Elektroniikkaa korrodoivat olosuhteet

Elektroniikkalaitteiden korroosio- ja kontaminaatiouhkan kannalta kriittisimmille olosuhteille on ominaista kastuminen ilmasta tiivistyvän tai tippuvan veden vuoksi.

Mikäli laitteen välitön ympäristö on suhteellisen pölytön ja kuiva, ilman suhteelli-nen kosteus on alle 40 %, eikä tippuvaa vettä ole, valtaosa korroosio-ongelmista

alle 40 °C lämpötiloissa jää pois tai korroosio muuttuu niin hitaaksi ettei se ennätä vaikuttaa tuotteen elinjakson aikana kovinkaan paljoa. Todellisuudessa tällaiset olosuhteet ovat ylläpidettävissä vain ilmastoiduissa sisätiloissa. Ulkona tällaisten olosuhteiden saavuttaminen on melko vaikeaa, mitä kuvastaa kuvan 1.4 säätilasto.

0 %

Tam Hel Maa Huh Tou Kes Hei Elo Syy Lok Mar Jou

Suhteellinen kosteus RH (%) Lämpötila ( °C)

Kuva 1.4. Lauhkeiden ja kylmien alueiden sääkeskiarvot eri vuodenaikoina (Keski-Eurooppa, Kanada ja Yhdysvaltojen pohjoisosa) [Gellerstedt 1995, STANAG 1980].

Kuva 1.4 esittää vallitsevaa lämpötilan ja suhteellisen kosteuden keskiarvojen jakautumista kalenterivuoden aikana lauhkeilla ja kylmillä ilmastoalueilla. Kor-roosioriskin kannalta erittäin merkittävää on havaita, että ulkoilman suhteellinen kosteus on aina yli 60 %. Vain toukokuusta elokuun loppuun esiintyy jaksoja, jolloin kosteus on keskimäärin edes alle 80 % ulkona. Trooppisilla alueilla ja me-ren läheisyydessä kosteudet ovat näitäkin korkeammalla tasolla (ks. liite 1 kohta 1.7 Ilman suhteellinen kosteus).

Kohdassa Ympäristöolosuhdestandardit on esitetty IEC:ssä standardisoidut läm-pötila- ja kosteusluokat, joita suositellaan käytettäväksi, kun määritellään laittei-den ja komponenttien ympäristöluokkia [IEC 60721-1, IEC 60721-3-9]. Jälkim-mäinen standardi luokittelee nimenomaan laitteiden sisäosissa (mikroilmastossa) vallitsevat lämpötilat ja suhteelliset kosteudet. Siinä mikroilmasto määritellään paikkana, johon komponentit on asennettu tuotteessa. Mikroilmaston kuvauksessa vain lämpötila ja kosteus on otettu huomioon.

Kuvassa 1.5 on lueteltu korroosioriskiä lisäävät olosuhteet. Ilman virtausnopeus, lämpötilan muutosnopeus sekä suhteellisen kosteuden muutosnopeus vaikuttavat osaltaan pintojen korroosio- ja kontaminoitumisnopeuteen. Laitesuunnittelija voi päätöksillään vaikuttaa myös näihin, paras tilannehan olisi korroosion kannalta, että nämä muutosnopeudet olisivat mahdollisimman hitaat ja absoluuttiset tasot mahdollisimman alhaiset.

Ilman kosteus ja kastuminen veden tiivistyessä tai valuessa

Ilman kaasut, suolat ja pölyt, virta ja jännite

Eläinsuojien päästöt

Teollisuuden ja voi-malaitosten päästöt Ihmisen eritteet ja

muut kemikaalit

Elektroniikan korrodoituminen

Mikrobit, eliöt Mekaaninen tärinä,

jännitys ja lämpöliike

Kuva 1.5. Korroosioriskiä lisäävät olosuhteet.

Vapaassa ulkoilmassa ilman epäpuhtauksien ja veden ohella huomattava lisäys korroosioriskiin tulee auringon säteilystä, mikä rappeuttaa kaikkia sille altistuvia materiaaleja. Auringon säteilyn suora haittavaikutus muovimateriaaleihin ja maa-lipintoihin on hyvin suuri verrattuna metallipinnoille kohdistuviin haittoihin.

Ilmassa olevat kaasumaiset ja ioniset aineet sekä pöly ovat levinneet pääosin suh-teellisen tasaisesti kaikkialle kaupunkimaisissa ympäristöissä. Vain hyvin suurten liikennevirtojen ja teollisuuslaitosten sekä voimaloiden läheisyydessä esiintyy huomattavasti keskiarvoja suurempia pitoisuuksia, jotka nostavat korroosioriskiä tavanomaisesta. Näin ollen korroosio- ja kontaminaatioriskit ovat yleisesti kohta-laisen tasaisesti levinneitä kaikkialle.

