Dlaczego warto zabezpieczać PCB przed korozją ?

Korozja to proces degradacji materiałów jaki zwyczajowo kojarzymy z metalami żelaznymi. Najczęstszym jej objawem z jakim mamy do czynienia w najbliższym otoczeniu są tlenki i wodorotlenki żelaza na konstrukcjach stalowych potocznie zwanymi "rdzą". Metale żelazne to nie jedyne materiały jakie nieodpowiednio zabezpieczane przegrywają walkę z czasem i czynnikami zewnętrznymi. Zjawisko korozji dotyczy również miedzi, powszechnie stosowanej w elektronice.

Miedź to pierwiastek który w temperaturze pokojowej jest odporny na działanie suchego powietrza, lecz w powietrzu wilgotnym pokrywa się malachitowym nalotem zwanym "patyną szlachetną". W czystym powietrzu atmosferycznym, patynę tworzy zasadowy węglan hydroksomiedzi(II) - [Cu(OH)]2CO3, będący bardzo dobrą powłoką pasywacyjną zabezpieczająca przed dalszą korozją. Niestety żyjemy w czasach, w których do atmosfery emitowane sa ogromne ilości zanieczyszczeń, w tym dwutlenku siarki, bedącego produktem obocznym spalania paliw kopalnych. W atmosferze zanieczyszczonej dwutlenkiem siarki, w skład patyny wchodzi również zasadowy siarczan hydroksomiedzi(II) - [Cu(OH)]2SO4, który nie stanowi już ochrony przed dalszą korozją. Proces patynowania zachodzi bardzo powoli jednak skutecznie pogorsza właściwości elektryczne miedzi.

Kolejnym rodzajem korozji miedzi, który zachodzi zdecydowanie szybciej, jest korozja tlenkowa, wynikająca z zachodzących w podwyższonej temeraturze reakcji utleniania. Tlenki miedzi, w zależności od stopnia utlenienia, tworzą naloty o różnych barwach. Tlenek miedzi w pierwszym stopniu utlenienia - tlenek miedzi(I) - Cu2O, w przyrodzie występuje jako minerał o nazwie kupryt i przyjmuje barwę mocno czerwoną. Tlenek miedzi w drugim stopniu utlenienia - tlenek miedzi(II) - CuO i przyjmuje barwę czarną. Tlenki miedzi powstające na powierzchni ścieżek drukowanych i podobnie jak w przypadku patyny, pogarszają właściwości kontaktowe i lutownicze wierzchniej wartstwy miedzi, doprowadzając amatora elektroniki do szewskiej pasji. Tlenki miedzi same w sobie nie są groźne, lecz w pewnych przypadkach, stanowią swoistą pożywkę w procesach korozyjnych, potocznie zwanych "Trądem Brązu".

"Trąd Brązu" to proces korozyjny, którego genezę stanowią tworzące się związki miedzi z chlorem. Początkowym stadium takiej korozji jest powstający w obecności jonów chloru szarobrunatny chlorek miedziawy - CuCl. Chlorek miedziawy pod wpływem wilgoci oraz tlenu (z powietrza lub tlenków miedzi) tworzy dwa inne chlorki: zasadowy chlorek miedziowy - CuCl2 3Cu(OH)2 oraz Chlorek miedzi(II) - CuCl2. Ten pierwszy nie jest dla metalicznej miedzi groźny, natomiast Chlorek Miedzi(II) - CuCl2, który dobrze rozpuszcza się w wodzie, rozpada się na tlenek miedzi(II) - CuO oraz kwas solny - HCl zgodnie z równaniem:

CuCl2 H2O 2HCl CuO

Kwas solny, w towarzystwie tlenu, atakuje metaliczną miedź, tworząc chlorek miedziawy CuCl i cały cykl się powtarza od początku. W rezultacie niewielka ilość chlorków wywołuje lawinowo postepującą korozję. Źródłem jonów chlorkowych mogą być: sole zawarte w pocie ludzkim (głównie Chlorek Sodu - NaCl), zanieczyszczenia atmosferyczne (chlorowodór - HCl), pozostałosci kapieli trawiących (chlorek żelaza - FeCl3, Kwas Solny - czyli rozpuszczony w wodzie chlorowodór - HCl), pozostałości agresywnych topników na bazie Chlorku Cynku - ZnCl2 znajdujących się w pastach do lutowania rur CO, a często stosowanych do pobielania ścieżek (celem ich zabezpieczenia, co w praktyce przynosi odwrotny skutek).

Niekorzystny wpływ na miedź mają również kwasy, które ją rozpuszczają. Erozję miedzi mogą powodować kwasy utleniajace, jak na przykład kwas siarkowy(IV) - H2SO3, Kwas siarkowy(VI) - H2SO4, Kwas Azotowy - HNO3, a w towarzystwie tlenu również kwasy nieutleniajce. Przykładem rozpuszczania miedzi przez kwasy nieutleniajace jest kwas solny, biorący czynny udział w "Trądzie brązu", a z dodatkiem wody utlenionej - H2O2, jest stosowany jako bardzo wydajny środek trawiący. Zdawać by się mogło, że w typowych warunakch eksploatacyjnych płytki drukowane nie mają styczności z takimi kwasami. Nic bardziej mylnego. Na teranach silnie uprzemysłowionych, stężenie tlenków siarki SO2, SO3, oraz tlenków azotu NO2, NO3, może być na tyle duże, że wpływ kwasów jakie powstają w ich połączeniu z wilgocią, jest nie bez znaczenia.

Posumowując, na powierzchnię miedzi płytek drukowanych czycha bardzo dużo niebezpieczeństw i jeśli chcemy by służyły nam one dłużej, powinniśmy zastosować stosowną ochronę. Od jakości tej ochrony, zależy jak długi będzie to okres.

Pozostaje jeszcze kwestia wyboru najodpowiedniejszej metody zabezpieczania płytek drukowanych, ale o tym opowiem w kolejnych artykułach.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Back to top