Вичерпний посібник із запобігання корозії друкованої плати

Печатні плати є основними компонентами сучасної електроніки, забезпечуючи магістраль для підключення та підтримки електронних елементів у різних пристроях. Однак корозія є основною загрозою для друкованих плат, що потенційно може призвести до несправності або відмови. Розуміння причин і стратегій запобігання корозії друкованих плат має важливе значення для підтримки довговічності та функціональності пристрою. Цей посібник досліджує причини, типи, методи очищення та заходи профілактики корозії друкованих плат, пропонуючи цінну інформацію для професіоналів з електроніки.

Розуміння корозії друкованих плат

Корозія – це процес окислення, під час якого кисень зв’язується з металом, викликаючи іржу та руйнування. Враховуючи, що друковані плати складаються переважно з металу та піддаються впливу кисню, вони з часом піддаються корозії.

Метали та корозійна стійкість

Метали, які використовуються в друкованих платах, відрізняються за стійкістю до корозії. Деякі метали відрізняються високою стійкістю, а інші більш схильні до корозії. Ось розбивка:

Благородні метали (висока стійкість)

• графітовий
• Gold
• срібло
• Мідно-нікелевий сплав

Недорогоцінні метали (дуже чутливі)

• Покрита жерсть
• Вести
• Мідь
• Покритий нікель

Типи корозії друкованих плат: детальний аналіз і рішення

Розуміння різних типів корозії, які можуть впливати на друковані плати (PCB), має вирішальне значення для ефективної профілактики, обслуговування та довгострокової надійності електронних пристроїв. Нижче ми розглянемо різні форми корозії друкованих плат, їх причини, наслідки та стратегії пом’якшення.

Атмосферна корозія

Атмосферна корозія виникає, коли металеві поверхні на друкованій платі піддаються впливу вологи, що містить кисень, що призводить до утворення оксидів металів, особливо міді. Цей тип корозії посилюється такими забруднювачами навколишнього середовища, як діоксид сірки (SO₂) і хлор, які під час контакту з вологою можуть утворювати кислоти, що ще більше прискорює процес окислення. Корозійна мідь значно втрачає свою електропровідність, що впливає на цілісність сигналу та загальну продуктивність пристрою. Стратегії пом'якшення включають:

• Екологічний контроль: Впровадження контролю вологості та температури у виробничих і складських приміщеннях для підтримки оптимальних умов.
• Захисні покриття: Нанесення конформних покриттів, таких як акрил, поліуретан або парилен, які створюють бар’єр від вологи та забруднень. Використання стійких до корозії поверхонь, таких як Immersion Silver (ImAg), Electroless Nickel Immersion Gold (ENIG), або органічні консерванти для спаювання (OSP) для захисту відкритої міді.
• Регулярне технічне обслуговування: Проведення періодичних перевірок і очищення ізопропіловим спиртом або спеціальними засобами для очищення друкованих плат для видалення будь-яких корозійних залишків, які могли накопичитися з часом.

Гальванічна корозія

Гальванічна корозія виникає, коли два різнорідні метали знаходяться в електричному контакті в присутності електроліту, утворюючи гальванічний елемент. Це призводить до прискореної корозії більш анодного металу (менш благородного), тоді як катодний метал (більш благородний) залишається захищеним. Наприклад, коли позолочені контакти знаходяться поблизу паяних з’єднань олова і свинцю, сплав олова і свинцю кородує швидше через його анодну природу порівняно з золотом. Основні стратегії запобігання гальванічній корозії включають:

• Вибір матеріалу: Вибір металів з однаковими гальванічними потенціалами для мінімізації різниці потенціалів. Наприклад, використання нікелю замість олова в поєднанні з золотом.
• Бар'єрні шари: Нанесення діелектричних покриттів або використання ізоляційних матеріалів, таких як поліімідні плівки, щоб запобігти прямому контакту метал-метал.
• Оптимізація дизайну: Забезпечення належного дренажу та уникнення щілин, де можуть накопичуватися електроліти, тим самим зменшуючи утворення гальванічних елементів. Використання методів проектування, таких як намет для покриття відкритої міді.

Електролітична корозія

Електролітична корозія, також відома як дендритне зростання, передбачає утворення провідних металевих ниток (дендритів) між сусідніми слідами друкованої плати через присутність іонних забруднень і вологи. Цей процес може бути спричинений напругою зміщення, що прикладається до слідів, що спричиняє міграцію іонів металу (наприклад, срібла, міді) та утворення містків, що призводить до короткого замикання. Профілактичні заходи включають:

• Чисті виробничі процеси: Забезпечення суворих стандартів чистоти під час виготовлення друкованих плат для усунення іонних забруднень. Це включає використання деіонізованої води для промивання та підтримки чистого середовища в приміщенні.
• Покращене прибирання: Впровадження процесів ретельного очищення після складання з використанням ультразвукових очищувачів і спеціальних засобів для видалення флюсу для видалення будь-яких залишків флюсу та інших забруднень.
• Конформне покриття: Нанесення конформних покриттів, таких як силікон, епоксидна смола або уретан, для створення захисного бар’єру від проникнення вологи та іонного забруднення. Використання більш товстих покриттів або кількох шарів у друкованих платах високої щільності з’єднань (HDI).

