Warum beschädigt Wasser die Niederspannungsmikroelektronik so leicht?

Jeder hat die Zeit gehabt, in der Wasser über seine Elektronik gelangt und das Ganze ruiniert wird, wie bei Mobiltelefonen.

Bei dieser niedrigen Spannung (3-5 Volt) verstehe ich nicht, warum es so kurzfristig schädlich ist (langfristig sinnvoll - Korrosion usw.)

Wenn eine LED parallel zu Wasser geschaltet wäre, würde möglicherweise ein bisschen mehr Strom entnommen, aber es scheint überhaupt nicht genug zu sein, um das System kurzzuschließen, und die LED würde immer noch leuchten.

Was ist es also, das eine Elektronik dauerhaft beschädigt und was ist die Ursache?

water

— Skyler
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Stellen Sie sich vor, es gibt ein Gerät, beispielsweise einen Ausgangspin, der nur 5 mA liefern kann. Beim Untertauchen im eingeschalteten Zustand wird dieser Pin kurzgeschlossen und versucht aufgrund des Ohmschen Gesetzes, viel mehr Strom als diesen zu liefern, wodurch häufig empfindliche interne Komponenten beschädigt werden. Dies ist nur eine Art des Versagens.

— Jonathon Reinhart

@ JonathonReinhart - Sie scheinen anzunehmen, dass Wasser extrem leitfähig ist. Dies ist im Allgemeinen falsch.

— Connor Wolf

@ConnorWolf Nicht unbedingt. Ich sagte : „Erdschluss“, nicht „ tot zu Masse kurzgeschlossen“.

— Jonathon Reinhart

@ConnorWolf für praktische Zwecke ist es extrem leitfähig. Klar, es ist kein Supraleiter. Aber es ist keine Luft. Seien wir nicht pedantisch, das ist nicht die Physik.

— Passant

Es gibt einige Teile von Schaltkreisen, die auch empfindlich auf kleinste Änderungen reagieren - sehen Sie sich DDR-RAM-Spuren, Quarzoszillatoren usw. an. Überall dort, wo winzige Ströme, hohe Frequenzen oder niedrige Spannungen vorhanden sind, kann eine kleine Änderung den Ausschlag geben.

— John U

Antworten:

Reines Wasser ist eigentlich nicht schlecht für die Elektronik. Reines Wasser leitet keinen Strom. Ich habe ganze Leiterplatten in reinem Wasser gesehen und sie funktionieren einwandfrei. Das Problem ist, dass reines Wasser nicht lange rein bleibt. Es löst / absorbiert schnell verschiedene Verunreinigungen aus der Umwelt und diese Verunreinigungen führen dazu, dass das jetzt nicht reine Wasser Strom leitet.

Diese Verunreinigungen kommen aus der Umwelt, einschließlich der Luft. Staub, Schmutz und sogar CO2 können das Wasser leiten. Leitungswasser enthält viele Mineralien und Salze, die ebenfalls leiten.

Aber normales Wasser (kein reines Wasser) zerstört die meisten elektronischen Geräte nicht, wenn der Stromkreis ausgeschaltet ist. Ich spüle häufig Leiterplatten im Spülbecken oder sogar in einer normalen Spülmaschine ab, um sie zu reinigen. Ich muss nur sicherstellen, dass das Wasser vollständig trocknet und keine Rückstände hinterlässt, bevor ich es einschalte.

Aber der Grund, warum normale Kreisläufe, die in normales Wasser getaucht sind, nicht funktionieren, ist, dass normales Wasser leitend ist. Es ist kein perfekter Dirigent, aber es ist genug von einem Dirigenten. Wenn Sie genug Strom in / durch Orte fließen lassen, für die dies nicht vorgesehen war, ist das schlecht. Wenn Sie Glück haben, verhält sich die Rennstrecke nur vorübergehend schlecht. Wenn Sie kein Glück haben, haben Sie bleibenden Schaden.

