İletken silikon özelliklerine yönelik aramaların çoğu aynı iki satırı döndürüyor: "silikon artı karbon siyahı, elektriği iletir." Bu, bir parçayı tanımlamak için yeterli değil. Direnç derecesi, dolgu maddesi türü ve sertlik değişimi olmadan, fiyat tekliflerini karşılaştıramaz veya parçanın sıkıştırma döngülerinden sonra nasıl davranacağını tahmin edemezsiniz.
İletken silikon, sürekli bir iletken yol oluşana kadar karbon siyahı, nikel kaplı grafit veya gümüş bazlı dolgu maddeleriyle doldurulmuş standart silikon kauçuktur (PDMS). Hacimsel direnç yaklaşık 0,001 Ω·cm (gümüş dolgulu) ile 10⁸ Ω·cm (antistatik sınıflar) arasında değişir. Isı, soğuk ve hava koşullarına dayanıklılık, temel polimere yakın kalır.
Silikonu İletken Yapan Nedir?
Polimerin kendisinde hiçbir şey yok. Temel silikon kauçuk, hacimsel özdirenci yaklaşık 10¹⁴–10¹⁵ Ω·cm ve dielektrik dayanımı 20–25 kV/mm aralığında olan bir yalıtkandır. İletkenlik, parçacıkların birbirine temas edip kauçuk boyunca sürekli bir ağ oluşturacak kadar iletken dolgu maddesi yüklenerek mekanik olarak eklenir.
O nokta şudur ki... sızma eşiği. Bunun altında, ne kadar dolgu maddesi eklerseniz ekleyin, direnç neredeyse hiç değişmez. Bunun üstüne çıktığınızda ise, yüklemedeki 1-2%'lik bir değişiklikle direnç birkaç mertebe düşebilir. İletken kalitelerin atölyede karıştırılmaması, formüle edilmesi ve "karbon dolgulu silikon" diyen iki tedarikçinin size direnç açısından otuz yıl arayla parçalar sunabilmesinin nedeni budur.
Hacim Direnci Sınıfları ve Tipik Dolgu Maddeleri
| Sınıf düzeyi | Hacimsel direnç | Tipik dolgu maddesi | Tipik kullanım |
|---|---|---|---|
| Antistatik | 10⁶–10⁸ Ω·cm | Düşük yüklemeli karbon siyahı | Statik dağıtıcı pedler, taşıma tepsileri |
| ESD / statik dağıtıcı | 10³–10⁶ Ω·cm | Karbon siyahı | Yanma testi fırın contaları, IC taşıma contaları |
| İletken (genel) | 10¹–10³ Ω·cm | Yüksek yüklemeli karbon siyahı | Tuş takımı temas noktaları, topraklama pedleri |
| EMI koruması, karbon | 0,5–10 Ω·cm | Karbon siyahı / karbon fiber | Düşük maliyetli muhafaza contaları |
| EMI koruması, metal dolgulu | 0,001–0,1 Ω·cm | Nikel-grafit, gümüş-alüminyum, saf gümüş | MIL-DTL-83528 koruyucu contalar |
Bilgi için, Shin-Etsu'nun standart karbon kaliteleri (EC-BL / EC-BM / EC-BH) 0,009–0,05 Ω·m, yani yaklaşık 0,9–5 Ω·cm aralığında yer alır. Ticari olarak temin edilebilen iletken silikon genellikle 0,01 Ω·m ile 10 Ω·m arasında güvenilirdir; 100 Ω·m'nin üzerinde, direnç küçük karbon varyasyonlarıyla bile sert bir şekilde dalgalanır ve 10 kΩ·m–100 MΩ·m aralığında tutarlı bir değer elde etmek üretimde zordur.
İletken Dolgu Maddeleri Mekanik Özellikleri Nasıl Değiştirir?
