Im Test: Bewertung der Korrosivität von EMI-Dichtungsmaterialien

Das Unternehmen erhält regelmäßig Fragen zur Korrosivität seiner Materialien bei Kontakt mit Electroless Nickel Immersion Gold (Enig), einer beliebten Oberflächenbeschichtung für Leiterplatten. Als Reaktion darauf veröffentlicht Parker Chomerics nun die Ergebnisse einer umfassenden Serie von Korrosionstests, bei denen das Unternehmen die Auswirkungen von leitfähigem Elastomer und Form-in-Place (FIP) EMI-Dichtungsmaterialien in Kontakt mit Enig bewertet hat.

Elektrisch leitfähige Elastomerdichtungen bestehen aus einer homogenen Mischung von elektrisch leitfähigen Partikeln, Prozessmodifizierern und Additiven in einem Silikon- bzw. Fluorsilikon-System. Diese Silikon- und Fluorsilikon-Systeme sind aufgrund ihrer einfachen Verarbeitung, der ausgezeichneten Druckverformungsleistung über einen großen Temperaturbereich und ihrer Fähigkeit zur Komprimierung bei geringen Schließkräften beliebt. Auf EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Monomer) basierende Systeme sind ebenfalls weit verbreitet, hauptsächlich in Anwendungen, die aggressiven Chemikalien ausgesetzt sind. Unabhängig vom Material bietet die Dichtung sowohl eine EMI-Abschirmung als auch einen gewissen Schutz vor Umwelteinflüssen, insbesondere bei der Verwendung von Füllpartikel-Technologien auf Basis von vernickeltem Graphit, versilbertem Aluminium und vernickeltem Aluminium.

Die Herausforderung

Enigwird gerne als Oberflächenbeschichtung zwischen EMV-Abschirmdichtungen und Platinen verwendet. ENIG ist eine multifunktionale PCB-Oberflächenbeschichtung, die zum Löten, Drahtbonden und zur allgemeinen elektrischen Leitfähigkeit verwendet wird und eine stromlose Nickelschicht mit einer dünnen Schicht aus Immersionsgold umfasst.

Um die Korrosivität von EMI-Dichtungsmaterialien in Kontakt mit Enig zu testen, hat Parker Chomerics sein elektrisch leitfähiges Elastomer Cho-Seal sowie die Form-in-Place-Dichtungsmaterialien Choform vorgestellt, die nachweislich die beste Korrosionsbeständigkeit bieten (gemäß Testmethode Cho-TM100 des Unternehmens). Diese Materialien bieten auch die höchste Abschirmwirkung nach Langzeit-Alterungstests aller Elastomer-Dichtungsmaterialien mit EMI-Abschirmung. Die galvanischen Korrosionstests konzentrierten sich auf eine Reihe von Dichtungen mit verschiedenen Kombinationen aus leitfähigem Füllmaterial und Elastomer-Bindemittel.

Spezielle Prüfvorrichtung zum Testen der Korrosivität der leitfähigen Elastomere gegenüber Aluminiumlegierungen entwickelt

Basierend auf CHO-TM100 hat Parker Chomerics (in quantitativer Weise) die Korrosivität der leitfähigen Elastomere gegenüber Aluminiumlegierungen nach Einwirkung einer Salznebelumgebung bestimmt. Das Unternehmen entwickelte eine spezielle Prüfvorrichtung, die ein leitfähiges Elastomer (Durchmesser 28,6 mm) und eine Aluminium-Platte (die einen Aluminium-Gegenflansch simuliert) in Druckkontakt zwischen zwei zylindrischen Delrin-Blöcken hält. Die Druckkraft wurde durch eine zentrale Edelstahlschraube mit einer nicht leitenden (Gummi-) Umgebungsdichtung an jedem Ende erzeugt, um zu verhindern, dass Flüssigkeit in die Mitte der Vorrichtung eindringt.

Um einen umfassenden Test sicherzustellen, wurde die neutrale Salznebelexposition für diese Bewertung für eine Dauer von 500 Stunden gemäß ASTM B117 durchgeführt. Nach dem Test führte man eine Demontage, Reinigung und Trocknung der Probe gemäß der Testmethode durch, gefolgt von einer Auswertung im Labor des Unternehmens.