Einfache Schaltkreise wie LED + Widerstand + Batterie funktionieren wahrscheinlich einwandfrei, wenn sie eingetaucht sind. Die LED leuchtet möglicherweise nicht und der Akku ist möglicherweise vollständig entladen. Aber trocknen Sie es ab und ersetzen Sie die Batterie und es sollte gut funktionieren. Einige Schaltungen sind jedoch empfindlicher. Stellen Sie sich einen MOSFET vor, der Hunderte von Ampere / Volt schaltet. Zum Einschalten des MOSFET wird nur wenig Strom benötigt, und das Wasser ist gerade so leitend, dass es sich einschaltet. Aber jetzt haben Sie eine Menge Strom eingeschaltet, wenn es nicht sein sollte - es ist also keine Überraschung, dass etwas beschädigt werden kann.

Oder denken Sie an den ohmschen Spannungsteiler bei der Rückkopplung eines DC / DC-Wandlers. Dadurch wird die Ausgangsspannung eingestellt. Füge etwas Wasser hinzu und die Ausgangsspannung könnte zu hoch werden. Es würde nicht viel Wasser brauchen, um diesen Teiler durcheinander zu bringen. Anstatt nun 3,3 V auszugeben, wird 9 V ausgespuckt. Natürlich ist jeder Chip, der mit 9 V anstatt mit 3,3 V betrieben wird, wahrscheinlich tot.

Unreines Wasser ist also schlecht. Es tötet Dinge.

— Endolith
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Stecken Sie außerdem zwei Sonden eines Multimeters in ein Glas Leitungswasser und messen Sie den Widerstand. Der Abstand zwischen den Sonden

— wirkt sich

Korrosion ist ein weiteres Problem. Wasser hat in der Regel nicht genau einen pH-Wert von 7, sondern liegt je nach Mineralstoffgehalt zwischen 6,5 und 8. Die verschiedenen Salze im Wasser oxidieren Lötstellen und andere Oberflächen von Bauteilen und führen zu erhöhtem Verschleiß und Beschädigung. Früher haben wir dies häufig bei der Reparatur von Mobiltelefonen beobachtet - die Reparatur umfasste die Verwendung eines Vibrationsbades und von Lösungsmitteln, um die Rückstände zu entfernen, und das manuelle Ausbessern von korrodierten Fugen.

— Polynom

@AlvinWong Das hängt davon ab, auf welche Chips Sie sich beziehen. Die meisten 1,8-Volt-ICs werden selbst bei 5 Volt zerstört, geschweige denn bei 9.

— Anindo Ghosh

@AlvinWong Es kommt darauf an, was Sie mit CMOS meinen. Technisch gesehen ist fast jeder moderne Chip CMOS, der Intel i7 wird von 2V an den falschen Pins sterben. Zwar sind die 4000er in dieser Hinsicht sicherlich robuster.

Denken Sie daran, dass selbst ein paar AA-Batterien schädliche und gefährliche Ströme abgeben können, wenn sie über die falschen Stifte kurzgeschlossen werden. Das Sperren eines 5-V-Geräts mit einer 5-V-Versorgung kann zu einer dauerhaften Beschädigung des Teils führen.

— Danny Staple

Obwohl ich noch nie davon gehört habe, ist es auch möglich, dass das Einschalten eines mit Wasser getränkten Geräts mit einer billigen SRBP- Platine ein Brandrisiko darstellt.

Als rücksichtsloser Teenager hatte ich immer Freude daran, 12 V Gleichstrom über ein Paar benachbarter Gleise auf ein Stück billiges Stripboard zu leiten und dann einen Tropfen Leitungswasser über die Gleise zu geben. Zuerst erhalten Sie nur eine Ladung Wasserstoff und Sauerstoff, aber schließlich verdampft das erwärmte Wasser teilweise und saugt sich teilweise in dem billigen SRBP-Basismaterial ein. Irgendwann wird das Board so heiß, dass es zu verkohlen beginnt, dann entstehen Funken zwischen den Tracks und schließlich fängt das Board Feuer!

