Durabilità dei Materiali di Placcatura dei Pin per Connettori PCB

I pin header sono uno dei componenti comuni nelle PCB, ma hanno una specifica che non è sempre considerata: il materiale di placcatura. Il materiale che si vede nei pin header delle PCB, nei connettori, nei pogo pin e nei post passanti è solo una placcatura, ed è depositato su un metallo base che fornisce le principali proprietà strutturali. Anche se potrebbe sembrare un dettaglio minore, la placcatura dei pin è un grande determinante della affidabilità nelle connessioni dei pin, proprio come lo è sullo strato superficiale di una PCB.

Per la maggior parte delle applicazioni, si utilizzano pin di connettore placcati in stagno e questi saranno accettabili dal punto di vista della affidabilità. Quando è necessaria una maggiore affidabilità meccanica, considerare le opzioni di placcatura mostrate di seguito. Molti produttori di connettori offrono questi materiali di placcatura sui loro prodotti, che include connettori schermati disponibili a magazzino e contatti a crimpare per assemblaggi di cavi.

Materiali di Placcatura per Connettori Elettrici

I pin dei connettori tendono ad avere 5 diverse opzioni di placcatura: stagno, stagno-piombo, oro, argento o ottone. Ci sono anche alcuni connettori che utilizzano materiali di placcatura speciali, come leghe contenenti nichel o palladio simili a ENIG/ENEPIG.

Per i materiali di base, l'opzione comune è l'ottone o il bronzo fosforoso, anche se un materiale di base del connettore più robusto è l'acciaio inossidabile, che sarebbe desiderato quando sono necessarie connessioni di maggiore resistenza.

Ora che abbiamo coperto le opzioni di materiale, diamo un'occhiata più approfondita ai materiali di placcatura.

Placcatura in Stagno

Questa è l'opzione di placcatura più comune ed economica, ed è comunemente usata nei pin header e nei terminali dei connettori, tipicamente su materiali di base in ottone. Lo stagno forma uno strato di ossido quando esposto all'aria e si corroderà ulteriormente quando esposto ad agenti corrosivi. Alcuni dei vantaggi della placcatura in stagno:

• È facile da saldare con paste o fili di saldatura a base di stagno
• La placcatura è spessa (centinaia di micron) il che permette molti cicli di accoppiamento
• Lo stagno è tra le opzioni di placcatura meno costose

Sebbene i pin di connettore in stagno possano avere un alto rating di cicli di accoppiamento, la placcatura può comunque consumarsi a causa dell'attrito, che è uno dei motivi per cui il deposito di placcatura può essere molto spesso. Lo stagno ha anche il potenziale per sperimentare la formazione di whisker, proprio come si troverebbe nelle placcature in stagno sulle PBC. Il problema dei whisker è meno importante sui pin dei connettori a meno che i pin non siano molto densi.

Placcatura in Oro

La placcatura in oro è un'opzione più costosa che offre alcuni vantaggi in termini di durabilità rispetto ad altre placcature. La placcatura in oro si trova sui pin header, sui pin dei connettori e sui ricevitori, e sulle coppie pogo pin/ricevitore. Anche se l'oro è un metallo morbido, è anche un metallo nobile che lo rende più resistente alla corrosione rispetto allo stagno.

• Bassa resistenza di contatto nell'area di accoppiamento
• Placcatura sottile (decine di micron) su uno strato di semina in nichel
• Bassa attrito supera la bassa durezza dell'oro per garantire molti cicli di accoppiamento
• Maggiore resistenza alla corrosione rispetto allo stagno

Probabilmente hai già utilizzato pin header placcati in oro come questa striscia di Harwin. [Link al prodotto su Octopart]

Il palladio è talvolta utilizzato come alternativa all'oro, sebbene non sia comune nei prodotti commerciali. Alcune aziende che offrono servizi di placcatura forniranno il palladio come opzione molto più duratura dell'oro senza un aumento eccessivo del costo.

Placcatura Stagno-Piombo

Poiché le placcature prive di piombo non sono qualificate per l'aerospaziale o altri requisiti di alta affidabilità, lo stagno-piombo è normalmente utilizzato come placcatura di PCB, placcatura di terminali di componenti e nella saldatura. Lo stagno-piombo può formare giunti di saldatura più forti e la presenza di piombo sopprime la crescita di aghi nelle placcature e nei giunti di saldatura.

• Alta affidabilità con facile saldatura
• Placcatura spessa (centinaia di micron) e alta durezza che permettono molti cicli di accoppiamento
• Opzione di placcatura a basso costo per molti materiali di base (ottone, acciaio inossidabile, ecc.)
• Migliore resistenza alla corrosione rispetto alle placcature prive di piombo

Nonostante l'impossibilità di conformarsi alla direttiva RoHS, la placcatura stagno-piombo sarà richiesta in applicazioni ad alta affidabilità come l'aerospaziale fino a quando le opzioni di placcatura prive di piombo non dimostreranno di soddisfare gli standard di prestazione e qualificazione.

Placcatura Argento

L'argento è meno comune ma offre una migliore compatibilità con le saldature argentate per formare intermetallici simili durante la saldatura. Offre anche la minore resistenza di contatto tra le placcature metalliche native, quindi può essere utilizzato in applicazioni con alta densità di corrente dove è necessaria una maggiore affidabilità.

• Minore resistenza di contatto possibile nell'area di accoppiamento
• Placcatura sottile (decine di micron) sul materiale di base o sullo strato di semina
• La bassa frizione supera la bassa durezza dell'argento per garantire molti cicli di accoppiamento

Proprio come la placcatura superficiale in argento su un PCB, i terminali dei connettori argentati possono accumulare ossidazione nel tempo. Se un componente placcato in argento richiede la saldatura, allora deve essere fatto entro pochi mesi dal ricevimento della scheda/dei componenti, altrimenti l'ossidazione ridurrà la resistenza del giunto di saldatura.

Esempio di contatto crimpati argentato per una connessione elettrica, disponibile su Jameco.

Placcatura Selettiva

Alcuni pin header e pin montati attraverso foro possono essere placcati selettivamente, dove due diverse placcature sono utilizzate per differenti parti del terminale del connettore. Ad esempio, nei pin header, alcuni prodotti avranno la placcatura in oro solo sulla punta dei pin del connettore, mentre il punto di saldatura potrebbe essere in stagno o in una placcatura di stagno-piombo. Questo garantirebbe l'affidabilità della saldatura stagno-piombo alla base del connettore con la resistenza alla corrosione di una placcatura in oro sui pin conduttori esposti.

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