Leitfähige Elastomere übertroffen

Die Korrosivität leitfähiger Elastomermaterialien lässt sich einfach berechnen, da sie proportional zum Gewichtsverlust der Probestücke nach dem Test ist. Parker Chomerics hat drei Halterungen für seine CHO-Seal-Elastomere und zwei für Choform-Elastomere getestet, wobei der Mittelwert für die Endergebnisse verwendet wurde.

CHO-Seal 6503 (Ni/Al-Fl), CHO-Seal 6460 (Ni/Al-EPDM), CHO-Seal 1298 (Ag/Al-Fl) und CHO-Seal 1285 (Ag/Al-Si) schnitten besser ab als CHO-Seal S6305 (Ni/Gr-Si) und CHO-Seal 6452 (Ni/Gr-EPDM) in Bezug auf den Gewichtsverlust des ENIG-Abschnitts. Tatsächlich zeigten die ersten vier Elastomere keinerlei Gewichtsverlust, während CHO-Seal S6305 (Ni/Gr-Si) und CHO-Seal 6452 (Ni/Gr-EPDM) 39 mg bzw. 44 mg verloren.

Die große Einschränkung hier ist, dass CHO-Seal 6503 (Ni/Al-Fl), CHO-SEAL 6460 (Ni/Al-EPDM), CHO-Seal 1298 (Ag/Al-Fl) und CHO-Seal 1285 (Ag/Al-Si) eine stärkere Quellung der Dichtung aufwiesen, was zu Änderungen in den Abmessungen (Dicke) und dem spezifischen Durchgangswiderstand führte. Die Änderung der Dicke für diese Elastomere reichte von 8 bis 21 Prozent, während der spezifische Durchgangswiderstand im Bereich von 2.000 bis 3.000 mOHM-cm lag. Um den spezifischen Volumenwiderstand zu messen, verwendete Parker Chomerics eine Vierpunkt-Drucksonde, die an ein digitales Ohmmeter mit einem Messbereich von 10-4 bis 104 Ohm (Ω) angeschlossen war. Die Änderung des spezifischen Durchgangswiderstandes konnte berechnet werden, indem der gemessene Widerstand mit der Fläche des leitfähigen Elastomers multipliziert und das Ergebnis durch die gemessene Dicke dividiert wurde.

Im Gegensatz dazu wiesen CHO-Seal S6305 (Ni/Gr-Si) und CHO-Seal 6452 (Ni/Gr-EPDM) zwar den geringsten durchschnittlichen Gewichtsverlust auf, sie zeigten aber auch die geringste Änderung der Dicke (ein zu vernachlässigender Verlust von 1 bis 2 Prozent) und des spezifischen Durchgangswiderstands (ca. 30 - 300 mOHM-cm).

Ein wichtiger Punkt ist, dass Form-in-Place (FIP)-Dichtungen in Bezug auf den Dichtungstyp nach Salznebel-Exposition auf Enig die leitfähigen Elastomere übertrafen. Bei den getesteten FIP-Dichtungen übertraf Choform 5560 (Ni/Al) CHOFORM 5575 (Ag/Al) hinsichtlich spezifischem Durchgangswiderstand und Maßveränderung der Dichtung. Ebenfalls zu erwähnen ist, dass es bei der Verwendung von Nickel-Aluminium- oder Silber-Aluminium-Füllstoffen keine signifikanten Unterschiede gab, unabhängig davon, ob das Elastomer-Bindemittel Silikon, Fluorsilikon oder EPDM war.

Kenntnisse zu den Anforderungen vorausgesetzt

Wie die Testergebnisse zeigen, sind zahlreiche elektrisch leitfähige Elastomerdichtungen erhältlich, die bei Kontakt mit Enig eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Der Trade-Off ist jedoch oft eine größere Änderung der Dicke und des spezifischen Durchgangswiderstands im Vergleich zu Elastomeren, die eine etwas geringere Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Die Materialauswahl ist daher anwendungsabhängig, wobei es möglich ist, eine Balance zwischen einzelnen Leiterplattentypen zu finden.

Letztendlich erfordert die Auswahl der richtigen Dichtung Kenntnisse zu den elektrischen sowie mechanischen Anforderungen. Scherkräfte, Umwelteinflüsse, Druckverformungsrest und Anwendungsverfahren sind nur einige der wichtigen Faktoren, die die Auswahl der Dichtung für eine bestimmte Anwendung beeinflussen. Darüber hinaus müssen die Materialien kostengünstig sein und die Konformität von Ausrüstung und System mit militärischen und kommerziellen EMI/EMV-Prüfanforderungen sowie Umweltprüfungen sicherstellen.