Luonnon omat päästöt aiheuttavat usein suuren korroosioriskin. Näistä riskin ai-heuttajista yleisin lienee merivedestä peräisin oleva suola (kloridit), joka leviää ilman kautta jopa 50 km etäisyydelle rannikoista. Toisaalta jo 250 m etäisyydellä meren rannasta ilman kloridipitoisuus voi olla vain kymmenesosa meren

välittö-mässä läheisyydessä (25 m) vallitsevasta kloridipitoisuudesta. Myrskyt saattavat joillakin alueilla aiheuttaa ajoittain erittäin voimakasta suolan ja/tai hiekkapölyn leviämistä. Esim. Arabian niemimaa on muinaista merenpohjaa, jonka vuoksi hiekka on suolaista ja näin ollen hiekkapölykin on suolaista. Samantapaisia on-gelmia aiheuttavat tulivuorten paikalliset rikkipitoiset kaasu- ja tuhkapäästöt sekä kuumavesilähteiden päästöt.

Kun ilmasta ja ihmisen toiminnasta peräisin olevat taustasaasteet vaikuttavat yh-dessä laitteen rakenteesta, materiaalivalinnoista, kuljetuksesta ja käytöstä johtu-viin riskeihin, syntyy näistä helposti yhdistelmä, joka näkyy lopputuotteen en-nenaikaisena vikaantumisena kontaminaation ja korroosion seurauksena.

Suuret lämpötilan vaihtelut, jotka ovat päivittäisiä ulko-olosuhteissa, aiheuttavat aina riskejä veden tiivistymisestä pinnoille, jolloin ilman kaasut, ja muut epäpuh-taudet yhdessä veden kanssa muodostavat pinnoille syövyttäviä yhdisteitä esim.

rikki-, typpi- ja suolahappoja, jotka sitten korrodoivat kaikkia metalleja. Myös laitteiden tilapäinen kastuminen kuljetuksen aikana taikka ihmisen toimenpitei-den vuoksi aiheuttaa melko suuren ja toistuvan riskin korroosion käynnistymiseen.

Mekaaninen tärinä ja lämpötilan vaihtelut aiheuttavat esim. liittimien uros- ja naaraskoskettimien hieroutumista toisiansa vasten. Tämä hierova liike aiheuttaa kosketinpinnoitteiden kulumista ja hiertymiskorroosiota, joka kasvattaa kontakti-resistanssia hyvinkin voimakkaasti [liite 1, kohta 2.14].

Laitteiden pakkaus- ja tehotiheyden kasvaminen on usein lisännyt jäähdytykseen käytettävän ilman kierrättämistä laitteiden sisällä, tämä lisää oleellisesti pintojen kontaminaatiota ja kaasukontakteja [Lobnig et al. 1999].

Ihmisen toimintaan läheisesti liittyvässä maataloudessa ja karjankasvatuksessa esiintyy hyvin vahvoja kaasu- ja nestemäisiä päästöjä, joista hankalimmat ovat ammoniakki ja rikkivety, joita esiintyy kanaloissa, sikaloissa ja navetoissa sekä luonnossa mätänevien kasvien läheisyydessä. Jokaiselle tuttu on keväinen vahva maan lemu, joka johtuu pääosin mätänevistä kasvinjätteistä lähtevistä rikkiyhdis-teistä. Myös ihmisen omat eritteet, kuten hiki, sylki sekä erilaiset ihonhoitoai-neet, pesuaineet sekä nautinta-aineet aiheuttavat monenlaisia vikailmiöitä laittei-siin. Ihmisen aineenvaihdunnan lopputuotteina syntyy hiilidioksidia, metaania ja aldehydejä (hengitys ja hiki). Tupakan savu sisältää erilaisia tervoja ja muita yhdis-teitä, jotka voivat aiheuttaa korroosio- ja kontaminaatio-ongelmia.

Sähköinen rasitus nopeuttaa myös korroosiota. Esim. suuri virta voi lämmittää juotosliitosta ja asteittain rappeuttaa sitä. Tiheissä johdinkuvioissa johdinten

vä-linen suuri kentänvoimakkuus lisää vuotovirtoja ja edistää kontaminoituneella pinnalla korroosiota. Mikropiireissä, joissa johdinleveydet ovat enintään muuta-mia mikrometrejä tai sen osia, voi tapahtua johdinten katkeilua metallin migratoi-tumisen vuoksi, kun virrantiheys on hyvin suuri (liite 1, kohta 4.3 Elektromi-graatio).