Parçayı sertleştirirler ve yırtılma dayanımını düşürürler. Elektriksel nedenlerle kullanılan dolgu malzemesi, yüklemeye bağlı olarak yine de takviye veya kusur görevi görür.
| Mülk | Standart silikon (tipik) | Karbon dolgulu iletken (tipik) |
|---|---|---|
| Sertlik | Shore A 30–70, tüm ürün yelpazesi mevcuttur. | Kıyı A 45–70, yumuşak zemin koşulları sınırlı |
| Gerilme direnci | 6–10 MPa | ~5–6 MPa (≈776 psi) |
| Kopma anında uzama | 300–700% | ~250–350% |
| Yırtılma dayanımı | 20–40 kN/m | ~85 ppi (≈15 kN/m) |
| Sıkıştırma seti (22 saat / 175°C) | 15–30% | Daha yüksek, dolgu maddesine bağlı |
| Renk | Herhangi | Metal dolgulu olanlar için siyah veya metalik gri. |
Tasarım açısından iki sonuç ortaya çıkıyor. Birincisi, EMI seviyesinde direnç değerine sahip Shore A 20 iletken silikon isteyemezsiniz; gerekli dolgu maddesi miktarı buna izin vermez. İkincisi, sızdırmazlık kuvveti ve elektriksel temas kuvveti birbirine bağlıdır; daha sert bir bileşik, sızdırmazlık sağlamak için daha fazla sıkıştırma gerektirir ve daha fazla sıkıştırma, aynı zamanda iletkenliğini koruması gereken bir contanın deformasyonunu hızlandırır.
İletken silikon aynı sıcaklık aralığını korur mu?
Çoğunlukla. Karbon dolgulu çeşitler, kısa süreliğine 230°C'ye kadar çıksa da, sürekli olarak yaklaşık -55°C ila 200°C arasında çalışır ve temel polimerin ozon, UV ve hava koşullarına karşı direncini korur. Dolgu maddesi siloksan omurgasını değiştirmez.
Değişen şey parçanın ömrü değil, elektriksel değerin kararlılığıdır. Tekrarlanan ısı döngüleri ve uzun süreli sıkıştırma, dolgu ağını hafifçe değiştirir, bu nedenle kauçuk kendisi iyi görünse de direnç kullanım ömrü boyunca yukarı doğru kayar. Prototipi ilk gün oda sıcaklığında test eden ekipler bunu nadiren görür; sahaya geri dönen ürünlerde çatlak conta olarak değil, aralıklı temas olarak ortaya çıkar. Uygulamanın bir direnç tavanı varsa, bu tavan termal yaşlanmadan önce değil, sonra test edilmelidir.
Gümüş bazlı dolgu malzemeleri kendi sınırlamalarını da beraberinde getirir: sıcaklık değil, eşleşen gövdeyle galvanik uyumluluk. Tuzlu sis ortamında çıplak alüminyuma karşı saf gümüş dolgulu silikon, flanşı aşındırır. Bu nedenle MIL-DTL-83528, gümüş-alüminyum ve nikel-grafit kalitelerini saf gümüşten ayrı olarak listeler.
Bu özellikleri hangi standartlar tanımlar ve test eder?
| Standart | Neleri kapsar? |
|---|---|
| ASTM D257 | Yalıtkan ve yarı iletken malzemelerin hacim ve yüzey özdirenci |
| ASTM D991 | Elektrik iletken elastomerlerin hacimsel özdirenci |
| MIL-DTL-83528 | EMI koruması için iletken elastomer conta malzemeleri, dolgu maddesi türüne göre. |
| MIL-STD-285 / IEEE 299 | Kapalı alanların koruma etkinliğinin ölçülmesi |
| ASTM D2240 | Durometre sertliği |
| ASTM D412 / D624 | Çekme dayanımı, uzama, yırtılma |
| ASTM D395 | Sıkıştırma seti |
| RoHS 2011/65/AB | Metal dolgulu kaliteler için geçerli olan kısıtlı maddeler |
Sadece "iletken, 10² Ω" ibaresini içeren ancak test yöntemini belirtmeyen bir veri sayfası, teknik özellik belgesi değildir. Hangi standardın, hangi kalınlıkta ve hangi temas basıncı altında geçerli olduğunu sorun.
Ölçülen parça direncinin veri sayfasındaki değerle neden asla uyuşmadığı
Çünkü özdirenç bir malzeme özelliğidir ve direnç bir geometri sonucudur. R = ρ × l / A. 0,5 mm kalınlığında, 5 mm²'lik bir temas yüzeyindeki 1 Ω·cm'lik bir bileşik, aynı bileşiğin 3 mm'lik bir conta kesitindeki davranışından çok farklı davranır.
Üretimde üç faktör öne çıkar:
- Kalınlık ve temas alanı. Daha ince ve daha geniş olması daha düşük direnç anlamına gelir. Sızdırmazlık geometrisindeki tasarım değişiklikleri, elektriksel performansı sessizce değiştirir.
