Corrosion électrochimique des pistes de PCB : Pourquoi cela se produit et comment le prévenir

Corrosion électrochimique sur une borne de batterie

Le plus souvent, lorsqu’un téléphone cellulaire tombe dans l'eau, on se dépêche de sécher l'extérieur du téléphone, de retirer la pile et de le mettre au fond d’un sac de riz.. Le mythe veut que le riz, très hydrophile, attire l’eau qui est à l'intérieur du téléphone, et sauve la vie de ses précieux circuits électroniques, votre argent et votre équilibre mental.

Ce que les gens ne réalisent pas, c'est que le simple fait de sécher le téléphone n'est pas une vraie solution. L'infiltration d'eau peut provoquer un court-circuit instantané, qui détruit immédiatement le téléphone. Mais si l'appareil continue de fonctionner, la corrosion s'accumulera avec le temps. Les appareils électroniques commencent à se corroder dès qu'ils sont mouillés, et cette corrosion continue pendant leur utilisation. Cette corrosion est la cause principale des défaillances de ces appareils.

Si vous avez suivi des cours de chimie, vous vous souvenez probablement que les différents matériaux et revêtements s’oxydent à des vitesses différentes lorsqu'ils sont exposés à l'environnement. L'humidité de l'air, un contact direct avec l'eau ou une solution d'électrolyte comme la Gatorade (ou autre boisson gazeuse et sucrée) peut induire le début de la corrosion des pistes de PCB... Plusieurs mécanismes de corrosion peuvent dégrader les performances de l'appareil ou provoquer sa défaillance définitive.

Défaillance par corrosion électrochimique

Il existe deux mécanismes primaires de corrosion électrochimique : galvanique et électrolytique. La corrosion galvanique se produit lorsque deux métaux différents sont mis en contact électrique par un liquide ionique ou une solution électrolytique. Il existe une différence de tension naturelle entre les deux métaux (appelée "potentiel d'électrode"). Le courant circule vers le métal le plus résistant, et le métal le plus résistant se corrode plus rapidement.

Ce type de corrosion se produit généralement au niveau des connexions électriques entre les composants et les pistes. La corrosion commence dès que l'humidité ou un autre liquide entre en contact avec la connexion électrique. Les PCB dans les environnements industriels, les environnements humides ou autres environnements extrêmes sont très sensibles à cette forme de corrosion.

Water drops on PCBs Gouttes d’eau sur des PCB favorisant la corrosion électrochimique

Gouttes d’eau sur des PCB favorisant la corrosion électrochimique

La corrosion électrolytique se produit lorsque des pistes voisines sont contaminées par un liquide ionique ou une solution électrolytique. De petits éclats commencent à se former entre les deux pistes. Si le contaminant est de l'eau, des oxydes et hydroxydes métalliques commencent à se former sur le métal exposé.

Si deux pistes sont très proches l'une de l'autre, il d’autant plus possible que les éclats relieront les deux pistes et provoqueront un court-circuit. Ce court-circuit peut désactiver un bloc fonctionnel du circuit imprimé. Si la corrosion se développe entre des lignes d'alimentation et de mise à la terre, elle pourrait désactiver la totalité de l'appareil.

Outre les pistes proches les unes des autres, le cuivre qui est adjacent à un plan de masse en surface peut se corroder lorsqu'il est exposé à une contamination ionique ou environnementale. En présence d'halogènes, le cuivre se transforme en composés d'halogénure de cuivre lorsque les gaz halogènes interagissent avec la surface du cuivre exposé, provoquant au fil du temps l'accumulation de piqures de corrosion. Après le brasage, tout cuivre exposé doit être nettoyé et revêtu pour prévenir la corrosion contre les halogènes.

Corrosion par résidus de flux

Les résidus de flux laissés par le brasage ont été une cause majeure de corrosion depuis la première utilisation du flux. Le flux de soudure joue un rôle extrêmement important car il combat l'oxydation pendant le brasage. En fait, le flux réduit les oxydes métalliques qui se forment sur le contact électrique soudé à cause de la chaleur. Le flux améliore également l’adhérence du cordon de soudure sur les pastilles de soudure.

Les anciens flux contiennent des produits chimiques corrosifs comme le chlore, et les résidus ont dû être enlevés après le brasage. Les nouveaux flux utilisent des acides organiques qui se décomposent à haute température. En général, ce problème n'intervient pas lorsque le soudage par refusion est utilisé. Dans ce cas, aucun résidu ne devrait poser de problème. Mais avec la soudure à la vague, le flux de soudure est moins susceptible d'atteindre la température requise pour décomposer les acides. Tout résidu de flux est acide et très corrosif.

Soldering iron and other equipment for soldering electronic boards Fer à souder, matériaux de circuit imprimé et autres équipements de soudage pour PCB

Fer à souder, matériaux de circuit imprimé et autres équipements de soudage pour PCB

Prévenir la corrosion sur vos PCB

Le cuivre et d’autres métaux communs se corrodent assez facilement, tandis que les métaux nobles et certains alliages sont très résistants à la corrosion. Certains fabricants peuvent fabriquer des pistes de PCB avec de l’or ou un alliage d’or-nickel. Évidemment, le coût d'utilisation d'un métal précieux comme l'or augmente le coût de votre PCB, et de nombreuses règles de conception qui sont utilisées pour les pistes de cuivre ne sont plus valables. L'or est toujours utile car il est un bon conducteur et il est utilisé dans de nombreux appareils à faible courant.

La prévention de la corrosion peut aussi être simple. Il suffit de protéger les surfaces de cuivre exposées avec un revêtement approprié. Les revêtements époxy, les revêtements en aérosols et les masques de soudure sont tous des barrières efficaces contre l'oxydation et la corrosion. Si vous choisissez un revêtement, il doit résister à toutes les exigences thermiques, en particulier sur les cartes exposées à de hautes températures de fonctionnement. Il faut de l'expérience pour savoir où appliquer les revêtements. Parfois, vous ne pouvez pas savoir quels composants se corroderont avant qu'ils se corrodent réellement.

Quelles que soient les solutions que vous choisissez pour lutter contre la corrosion dans votre PCB, les outils CAO/FAO intégrés dans Altium Designer 20 vous donnent la puissance de conception dont vous avez besoin. Vous pouvez télécharger une version d'évaluation gratuite et découvrir si Altium Designer vous convient. Prenez le temps de vous informer et discutez avec un expert Altium.

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