Durabilité des matériaux de placage des broches pour les connecteurs de PCB

Les connecteurs à broches sont l'un des composants communs dans les PCBs, mais ils ont une spécification qui n'est pas toujours considérée : le matériau de placage. Le matériau que vous voyez dans les têtes de broches de PCB, les connecteurs, les broches pogo et les poteaux traversants n'est qu'un placage, et il est déposé sur un métal de base qui fournit les principales propriétés structurelles. Bien que cela puisse sembler un détail mineur, le placage des broches est un grand déterminant de la fiabilité dans les connexions de broches, tout comme il l'est sur la couche de surface d'un PCB.

Pour la plupart des applications, des broches de connecteur plaquées étain simples sont utilisées et celles-ci seront acceptables du point de vue de la fiabilité. Lorsqu'une fiabilité mécanique plus élevée est nécessaire, envisagez les options de placage présentées ci-dessous. De nombreux fabricants de connecteurs proposent ces matériaux de placage sur leurs produits, ce qui inclut les connecteurs enrobés disponibles immédiatement et les contacts à sertir pour les assemblages de câbles.

Matériaux de Placage pour Connecteurs Électriques

Les broches de connecteur ont tendance à avoir 5 options de placage différentes : étain, étain-plomb, or, argent ou laiton. Il existe également des connecteurs qui utilisent des matériaux de placage spécialisés, tels que des alliages contenant du nickel ou du palladium similaires à ENIG/ENEPIG.

Pour les matériaux de base, l'option courante est le laiton ou le bronze phosphoreux, bien qu'un matériau de base de connecteur plus robuste soit l'acier inoxydable, qui serait souhaité lorsque des connexions de plus grande résistance sont nécessaires.

Maintenant que nous avons couvert les options de matériaux, examinons plus en détail les matériaux de placage.

Placage à l'Étain

C'est l'option de placage la plus courante et la plus rentable, et elle est couramment utilisée dans les têtes de broches et les fils de connecteur, typiquement sur des matériaux de base en laiton. L'étain forme une couche d'oxyde lorsqu'il est exposé à l'air et il se corrodera davantage lorsqu'exposé à des agents corrosifs. Certains des avantages du placage à l'étain:

• Il est facile à souder avec des pâtes à souder ou fils à base d'étain
• Le placage est épais (des centaines de microns) ce qui permet de nombreux cycles d'accouplement
• L'étain fait partie des options de placage les moins coûteuses

Bien que les broches de connecteur en étain puissent avoir un taux élevé de cycles d'accouplement, le placage peut encore s'user en raison du frottement, ce qui est une raison pour laquelle le dépôt de placage peut être très épais. L'étain a également le potentiel de subir la formation de whiskers, tout comme vous le trouveriez dans les placages en étain sur les PCBs. Le problème des whiskers est moins important sur les broches de connecteur à moins que les broches ne soient très denses.

Placage à l'Or

Le placage à l'or est une option plus coûteuse qui offre certains avantages en termes de durabilité par rapport à d'autres placages. Le placage à l'or se trouve sur les têtes de broches, les broches de connecteur et les réceptacles, et les paires de broches pogo/réceptacle. Bien que l'or soit un métal mou, c'est aussi un métal noble ce qui le rend plus résistant à la corrosion que l'étain.

• Faible résistance de contact dans la zone d'accouplement
• Placage mince (dizaines de microns) sur une couche de semence de nickel
• Faible friction surmonte la faible dureté de l'or pour assurer de nombreux cycles d'accouplement
• Résistance à la corrosion plus élevée que l'étain

Vous avez probablement déjà utilisé des barrettes de broches plaquées or comme cette bande de chez Harwin. [Lien du produit sur Octopart]

Le palladium est parfois utilisé comme alternative à l'or, bien qu'il ne soit pas courant dans les produits commerciaux. Certaines entreprises offrant des services de placage proposeront le palladium comme une option beaucoup plus durable que l'or sans augmentation excessive du coût.

Placage Étain-Plomb

Étant donné que les placages sans plomb ne sont pas qualifiés pour l'aérospatiale ou d'autres exigences de haute fiabilité, l'étain-plomb est normalement utilisé comme placage de PCB, placage de broches de composants, et dans le soudage. L'étain-plomb peut former des joints de soudure plus solides et la présence de plomb supprime la croissance des whiskers dans les placages et les joints de soudure.

• Haute fiabilité avec soudage facile
• Placage épais (centaines de microns) et haute dureté permettant de nombreux cycles d'accouplement
• Option de placage à faible coût pour de nombreux matériaux de base (laiton, acier inoxydable, etc.)
• Meilleure résistance à la corrosion que les placages sans plomb

Malgré l'incapacité à se conformer à la directive RoHS, le placage étain-plomb sera requis dans les applications de haute fiabilité telles que l'aérospatiale jusqu'à ce que les options de placage sans plomb puissent être démontrées pour répondre aux normes de performance et de qualification.

Placage Argent

L'argent est moins courant mais il offre une meilleure compatibilité avec les soudures argentées pour former des intermétalliques similaires lors du soudage. Il offre également la plus faible résistance de contact des placages métalliques natifs, il peut donc être utilisé dans des applications à haute densité de courant où une plus grande fiabilité est nécessaire.

• La plus faible résistance de contact possible dans la zone de contact
• Placage fin (dizaines de microns) sur le matériau de base ou la couche de semence
• Faible friction surmonte la faible dureté de l'argent pour assurer de nombreux cycles d'accouplement

Tout comme le placage de surface en argent sur un PCB, les broches de connecteur argentées peuvent s'oxyder avec le temps. Si un composant plaqué argent nécessite d'être soudé, cela doit être fait dans les quelques mois suivant la réception du circuit/imprimé ou des composants, sinon l'oxydation réduira la résistance du joint de soudure.

Exemple de contact à sertir argenté pour une connexion de fil, disponible chez Jameco.

Placage sélectif

Certains connecteurs à broches et broches montées en travers peuvent être plaqués de manière sélective, où deux placages différents sont utilisés pour différentes parties de la broche du connecteur. Par exemple, dans les connecteurs à broches, certains produits auront le placage en or uniquement sur la pointe des broches du connecteur, tandis que le point de soudure pourrait être en étain ou en placage étain-plomb. Cela permettrait d'obtenir la fiabilité de la soudure étain-plomb à la base du connecteur avec la résistance à la corrosion d'un placage en or sur les broches conductrices exposées.

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