与需要电压驱动的电化学迁移不同,爬行腐蚀(Creep Corrosion)是一种更为隐蔽且危险的腐蚀形式。它常发生在含硫量较高的恶劣环境中,能够造成严重的电气短路。
1. 什么是爬行腐蚀?
爬行腐蚀是指铜或银等金属在特定环境下,其腐蚀产物(主要是硫化物)在表面“爬行”扩散的现象。
重要特征: 爬行腐蚀不需要电场驱动。只要有空气污染(特别是硫化物)和一定的湿度,腐蚀就会发生。这意味着即使设备处于断电存储状态,也可能发生此类腐蚀。
2. 腐蚀机理
爬行腐蚀的过程涉及复杂的化学反应和物理迁移:
- 初期反应: 铜(Cu)或银(Ag)暴露在含有硫(S)等污染气体的潮湿环境中,发生氧化反应失去电子。
- 离子形成: 铜被氧化成一价铜离子溶解于水中。
- 浓度扩散: 腐蚀区域的离子浓度高,向周围浓度低的区域扩散。
- 沉淀析出: 当环境相对湿度降低或水膜变薄时,铜离子与硫离子结合,形成不溶性的硫化铜(Cu2S)或硫化银(Ag2S)晶体,沉积在材料表面。
这些腐蚀产物会像“霉菌”一样,沿着PCB表面、过孔、走线甚至元器件引脚向各个方向生长。
图1:爬行腐蚀的化学反应过程与电解沉积示意图
3. 危害与影响
爬行腐蚀的产物(硫化铜/银)虽然导电性不如纯金属,但在微距下足以造成:
- 电气短路: 腐蚀产物连接相邻的导体。
- 开路: 细微的电路走线被完全腐蚀断裂。
- 电阻值异常: 导致敏感电路功能失效。
特别是在高硫环境(如橡胶厂、造纸厂、污水处理厂附近)或使用含硫橡胶件的设备中,风险极高。
图2:PCB表面的严重爬行腐蚀现象
"干湿循环往往会加剧爬行腐蚀。每次循环都会形成新的一层结晶,导致腐蚀产物不断堆积、蔓延。"
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