Ungewöhnliche chemische Reaktion auf PCB (SMPS-Schaltung)

26

Ich habe eine Platine mit einer smps-Schaltung von 220 V bis 5 V (mit Viper22a). Hier ist das Schema:

Schema

Und hier ist das Board-Layout:

PCB

Im Bereich des gelben Kreises sehe ich eine Art weiße Abscheidung auf einigen PCBs (unterste Schicht). Bitte beachten Sie die Bilder unten:

1

2

Einmal abgekratzt, nimmt es die Lötmaske mit. Die Abscheidung beginnt an beiden Hilfswicklungsstiften und erstreckt sich bis zur Diode (unterste Schicht). Der verbleibende Bereich scheint nicht betroffen zu sein. Was könnte der Grund dafür sein und wie vermeide ich so etwas?

Ich denke, eine chemische Reaktion findet möglicherweise aufgrund billiger Materialien statt, die während der Herstellung verwendet wurden, oder aufgrund einer unsachgemäßen Reinigung des Lötflussmittels nach dem Löten. Aber auch hier sollte die Primärwicklung eine höhere Spannung und damit einen besseren Ort für solche chemischen Reaktionen haben.

Ich sehe keinen Temperaturanstieg in diesem Bereich. Es fühlt sich kalt an.

Updates: Ich hatte das Gefühl, dass dies eine Art chemische Reaktion ist. Ich überprüfte sofort die Stelle, an der ich die Leiterplatten platziert hatte und fand diese:

c1

c2

Ich habe die nackte, mit Strom versorgte Leiterplatte auf Marmor gelegt und dachte, sie sei isolierend. Scheint, als ob Säurespuren von dem durch Flussmittel ausgelösten Zerfall der Ionen im Marmor herrührten, und dann trieb Gleichstrom die Reaktion noch weiter voran. Weiße Ablagerung wird Kalzium niedergelegt, wie es scheint. Wie aus dem Marmorbild ersichtlich, scheint es korrodiert zu sein. Bei Berührung fühlt es sich rau an, als würde jemand einen Tropfen Säure darauf fallen lassen.

Whiskeyjack
quelle
@Nedd - D6 ist Teil der RCD - Klemmschaltung. Dieser Teil ist in Ordnung. Die weiße Restformation liegt zwischen Pin A1, A2 und Diode D4. A1 und A2 sind die Hilfswicklungsstifte des Transformators. Es gibt keinen Kurzschluss oder Verdunstung.
Whiskeyjack
Sieht so aus, als wäre auch eine Spur vom Brett gesprengt worden. Der weiße Rückstand kann also PCB-Material sein, das aufgrund von Hochspannungslichtbögen verdampft. Im Schaltplan scheint D6 die Flyback-Schutzdiode zu sein, aber der in Reihe geschaltete Widerstand scheint 100k zu sein, ist das richtig? Wenn ja, scheint das viel zu hoch. Wenn dies der Widerstandswert ist, kann dies zu einer Funkenbildung bei hoher Spannung führen.
Nedd
Aber was ist der tatsächliche Wert von R33? Wenn auf der Leiterplattenoberfläche (oder im Inneren) eine Form von durchgehendem Lichtbogen auftritt, kann dies zu weißen Rückständen führen und schließlich zu einem katastrophalen Kurzschluss führen. (Die "RCD" -Teile mögen in Ordnung sein, aber funktionieren sie korrekt? Wenn eine Hochspannung vorhanden ist, möchte sie nur zu ihrer örtlichen Erdung zurückkehren.)
Nedd
R33 = 100K. Anscheinend lag dieses Problem an Marmor, auf dem das Modul aufbewahrt wurde. Wahrscheinlich lösten Säurespuren des Flussmittels eine Art Reaktion im Marmor aus und diese Ionen setzten sich aufgrund des Gleichstroms an diesen Stiften ab. Bilder posten.
Whiskeyjack
Ich würde nicht denken, dass bei der modernen Leiterplattenbestückung ein Säureflussmittel verwendet wird (obwohl Sie nicht angegeben haben, wer die Bestückung durchgeführt hat). Wenn die Bretter oder die Marmoroberfläche übermäßig feucht waren, kann dies möglicherweise zu dem führen, was Sie sehen. Ein weiteres Problem kann sein, was zuerst auftrat, der Lichtbogen auf dem Brett oder die mögliche Kontamination mit der Marmoroberfläche. Zum 100k-Widerstand: Haben Sie diese Platinen zusammengebaut oder wurden sie vormontiert? Ich würde denken, dass der Widerstand R33 eher in Richtung 100 Ohm geht. Aber wenn Sie mit der Idee der Marmoroberfläche zufrieden sind, dann viel Glück.
Nedd

Antworten:

33

Dies hat eine ziemlich einfache Lösung: Stellen Sie 300 V nicht direkt auf Marmor auf 60 kHz ein. In der Tat sollten Sie davon ausgehen, dass so ziemlich alles NICHT sicher ist, 300 V bei 60 kHz einzuschalten.

