Jak zvýšit spolehlivost elektroniky v intenzivně korozivním prostředí

Podle zkušebních předpisů jsou možné tyto typy testů: zkoušky s jednotlivými plyny; zkoušky s jednotlivými plyny v sérii nebo zkoušky smíšeného proudění plynu, kde koncentrace jsou podobné skutečným podmínkám v atmosféře. Typická průmyslová atmosféra se skládá z různých škodlivých látek: oxid siřičitý (0,1–1 ppm), sirovodík (0,01 – 0,1 ppm), oxid dusnatý a oxid dusičitý (0,01–0,1 ppm), chlor, chlorovodík (0,01 – 0,1 ppm), ozón (0,05 – 0,5 ppm), amoniak (0,01–0,05 ppm), formaldehyd (cca 0,02 ppm), oxid uhelnatý (2–100 ppm) a prach 0,1 (mg/m3).

V průmyslových atmosférách jsou typickými škodlivými plyny tzv. oxidy dusíku a oxidy síry, při čemž existuje mnoho sloučenin dusík-kyslík. S výjimkou oxidu dusného reagují s vodou nebo vlhkostí v atmosféře a vytvářejí různé kyseliny. Díky tomu mají dráždivý a toxický účinek na sliznice a napadené materiály. V případě oxidů síry se jedná především o oxid siřičitý (SO₂) a v menší míře oxid sírový (SO₃). Oba oxidy síry tvoří kyseliny ve vodných roztocích – kyselinu siřičitou (H₂SO₃) a kyselinu sírovou (H₂SO₄). Obě kyseliny přispívají k okyselení povrchových vod a odumírání lesů. Sirovodík se přidává do směsných proudících plynů, protože je korozivní pro stříbrné materiály. Chlorové ionty zase simulují pobřežní nebo námořní klima.

Protože elektronika musí pracovat i v drsných okolních podmínkách, je důležité zajistit, aby jim dokázala odolávat po určitou stanovenou dobu. Jak již bylo zmíněno, pro elektroniku je známo několik různých testů odolnosti korozivním plynům. Standard ISA-71.04-2013 ustanovuje odolnost průmyslové atmosféry přes korozivní reakci na měď a stříbro. Např. studie od Peterse popisuje schopnost konformních laků ELPEGUARD® chránit elektroniku v těžkých korozivních prostředích. Pro zkoušku MFG (mixed flowing gas) byly vybrány různé typy konformních laků, aby se zjistilo, které nabízí nejlepší ochranu.

Zkouška na proudění směsných plynů (MFG) a izolační odolnost proti vlhkosti (MIR)

Následující testování MFG a MIR provedla akreditovaná zkušební laboratoř IST (Integrated Service Technology Inc., Taiwan) na základě standardů ISA-71.04-2013 a MIL-STD-202G. Norma ISA-71.04-2013 má varianty, jako je JEIDA-29-1990 (Japonsko) a Mezinárodní elektrochemická komise (IEC), IEC 60654-4 (1987-07). Všechny tyto standardy charakterizují provozní prostředí z hlediska jejich celkového korozního potenciálu.

Podle standardu ISA lze korozní potenciál látek znečišťujících ovzduší na elektronických sestavách rozdělit na různé úrovně závažnosti. Zkušební substráty se testují po dobu 30 dnů, měření a vyhodnocení se provádí pomocí coulometrické redukční analýzy. V závislosti na výsledku (měřeno v angstromech [Å] za měsíc) je prostředí klasifikováno jako G1 – mírné až GX – závažné.

Tab. č. 1: třídy koroze popisující žíravost průmyslové atmosféry a její agresivní reakci na měď a stříbro.

Odolnost proti izolaci vlhkosti (MIR) podle na MIL-STD-202G

Dále byla testována odolnost proti vlhkosti a izolaci, aby se změřil vliv drsných podmínek koroze na elektrickou izolaci konformních laků. Do testovací komory pro plyn byly také umístěny lakované substráty. Všechny oblasti Y (červeně orámované na obrázku 1) byly testovány na odolnost proti vlhkosti dle MIL-I-46058C, MIL-STD-202G.

Obr. č. 1: Zkušební nosiče – kovový kupón pro zkoušku směsného průtoku plynu (MFG) (vlevo) a deska IPC-B-25A pro zkoušku vlhkosti a izolační odolnosti (MIR) (vpravo)

Výsledky testu MFG

Klasifikace úrovně závažnosti byla pro provedený test MFG ISA-71.04 GX. Jedním testovacím vzorkem byla čistá kovová fólie bez lakovaného materiálu, aby se ověřilo, zda úroveň závažnosti může dosáhnout úrovně ISA-71.04 GX. Průměrná celková rychlost koroze nelakovaného zkušebního nosiče byla 8 767 angströmů za měsíc pro stříbro a 2 580 angströmů za měsíc pro měď. Měření míry koroze potvrdilo, že test MFG vystavil vzorky prostředí výrazně nad minimálním požadavkem (> 2 000 angströmů za měsíc) pro hodnocení ISA-71.04 GX (závažné). I v tomto náročném prostředí vykazovaly všechny testované laky ELPEGUARD® vynikající ochranu před korozivními plyny.

Tab. č. 2: Míra koroze Ag a Cu u povlaků ELPEGUARD®

Všechny konformní laky ELPEGUARD® vykazovaly významnou ochranu kovu proti korozivním plynům a vlhkosti, přičemž ELPEGUARD® Twin-Cure® DSL 1600 E-FLZ/75 a ELPEGUARD® SL 1301 ECO-BA-FLZ/23 měly nejnižší tendenci ke korozi. Předpokládá se bezporuchový provoz po dobu více než 10 let. Jak se provozní podmínky pro elektroniku stávají stále více kritickými, bude aspekt korozní odolnosti konformních laků i nadále důležitým problémem při posuzování jejich spolehlivosti.