Korroosionestotekniikat

Kuten edellä kohdan 1 kuvassa 1.7. Korroosionhallinnan fyysiset perusperiaat-teet todettiin, korroosion ja ilmaston sietoa voidaan parantaa lukuisilla eri kei-noilla. Oleellista olisi keinovalikoimaa käytettäessä tiedostaa aluksi ne pää-periaatteet, joiden avulla voidaan rajoittaa oleellisesti ympäristön rasituksia, kun nämä on käytetty hyväksi on selvitettävä ne konkreettiset keinot, joilla esim.

komponenttilevy suojataan ja varmistetaan liitinkontaktien toimivuus. Kuvan 1.7 yleisperiaatteiden soveltamisesta voidaan poimia esimerkkeinä seuraavia keinoja parantaa korroosionsietoa.

Vikasietoisen tekniikan käyttäminen

Korroosio ja ilmasto aiheuttavat kaikissa komponenteissa ja materiaaleissa niiden ominaisuuksien muutoksia. Mikäli laite voitaisiin suunnitella siten, että se toimisi, vaikka komponenttien parametrit muuttuisivat väljissä rajoissa, sietäisivät useimmat laitteet korroosiotakin melko hyvin. Korroosiohan aiheuttaa elektronii-kassa useimmiten asteittain eteneviä pienehköjä muutoksia, jotka vaivihkaa huo-nontavat laitteen ominaisuuksia.

Jos laitteen sähköinen/mekaaninen toimivuus edellyttää hyvin pieniä toleransseja signaaleissa, vuotovirroissa taikka piirien impedanssien suuruudessa ja laadussa (kosteus vaikuttaa dielektrisyysvakioon εr ), on laite myös korroosioherkkä, kos-ka pintojen korroosio, kontaminaatiot ja kostuminen vaikuttavat metallipintojen ohella eristeidenkin pintojen sähköisiin ominaisuuksiin.

Laitesuunnittelussa tulisikin ottaa sähköisten piirien mitoitukseen mukaan nä-mä korroosiosta aiheutuvat muutokset liitosten sarjaresistansseissa (liittimet, juotokset, kytkimet), johdinten välisissä vuotovirroissa, eristysresistansseissa ja hakea näille numeeriset toleranssit, joiden perusteella informoidaan korroosio-asiantuntijoita ja komponenttivalmistajia oikeantasoisten suojausmenetelmien löytämiseksi.

Korroosioriskin kannalta sähkömekaniikka: liittimet, kytkimet, releet ja muiden komponenttien ja näyttöjen liitännät sekä piirilevyn johdinkuvio ovat usein on-gelmallisimpia alueita. Kaikkein hankalimmissa olosuhteissa, jollainen on esim.

tyypillinen pintakäsittelylaitos, sähkömekaniikkaan kohdistuvat viat, joissa kor-roosio on osatekijänä, kattavat yli puolet esiintyvistä vioista. Sähkömekaanisten liitosten, etenkin avattavien suojaamattomien liitosten, määrän minimoiminen on varteenotettava keino vähentää korroosioriskiä. Käytännön syistä joudutaan lait-teissa käyttämään avattavia sähköisiä liitoksia, esim. EMC-tiivisteitä, näyttöjen-,

näppäimistöjen- ja pistoyksiköiden liittimiä sekä ulkoisia kaapeliliittimiä, jolloin vikasietoisuus on rakennettava kehittämällä myös näiden osien korroosionsietoi-suuteen vaikuttavia ominaisuuksia.

Kaasukontaktien minimoiminen

Kaasukontaktilla tarkoitetaan tässä ilmassa olevien ainesten osumista elektro-niikkalaitteen ulko- tai sisäosien pintoihin. Kaasu- ja pölyhiukkasten osuminen pintoihin on sitä tiheämpää mitä nopeampi ilmavirtaus on ja mitä suurempi on erilaisten kaasujen ja pölyn pitoisuus ilmassa. Yksinkertaistaen tämä merkitsee sitä, että kemiallisten reaktioiden (korroosio, kostuminen) ja likaantumisen todennäköisyys on sitä suurempi mitä enemmän pinta on kosketuksissa näihin ei toivottaviin aineksiin.

Käytännön rakenteissa on todettu, että hyvinkin yksinkertainen mekaaninen ver-hous vähentää oleellisesti pintojen kontaminoitumista ja sitä kautta myös kor-roosiota ja muita pintailmiöitä. Laitteen sisällä piirilevyn toinen puoli voi olla täysin kontaminoitunut johtuen ilman epäpuhtauksista, kun katvepuoli näyttää aivan puhtaalta ja virheettömältä. Samaan tapaan kaksiosainen reunaliitin on aivan siisti sisäosiltaan, vaikka ulkopuoli olisi täysin kontaminoitunut. Selitys tähän on yksinkertaisesti kaasukontaktien vähäisyys mekaanisesti suojatussa tilassa.

Saastuneen ilman kierron ja kulun vähentäminen laitteen sisäosissa on yksi par-haita keinoja korroosion estämisessä, jos laitteen lämpötila voidaan hallita pie-nemmällä tai suljetulla ilmankierrolla. Samalla on kuitenkin muistettava kostu-misen ja kondensaation aiheuttamat ongelmat liian tiiviissä koteloissa (ks. liite 1 kohta 1.8 Kosteuden kondensoituminen pinnoille).