- Sıkıştırma. Temas direnci, sapma arttıkça azalır ve genellikle 15–30% sıkıştırma aralığında bir yerde stabilize olur. Yetersiz sıkıştırılmış contalar yüksek ve tutarsız değerler gösterir.
- Yüzey durumu. Kalıplanmış yüzey, kalıp ayırıcı kalıntı ve kalıp sonrası temizlik, temas direncini etkiler. Kalıptan çıkarıldıktan hemen sonra ölçülen karbon dolgulu yüzeyler, 200°C'de 4 saat süreyle kürleme işleminden sonra ölçülen parçalardan farklı sonuçlar verebilir.
İletken parçalar için fiyat teklifi verirken, gelen spesifikasyonda genellikle direnç değeri ohm cinsinden belirtilir ve bu değerde herhangi bir ölçüm noktası, sıkıştırma oranı veya prob aralığı belirtilmez. Bu değere göre kontrol yapılamaz ve bu durum, ilk ürün sonuçlarının tartışılmasının en yaygın nedenidir.
Mülkiyet Sınırlarının Gerçek Parçalarda Ortaya Çıktığı Yerler
Tuş takımı temas hapları. 10¹–10³ Ω·cm sınıfındaki karbon hapları, iletken olmayan bir malzeme haline getirilmiştir. özel silikon tuş takımı Gövde. Elektriksel gereksinim, akım taşıma değil, anahtarın kapanmasıdır; bu nedenle direnç kayması mutlak değerden daha önemlidir. Karşılaştırmamıza bakın. iletken ve iletken olmayan silikon tuş takımları Ve Silikon tuş takımı malzemeleri ve kaliteleri.
EMI koruma contaları. Dolgu malzemesi türüne göre MIL-DTL-83528 standardına göre belirtilen metal dolgulu kaliteler. Burada, dirençten önce gövde malzemesi ve korozyon ortamı dolgu malzemesi seçimini belirler.
Topraklama ve ESD pedleri. Antistatik ve ESD kalitelerinde amaç, iletkenlik değil, yavaşça yük boşaltmak. Çok düşük direnç bir avantaj değil, bir kusurdur. İletken kaplamalı silikon köpük Contalar, kapağın aynı anda hem sızdırmazlık sağlaması hem de statik elektriği tahliye etmesi gerektiğinde devreye girer.
Zebra / elastomerik bağlantı elemanları. İletken ve yalıtkan katmanların birbirini takip etmesi, tek bir iletken bileşik yerine; önemli olan özellik hacim direnci değil, adım aralığı ve sıkıştırma aralığıdır.
Aynı malzeme ailesinin yalıtım tarafında ise temel davranış, kılavuzlarımızda ele alınmıştır. silikonun elektriksel özellikleri Ve elektrik yalıtımında silikon kauçuk şeritler. Isı iletkenliği tamamen ayrı bir dolgu sistemidir — bkz. silikon termal iletkenliği. Elektrik iletkenliği ve ısı iletkenliği aynı bileşik değildir ve tek bir kalitede her ikisini de istemek genellikle sertliği tekrar artıran alümina veya bor nitrür katkısı anlamına gelir.
İletken Silikon Ne Değildir?
Bu bir tel değil. Gümüş dolgulu kaliteler bile yaklaşık 0,001 Ω·cm civarındadır, bu da bakırdan yaklaşık beş kat daha yüksektir. İletken silikon, anlamlı bir akım taşımak için değil, köprüleme, topraklama, koruma ve anahtarlama yapmak için vardır.
Ayrıca, maliyet açısından da doğrudan bir ikame değildir. Karbon alaşımları, standart alaşım fiyatlarına yakındır. Nikel-grafit alaşımları birkaç kat daha pahalıdır ve gümüş dolgulu alaşımlar gümüş içeriğine göre fiyatlandırılır; bu da fiyat teklifinin metal piyasasına göre hareket ettiği ve parça geometrinizdeki hurda oranının birim maliyeti doğrudan etkilediği anlamına gelir.
SSS
İletken silikon ile ısı iletken silikon aynı mıdır?
Hayır. Elektriksel iletkenlik, bir geçirgenlik ağı oluşturan karbon veya metal dolgu maddelerinden kaynaklanır. Isıl iletkenlik ise genellikle elektriksel yalıtkan olan alümina veya bor nitrürden kaynaklanır.
