Durabilidad de los materiales de chapado de pines para conectores de PCB

Los encabezados de pines son uno de los componentes comunes en las PCBs, pero tienen especificaciones que no siempre se consideran: el material de recubrimiento. El material que ves en los encabezados de pines de PCB, conectores, pines pogo y postes pasantes es solo un recubrimiento, y se deposita sobre un metal base que proporciona las principales propiedades estructurales. Aunque podría parecer un detalle menor, el recubrimiento de los pines es un gran determinante de la fiabilidad en las conexiones de pines, al igual que lo es en la capa superficial de una PCB.

Para la mayoría de las aplicaciones, se utilizan pines de conector recubiertos de estaño y estos serán aceptables desde la perspectiva de la fiabilidad. Cuando se necesita una mayor fiabilidad mecánica, considere las opciones de recubrimiento mostradas a continuación. Muchos fabricantes de conectores ofrecen estos materiales de recubrimiento en sus productos, lo que incluye conectores encapsulados disponibles en el mercado y contactos de engarce para ensamblajes de cables.

Materiales de Recubrimiento para Conectores Eléctricos

Los pines de los conectores tienden a tener 5 diferentes opciones de recubrimiento: estaño, estaño-plomo, oro, plata o latón. También hay algunos conectores que utilizan materiales de recubrimiento especiales, como aleaciones que contienen níquel o paladio similares a ENIG/ENEPIG.

Para los materiales base, la opción común es latón o bronce fosforado, aunque un material base de conector más robusto es el acero inoxidable, que sería deseado cuando se necesitan conexiones de mayor resistencia.

Ahora que hemos cubierto las opciones de materiales, veamos más en profundidad los materiales de recubrimiento.

Recubrimiento de Estaño

Esta es la opción de recubrimiento más común y rentable, y se utiliza comúnmente en encabezados de pines y conductores de conectores, típicamente sobre materiales base de latón. El estaño forma una capa de óxido cuando se expone al aire y se corroerá aún más cuando se exponga a agentes corrosivos. Algunos de los beneficios del recubrimiento de estaño:

• Es fácil de soldar con pastas de soldadura o alambres a base de estaño
• El recubrimiento es grueso (cientos de micrones) lo que permite muchos ciclos de acoplamiento
• El estaño está entre las opciones de recubrimiento de menor costo

Aunque los pines de conector de estaño pueden tener una alta calificación de ciclos de acoplamiento, el recubrimiento aún puede desgastarse debido a la fricción, que es una razón por la cual el depósito de recubrimiento puede ser muy grueso. El estaño también tiene el potencial de experimentar la formación de bigotes, al igual que encontrarías en recubrimientos de estaño en las PCBs. El problema de los bigotes es menos importante en los pines de los conectores a menos que los pines sean muy densos.

Recubrimiento de Oro

El recubrimiento de oro es una opción más costosa que ofrece algunos beneficios de durabilidad sobre otros recubrimientos. El recubrimiento de oro se encuentra en encabezados de pines, pines de conectores y receptáculos, y pares de pin/receptáculo pogo. Aunque el oro es un metal blando, también es un metal noble lo que lo hace más resistente a la corrosión que el estaño.

• Baja resistencia de contacto en el área de acoplamiento
• Recubrimiento delgado (decenas de micrones) sobre una capa base de níquel
• Baja fricción supera la baja dureza del oro para asegurar muchos ciclos de acoplamiento
• Mayor resistencia a la corrosión que el estaño

Probablemente hayas utilizado conectores de pines bañados en oro como esta tira de Harwin. [Enlace del producto en Octopart]

El paladio a veces se usa como alternativa al oro, aunque no es común en productos comerciales. Algunas empresas que ofrecen servicios de bañado proporcionarán paladio como una opción mucho más duradera que el oro sin un aumento excesivo en el costo.

Bañado de Estaño-Plomo

Debido a que los bañados sin plomo no están calificados para la industria aeroespacial u otros requisitos de alta fiabilidad, el estaño-plomo se utiliza normalmente como un bañado para PCB, bañado de terminales de componentes y en soldadura. El estaño-plomo puede formar uniones de soldadura más fuertes y la presencia de plomo suprime el crecimiento de whiskers en bañados y uniones de soldadura.

• Alta fiabilidad con facilidad de soldadura
• Bañado grueso (cientos de micrones) y alta dureza que permite muchos ciclos de acoplamiento
• Opción de bañado de bajo costo para muchos materiales base (latón, acero inoxidable, etc.)
• Mejor resistencia a la corrosión que los bañados sin plomo

A pesar de la incapacidad para cumplir con la directiva RoHS, el bañado de estaño-plomo será requerido en aplicaciones de alta fiabilidad como la industria aeroespacial hasta que se demuestre que las opciones de bañado sin plomo cumplen con los estándares de rendimiento y calificación.

Bañado de Plata

La plata es menos común pero ofrece mejor compatibilidad con soldaduras plateadas para formar intermetálicos similares durante la soldadura. También ofrece la menor resistencia de contacto de los bañados metálicos nativos, por lo que se puede usar en aplicaciones con alta densidad de corriente donde se necesita mayor fiabilidad.

• La menor resistencia de contacto posible en el área de acoplamiento
• Bañado delgado (decenas de micrones) sobre material base o capa de semilla
• Baja fricción supera la baja dureza de la plata para asegurar muchos ciclos de acoplamiento

Al igual que el bañado superficial de plata en un PCB, los terminales de conectores plateados pueden acumular deslustre con el tiempo. Si un componente bañado en plata requiere soldadura, entonces debe hacerse dentro de unos pocos meses de recibir la placa/componentes, de lo contrario, el deslustre reducirá la fuerza de la unión de soldadura.

Ejemplo de contacto engarzado plateado para una conexión de cable, disponible en Jameco.

Chapado Selectivo

Algunos encabezados de pines y pines montados a través del orificio podrían ser chapados selectivamente, donde se utilizan dos chapados diferentes para diferentes partes del conductor del conector. Por ejemplo, en los encabezados de pines, algunos productos tendrán el chapado de oro solo en la punta de los pines del conector, mientras que el punto de soldadura podría ser de estaño o de un chapado de estaño-plomo. Esto daría la fiabilidad de la soldadura de estaño-plomo en la base del conector con la resistencia a la corrosión de un chapado de oro en los pines conductores expuestos.

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