Yleisenä perusperiaatteena elektroniikan suunnittelussa voisi soveltaa tätä ilman kierron vähentämistä esim. käyttämällä kaksikerroksista rakennetta, jossa elekt-roniikan tiheät johdotukset ja pienet komponentit on eristetty ulkoisesta ilman kierrosta ja ainoastaan jäähdytyksessä tarvittavien osien ulkopinnat ovat alttiina voimakkaalle ilman kierrolle.

Pitemmälle vietynä tämä tarkoittaisi elektroniikan valamista johonkin inerttiin massaan, joka ei absorboi vettä, jolloin laite koostuisi pienistä paketeista, joiden jäähdytys hoidettaisiin melko vapaavalintaisin keinoin.

Koteloiden ja elektroniikan kuivana pitäminen

Laitekoteloiden sisäosat ja elektroniikkaosat tulisi pitää mahdollisimman kuivina kaikissa tilanteissa, koska veden läsnäolo lisää aina huomattavasti korroosioriskiä ja pintojen eristyksen huononemista. Suhteellisen tiivis laitekotelo on paras rat-kaisu. Ongelmat alkavatkin tästä, millaiseksi kotelo kannattaa suunnitella.

Koska koteloihin yleensä pääsee aina ulkoista ilmaa, olisi kostumisen haittojen minimoimiseksi käytettävä laitteen omaa lämpöä hyväksi laitteen pitämiseksi kuivana ja mahdollisesti sisään tunkeutuneen kosteuden poistumisen varmistami-seksi. Jos laite voitaisiin pitää aina ympäristöään lämpimämpänä, kuivana pitä-minen olisi helppoa. Laitteen sisällä kiertävä jäähdytysilma toimii luonnollisena apuna kosteuden poistamisessa, mutta jos kierto on vain niukkaan luonnolliseen konvektioon taikka tiivisteiden rakojen kautta tapahtuvaan ilmanvaihtoon perus-tuva, on varauduttava sisäisen kosteuden pitempiaikaiseen vaikutukseen ja suo-jattava sisäpinnat paremmin.

Ulko- ja sisätiloissa olisi oleellista estää ainakin laitteen sisällä tapahtuva kon-densoitumisesta johtuva veden tippuminen komponenttilevyihin tai liittimiin.

Liitosmateriaalien yhteensopivuus

Elektroniikkalaitteissa on hyvin paljon erilaisten materiaalien välisiä rajapintoja esim. piirilevyllä, johdinkuvioissa, liittimissä, kytkimissä ja mikropiireissä. Kun laite on alttiina ilmassa oleville korrodoiville aineille ja vedelle ja ilma väistämättä on aina jossain määrin kontaktissa kaikkien pintojen kanssa, tapahtuu galvaanista korroosiota aina, kun kaksi metallia ovat kosketuksissa toisiinsa. Korkea lämpötila ja kosteus kiihdyttävät näitä reaktioita.

Pienin korroosioriski kahden metallipinnan välillä on, jos ne ovat keskenään samoja.

Kun metallit ovat erilaisia, vähäisin korroosio tapahtuu sellaisten pintojen välillä, joiden sähköinen pintajännite on mahdollisimman lähellä toisiaan. Materiaaliva-linnassa voidaan käyttää avuksi mm. liitteen 1 kohdassa 1.2 Metallien sähköke-miallinen ja galvaaninen jännitesarja kuvattua jännitesarjaa. Jos materiaalit ovat tässä kaukana toisistaan, on korroosiotodennäköisyys suuri, jos ilmassa ja pin-noilla on vettä ja korrodoivia kaasuja.

Elektroniikkalaitteissa on melko vaikea välttää erilaisten materiaalien kontakteja keskenään, esim. EMC-tiivisteiden kontaktit piirilevyyn ja laitteen kuoreen ovat luonnostaan kontaktissa erilaisten metallien kanssa. Ratkaisuksi tässäkin muo-dostunee tiivistesaumojen mekaaninen suunnittelu siten, että estetään kosteuden

tunkeutuminen ainakin sauman kontaktialueen keskiosiin, vaikka reunoissa olisi-kin vedelle ja korroosiolle altis vyöhyke.

Tina-lyijyjuotteen käyttämisessä on aiheellista tarkistaa ettei piirilevyllä tai kom-ponenttien johtimissa ole esim. liian paksuja kultakerroksia, jotka tinan kanssa muodostavat rajametalliseoksia, joiden mekaaninen lujuus on heikko ja jotka lämmössä korrodoituvat nopeasti.

Eristävät pinnoitteet

Piirilevyn johdinkuvion suojaaminen kontaminaation ja kosteuden vaikutuksilta on tarpeen, kun laitteen sisällä kiertävän ilman laatuun ei voida vaikuttaa ja laite-kotelo on suhteellisen avoin. Pinnoitteet suojaavat levyjä myös mekaaniselta rasi-tukselta kokoonpanon ja huollon yhteydessä. Kuivissa oloissa pelkkä juotteenes-topinnoite antaa jonkin verran suojaa tilapäisen kostumisen aiheuttamia haittoja vastaan, vaikka se alentaakin pinnan eristysresistanssia etenkin kosteana. Tätä on käsitelty enemmän liitteen 1 kohdassa 2.17 Kosteuden ja geometrian vaikutus piirilevyn eristysresistanssiin. Vaikeisiin olosuhteisiin tarkoitetut komponenttile-vyt on aiheellista lakata jopa upottamalla ne kokonaan suojaavaan lakkaan, koska komponenttien alle johtimiin pääsee muuten helposti vettä.