Pourquoi l'eau endommage-t-elle si facilement la microélectronique basse tension?

Tout le monde a eu le temps où l'eau s'infiltre partout dans ses appareils électroniques, et le tout est ruiné, comme les téléphones portables.

À cette basse tension (3-5 volts), je ne comprends pas pourquoi c'est un dommage à court terme (le long terme a du sens - corrosion, etc.)

Si une LED était en parallèle avec de l'eau, peut-être qu'un peu plus de courant serait tiré, mais cela ne semble pas être suffisant du tout pour court-circuiter le système, et la LED brillerait toujours.

Alors, qu'est-ce qui endommage définitivement certains appareils électroniques et quelle en est la cause?

water

— skyler
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Imaginez qu'il existe un appareil, disons une broche de sortie, qui ne peut générer que 5 mA. Lorsqu'elle est immergée lorsqu'elle est sous tension, cette broche sera court-circuitée à la masse et, en raison de la loi d'Ohm, tentera de fournir beaucoup plus de courant que cela, endommageant souvent les composants internes sensibles. Ce n'est qu'un mode d'échec.

— Jonathon Reinhart

@JonathonReinhart - Vous semblez faire l'hypothèse que l'eau est extrêmement conductrice. C'est généralement incorrect.

— Connor Wolf

@ConnorWolf Pas nécessairement. J'ai dit "court-circuité au sol", pas " mort court-circuit au sol".

— Jonathon Reinhart

@ConnorWolf à des fins pratiques, il est extrêmement conducteur. Bien sûr, ce n'est pas un supraconducteur. Mais ce n'est pas de l'air. Ne soyons pas pédants à ce sujet, ce n'est pas la physique en soi.

— Passerby

Certaines parties des circuits sont également sensibles aux moindres changements - regardez les pistes RAM DDR, les oscillateurs à cristal, etc. - partout où de minuscules courants, hautes fréquences ou basses tensions existent, un petit changement peut nuire au chien.

— John U

Réponses:

L'eau pure n'est pas mauvaise pour l'électronique. L'eau pure ne conduit pas l' électricité. J'ai vu des PCB entiers immergés dans de l'eau pure et ils fonctionnent très bien. Le problème est que l'eau pure ne reste pas pure longtemps. Il dissoudra / absorbera rapidement divers contaminants de l'environnement, et ces contaminants feront conduire l'eau, qui n'est plus pure, à l'électricité.

Ces contaminants proviennent de l'environnement, y compris l'air. Ainsi, la poussière, la saleté et même le CO2 provoquent le passage de l'eau. L'eau du robinet contient beaucoup de minéraux et de sels qui conduiront également.

Mais l'eau normale (pas l'eau pure) ne détruira pas la plupart des appareils électroniques lorsque le circuit est éteint. Je rince fréquemment les PCB dans l'évier, ou même dans un lave-vaisselle normal, pour le nettoyer. Je dois juste m'assurer que l'eau sèche complètement et ne laisse aucun résidu avant de l'allumer.

Mais la raison pour laquelle les circuits normaux, immergés dans de l'eau normale, ne fonctionnent pas est que l'eau normale est conductrice. Ce n'est pas un conducteur parfait, mais c'est assez d'un conducteur. Si vous obtenez suffisamment d'électricité qui coule dans / à travers des endroits auxquels elle n'était pas destinée, c'est mauvais. Si vous avez de la chance, le circuit se comportera temporairement de manière incorrecte. Si vous n'êtes pas chanceux, vous subirez des dégâts permanents.

Des circuits simples, comme une LED + résistance + batterie fonctionneront probablement très bien lorsqu'ils sont immergés. La LED peut ne pas rester allumée et la batterie peut être complètement déchargée. Mais séchez-le et remplacez la batterie et cela devrait fonctionner correctement. Mais certains circuits sont plus sensibles. Pensez à un MOSFET qui commute des centaines d'ampères / volts. Il suffit d'un peu d'électricité pour allumer le MOSFET, et l'eau est juste assez conductrice pour le faire s'allumer. Mais maintenant, vous avez d'énormes quantités d'énergie allumées alors qu'elles ne devraient pas l'être - il n'est donc pas surprenant que quelque chose puisse être endommagé.

Ou pensez au diviseur de tension résistif sur la rétroaction d'un convertisseur DC / DC. C'est ce qui définit la tension de sortie. Ajoutez un peu d'eau et la tension de sortie pourrait être forcée trop haut. Il ne faudrait pas beaucoup d'eau pour gâcher ce séparateur. Maintenant, au lieu de produire 3,3 V, il crache 9 V. Bien sûr, toute puce alimentée en 9v au lieu de 3,3v est probablement morte.

Donc, l'eau non pure est mauvaise. Ça tue des choses.

— endolithe
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De plus, essayez de coller deux sondes d'un multimètre dans un verre d'eau du robinet et mesurez la résistance. La distance entre les sondes affectera légèrement la mesure, mais vous pourriez être surpris de l'ordre de grandeur du résultat

— Shamtam

La corrosion est un autre problème. L'eau a tendance à ne pas avoir exactement un pH de 7, mais plutôt quelque part dans la plage de 6,5 à 8 selon votre teneur en minéraux. Les divers sels dans l'eau commencent à oxyder les joints de soudure et les autres surfaces des composants, ce qui augmente l'usure et les dommages. Nous avions l'habitude de voir cela beaucoup dans la réparation de téléphones mobiles - la solution impliquait l'utilisation d'un bain de vibrations et de solvants pour éliminer les résidus, puis de retoucher manuellement les joints corrodés.