Marmor ist ein metamorphes Gestein, das aus verschiedenen Gesteinskörnern aufgebaut ist und kleine Risse aufweist, die sich mit Feuchtigkeit füllen, in die leitfähige Ionen (Kalzium ist ein sicherer Weg) aus den umliegenden Mineralien gelangen. Es mag trocken erscheinen, aber es sei denn, Sie haben kürzlich die gesamte Platte für ein paar Tage oder länger in einem Ofen gebacken, ist wahrscheinlich viel Feuchtigkeit von der Umgebungsfeuchtigkeit eingedrungen.

Bevor jeder mit einem Ohmmeter anfängt, seine Zähler zu messen, spielt hier der spezifische Widerstand keine Rolle. Leitfähige Risse zwischen Nuggets verschiedener Mineralien. Mineralien mit dielektrischen Koeffizienten. Hört sich nach etwas Vertrautem an?

Ein Kondensator vielleicht? Zwei durch ein Dielektrikum getrennte leitende Platten ... Calciumelektrolytfeuchte in durch ein Dielektrikum getrennten Rissen.

Eine interessante Eigenschaft vieler Mineralien besteht darin, dass sich ihre Dielektrizitätskonstanten mit der Frequenz dramatisch erhöhen, wenn sie einem sich ändernden elektrischen Feld ausgesetzt werden. Sie benötigen keinen niederohmigen galvanischen Pfad, um Wechselstrom zu leiten. Es kann über die Polarisation und Depolarisation der elektrischen Dipole im Material Dielektrikum passieren. Einfach ausgedrückt, Kondensatoren leiten Wechselstrom und je mehr Kapazität, desto mehr passieren sie. Höhere Dielektrizitätskonstanten bedeuten mehr Kapazität.

Aus diesem Grund leitet Marmor hochfrequente Wechselströme oder sich ändernde Schaltwellenformen. Genau wie derjenige, der auf den beiden Stiften zu sehen wäre, die die "Ablagerung" aufweisen.

Meistens spielt das keine Rolle. Und es kann sehr nützlich sein, um die Dehnung und andere Effekte von Marmor zu messen, obwohl dieser Effekt auch bei anderen Gesteinsarten vorhanden ist. Es gibt ein ganzes Gebiet namens Dielektrische Spektroskopie , das versucht, verschiedene Aussagen über einen Materialblock zu treffen, indem es untersucht, wie sich die Wechselstromimpedanz mit der Frequenz ändert. Marmor geht nur in eine Richtung: nach unten (mit zunehmender Häufigkeit).

300 V von der eingestellten 220-V-Leitung, die auf 60 kHz geschaltet ist, sind jedoch kaum eine Kleinigkeit. Viele Mineralien und Keramiken (MnZn-Ferrit ist ein weiteres Beispiel) beginnen beim Erhitzen, häufig exponentiell, leitfähiger zu werden. Ich habe mehrere Ampere durch einen Ferritkern mit weniger als 30 V geschickt, man muss ihn nur heiß genug machen. Nun, bevor es zersplittert ist. In Verbindung mit der allgemein fürchterlichen Wärmeleitfähigkeit würde ich wetten, dass Sie eine ziemlich ernste lokale Erwärmung des Marmortisches durch diese beiden Stifte hatten.

In Anbetracht der Ionen und der alkalischen Natur der Ablagerungen in Marmor gibt es wahrscheinlich einige kleine elektrochemische Vorgänge. Sie leiten Strom durch seltsame Dinge und machen es heiß, alle möglichen Arten von Spielereien könnten möglicherweise passieren. Aber es ist definitiv stromgetrieben, es gibt keine Probleme mit Flussmittelrückständen oder irgendetwas, was dies verursacht. Dies ist ein Fall, in dem Sie Ihre 300-V-SMPS auf Dinge setzen, die Sie nicht sollten, das ist alles.

Die gute Nachricht ist, dass es spezifisch für das Board ist, das Sie getestet haben. Ich würde mir keine Sorgen um Herstellungsprobleme machen. Dies war eine sehr spezifische Instanz von "OOPS!".

Metacollin
quelle
3
Ich bin froh zu wissen, dass mein Denkprozess richtig war. Es war ein Albtraum gewesen, wenn es um die Herstellung oder, was noch wichtiger war, um das Schaltungsdesign ging (es war höchst unwahrscheinlich, aber ja - Murphys Gesetz). Vielen Dank Metacollin für diese wunderbare Antwort. Ich hatte die Rennstrecke 3 Tage lang auf Marmor stehen lassen. Es war eine Art Stresstest.
Whiskeyjack
Eine großartige Antwort, und ich hätte die Frage nur aufgewertet, um diese Antwort näher an die Spitze zu bringen. Leider hatte ich die Frage bereits für einen anderen Zweck aufgeworfen. Ich wette, die meisten Elektroingenieure haben keine Ahnung von diesen Dingen, zumindest keine praktische Erfahrung. Das sind großartige Informationen.
Rohr
Das ist ein faszinierendes Ergebnis. Ich hätte nie gedacht!
Hearth