Ich weiß nicht, wie hoch die minimale Spannung sein würde, um dies zu erreichen (ich habe es kürzlich noch nicht versucht!), Aber 12 V bei ein paar hundert Milliampere reichen für Veroboard mit einem Raster von 0,1 Zoll.

Ich habe ein stillgelegtes Handy-Ladegerät im Auto, das sich später ideal für ein Experiment eignet ...

— MikeJ-UK
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Rücksichtslos? So bin ich zur Elektronik gekommen. Das und das Kleben von zwei Hälften einer Münze auf die Fahrbahn, die an einen Hochspannungsgenerator angeschlossen ist.

— Rocketmagnet

@Rocketmagnet - Sieht aus, als hätten die Killjoys eine Lötstoppschicht auf mein altes Telefonladegerät aufgebracht. Schade, ich freute mich darauf, meine Jugend wieder zu erleben - und mich selbst in Brand zu

— stecken

Niederspannungsmikroelektronik weist häufig geringe Toleranzen gegenüber höheren Strömen und Spannungen auf. Dies liegt in der Natur einer verbesserten Mikronisierung und Energieeffizienz. Durch das Hinzufügen von Wasser fügen Sie elektrische Pfade für verschiedene Teile hinzu, die nicht dafür vorgesehen waren, dort zu sein. Dinge werden kurzgeschlossen, Schutzteile werden übersprungen, Teile können höhere Spannungen erhalten, als sie tolerieren können.

Ein bestimmtes Gerät wird möglicherweise über eine 3,7-V-Batterie oder einen 5-V-USB-Anschluss mit Strom versorgt, es kann jedoch zu Aufwärtsreglern für bestimmte Unterabschnitte seiner Elektronik kommen. Möglicherweise haben Sie ein Gerät mit einer Aufwärtsspannung von bis zu 18 V. Fügen Sie Wasser hinzu, um einen unerwünschten elektrischen Pfad zu erzeugen, und dieser 18-V-Unterabschnitt hat gerade einen Kurzschluss zu einem 5-V-Abschnitt.

Ein IC kann nur ein Absinken oder Aufsammeln von 10 mA unterstützen. Fügen Sie Wasser und einen Kurzschluss zu Masse oder V _{cc hinzu} , wodurch viel mehr als 10 mA gezogen werden und der Pin des ICs, wenn nicht der gesamte Chip, gebraten wird. Poof, da geht das LCD auf deinem Handy.

Der Hauptgrund dafür ist, dass es sich nicht um einzelne, nicht mit Strom versorgte Teile handelt, sondern um eine ganze Platine mit möglicherweise tausend Teilen, die alle unterschiedliche maximale Spannungs- und Stromschwellen aufweisen und sorgfältig so ausgelegt sind, dass die elektrischen Pfade sorgfältig gesteuert werden.

Zum Vergleich: Ihr Auto kann im Regen stehen, ohne dass Wasser eindringt (wenn es natürlich gut konstruiert und gewartet ist). Fahren Sie es in einen Fluss (oder der Fluss kommt zu Ihnen), und Wasser zerstört das Innere der Kabine und des Motors. Das ist es, was Sie tun, wenn Sie Wasser in die Elektronik einführen.

— Passant
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Ich vermute, dass man wahrscheinlich den größten Teil des Materials auf einer typischen Platine in eine schwach leitende Flüssigkeit tauchen könnte (z. B. Hinzufügen von Pfaden mit ~ 1 Megawiderstand zwischen jeder Verbindung und einem gemeinsamen "Bus"), ohne etwas zu beschädigen - vielleicht sogar ohne den Betrieb zu beeinträchtigen . Viele Karten enthalten jedoch Stromversorgungsschaltungen, die (um den Ruhestromverbrauch zu minimieren) hochohmige Rückkopplungspfade verwenden. Das Hinzufügen eines parallelen 1M-Widerstandes zur Masse kann zu einem Versorgungskreis führen, der 3 Volt an Stelle von 6 ausgeben sollte.

— supercat