— Polynôme

@AlvinWong Cela dépend des puces auxquelles vous faites référence. La plupart des circuits intégrés de 1,8 volts seront détruits même avec 5 volts, sans parler de 9.

— Anindo Ghosh

@AlvinWong Cela dépend de ce que vous entendez par CMOS. Techniquement, presque toutes les puces modernes sont CMOS, l'Intel i7 mourra de 2v aux mauvaises broches. Bien que la série 4000 soit certainement plus robuste à cet égard.

Gardez à l'esprit que même quelques piles AA peuvent fournir des courants nocifs et dangereux si elles sont court-circuitées entre les mauvaises broches. La polarisation inverse, le verrouillage de scr sur un appareil 5v, avec une alimentation 5v, peut endommager définitivement la pièce.

— Danny Staple

Bien que je n'aie jamais entendu parler de cela, il est également possible que la mise sous tension d'un appareil imbibé d'eau contenant une carte SRBP bon marché puisse être un risque d'incendie.

En tant qu'adolescent téméraire, je prenais plaisir à câbler 12 V CC sur une paire de pistes adjacentes sur un morceau de stripboard bon marché, puis à placer une goutte d'eau du robinet sur les pistes. Au début, tout ce que vous obtenez est une charge d'hydrogène et d'oxygène, mais finalement l'eau chauffée s'évapore en partie et pénètre partiellement dans le matériau de base SRBP bon marché. Finalement, la planche devient si chaude qu'elle commence à se carboniser, puis des étincelles apparaissent entre les pistes et finalement la planche prend feu!

Je ne sais pas quelle serait la tension minimale pour que cela se produise (je n'ai pas essayé récemment!) Mais 12V à quelques centaines de milliampères le fera avec un Veroboard à pas de 0,1 ".

J'ai un chargeur de téléphone portable inutilisé qui serait un candidat idéal pour une expérience plus tard ...

— MikeJ-UK
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Téméraire? C'est comme ça que je suis entré dans l'électronique. Cela et le collage de deux moitiés d'une pièce sur le trottoir câblé à un générateur haute tension.

— Rocketmagnet

@Rocketmagnet - On dirait que les killjoys ont mis une couche de résistance de soudure sur mon ancien chargeur de téléphone. Dommage, j'avais hâte de revivre ma jeunesse - et de me mettre le feu :)

— MikeJ-UK

La microélectronique basse tension a souvent de faibles tolérances à des courants et des tensions plus élevés. C'est la nature d'une micronisation et d'une efficacité énergétique améliorées. En ajoutant de l'eau, vous ajoutez des chemins électriques pour diverses pièces qui n'étaient pas censées être là. Les choses sont court-circuitées, les pièces de protection sautées, les pièces peuvent recevoir des tensions plus élevées qu'elles ne peuvent tolérer.

Un appareil donné peut être alimenté par une batterie de 3,7 V ou une connexion USB de 5 V, mais il peut y avoir des régulateurs élévateurs pour certaines sous-sections de son électronique. Vous pourriez avoir un appareil avec une augmentation jusqu'à 18 V. Ajoutez de l'eau pour créer un chemin électrique indésirable, et cette sous-section 18 V vient d'être court-circuitée à une section 5 V uniquement, tuant chaque puce là-bas.

Un CI ne peut prendre en charge que le naufrage ou l'approvisionnement de 10 mA. Ajoutez de l'eau et un court-circuit à la masse ou V _cc entraînerait une traction de plus de 10 mA, faisant frire la broche de ce circuit intégré, sinon la puce entière. Poof, voilà l' écran LCD de votre téléphone.

La principale raison pour laquelle cela se produit est qu'il ne s'agit pas de pièces individuelles non alimentées, mais d'une carte entière de peut-être mille pièces, toutes avec différents seuils de tension et de courant maximum qui sont soigneusement définis de manière à ce que les chemins électriques soient soigneusement contrôlés.

Pour comparer, votre voiture peut s'asseoir sous la pluie sans que l'eau ne pénètre (si elle est bien conçue et entretenue, naturellement). Conduisez-le dans une rivière (ou la rivière vient à vous), et l'eau détruira l'intérieur de la cabine et du moteur. C'est ce que vous faites lorsque vous introduisez l'eau dans l'électronique.

— Passant
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Je soupçonne que l'on pourrait probablement immerger la grande majorité des choses sur une carte typique dans un liquide légèrement conducteur (par exemple en ajoutant des chemins avec une résistance de ~ 1Meg entre chaque connexion et un "bus" commun) sans endommager quoi que ce soit - peut-être même sans affecter le fonctionnement . De nombreuses cartes, cependant, incluent des circuits d'alimentation qui (pour minimiser la consommation de courant de repos) utilisent des chemins de rétroaction à haute résistance. L'ajout d'une résistance parallèle de 1M à la masse pourrait provoquer un circuit d'alimentation qui devrait produire 3 volts à la sortie 6.

— supercat