Silikon użyty do uszczelnienia obudowy może po kilku tygodniach stać się przyczyną niestabilnych pomiarów, grzania złącza albo zaniku sygnału. Problemem zwykle nie jest sam utwardzony elastomer, lecz substancje wydzielane podczas jego sieciowania, pozostałości zanieczyszczeń oraz kontakt preparatu z powierzchnią przewodzącą.
Największe ryzyko występuje w małych, zamkniętych obudowach, gdzie produkty uboczne nie mają drogi ujścia. Dlatego dobór materiału trzeba oprzeć na chemii utwardzania i próbie zgodności, a nie wyłącznie na napisie „neutralny” lub „izolacyjny”.
1. Skąd bierze się korozja pod silikonem
Jednoskładnikowe silikony kondensacyjne utwardzają się pod wpływem wilgoci. W odmianach acetoksy, zwanych kwaśnymi lub octowymi, produktem ubocznym jest kwas octowy, rozpoznawalny po charakterystycznym zapachu. W obecności wilgoci może on przyspieszać korozję miedzi i innych podatnych metali, szczególnie gdy pozostaje uwięziony przy powierzchni.
Na płytce zagrożone są odsłonięte ścieżki, wyprowadzenia elementów oraz miejsca uszkodzenia powłok ochronnych. Pokrycie styku złotem nie daje pełnej ochrony, jeżeli warstwa jest porowata, przetarta albo nie osłania krawędzi. Reakcja może wtedy zachodzić na odsłoniętej warstwie podkładowej.
Gruba spoina utrudnia odprowadzanie produktów reakcji, a zamknięcie obudowy dodatkowo zwiększa ich stężenie. Nałożenie większej ilości masy „dla pewności” potrafi więc pogorszyć trwałość połączenia zamiast poprawić szczelność całego zespołu.
2. „Neutralny” nie oznacza automatycznie bezpieczny dla elektroniki
Silikony neutralne obejmują różne układy chemiczne. Preparaty alkoksy wydzielają podczas utwardzania alkohole, natomiast oksymowe – odpowiednie oksymy. Brak kwasu octowego ogranicza jedno źródło ryzyka, ale nie potwierdza zgodności wszystkich dodatków z metalami, tworzywami i powłokami płytki.
Uszczelniacz sanitarny może zawierać środki przeciwgrzybicze, a produkt budowlany składniki poprawiające przyczepność do podłoży innych niż laminat czy metalizacja złączy. Takie dodatki nie muszą powodować awarii, lecz bez danych producenta nie ma podstaw, aby uznać je za odpowiednie do elektroniki. Przeznaczenie do łazienek lub instalacji elektrycznych nie zastępuje potwierdzenia zgodności z konkretnym zespołem elektronicznym.
- W karcie technicznej należy ustalić system utwardzania i deklarowane zastosowania.
- Trzeba sprawdzić ograniczenia dotyczące miedzi, mosiądzu, srebra oraz tworzyw użytych w złączach.
- Należy odróżnić deklarację „niekorozyjny” od wyników badań wykonanych na określonych materiałach i w określonych warunkach.
3. Nie każda awaria styku jest korozją
Silikon może pogarszać działanie styku także bez chemicznego niszczenia metalu. Cienka warstwa masy lub migrujących składników na powierzchni kontaktowej tworzy barierę izolacyjną. W obwodach sygnałowych objawia się to niestabilnością rezystancji, szczególnie przy małym docisku i niewielkich prądach.
Osobnym problemem są lotne siloksany w sąsiedztwie styków, na których powstaje łuk elektryczny. Mogą tam tworzyć twarde, izolujące osady zawierające tlenki krzemu. Dlatego przekaźnik z niehermetyczną obudową wymaga szczególnej ostrożności nawet wtedy, gdy silikon nie dotyka jego wyprowadzeń.
Skutki wzrostu rezystancji łatwo policzyć: przy prądzie 10 A opór styku 10 mΩ oznacza wydzielanie 1 W ciepła. Wzrost do 100 mΩ daje już 10 W w niewielkim punkcie połączenia. To wystarczy, aby lokalnie przegrzać złącze, choć sam przewód dobrano prawidłowo.
