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Eine Auswahl leitfähiger Elastomer-EMI-Dichtungen und -Bögen von Parker Chomerics. (Bild: Parker Chomerics)

Eckdaten

In Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit müssen Elektronikgehäuse auch gegen Korrosion geschützt werden. In seinem Artikel gibt der Autor Entwicklungstipps für einen korrosionsbeständigen EMI-Schutz.

Um zu verhindern, dass elektromagnetische Strahlung (EMI) in ein Elektronikgehäuse eindringt oder dieses verlässt, muss eine EMI-Dichtung zwischen Gehäuseöffnung und Abdeckung angebracht werden. Kommt das Gerät jedoch in einer Umgebung mit hoher Luftfeuchtigkeit oder auf See zum Einsatz, muss auch der Korrosionsschutz mit berücksichtigt werden. Korrosion kann die EMI-Abdichtung beeinträchtigen und unerwünschte Auswirkungen wie zunehmende Störanfälligkeit und schlechtere Abdichtung zur Folge haben.

Galvanische Korrosion

Für Entwickler, die eine kontinuierliche elektrische Leitfähigkeit über Nahtstellen und fehlerhafte Übergänge eines Elektronikgehäuses sicherstellen müssen, bietet eine EMI-Dichtung die Lösung. Solche Dichtungen sind mit einem leitfähigen Metallnetz, zum Beispiel aus einer Nickel-Kupfer-Legierung (Monel) oder einem Elastomer mit leitfähigen Füllstoffteilchen (Filler-Partikeln) ausgestattet. Das Gehäuse selbst ist meist aus Metall (Stahl oder Aluminiumlegierung), das ein anderes galvanisches Potenzial als das Dichtungsmaterial oder die Filler-Partikel aufweist.

Eine galvanische Zelle entsteht durch die Kombination von drei Faktoren: ein Elektrolyt wie Salzwasser, zwei Arten von Metall mit unterschiedlichem elektrochemischem Potenzial und ein Strompfad. Einfach gesagt, wandern Elektronen vom aktivsten Metall mit dem niedrigsten elektrochemischen Potenzial zum Metall mit dem höchsten Potenzial. Da Eisen oder Aluminium ein geringeres Potenzial als die Filler-Partikel oder das Kupfer-Nickel-Material der Dichtung aufweisen, führt die galvanische Reaktion zu einem Lochfraß an den Kontaktflächen und zu Ablagerungen an der Dichtung. Beides wirkt sich negativ auf die EMI-Abschirmung aus.

Die richtige Wahl der Dichtung minimiert die Differenz des elektrochemischen Potenzials zum Gehäusemetall. Dadurch fließt ein geringerer galvanischer Strom, was die Korrosion verlangsamt. Eine organische, leitfähige Beschichtung auf der Kontaktoberfläche und eine nicht elektrisch leitfähige Umgebungsdichtung bieten einen weiteren Schutz gegen galvanische Prozesse. Diese hindert die Feuchtigkeit daran, in die Schnittstelle zwischen Dichtung und Kontaktoberfläche einzudringen. Jegliche Feuchtigkeit wirkt als Elektrolyt und unterstützt somit galvanische Prozesse.

Bei der Auswahl einer Dichtung ist es wichtig, dass Entwickler den Unterschied zwischen der Korrosionsbeständigkeit der Dichtung und ihren Beitrag zur galvanischen Korrosion infolge des Kontakts mit dem Gehäusemetall verstehen. Zwar ist eine Monel-Mesh-Dichtung widerstandsfähig gegenüber Oxidation, jedoch führt der Kontakt mit einem Aluminiumgehäuse und einem Elektrolyt zu einem hohen galvanischen Stromfluss, der wiederum eine Grenzflächenkorrosion zur Folge hat.

Entwickler, die eine gute Kombination aus EMI-Abdichtung und Korrosionsbeständigkeit bei Kontakt mit einem Metallgehäuse suchen, sollten eine Elastomer-Dichtung wählen, die leitfähige Filler-Partikel enthält. Die genau geregelte Zusammensetzung, Größe und Morphologie der Partikel gewährleistet optimale Eigenschaften und Wiederholbarkeit.

 

Auf der nächsten Seite erfahren Sie mehr über die CHO-Seal-Serie von Parker Chomerics.

Präzise, gleichmäßige Dispersion

Durch eine präzise, gleichmäßige Dispersion mit dem Elastomer-Bindemittel bleiben die Eigenschaften der Dichtung stabil. Die CHO-Seal-Serie von Parker Chomerics erfüllt eine Reihe dieser Anforderungen und bietet eine umfangreiche Auswahl an Elastomer-Bindemittel- und Filler-Partikel-Zusammensetzungen. Reines Silber, versilbertes Kupfer, versilbertes Aluminium und versilbertes Nickel zählen zu den Partikelarten, deren leitfähige Eigenschaften einen wichtigen Einfluss auf die Korrosionsbeständigkeit haben.

