三菱电机开发了一种PCB板载金属腐蚀传感器

日前,三菱电机对外发布了其新研发的一种可安装在PCB电路板上的「金属腐蚀传感器」。使用这种金属腐蚀传感器,可以检测出电子设备中的PCBA金属部分被大气中的含硫化合物逐渐腐蚀的情况,并可以作为产品失效的早期预警。

近几年来的数据统计显示,在PCBA失效的案例中,因气体含硫化合物较高所造成的硬件故障率有上升趋势,老wu觉得这也可能跟我们近十年来大气环境污染越来越严重有关吧,不过这两年随着环境保护的力度加大,空气质量也有所好转。

空气污染物对PCBA造成的影响主要分为三类:化学影响、机械影响和电学影响。 电路板中的铜蠕变腐蚀和SMT中含银锡膏焊点的银腐蚀是两种常见的化学故障。机械影响包括散热片积灰导致过热失效、光信号干扰、摩擦力增大等。电学影响包括电路阻抗和电弧的变化等。

最新的文献已对电路板中的铜蠕变腐蚀作了相关报告,易发生铜蠕变腐蚀的两种常见PCB类型为沉银板(ImAg)和使用有机保焊剂(OSP)技术表面处理的电路板。含硫气体和湿气能够腐蚀电路板上所有暴露在外的镀铜。所生成的腐蚀产物(硫化铜)能够引起电路板蠕变,并会造成临近的相隔功能部件短路或开路。

含硫气体即使在干燥情况下也能腐蚀银,并生成硫化银腐蚀产物;硫化银大量聚集后会产生机械压力,从而破坏封装的完整性。封装的完整性受到破坏后,下层的银会暴露在外,发生进一步的腐蚀,直到部件中的所有银全都耗尽,最终导致断路。

所以现在很多数据中心机房,除了对温湿度指标进行监控,还对粉尘及气体污染物进行了监控。

但在工业生产环境中,设备就没那没好命了,PCBA将会暴露在高湿高硫化合物气体中,成年累月,铜导线、焊盘、过孔等等金属被大气中的腐蚀性气体(如硫化合物)变成硫化铜。这是一种缓慢的蠕变式腐蚀过程,具有导电率的硫化铜结晶,可生长于PCB阻焊绿油表面,严重时腐蚀产物从线路向外生长至周边另外线路而产生短路,导致电性失效。

而三菱电机所开发的这种金属腐蚀传感器由金属薄膜和电阻组成。 通过将电阻串联连到作为导体的金属薄膜来提高灵敏度。 传感器封装面积仅为1.6×0.8mm,可安装在PCB电路板上,这样就可以在与被监测设备内部环境几乎相同的状态下持续监测PCBA金属表面被腐蚀的情况,而不需要像过去那样需要连接外部传感器。

如下图所示,通过组合多个金属腐蚀传感器来检测金属部件的腐蚀程度。这些组合的金属腐蚀传感器的金属薄膜材料和厚度是不同的,因此其腐蚀的快慢程度也各不相同。通过测量这些传感器组合的电阻值的逐步变化可检测出金属部件的腐蚀程度。

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