Фретингова корозія

Фретингова корозія виникає через повторювані мікрорухи між контактними поверхнями, такими як паяні перемикачі або інтерфейси роз’ємів. Цей рух зношує захисні оксидні шари, піддаючи метал під окисним пошкодженням. З часом це може призвести до утворення непровідних оксидів, збільшення контактного опору та остаточного виходу з ладу механічних перемикачів і роз’ємів. Щоб пом'якшити фреттинг-корозію:

• Використання мастильних матеріалів: Застосування антикорозійних мастил, таких як електропровідні мастила або масла, для зменшення тертя та зносу. Ці мастильні матеріали також створюють захисний шар від окислення.
• Зміцнення матеріалу: Використання твердіших матеріалів або обробки поверхні, як-от гальванічне покриття твердішими металами, такими як золото чи паладій, для підвищення стійкості до зношування та зменшення фреттингу.
• Зміни дизайну: Зведення до мінімуму відносного руху в конструкції завдяки використанню надійних механічних кріплень і забезпеченню надійних циклів сполучення. Впровадження сумісних конструкцій штифтів для поглинання вібрації та зменшення мікроруху.

Якщо ця вимога впливає на постачання або випуск продукції, порівняйте її з виробництвом алюмінієвих друкованих плат та виготовленням спеціалізованих друкованих плат з низькими втратами ламінованих друкованих плат, перш ніж надсилати остаточні файли на розгляд.

Очищення корозійних друкованих плат

Якщо друкована плата піддається корозії, очищення може відновити її функціональність. Для цього процесу потрібні елементарні побутові речі та фундаментальне розуміння електроніки, щоб уникнути пошкодження плати.

Необхідні матеріали

• Харчова сода: Ефективний для нейтралізації корозії завдяки своїй лужності та абразивності.
• Деіонізована вода: Запобігає подальшому пошкодженню через відсутність іонів.
• Побутовий засіб для чищення: Засіб без фосфатів ідеально підходить для видалення бруду та корозії.
• Щітка з м’якою щетиною: Зубна щітка або пензлик добре підходить для чищення делікатних компонентів.
• Рушник без ворсу: Мікрофібра або інші безворсові тканини сушать дошку, не залишаючи частинок.
• Піч: Використовується для сушіння друкованої плати непрямим нагріванням.

Етапи чищення

1. Запишіть макет друкованої плати: Робіть детальні нотатки або знімки для правильного складання.
2. Розберіть друковану плату: Відокремте плату від кабелів і мікросхем для ретельного очищення.
3. Нанесіть пасту з харчової соди: Змішайте харчову соду з деіонізованою водою до утворення пасти. Протріть корозійні ділянки щіткою та дайте дошці висохнути перед промиванням.
4. Використовуйте побутові миючі засоби: Збризніть корозійні частини миючим засобом, знову почистіть і висушіть.
5. Сушити в духовці: Розігрійте духовку до 170°F, вимкніть її та помістіть друковану плату всередину для висихання.
6. Зберіть і перевірте: Зберіть плату та перевірте її працездатність. За потреби скористайтеся ластиком, щоб видалити залишки корозії.

Запобігання корозії друкованої плати

Запобігання корозії є ключовим фактором продовження терміну служби друкованих плат. Хоча повністю уникнути корозії неможливо, певні заходи можуть значно затримати її.

Основні профілактичні заходи

• Уникайте іонного забруднення: Тримайте друковані плати та їх компоненти чистими та сухими, щоб запобігти впливу іонної вологи.
• Виробничі практики: Виробникам слід уникати відбитків пальців або рідин на друкованих платах і виробляти їх у контрольованому середовищі.
• Особливості дизайну: Запобігайте накопиченню вологи на відкритих провідниках, особливо в середовищах, схильних до впливу рідини.

Додаткові захисні заходи

• Конформне покриття: Нанесення захисного покриття захищає ПХБ від забруднювачів навколишнього середовища.
• Інкапсуляція: Покриття друкованих плат захисними матеріалами забезпечує додатковий захист від вологи та корозійних речовин.
• Екологічний контроль: Підтримуйте контрольоване середовище під час виробництва та зберігання друкованих плат, щоб мінімізувати ризики корозії.

Висновок

Розуміння та пом’якшення корозії друкованої плати має важливе значення для забезпечення довговічності та надійності електронних пристроїв. Впровадження передових профілактичних заходів, таких як контроль навколишнього середовища, захисні покриття, вибір матеріалів і дотримання суворих стандартів чистоти під час виробництва, може значно знизити ризик збоїв, пов’язаних з корозією. Регулярне технічне обслуговування, періодичні перевірки та застосування найкращих практик проектування додатково забезпечують стабільну роботу друкованих плат у різних умовах експлуатації. Вирішуючи ці проблеми за допомогою спеціальних знань і методів, цілісність і функціональність електронних пристроїв можна зберегти протягом тривалого терміну служби.