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Kontaktsicherheit von Relais

20 Ursachen, warum Relais ausfallen können, Teil 2

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MES Electronic Connect GmbH & Co. KG
Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH
Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Oder es werden in einem Flugzeug über die Klimaanlage organische Verbindungen unterschiedlichster Art zusammen mit Stäuben in Aerosolform aus größerer Entfernung zur Leiterplatte transportiert, auf der sie sich dann niederschlagen und mit den dort vorhandenen Lacken (Methacrylate) vermischen.

Selbst über die Kunststoffummantelungen von Litzen werden organische Verbindungen transportiert. Auch organische Belegungen aus der Fabrikation der Relais, verursacht durch den Herstellungsprozess, dürfen nicht vergessen werden.

Alle Materialkomponenten im Innenraum des Relaisgehäusese sind potenzielle Emitter für organische Verbindungen

Aber auch ohne die Einflüsse von Außen kann es im Laufe der Zeit zu deutlichen organischen Belägen auf den Kontakten kommen. Prinzipiell alle Materialkomponenten und Oberflächen im Innenraum der Relaisgehäuse sind potenziell als Emitter für die Emission von organischen Verbindungen zu betrachten.

Das können in dem begrenzten Innenraum der Relais bis zu 20 unterschiedliche Quellen sein: z.B. die innere Oberfläche des Kunststoffgehäuses (PET – Polyethylenterephthalat), der Spulendraht und seine Kunststoffisolation (Polyamide oder Polyimide), Lackschichten, Lötzinn, Flussmittel, Kunststoff des Sockels (PET-GF – glasfaserverstäktes PET), Acrylatkleber zur Verbindung von Gehäuse und Innenteilen aus Epoxidharz, aber auch Metalloberflächen wie die der Kontaktfedern selbst, die mit organischen Verbindungen aus der Herstellung belegt sein können.

Analyse der Oberflächenchemie der Kontakte mittels Oberflächenmassenspektrometrie

Mittels der Flugzeit-Sekundärmassenspektrometrie (TOF-SIMS) [2,3] gelingt eine exakte Zustandsbeschreibung der chemischen Oberflächenzusammensetzung von Kontakten. Hierzu werden die in Bild 1 gezeigten Kontakte dem Relais entnommen und ohne weitere Vorbehandlung direkt im Bereich der Kontaktzone analysiert. Die aufgenommenen Massenspektren beinhalten gleichzeitig Informationen über den anorganischen Teil (z.B. die Elemente des Kontaktmaterials, mineralischer Staub etc.) als auch über den organischen Teil der Oberflächenchemie.

Zusätzlich und ergänzend zu den Hauptelementanalysen mit der Röntgenmikroanalyse (siehe Bilder 3 und 4 aus Teil 1) werden in den Massenspektren auch metallische Spurenelemente im ppm-Bereich detektiert, die einen nicht zu unterschätzenden Einfluss auf die Oberflächengüte und das Abbrandverhalten haben können.

In Bild 2 sind Ausschnitte aus den Massenspektren positiver Sekundärionen von vier Festkontakten (A bis D) aus verschiedenen Relais gezeigt, die nach längerer Betriebszeit ausgefallen sind. Aufgetragen ist in den Spektren jeweils die Signalintensität gegen die Masse der detektierten Ionen.

Im anorganischen Bereich der Oberflächenchemie werden bei den vier untersuchten Proben die Elemente des Grundmaterials mit geringen bis hohen Signalintensitäten – je nach Stärke der Kontaminationen – nachgewiesen: Silber und Kupfer (Ag, Cu) sowie Indium (In), Cadmium (Cd) und Zinn (Sn).

Artikelfiles und Artikellinks

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