Silikon kauçukta bulunabilen en düşük özdirenç değeri nedir?
Saf gümüş dolgulu kaliteler yaklaşık 0,001 Ω·cm'ye ulaşır. Bunun altında, elastomer bölgesinden çıkıp metal kontaklara veya kaplamalı donanımlara geçersiniz.
İletken silikon gıda sınıfı veya tıbbi sınıf olabilir mi?
Karbon siyahı yüklemesi genellikle dışlar FDA 21 CFR 177.2600 ve doğrudan gıda teması için LFGB uyumluluğu. Belirli bir uyumlu bileşik onaylanmadığı sürece, iletken kaliteleri endüstriyel ve elektronik malzemeler olarak değerlendirin.
İletken silikon zamanla iletkenliğini kaybeder mi?
Parça sağlam kalır, ancak ısı döngüsü ve uzun süreli sıkıştırma ile direnç yukarı doğru kayma eğilimindedir. Kalibrasyon, taze numuneler üzerinde değil, termal yaşlandırma sonrasında yapılmalıdır.
İletken Parça İçin Fiyat Teklifi Vermeden Önce Nelere İhtiyacımız Var?
Yukarıdaki özellikler yalnızca seçenekleri daraltıyor. Bir bileşiği ve fiyatı belirlemek için dört girdi neredeyse her şeyi belirliyor: hedef direnç veya dayanım ve test yöntemi, sertlik ve sızdırmazlık kuvveti gereksinimi, eşleşen gövde malzemesi ve korozyon ortamı ve parçanın kalıplanmış, ekstrüde edilmiş veya kalıptan kesilmiş olup olmadığı. silikon levha. Dolgu malzemesi seçimi bunlardan kaynaklanır ve dolgu malzemesi seçimi hem maliyeti hem de üçüncü yılda göreceğiniz sapmayı belirler.
Eğer direnç gereksinimi hala arkasında herhangi bir sabitleme olmadan tek bir rakamdan oluşuyorsa, ilk olarak bu sorunu çözmek gerekir; bu, ilk numune üretildikten sonra değil, kalıplama işleminden önce yapılmalıdır.
Referanslar
- ASTM D257-14(2021)e1, Yalıtım Malzemelerinin DC Direnci veya İletkenliği için Standart Test Yöntemleri — ASTM International. https://www.astm.org/d0257-14r21e01.html
- ASTM D991-89(2020), Kauçuk Özelliği—Elektrik İletken ve Antistatik Ürünlerin Hacim Direnci — ASTM International. https://store.astm.org/d0991-89r20.html
- MIL-DTL-83528, Conta Malzemesi, İletken, Koruyucu Conta, Elektronik, Elastomer, EMI/RFI — ABD Savunma Lojistik Ajansı ASSIST, Revizyon J, 11 Ekim 2023. https://quicksearch.dla.mil/qsDocDetails.aspx?ident_number=34009
- IEEE Std 299-2006, Elektromanyetik Koruma Muhafazalarının Etkinliğinin Ölçülmesine İlişkin Standart Yöntem — IEEE Standartlar Birliği. https://standards.ieee.org/standard/299-2006.html
- 21 CFR 177.2600, Tekrarlanan kullanım için tasarlanmış kauçuk ürünler — ABD FDA / eCFR, güncel baskı. https://www.ecfr.gov/current/title-21/chapter-I/subchapter-B/part-177/subpart-C/section-177.2600
- Direktif 2011/65/AB (RoHS), 1 Ocak 2025 tarihli konsolide metin — EUR-Lex. https://eur-lex.europa.eu/eli/dir/2011/65/2025-01-01/eng
- Rahaman M. ve diğerleri, Dışsal İletken Polimer Kompozitler için Elektriksel İletkenliğin Geçiş Eşiğinin Belirlenmesi, Polimerler (2019) — NIH PMC. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6418723/
- Miranda I. ve diğerleri, Biyomedikal Mühendisliğinde PDMS'nin Özellikleri ve Uygulamaları: Bir İnceleme (2022) — NIH PMC. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8788510/
- Silikon Kauçuk Bileşiklerinin Karakteristik Özellikleri — Shin-Etsu Chemical, ürün kataloğu (PDF). https://www.shinetsusilicone-global.com/catalog/pdf/rubber_e.pdf
