20 Ursachen, warum Relais ausfallen können

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MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

ROHM Semiconductor GmbH

Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

Die Untersuchung der Kontaktoberflächen hinsichtlich einer Belegung mit Partikeln geschieht möglichst direkt von der Kontaktoberseite. Partikel unterschiedlichster Art und Größe sind im Herstellungsprozess der Relais praktisch unvermeidbar.

Herstellerseitig werden die verschiedensten Maßnahmen ergriffen, um eine für die Funktion absolut gefährliche Partikelbelegung der Kontaktoberflächen zu verhindern (Ausblasen der Relais mittels Druckluft, Reinigen der Kontakte mittels Bürsten). Mithilfe der Rasterelektronenmikroskopie (REM) können Partikel im µm-Bereich auf den Kontakten nachgewiesen und durch die Röntgenmikroanalyse (EDX) ihre Elementzusammensetzung festgestellt werden.

Die in Bild 4 dargestellten Ergebnisse von REM/EDX-Untersuchungen an fehlerhaften Kontakten zeigen in den BSE-Aufnahmen im gesamten Analysebereich verteilte Partikel und Ablagerungen. Die dunklen Stellen in den BSE-Aufnahmen entsprechen Bereichen mit Elementen geringerer Ordnungszahl im Vergleich zum Substrat (Matrix, Ag). Die Elementmaps der Analysebereiche weisen z.T. auf Sauerstoff- und Kohlenstoffanreicherungen hin (Hinweis auf organische Verbindungen). Zusätzlich wird auf der Kontaktoberfläche eine starke Belegung mit Eisenoxidpartikeln (siehe Fe- und O-Verteilungen) beobachtet (linke Bildhälfte).

Demgegenüber zeigt ein anderer Kontakt einen etwa 10 µm großen Partikel, der aufgrund der EDX-Analysen (siehe Elementverteilungen von O, C und Si) vermutlich im wesentlichen aus einem Siloxan besteht (rechte Bildhälfte). Generell werden auf solchen Kontakten Staubpartikel der unterschiedlichsten Arten ähnlich denen auf Leiterplatten nachgewiesen: Alkalimetalle und ihre Salze (Chloride, Phosphate, Oxide, Sulfate) oder Metalle. Je nach genauem metallurgischen Aufbau der Kontakte werden zudem Komponenten aus galvanischen Prozessen detektiert: z.B. Nickelcarbonat oder Kaliumdicyanoaurat.

Studie zur Kontaktsicherheit an mehreren 100 unterschiedlichen Relais

Zur Untersuchung von Kontaktierungsproblemen in Relais haben sich die Methoden der Oberflächenanalytik (REM, TOF-SIMS) bewährt. Oft lassen sich so Funktionsausfälle erklären. OFG hat mehrere 100 unterschiedliche Relais von Herstellern aus Europa, Asien und Amerika über einen Zeitraum von 10 Jahren untersucht. Die Ergebnisse werden im zweiten Teil dieses Beitrags veröffentlicht. //

* * Dr. Herbert Feld ... ist Geschäftsführer der OFG-Analytik in Münster.

* * Dr. Markus Deimel und Dipl.-Chem. Uwe Scholten ...sind als wissenschaftliche Mitarbeiter bei OFG-Analytik in Münster tätig.