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MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Die Verhältnisse können sich jedoch deutlich mit der Zeit bis zum Funktionsausfall des Relais verschlechtern, wenn die Adsorption voranschreitet (wachsende Oberflächenbelegung) oder es durch Funkenüberschläge/Reibungspolymerisation zwischen den Kontakten zu einer Degradation des Siloxans in eine Siliciumoxidschicht oder zu einem hochvernetzten Silikon kommt.

Gemisch aus verschiedenen organischen Verbindungen reagiert miteinander

Da häufig ein buntes Gemisch aus verschiedenen organischen Verbindungen auf den Kontaktoberflächen nachgewiesen wird, sind zudem chemische Reaktionen zwischen den Verbindungen möglich. Beispielsweise können teilweise veresterte Verbindungen (Hydroxyester) mit dem Additiv ZDDP Komplexverbindungen bilden.

Generell werden relativ unabhängig von der speziellen Herkunft der Relais organische Verbindungen auf den Kontaktoberflächen detektiert. Die dargestellten Ergebnisse basieren auf der Untersuchung von mehreren 100 verschiedenen Relais (benutzte und neue) mit einer Lebenszeit zwischen einem und zehn Jahren von Herstellern aus Europa, Amerika und Asien.

Typische organische Verbindungen, die auf den Kontakten in unterschiedlicher Konzentration/Belegungsstärke immer wieder nachgewiesen werden, sind in Tabelle 1 zusammengefasst.

Prinzipiell sind alle Verbindungen / Substanzen, die

• nicht leitfähig sind

• eine hohe Oberflächenbeweglichkeit haben

• ihre Konsistenz auf der Kontaktoberfläche verändern können (Verharzen, Aushärten, Partikelbildung)

als besonders kritisch zu betrachten.

Dies betrifft in erster Näherung die Basiskomponenten von Schmiermitteln (Kohlenwasserstofffraktionen, Squalen, Polyalphaolefine, Polydimethylsiloxan). Fettsäuren können sich auf der Kontaktoberfläche in feste Fette umwandeln, die dann in partikulärer Form stark isolierend sind.

Hochisolierende Eintrocknungsflecke aus Tensiden und Wirkung von Teflonverbindungen

Anionische oder nichtionische Tenside sind möglicherweise in winzigen Aerosoltröpfchen gelöst, werden auf Kontakten in Ruhestellung adsorbiert und haben dort Zeit einen hochisolierenden Eintrocknungsfleck zu bilden.

Auch teflonbasierte Verbindungen sind als besonders gefährlich einzustufen, da sie meist als hochisolierende Partikel in die Kontaktzone gelangen. Bei allen weiteren Verbindungen, speziell den aus verschiedensten Quellen stammenden Additiven, welche sowohl physisorbiert als auch chemisorbiert an der Kontaktoberfläche gebunden sein können, dürfte die Menge der adsorbierten Substanz für die Kontaktierungsprobleme entscheidend sein.

Nach der Identifizierung der organischen Verbindungen können durch den Vergleich mit den Spektren von Referenzsubstanzen aus benachbarten Bauteilen (z.B. additivierte Schmiermittel von Antriebseinheiten oder Additive aus Kunststoffteilen / Beschichtungen) mögliche Kontaminationsquellen lokalisiert werden.

Kontamination von Relaiskontakten sind nicht zu verhindern

Generell ist eine Kontamination von Relaiskontakten mit organischen Verbindungen nicht ganz zu verhindern. Solche Belegungen sind aber immer ein Potenzial für Kontaktierungsprobleme, fallen jedoch häufig nicht in der ersten Relaislebenszeit nach der Produktion bei Funktionstests auf.

Speziell die Relativbewegung der Kontaktoberflächen aufeinander und die Kraft mit der die Kontakte gegeneinander gedrückt werden, führen zu einer Reinigung der Kontaktzone (Frittung) und wirken einem schnellen Ausfall der Relais entgegen [4]. Entscheidend ist hier unter konstruktiven Gesichtspunkten die Länge des Selbstreinigungsweges, damit Beläge dauerhaft aus der Kontaktzone entfernt werden können.

Auswirkungen der organischen Beläge auf die Langzeitstabilität von Relais

Evident ist ein Zusammenhang zwischen der Stärke und Art der noch zu wenig erforschten organischen Beläge auf den Kontaktoberflächen von Relais und deren Langzeitverhalten bzw. ihrer Langzeitstabilität über einen Zeitraum von mehr als zehn bis 20 Jahren.

Über einen längeren Zeitraum kommt es durch ständige Adsorption weiterer organischer Verbindungen in Verbindung mit Kontaktabrieb zu einer stetig wachsenden Oberflächenbelegung. Durch Modifizierung und Aushärtung der organischen Verbindungen teilweise im Zusammenhang mit Funkenüberschlägen bilden sich isolierende Schichten, die zu einer massiven Erhöhung der Übergangwiderstände und damit zum Ausfall des Relais führen können. //

Literatur

[1] Steinhäuser, J.: Elektronikpraxis-Sonderheft Elektromechanik I 40 (2006) 3, S. 82 - 84

[2] Feld, H.; Deimel, M.; Riedel J.-U.: Metalloberfläche 54 (2000) 11, S. 48 - 52