Pukotine na čip-otpornicima zbog savijanja ploča: NASA objavila smjernice nakon rijetkih kvarova

NASA je putem svog inženjerskog tijela NESC upozorila na pucanje keramičkih tijela čip-otpornika na štampanim pločama, nakon što su tokom testiranja zabilježena dva takva kvara. Pojava je rijetka, s obzirom na to da su čip-otpornici prisutni u gotovo svim NASA-inim projektima, a pucanje podloge od aluminijum-oksida tokom vibracija i termičkih ciklusa ranije gotovo nije zabilježeno.

Oba kvara desila su se na dvije identične ploče, na otpornicima smještenim na sličnim pozicijama blizu ivice ploče, tokom termičkog cikliranja nakon ispitivanja vibracijama. Otpornici su pokazivali povremene prekide strujnog kola na višim temperaturama, a kvar bi se povlačio na sobnoj temperaturi. Pukotina je u oba slučaja išla poprijeko, preko kraće ose otpornika, na sredini njegove dužine i paralelno s kontaktima, što upućuje na oštećenje usljed savijanja.

Defektivna serija isključena

Prvobitna pretpostavka bila je da je vibracija oštetila otpornike iz možda defektivne proizvodne serije, jer su oba otpornika potekla iz istog lota. Međutim, serija je ispunjavala zahtjeve nabavne specifikacije MIL-PRF-55342, a dodatna ispitivanja nisu pokazala nikakav direktn dokaz o defektivnom lotu niti o povećanom riziku od defektnih otpornika u proizvodnji.

Nezavisne analize kvarova zaključile su da je do pucanja došlo usljed savijanja i zatezanja. Nije utvrđen jasan korijenski uzrok niti vidljiv defekt koji bi označio mjesto inicijacije pukotine. Optička i elektronska mikroskopija oba otpornika nisu otkrile tragove karakteristične za umor materijala, pa je i ta mogućnost, kao i defektivnost otpornika, postala nevjerovatna.

Faktori koji su doprinijeli

Iako direktan korijenski uzrok nije utvrđen, NESC je izdvojio faktore koji povećavaju rizik kod velikih keramičkih komponenti smještenih uz ivicu ploče: orijentacija relativno velikih otpornika (kućište 2512) dužom osom paralelno s ivicom ploče, koja povećava osjetljivost na oštećenje od savijanja; višak lema koji se proširio na gornje kontaktne površine; prekomjerni momenti savijanja usljed savijanja i uvrtanja ploče; kruto pričvršćivanje ploče za okvir, koje može akumulirati i pojačati ta naprezanja; te nepovoljni obrasci zatezanja vijaka, koji mogu koncentrisati napone upravo na mjestima otpornika.

Preporuke za montažu

U biltenu NASA preporučuje da duža osa velikih keramičkih komponenti ne bude paralelna s obližnjom ivicom ploče te da se, kada takve komponente moraju biti blizu ivice, provede analiza konačnih elemenata koja dokazuje dovoljne margine napona i pomaka.

Savjetuje se i da lem ne dolazi na gornju površinu kontakata, jer takav spoj prenosi savijanje ploče direktno u keramiku, kao i da se provjere limovi lemnih spojeva u skladu s ograničenjima proizvođača. Prije ispitivanja vibracijama NASA preporučuje jedno do tri termička ciklusa s funkcionalnim ispitivanjem na višoj temperaturi, radi dokumentovanja ispravnosti komponenti nakon montaže.