Corrosione della traccia nel PCB: Perché si verifica e come prevenirla

Corrosion at a battery terminal

Quando il telefonino cade in acqua, le persone si affrettano ad asciugare la sua superficie, rimuovere la batteria e inserirlo in un sacchetto di riso. Si dice che il riso sia in grado di assorbire l’acqua, salvando così il prezioso circuito elettronico, il vostro portafoglio e la vostra salute mentale.

Quello che le persone non sanno è che asciugare semplicemente il telefono non basta. L’infiltrazione dell’acqua causa il cortocircuito, danneggiando irrevocabilmente il telefono. Se ciò non accade, la corrosione si accumulerà nel corso del tempo. I dispositivi elettronici si corrodono quando si bagnano e questo processo continua anche durante il loro funzionamento. Di solito, è proprio questa la causa del guasto.

Se avete seguito lezioni di chimica all’università, probabilmente ricorderete che materiali e placcature differenti si corrodono a velocità diverse in determinate condizioni. L'umidità dell'aria o il contatto diretto con l'acqua o una soluzione elettrolitica, come il Gatorade, può provocare la corrosione delle tracce elettriche dei PCB. Ci sono diversi meccanismi di corrosione che deteriorano le prestazioni del dispositivo o ne causano il completo malfunzionamento.

Guasto da corrosione elettrochimica

Esistono due principali meccanismi di corrosione elettrochimica: galvanica ed elettrolitica. La corrosione galvanica si verifica quando due metalli differenti sono a contatto elettrico con un liquido ionico o una soluzione elettrolitica. Vi è una differenza di tensione naturale fra i due metalli, nota come “tensione di elettrodo”. Di conseguenza, la corrente fluisce verso il metallo più resistente che è soggetto a corrodersi più velocemente.

Questo tipo di corrosione si verifica tipicamente nei collegamenti elettrici tra componenti e tracce. La corrosione ha inizio quando l’umidità o altri liquidi entrano a contatto con il collegamento elettrico. I PCB sono altamente suscettibili a questa forma di corrosione in ambienti industriali, umidi o estremi.

Water drops on PCBs

La caduta di acqua sui PCB è una delle cause della corrosione elettrochimica

La corrosione elettrolitica avviene quando tracce adiacenti sono contaminate da liquido ionico o soluzione elettrolitica. Iniziano così a formarsi piccoli frammenti fra le due tracce. Se l’inquinante è l’acqua, gli ossidi e gli idrossidi metallici  inizieranno a svilupparsi sul metallo esposto.

Se due tracce in un circuito stampato sono adiacenti, vi è la possibilità che i frammenti le colleghino generando un cortocircuito. Quest’ultimo può disattivare un determinato blocco funzionale nel vostro PCB. Se la corrosione avviene fra due linee elettriche e di terra adiacenti, può disattivare l’intero dispositivo.

Oltre alle tracce vicine, il rame adiacente ad un piano di terra superficiale può corrodersi se esposto a contaminazione ionica o ambientale. In presenza di alogeni, il rame si trasforma in composti di alogenuri di rame, poiché i gas alogeni interagiscono con la superficie del rame esposto, causando nel tempo l'accumulo di minuscole cavità. Dopo la saldatura, tutto il rame esposto deve essere pulito e rivestito per evitare la corrosione se la scheda è esposta ad alogeni nel suo ambiente.

Corrosione da residuo di flusso

I residui di flusso avanzati dalla saldatura sono una delle principali cause di corrosione. Il flusso di saldatura è estremamente importante perché contrasta l’ossidazione durante il processo di saldatura. Il flusso riduce gli ossidi metallici che si formano sul contatto elettrico saldato a causa del calore. Inoltre, migliora anche l'umidificazione dei cordoni di saldatura sui pad di saldatura.

I materiali di flusso più vecchi contengono sostanze chimiche corrosive, come il cloro, e residui che devono essere rimossi dopo la saldatura. I flussi più recenti usano acidi organici che si decompongono ad alte temperature. Quando i componenti vengono saldati con saldatura di riflusso di solito non rappresenta un problema. Anche i residui rimanenti non dovrebbero generare ostacoli. Tuttavia, con la saldatura a onda è meno probabile che il flusso raggiunga la temperatura prevista per decomporre gli acidi. I residui di flusso rimanenti sono acidi e altamente corrosivi.

Soldering iron and other equipment for soldering electronic boards

 Saldatore e altre apparecchiature per la saldatura di schede elettroniche. I residui di saldatura possono essere causa di corrosione elettrochimica

Prevenire la corrosione nel vostro PCB

Il rame e altri metalli di base si corrodono piuttosto facilmente, mentre i metalli nobili e alcune leghe sono altamente resistenti alla corrosione. Alcuni produttori utilizzano oro o leghe di nichel-oro per la posa di tracce PCB. Ovviamente, utilizzare un metallo prezioso come l'oro aumenta il costo del PCB e molte delle regole di progettazione utilizzate per le tracce di rame non saranno più applicabili. L'oro è ancora utile in quanto è un buon conduttore ed è stato utilizzato in molti dispositivi a bassa corrente.

Prevenire la corrosione può essere semplice come applicare un rivestimento su aree di rame esposte. I rivestimenti epossidici, spray aerosol e maschere di saldatura sono un'efficace protezione contro l'ossidazione e la corrosione. Quando si utilizza un rivestimento, deve soddisfare tutti i requisiti termici dei circuiti stampati esposti ad alte temperature. Identificare dove applicare i rivestimenti richiede esperienza. A volte, non si sa quali componenti di una scheda possono corrodersi fino a quando non avviene la corrosione.

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