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Vergleich der Korrosion auf Aluminium nach 168 Stunden Einwirkzeit unter Salznebel – das leitfähige Elastomer CHO-Seal 1298 (links) und ein rein silbergefülltes Elastomer (rechts). Parker Chomerics

Die beste Wahl für Korrosionsschutz bei Aluminium sind die Dichtungen CHO-Seal 6502 und 6503, die nickelplattierte Aluminiumpartikel enthalten. Diese Materialien bieten auch eine sehr gute Abschirmung und hohe Leistungsfähigkeit in anspruchsvollen Umgebungen. Für Flugzeuge und militärisch-maritime Anwendungen ist CHO-Seal1298 mit versilberten Aluminiumpartikeln das am besten geeignete EMI-Dichtungsmaterial, da es im Gegensatz zu anderen silbergefüllten Elastomeren gute physikalische Eigenschaften mit hoher Korrosionsbeständigkeit vereint. Zusammen mit CHO-Shield 2000 sorgen die Fluorosilikon-Bindemittel von CHO-Seal 1298 für eine erhöhte Festigkeit gegenüber galvanischer Korrosion.

Andere wichtige Eigenschaften des gewählten Materials wie die Abschirmwirkung, der Druckverformungsrest, Temperaturbereich und die Alterung müssen bei der Wahl einer EMI-Dichtung ebenfalls berücksichtigt werden.

Oberflächenbehandlung

Um das Aussehen des Geräts aufrecht zu erhalten und eine Gehäusetrübung und Korrosion zu verhindern, kann das Metallgehäuse in den meisten Anwendungen plattiert oder lackiert werden. Ebenso sollten für einen optimalen Korrosionsschutz die Kontaktflächen behandelt werden. Dabei sind jedoch einige Voraussetzungen zu beachten. Erstens, müssen Beschichtung beziehungsweise Lack für eine maximale Abschirmwirkung elektrisch leitfähig sein. Darüber hinaus sollte die Beschichtung nicht zu einer Oberflächenkorrosion beitragen. Die Fähigkeit, die elektrische und mechanische Stabilität unter allen Betriebsbedingungen zu halten, ist entscheidend, genauso wie eine langfristige Haftung auf der Oberfläche.

Die Beschichtungen der CHO-Shield-2000-Serie von Parker Chomerics sind dreiteilige, kupfergefüllte Urethan-Beschichtungen, die verhindern, dass Aluminiumoberflächen bei hoher Luftfeuchtigkeit und/oder in maritimen Umgebungen korrodieren. Es stehen mehrere Zusammensetzungen zur Verfügung, darunter CHO-Shield 2001 und 2003, die die Auswirkungen galvanischer Korrosion aufgrund der löslichen Chromate die sie enthalten, minimieren. CHO-Shield-2001-/2003-Beschichtungen sind für Chromat-Aluminiumsubstrate (MIL-DTL-5541 Typ I, Klasse 3) vorgesehen, die mit CHO-Shield 1091 grundiert wurden.

Beschichtungsdicke und Aushärtung

Der Korrosionsschutz wird unter anderem durch die Beschichtungsdicke und die Aushärtung beeinflusst. Um ein hohes Maß an Korrosionsschutz und elektrischer Leistungsfähigkeit zu gewährleisten, beträgt die empfohlene Mindesttrockenschichtdicke 0,1 mm (4 mils), was einer Nassbeschichtung von 0,175 mm (7 mils) entspricht. Die Aushärtung erfolgt über zwei Stunden bei Raumtemperatur, gefolgt von 30 Minuten bei 120 °C. Danach erreicht CHO-Shield seine vollen elektrischen Eigenschaften. Zwei Stunden bei Raumtemperatur, gefolgt von zwei Stunden bei 60 °C ist eine weitere Option, genauso wie sieben Tage bei Raumtemperatur.

Sekundärdichtung

Übliche Praktiken zeigen, dass bei Bedarf eine zusätzliche Abdichtung gegen Feuchtigkeit in Betracht gezogen werden sollte. Das schließt aus, dass Salznebel als Elektrolyt fungiert und zu Korrosion führt. Bei Flugzeugen ist daher eine doppelte Abdichtung sinnvoll. Dabei werden Dichtungen aus dem gleichen Material auf jeder Gegenkontaktfläche aufgebracht und mit einem nichtleitfähigen Versiegler entlang der Kanten versiegelt, um zu verhindern, dass Feuchtigkeit eindringt.

Tim Kearvell

Elastomer Product Manager, Parker Hannifin, Chomerics Division Europe

(ah)

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