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Kontaktsicherheit von Relais

20 Ursachen, warum Relais ausfallen können, Teil 2

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Anbieter zum Thema

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

Umwandlungsprodukte des Siloxans können zum Ausfall führen

Besonders interessant ist bei dem Kontakt D der Nachweis von Siliciumoxiden, hier in der Form von Siliciumoxidclustern. Da auf dieser Probe keine Staub-/Partikelbelegung, aber in den positiven Spektren dieses Kontaktes eine deutliche Belegung mit Polydimethylsiloxan nachgewiesen wurde, handelt es sich hier mit hoher Wahrscheinlichkeit um die Umwandlungsprodukte des Siloxans.

Bei Funkenbildung können Siloxankontaminationen und speziell ihre leichterflüchtigen niedermolekularen Oligomere im Lichtbogen zu Siliciumoxid degradieren. Sowohl das Ausgangsmaterial Polydimethylsiloxan, aber insbesondere auch die Siliciumoxide sind hochisolierend und führen innerhalb der Kontaktzone zum Ausfall der Relais.

Oberflächenmassenspektrometrie

TOF-SIMS: Time Of Flight – Secondary Ion Mass Spectrometry. In diesem Verfahren wird der interessierende Bereich der Probenoberfläche mit Ionen im Energiebereich von ca. 10 bis 30 keV beschossen. Die dadurch in der Kontaktoberfläche oder evtl. vorhandenen Adsorbaten ausgelösten positiven und negativen Sekundärionen werden in einem Flugzeitmassenspektrometer analysiert. Als so genanntes weiches Ionisierungsverfahren ermöglicht die Sekundärionenmassenspektrometrie den direkten Zugang zur Untersuchung auch des organischen Teiles der Oberflächenchemie. Ein weiterer wichtiger Vorteil liegt in der extremen Oberflächenempfindlichkeit dieser Methode (Informationstiefe ca. 1 bis 2 nm), die es erlaubt auch geringste Kontaminationen auf Probenoberflächen nachzuweisen. Aufgrund der Möglichkeit zur Ultraspurenanalyse bei anorganischen und organischen Kontaminationen auf beliebigen Prozess- oder Produktoberflächen und ihren Auswirkungen auf die Produktqualität ist das TOF-SIMS-Verfahren speziell im Bereich der Fehler- und Schadensanalytik in den letzten zehn Jahren zur Schlüsselmethode geworden.

Prinzipiell ist der überwiegende Teil der organischen Verbindungen neutral und nicht leitfähig, also isolierend. Eine Ausnahme machen z.B. ionisch aufgebaute Verbindungen wie die anionischen Tenside (z.B. Dodecylsulfat). Als Pulver oder im trockenen Zustand sind sie stark isolierend, während sie durch Feuchtigkeitsaufnahme (oder in wässriger Lösung) durch die Ionenleitung leitfähig werden.

Stoffliche Konsistenz der Beläge bestimmt die Kontaktprobleme

Letztlich sind die meisten organischen Verbindungen je nach ihrer chemischen Struktur mehr oder weniger gute Isolatoren. Entscheidend für die Kontaktierungsproblematik ist jedoch auch die stoffliche Konsistenz der Substanzen, wie sie auf den Kontaktoberflächen im Einzelfall vorliegt.

Da es sich um aus der Gasphase adsorbierte Moleküle oder um durch Materialkontakt übertragene Moleküle handelt, ist die Menge bzw. die Dicke der organischen Schichten undefiniert und für jeden Kontakt unterschiedlich; die Größen reichen hier vom Monolagen- bis in den µm-Bereich.

Aufgrund der Vielzahl der Einflussfaktoren in der Belagsbildung (Substanzmenge, Schicht- oder Partikelbildung, flüssig/feucht/trocken, Eintrockungsreste) ist eine exakte Einteilung der organischen Verbindungen in bestimmte Risikoklassen bzgl. eines Funktionsausfalls von Relais nicht möglich.

Wirkungen adsorbierter Moleküle des Polydimethylsiloxans

Beispielsweise werden adsorbierte Moleküle des Polydimethylsiloxans bei ausreichender Menge aufgrund ihrer starken Oberflächendiffusion die Kontaktoberfläche mit einer möglichst geschlossenen Schicht belegen. Die Stärke dieser Diffusion hängt aber auch von der Oberflächenmorphologie des Kontaktes ab.

Die Belegung der Kontaktfläche mit der nichtleitenden Silikonverbindung kann theoretisch schon Einfluss auf die Austrittsarbeit des Kontaktmaterials und auf den Übergangswiderstand haben, muss aber bei normalen Kontaktkräften noch nicht zu Problemen führen.

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