Чрезмерная влажность может вызвать увеличение сопротивления. Резистор переменного состава может изнашиваться после интенсивного использования, а изношенные частицы могут вызвать короткое замыкание с высоким сопротивлением. У резисторов с проволочной обмоткой обмотки могут быть разомкнуты из-за перегрева или нагрузки, или короткозамкнуты обмотки из-за скопления грязи, пыли, пробоя изоляционного покрытия или высокой влажности. Пленочные резисторы выходят из строя по тем же причинам, что и проволочные и составные, но также выходят из строя из-за изменений характеристик резистивного материала, что приводит к уменьшению и увеличению значения сопротивления.

Электронные компоненты - Резисторы. (1978). Технические руководства инспекции FDA. Получено с http://www.fda.gov/iceci/inspections/inspectionguides/inspectiontechnicalguides/ucm072904.htm

Надежность электронных систем — неприятная проблема, но вы можете получить представление о том, как это делается в аэрокосмическом бизнесе, прочитав MIL-HDBK-217. Стандарты Mil можно найти на веб-сайте Министерства обороны США ASSIST . В статье Википедии: «Инженерия надежности» есть хороший обзор.

Керамика также может выйти из строя из-за короткого замыкания, что может быть интересно, если они разъединяют сильноточный источник питания...

Страница отказов конденсаторов Kemet

Приложение Сайфера о взломе конденсатора

Приложение AVX о взломе

TVS : в 90% случаев не удается замкнуть накоротко, но может не открыться из-за сильного перегрева (устройство может разбиться на две части)