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Para obter mais informações, entre em contato com Joel W. Sills, Centro de Pesquisa Langley, joel.w.sills@nasa.gov.
Os resistores de chip são amplamente utilizados em projetos da NASA, mas casos de rachaduras no substrato de alumina durante testes ambientais são raros. Dois casos de rachaduras no resistor de chip de filme espesso foram observados durante o ciclo térmico após a vibração, com fraturas ocorrendo ao longo do eixo curto devido à flexão. As análises de falhas descartaram lotes defeituosos e fadiga, identificando flexão da placa, orientação dos componentes, solda excessiva e tensões de montagem como fatores contribuintes. O boletim recomenda posicionamento cuidadoso dos componentes, análise de elementos finitos, altura controlada do filete de solda, inspeção completa e testes funcionais de choque térmico para mitigar riscos de trincas induzidas por flexão em componentes de corpo cerâmico em placas de circuito impresso.
Fundo
O NESC observou a falta histórica de casos relatados de rachaduras no substrato de alumina dos resistores de chip durante a vibração e o ciclo térmico, embora os resistores de chip sejam onipresentes nos projetos da NASA. Dois casos de rachaduras no corpo do resistor de chip de filme espesso foram observados durante testes de aceitação ambiental em conjuntos de placas de circuito impresso. Ambas as falhas ocorreram durante o ciclo térmico após o teste de vibração, exibindo falhas intermitentes de circuito aberto em temperaturas de permanência quentes que se recuperaram em temperatura ambiente. A fratura transversal ocorreu no meio do vão de cada resistor, paralelamente às terminações. Os dois resistores foram instalados em locais semelhantes próximos à borda das placas em duas placas idênticas. As rachaduras nos resistores com falha estavam ao longo do eixo curto do resistor devido à aparente flexão dos resistores, Figura 1. Os resistores não mostraram sinais de defeitos pré-existentes.
Relações Causais As teorias iniciais apontavam para danos induzidos por vibração em resistores potencialmente defeituosos, uma vez que ambos os resistores vieram do mesmo lote de produção. No entanto, o lote de resistores não apenas atende aos requisitos da especificação de aquisição MIL-PRF-55342, mas testes adicionais foram realizados e não revelaram nenhuma evidência direta de um lote de resistores com defeito. Não houve evidência de um risco elevado de resistores defeituosos no lote de produção.
Análises de falhas
Análises de falha independentes concluíram que os resistores de chip rachados foram devido a falhas de flexão/tração. Não houve causa raiz clara ou defeito visível que identificasse o local de início da fissura. Ambos os resistores exibiram uma trinca única e reta ao longo do eixo curto (perpendicular ao eixo longo), indicando uma falha por flexão/tração sem torção.
As assinaturas de danos não são consistentes com a fadiga cíclica, provavelmente descartando a falha por fadiga durante a vibração. Além disso, a microscopia óptica e eletrônica de varredura (MEV) independente do NESC, Figura 2, de ambos os resistores não identificou nenhum local claro de falha para o início e progressão do dano por fadiga; portanto, a possibilidade de resistores defeituosos, bem como vibração de fadiga como causa raiz, torna-se improvável.
Causa Conclusões
Nenhuma causa raiz direta foi identificada, mas os fatores que contribuem para uma maior consideração de projeto necessária para componentes cerâmicos de grande porte localizados perto das bordas de uma placa de circuito impresso que podem levar a rachaduras por tensão devido ao arco/torção da fabricação ou instalação da placa de circuito impresso incluem:
Diretrizes para montagem de componentes de corpo cerâmico em placas de circuito impresso
As seguintes diretrizes devem ser consideradas, dada a experiência recente.
Referências
1. Resistor MIL-PRF-55342, Chip, Fixo, Filme, Confiabilidade Não Estabelecida, Confiabilidade Estabelecida, Nível de Espaço
2. Resistor MIL-PRF-55342/9, fixo, filme, chip, confiabilidade não estabelecida, confiabilidade estabelecida, nível de espaço, estilo RM2512
3. MIL-STD-202 Método 218 Placa Flex