4. Izolacyjność elektryczna a zgodność chemiczna
Typowy, niemodyfikowany silikon po pełnym utwardzeniu jest izolatorem, ale istnieją również odmiany przewodzące z dodatkiem odpowiednich wypełniaczy. Pytanie „czy silikon przewodzi prąd” trzeba więc rozpatrywać dla konkretnego produktu i warunków pracy. Przy wyborze materiału określanego jako silikon do elektroniki lub silikon elektryczny pomocne jest rozdzielenie izolacyjności i bezpieczeństwa chemicznego, omawiane w poradniku BL Elektronik silikony.
Wysoka rezystywność nie wyklucza korozji powodowanej produktami utwardzania. Z kolei deklarowana wytrzymałość dielektryczna próbki nie oznacza, że ręcznie wykonana spoina zapewni taką samą izolację: znaczenie mają pęcherze, grubość, przyczepność i zabrudzenia. Dla obwodów sieciowych silikon nie może być przypadkowym zamiennikiem wymaganych odstępów izolacyjnych.
5. Jak wykonać próbę zgodności przed montażem
Badanie należy przeprowadzić na tych samych metalach, powłokach i tworzywach, które występują w urządzeniu. Sama kropla na kawałku czystej miedzi nie odwzoruje zachowania cynowanego złącza ani płytki z pozostałościami topnika. Potrzebna jest również próbka kontrolna bez silikonu, przechowywana w identycznych warunkach.
- Przygotuj próbki po rzeczywistym procesie czyszczenia i dokładnie je wysusz. Zapisz wygląd powierzchni, rezystancję styku oraz rezystancję izolacji, jeśli jest istotna.
- Nałóż masę w planowanej grubości. Odtwórz odległość od złączy, objętość obudowy i przewidywany moment jej zamknięcia.
- Utwardzaj zgodnie z kartą techniczną. Często spotykane tempo około 2–3 mm na dobę dotyczy określonych warunków i nie pozwala liniowo wyliczać czasu dla głębokiej zalewy.
- Wykonaj oględziny po 24 godzinach, 72 godzinach i 7 dniach. Szukaj nalotów, przebarwień, utraty przyczepności oraz zmian parametrów elektrycznych.
- Powtórz ocenę po ekspozycji na temperaturę i wilgotność reprezentatywne dla urządzenia. Tygodniowa próba przesiewowa nie zastępuje kwalifikacji trwałościowej.
Rezystancję niskoomowych połączeń najlepiej mierzyć metodą czteroprzewodową. Dla styków sygnałowych trzeba ograniczyć napięcie i prąd testowy zgodnie z ich wymaganiami, aby pomiar nie przebił warstwy zanieczyszczeń i nie ukrył problemu. Kryterium akceptacji powinno wynikać z dokumentacji złącza oraz budżetu strat obwodu, nie z arbitralnego progu procentowego.
6. Proces aplikacji też musi być kontrolowany
Najbezpieczniejszy materiał nie pomoże, jeżeli operator pokryje nim powierzchnie robocze styków. Strefy złączy, gniazd i przekaźników należy wyłączyć z aplikacji, a masę dozować powtarzalnie. Obudowę zamyka się po czasie ustalonym w próbie procesu, nie tylko po pojawieniu się suchego naskórka.
Podczas dozowania i utwardzania potrzebna jest wentylacja oraz ocena zagrożeń wskazanych w karcie charakterystyki. Materiały dotyczące narażenia zawodowego na substancje chemiczne publikuje Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy. Ocena bezpieczeństwa pracownika nie zastępuje jednak badania kompatybilności preparatu z elektroniką.
Do dokumentacji produkcyjnej należy wpisać konkretny produkt, jego partię, grubość spoiny i warunki utwardzania. Zmiana preparatu na pozornie równoważny wymaga ponownej oceny. O trwałości decyduje cały układ: chemia masy, powierzchnia metalu, geometria aplikacji i środowisko pracy.
