Soluciones en la prácticaEnsamblajes electrónicos: Factor de riesgo de la migración electroquímica
Una visión general de los fundamentos y mecanismos de la migración electroquímica.
Causa del falloMigración electroquímica
La migración electroquímica (MEC) en la electrónica merma la fiabilidad de los ensamblajes, a menudo debido a fallos relacionados con el clima. Es el resultado del movimiento de iones metálicos debido a los campos eléctricos y la humedad. Esta migración puede provocar averías temporales y cortocircuitos permanentes, y en casos extremos puede incluso desencadenar sobrecalentamientos e incendios. Comprender las condiciones y el mecanismo es crucial para tomar medidas preventivas.
Comprender la migración electroquímicaLas condiciones en las que se produce
La migración electroquímica se ve favorecida por la humedad, que hace posible la corrosión. Se produce por películas de humedad en las superficies o por condensación, en las que los materiales utilizados y las impurezas presentes desempeñan un papel importante.
La humedad crítica de las películas de humedad depende de la energía superficial y de la polaridad, es decir, del material, en particular de la máscara de soldadura. Este nivel crítico puede alcanzarse incluso con niveles de humedad inferiores al punto de rocío, ya que incluso pequeños espesores de película son suficientes para provocar corrosión.
La condensación es inducida por los cambios de temperatura y se concentra en las zonas más intensivas en calor, como la metalización o las impurezas. Los residuos de soldadura, como los ácidos orgánicos o las sales de haluros, reducen el punto de rocío localmente hasta el 60% de humedad relativa.
El material utilizado es un factor importante. Por un lado, las películas de humedad se forman en metales o superficies de óxido metálico a partir de una humedad crítica del 60%-70% HR, mientras que en cerámica de óxido de aluminio, por ejemplo, sólo se forman a partir de más del 90% HR. En segundo lugar, el material de metalización o soldadura debe tener un rango activo en electrolitos alcalinos para que se produzca la migración. Ciertos metales tienden a migrar, mientras que otros no se ven afectados en condiciones similares. Debe evaluarse la susceptibilidad del elemento respectivo.
Las impurezas en los conjuntos, como los residuos de fundente o el polvo, actúan como núcleos de condensación y favorecen la condensación. Pueden almacenar humedad en las superficies y dificultar el resecado de los polímeros, por ejemplo.
Mecanismo de la migración electroquímicaEl proceso de ECM tiene lugar en tres pasos clave:
01 | Disolución anódica del metal
Las películas de humedad en las superficies de los componentes reducen la resistencia superficial y, por tanto, la capacidad de aislamiento. Por encima de un grosor crítico de la película, se produce una electrólisis que da lugar a una alcalinización local en el ánodo, mediante la cual se activan electroquímicamente iones metálicos como la plata, el cobre, el estaño y el plomo. La disolución de la superficie del ánodo genera concentraciones de complejos metálicos que se propagan a lo largo de un gradiente de concentración.
02 | Migración de los iones metálicos
El movimiento de los iones está controlado por el campo eléctrico o el gradiente de potencial y el gradiente de concentración. El gradiente de potencial depende de la tensión de funcionamiento y de la distancia entre los conductores, mientras que el gradiente de concentración está influido por la velocidad de disolución y difusión de los iones metálicos disueltos. La relación entre estos dos gradientes determina si los iones se difunden a lo largo del gradiente de concentración o incluso si migran en contra del campo eléctrico desde el suelo hasta el contacto.
03 | Deposición de iones metálicos
Los puentes se forman por electrodeposición en el cátodo o por precipitación de hidróxidos, oxihidratos o complejos como sales en el ánodo. La estructura de los puentes varía en función de la concentración de iones y de la intensidad de campo y puede adoptar estructuras dendríticas o formas de crecimiento más suaves.
Migración electroquímicaDiferenciación de la ruptura de tensión y análisis de los efectos
Diferenciar la ECM de otros tipos de daños
Para poder ofrecer soluciones específicas a los fallos, es importante diferenciar la migración electroquímica de otros fallos, como las caídas de tensión o la grafitización de los componentes. Las caídas de tensión están causadas principalmente por poros en la resistencia de soldadura, que reducen la capacidad de aislamiento. La grafitización de los componentes se produce cuando el efecto aislante de los revestimientos orgánicos es demasiado pequeño. La causa también radica en la porosidad, que debe corregirse optimizando el revestimiento.
Efectos de la migración electroquímica
En caso de daños o averías, la migración electroquímica suele ser difícil de detectar como causa o sólo con gran esfuerzo.
Los tiempos de condensación cortos dan lugar a pequeñas dendritas que no son capaces de transportar corriente y se queman inmediatamente. Esto provoca la insatisfacción del usuario y unos costes de seguimiento potencialmente elevados. Esto se debe a que la verificación suele requerir investigaciones complejas, que resultan difíciles desde el punto de vista logístico. Los fallos de ECM sobre el terreno suelen quedar sin identificar y se mezclan con otros problemas, como errores de software o corrientes de fuga.
Sin embargo, si se desarrollan dendritas permanentes, pueden alcanzarse rápidamente temperaturas de varios 100°C. Sin la protección adecuada, pueden provocar incendios y destruir el circuito. Después, a menudo queda la duda de si la causa fue la migración electroquímica o las averías de tensión.
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