PCB-Leiterbahnkorrosion: Wie es dazu kommt und wie man es verhindern kann

Corrosion at a battery terminal Leiterbahnkorrosion an einer Batterieklemme

Leiterbahnkorrosion an einer Batterieklemme

Wenn einem das Handy ins Wasser fällt, trocknet man in der Regel schnell seine Oberfläche ab, entfernt die Batterie und steckt das Telefon in einen Sack Reis. Es heißt, dass der Reis das Wasser aus dem Inneren des Handys aufsaugt und damit die wertvolle Elektronikschaltung des Geräts sowie das Geld und letztlich den Verstand seines Inhabers rettet.

Die meisten Menschen verstehen jedoch nicht, dass es nicht ausreicht, sein Handy einfach nur zu trocknen. Das Eindringen von Wasser kann für einen Kurzschluss sorgen, der das Telefon unmittelbar und unwiderruflich beschädigt. Wenn das Gerät jedoch nicht direkt kaputt geht, setzt mit der Zeit die Korrosion ein. Elektronische Geräte korrodieren, wenn sie feucht werden, und dieser Vorgang setzt sich auch fort, so lange sie in Betrieb sind. Wenn ein Gerät nicht mehr funktioniert, ist dies in vielen Fällen auf die Korrosion zurückzuführen.

Wenn wir uns an den Chemieunterricht in der Schule zurückerinnern, fällt uns ein, dass unterschiedliche Materialien und Überzüge unter gewissen Bedingungen unterschiedlich korrodieren. Luftfeuchtigkeit oder direkter Kontakt mit Wasser oder einer Elektrolytlösung wie Gatorade kann dazu führen, dass die elektrischen Leiterbahnen der Leiterplatte korrodieren. Es gibt eine Vielzahl verschiedener Korrosionsmechanismen, die für die Leistungsschwächung eines Geräts verantwortlich sind oder dafür sorgen, dass dieses unmittelbar ausfällt.

Defekt durch elektrochemische Korrosion

Es gibt zwei vorrangige elektrochemische Korrosionsmechanismen: Galvanisch und elektrolytisch. Es kommt zur galvanischen Korrosion, wenn zwei unterschiedliche Metalle in Gegenwart einer ionisch flüssigen oder elektrolytischen Lösung eine elektrische Verbindung eingehen. Die beiden Metalle verfügen über eine natürliche Spannungsdifferenz („Elektrodenpotenzial“ genannt). Dadurch fließt der Strom auf das widerstandsfähigere Metall zu und dieses korrodiert schneller.

Diese Art von Korrosion erfolgt meist bei elektrischen Verbindungen zwischen Komponenten und Leiterbahnen. Die Korrosion setzt ein, sobald Feuchtigkeit oder eine andere Flüssigkeit mit der elektrischen Verbindung in Kontakt kommt. Leiterplatten unter industriellen Bedingungen, feuchten Bedingungen oder anderen extremen Bedingungen sind dieser Form von Korrosion besonders stark ausgesetzt.

Water drops on PCBs Wie Sie eine PCB-Korrosion verhindern trotz Wassertropfen auf Leiterplatten

Wie Sie eine PCB-Korrosion verhindern trotz Wassertropfen auf Leiterplatten

Die elektrolytische Korrosion tritt ein, wenn beieinanderliegende Leiterbahnen durch eine ionische Flüssigkeit oder elektrolytische Lösung verunreinigt werden. Dann entstehen kleine Splitter zwischen den zwei Leiterbahnen. Wenn es sich bei der Verunreinigung um Wasser handelt, beginnen sich Metalloxide oder Hydroxide auf dem freiliegenden Metall zu entwickeln.

Wenn zwei beieinanderliegende Leiterbahnen auf einer Leiterplatte sich in unmittelbarer Nähe voneinander befinden, besteht die Möglichkeit, dass die Splitter die zwei Leiterbahnen überbrücken und damit einen Kurzschluss verursachen. Dieser Kurzschluss kann einen bestimmten funktionalen Block der Leiterplatte zerstören. Wenn die Korrosion zwischen anliegenden Strom- und Masseleitungen entsteht, kann das gesamte Gerät defekt sein.

Abgesehen von beieinanderliegenden Leiterbahnen kann Kupfer, der sich neben einer Oberflächengrundplatte befindet, korrodieren, wenn er ionischer oder umgebender Verschmutzung ausgesetzt ist. Kupfer wandelt sich in Gegenwart von Halogenen in eine kupferhalogenide Verbindung um, da Halogengase mit der Oberfläche des freiliegenden Kupfers interagieren und mit der Zeit die Entstehung von winzigen Vertiefungen verursachen. Nach dem Verlöten sollten alle freiliegenden Kupferflächen gereinigt und beschichtet werden, um Korrosion zu vermeiden, wenn die Platine in ihrer Umgebung Halogenen ausgesetzt sein wird.

Korrosion durch Flussmittelrückstände

Durch das Verlöten entstehende Flussmittelrückstände stellen seit jeher einen der Hauptgründe für Korrosion dar. Lötflussmittel sind beim Verlöten von großer Bedeutung, da sie während des Vorgangs die Oxidation unterbinden. Das Flussmittel reduziert die Metalloxide, die sich aufgrund der Hitze am verlöteten elektrischen Kontakt bilden. Das Flussmittel verbessert außerdem die Befeuchtung von Lötperlen zu Lötkontaktstellen.

Älteres Flussmittelmaterial enthält korrosive Chemikalien wie Chlor, deren Rückstände nach dem Verlöten entfernt werden müssen. Neuere Flussmittel verwenden organische Säuren, die sich bei hohen Temperaturen zersetzen. Dies stellt in der Regel kein Problem dar, wenn Komponenten mit der Reflow-Methode verlötet werden. Auch Rückstände fallen dann nicht negativ auf. Beim Wellenlöten hingegen ist es unwahrscheinlicher, dass das Lötflussmittel die benötigte Temperatur erreicht, um die Säuren zu zersetzen. Die Flussmittelrückstände sind säurehaltig und daher höchst korrosiv.

Über den Autor

Altium Designer

PCB Design Tools for Electronics Design and DFM. Information for EDA Leaders.

Dieser Website ist leer! Weitere Inhalte von Altium Designer
Vorheriger Artikel
So verwendet man Schaltplan-CAD-Zeichnungen zum PCB-Kabeldesign: Teil 2
So verwendet man Schaltplan-CAD-Zeichnungen zum PCB-Kabeldesign: Teil 2

Erstellen Sie Komponenten für CAD-Zeichnungen zum PCB-Kabeldesign. Teil 2 unserer Altium-Blog-Reihe verrät ...

Nächster Artikel
So verwendet man Schaltplan-CAD-Zeichnungen zur Kabelanordnung: Teil 1
So verwendet man Schaltplan-CAD-Zeichnungen zur Kabelanordnung: Teil 1

Entwerfen Sie CAD-Zeichnungen zur PCB-Kabelanordnung. In Teil 1 unseres Altium-Blogs erläutern wir das Kabe...