التآكل الخفي للمطاط السيليكوني الموصل: كيف تُقوّض الكيمياء الكهربائية على نطاق صغير موثوقية التداخل الكهرومغناطيسي

في محطات الاتصالات الأساسية والمركبات التي تعمل بالطاقة الجديدة تحت درجات حرارة ورطوبة عالية، حتى المطاط السيليكوني الموصل المتقدم (يُسمى أيضًا المطاط الموصل للكهرباء أو المطاط الرغوي الموصل ) قد يعاني من تدهور مفاجئ في أداء التداخل الكهرومغناطيسي بعد 18 إلى 24 شهرًا.

غالبًا ما يكشف تحليل الأعطال عن أكاسيد بيضاء متكتلة على الأسطح المعدنية، وحواف سوداء للنسيج الموصل، وزيادة حادة في مقاومة التلامس. ومن المثير للدهشة أن المشكلة لا تكمن في شيخوخة المادة نفسها، بل في التآكل الكهروكيميائي على نطاق صغير، وهو تهديد خفي ولكنه بالغ الأهمية للموثوقية.

يستكشف هذا المقال كيف تعمل التكثيفات الدقيقة، والاتصال المعدني غير المتشابه، والتحيز المستمر معًا على تكوين خلايا جلفانية موضعية عند واجهة المطاط الموصل، مما يؤدي إلى هجرة الأيونات، وترسيب الأكسيد، وفشل درع EMI في النهاية.

كتقنية تركيب دقيقة لحشوات SMT: توافق اللحام بالانصهار والتحكم في الإجهاد الدقيق تركز هذه المقالة على الموثوقية الميكانيكية، ثم تنتقل إلى البعد الكهروكيميائي: عندما يلتقي الماء والكهرباء والمعادن، يبدأ الاختبار الحقيقي لموثوقية التداخل الكهروكيميائي.

"نموذج العناصر الثلاثة" للتآكل الكهروكيميائي

يبدأ التآكل فقط عندما تتواجد هذه الشروط الثلاثة معًا:

• وجود الإلكتروليت : تشكل الرطوبة المكثفة أغشية سائلة رقيقة (RH > 60%).

• المعادن غير المتشابهة : النسيج الموصل من النيكل والنحاس عند ملامسته للأغلفة المصنوعة من الألومنيوم يخلق فرقًا محتملًا (ΔV > 150mV).

• مسار تحيز التيار المستمر : تؤدي اختلافات التأريض إلى توليد تيارات دقيقة تؤدي إلى التآكل.

في هذه المرحلة، تتصرف الواجهة مثل خلية جلفانية مصغرة:

• الأنود (غلاف الألومنيوم): Al → Al³⁺ + 3e⁻ (أكسدة، وتشكيل Al(OH)₃ الأبيض).

• الكاثود (طبقة النيكل والنحاس): O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻ (بيئة قلوية تعمل على تسريع تآكل النحاس).

مسار التآكل: من التآكل النقطي إلى فشل الحماية

1. اختراق مسام دقيقة - تتسرب الرطوبة من خلال النسيج الموصل إلى الطبقة المعدنية للرغوة.

2. هجرة الأيونات - تهاجر أيونات Cu²⁺ وNi²⁺ تحت التحيز، لتشكل خيوطًا موصلة أو أكاسيد عازلة.

3. تدهور التلامس – تتراكم الأكاسيد عند الواجهات، مما يؤدي إلى زيادة المقاومة وتقليل الحماية من التداخل الكهرومغناطيسي.

دراسة الحالة: في أحد اختبارات T-Box للسيارات، ارتفعت مقاومة التلامس من 0.2Ω إلى 8.7Ω بعد التعرض للحرارة الرطبة، مع انخفاض فعالية الحماية بمقدار 20 ديسيبل في النطاق 300 ميجا هرتز - 1 جيجا هرتز.

التدابير الهندسية المضادة: من التوصيل إلى العزل الكهروكيميائي

1. حلول على مستوى المواد

   • استبدال طلاء النيكل والنحاس بالطلاء الفضي (اتجاه الأكسدة أقل).

   • أضف حواجز انتشار أكسيد النانو بين القماش الموصل والرغوة.

2. استراتيجيات التصميم الهيكلي

   • التأريض المتساوي الجهد : القضاء على تحيز التيار المستمر عن طريق محاذاة الغلاف وأرضية لوحة الدوائر المطبوعة.

   • الختم المقاوم للماء : ضع طلاءات مقاومة للماء عند المفاصل لمنع تكوين الفيلم.

3. حماية البيئة

   • ترقية الختم من IP54 إلى IP67 لمنع دخول الرطوبة.

   • أضف مجففات داخلية لامتصاص الرطوبة المتبقية.

الكشف عن مخاطر التآكل والإنذار المبكر بها

• مطيافية المعاوقة الكهروكيميائية (EIS): تكتشف تغييرات مقاومة الواجهة عند التردد المنخفض.

• حيود الأشعة السينية الدقيقة (μ-XRD): يحدد منتجات التآكل مثل Cu₂O أو Al(OH)₃.

• اختبار الحرارة الرطبة المتسارعة المنحازة للتيار المستمر (85 درجة مئوية/85% رطوبة نسبية + 5 فولت): يحاكي التدهور طويل الأمد.

أعطال التداخل الكهروكيميائي: حادث كهروكيميائي متخفٍّ

في كثير من الأحيان لا يكون فشل المطاط السيليكوني الموصل نتيجة لعيوب مادية، ولكن بسبب التفاعلات الكهروكيميائية التي يتم تجاهلها على مستوى النظام.

تتعاون شركة Konlida مع العملاء لتطوير نماذج تقييم مخاطر تآكل الواجهة ، مما يجعل الاستقرار الكهروكيميائي معيارًا جديدًا في اختيار مواد حجب EMI.

تصميم حشوات SMT لسهولة التصنيع: ضمان التكامل السلس في خطوط الإنتاج الآلية مع التركيز على الدقة في الوضع والضغط، تذكر هذا: إن الموثوقية الحقيقية تعني البقاء على قيد الحياة في المثلث الكهروكيميائي للماء والجهد والمعادن - الاختبار النهائي للإلكترونيات الدقيقة.