¿Por qué el agua daña tan fácilmente la microelectrónica de bajo voltaje?

Question

A todo el mundo le ha pasado alguna vez que el agua se le mete en los aparatos electrónicos y se le estropea todo, como los teléfonos móviles.

Con un voltaje tan bajo (3-5 voltios), no entiendo por qué es un daño a corto plazo (a largo plazo tiene sentido - corrosión, etc.)

Si un LED estuviera en paralelo con el agua, tal vez un bit se consumiría más corriente, pero no parece ser suficiente para cortocircuitar el sistema, y el LED seguiría brillando.

Entonces, ¿qué es lo que daña permanentemente algunos aparatos electrónicos y cuál es la causa?

Answer 1

En realidad, el agua pura no es mala para la electrónica. El agua pura hace no conducir la electricidad. He visto placas de circuito impreso enteras sumergidas en agua pura y funcionan perfectamente. El problema es que el agua pura no se mantiene pura durante mucho tiempo. Rápidamente se disuelve/absorbe varios contaminantes del medio ambiente, y esos contaminantes harán que el agua que ya no es pura conduzca la electricidad.

Estos contaminantes proceden del medio ambiente, incluido el aire. Así que el polvo, la suciedad e incluso el CO2 harán que el agua se conduzca. El agua del grifo tiene muchos minerales y sales que también conducen.

Pero el agua normal (no el agua pura) no destruirá la mayoría de los aparatos electrónicos cuando el circuito esté apagado. Yo suelo enjuagar los PCB en el fregadero, o incluso en un lavavajillas normal, para limpiarlos. Sólo tengo que asegurarme de que el agua se seca completamente y no deja residuos antes de encenderla.

Pero la razón por la que los circuitos normales, sumergidos en agua normal, no funcionan es porque el agua normal es conductora. No es un conductor perfecto, pero es lo suficientemente conductor. Si se consigue que la electricidad fluya en/por lugares que no estaban previstos, entonces es malo. Si tienes suerte, sólo hará que el circuito se comporte mal temporalmente. Si no tienes suerte, tendrás un daño permanente.

Los circuitos simples, como un LED+Resistencia+Batería, probablemente funcionarán bien cuando se sumerjan. Es posible que el LED no permanezca encendido y que la batería se descargue por completo. Pero si se seca y se sustituye la batería, debería funcionar bien. Pero algunos circuitos son más sensibles. Piensa en un MOSFET que conmuta cientos de amperios/voltios. Sólo se necesita un poco de electricidad para encender el MOSFET, y el agua es lo suficientemente conductora como para hacer que se encienda. Pero ahora tienes enormes cantidades de energía encendida cuando no debería ser así, por lo que no es de extrañar que algo pueda dañarse.

O piensa en el divisor de tensión resistivo en la realimentación de un convertidor CC/CC. Eso es lo que fija la tensión de salida. Si se añade un poco de agua, la tensión de salida podría ser demasiado alta. No hace falta mucho para que el agua estropee ese divisor. Ahora, en lugar de emitir 3.3v está escupiendo 9v. Por supuesto, cualquier chip que se alimenta de 9v en lugar de 3,3v es probablemente muerto.

Así que el agua no pura es mala. Mata cosas.

Answer 2

Aunque nunca he oído que esto ocurra, también es posible que al encender un dispositivo empapado de agua que contenga un SRBP tablero podría ser un riesgo de incendio.

Cuando era un adolescente imprudente, solía deleitarme cableando 12V dc a través de un par de pistas adyacentes en un pedazo de stripboard barato, y luego colocando una gota de agua del grifo a través de las pistas. Al principio, todo lo que obtienes es una carga de hidrógeno y oxígeno, pero finalmente el agua calentada se evapora en parte y en parte empapa el material de base SRBP barato. Finalmente, la placa se calienta tanto que empieza a carbonizarse, entonces aparecen chispas entre las pistas y, finalmente, ¡la placa se incendia!

No sé cuál sería el voltaje mínimo para que esto ocurra (¡no lo he probado recientemente!) pero 12V a unos cientos de miliamperios lo harán con Veroboard de 0,1" de paso.

Tengo un cargador de móvil en desuso que sería un candidato ideal para un experimento más adelante...

Answer 3

La microelectrónica de baja tensión suele tener poca tolerancia a las corrientes y tensiones más altas. Es la naturaleza de la mejora de la micronización y la eficiencia energética. Al añadir agua, se añaden caminos eléctricos para varias partes que no debían estar ahí. Las cosas se cortocircuitan, las partes de protección se saltan, las partes pueden recibir voltajes más altos de los que pueden tolerar.

Un dispositivo determinado puede alimentarse con una batería de 3,7 V o una conexión USB de 5 V, pero puede haber reguladores de paso para ciertas subsecciones de su electrónica. Podrías tener un dispositivo con un regulador elevador de 18 V. Si añades agua para crear una ruta eléctrica no deseada, esa subsección de 18 V se convertiría en un cortocircuito en una sección de sólo 5 V, matando a todos los chips.

Un IC sólo podía soportar el hundimiento o el suministro de 10 mA. Añade agua y un cortocircuito a tierra o V _cc provocaría que se tirara de mucho más de 10 mA, friendo el pin de ese CI, si no todo el chip. Puf, ahí va el LCD en tu teléfono.

La razón principal por la que esto sucede es porque no se trata de piezas individuales sin alimentación, sino de una placa entera de posiblemente miles de piezas, todas ellas con diversos umbrales máximos de voltaje y corriente que están cuidadosamente dispuestas de manera que las rutas eléctricas están cuidadosamente controladas.

Para comparar, tu coche puede estar bajo la lluvia sin que le entre agua (si está bien diseñado y mantenido, naturalmente). Condúcelo a un río (o el río viene a ti), y el agua destruirá el interior de la cabina y el motor. Eso es lo que haces cuando introduces agua en la electrónica.