Trwałość materiałów do powlekania pinów dla złącz PCB

Pin headers są jednym z powszechnych komponentów w PCB, ale mają specyfikację, która nie zawsze jest brana pod uwagę: materiał powłoki. Materiał, który widzisz w pin headers PCB, złączach, pogo pins i słupkach przelotowych, to tylko powłoka, która jest nanoszona na metal bazowy, zapewniający główne właściwości strukturalne. Chociaż może się to wydawać drobnym szczegółem, powłoka pinów jest dużym determinantem niezawodności połączeń pinowych, tak jak ma to miejsce na warstwie powierzchniowej PCB.

Dla większości zastosowań używane są proste złącza z pinami pokrytymi cyną, które będą akceptowalne z perspektywy niezawodności. Gdy potrzebna jest wyższa niezawodność mechaniczna, należy rozważyć opcje powłok pokazane poniżej. Wiele producentów złącz oferuje te materiały powłok na swoich produktach, co obejmuje złącza osłonięte dostępne od ręki oraz złącza zaciskowe do zespołów kablowych.

Materiały Powłok dla Złącz Elektrycznych

Złącza zwykle mają 5 różnych opcji powłok: cyna, cyna-ołów, złoto, srebro lub mosiądz. Istnieją również złącza, które używają specjalistycznych materiałów powłok, takich jak stopy zawierające nikiel lub pallad podobne do ENIG/ENEPIG.

Jeśli chodzi o materiały bazowe, powszechną opcją jest mosiądz lub brąz fosforowy, chociaż bardziej wytrzymałym materiałem bazowym złącza jest stal nierdzewna, która byłaby pożądana, gdy potrzebne są połączenia o wyższej wytrzymałości.

Teraz, gdy omówiliśmy opcje materiałów, przyjrzyjmy się bliżej materiałom powłok.

Powłoka Cynowa

To najbardziej powszechna i opłacalna opcja powłoki, która jest powszechnie używana w pin headers i prowadnicach złącz, zwykle na materiałach bazowych z mosiądzu. Cyna tworzy warstwę tlenku, gdy jest wystawiona na powietrze i będzie dalej korodować, gdy zostanie wystawiona na działanie czynników korozyjnych. Niektóre z korzyści powłoki cynowej:

• Łatwo się ją lutować przy użyciu past do lutowania na bazie cyny lub drutów
• Powłoka jest gruba (setki mikronów), co pozwala na wiele cykli łączenia
• Cyna należy do najtańszych opcji powłok

Chociaż złącza z pinami cynowymi mogą mieć wysoką ocenę cykli łączenia, powłoka może się nadal ścierać z powodu tarcia, co jest jednym z powodów, dla których depozyt powłoki może być bardzo gruby. Cyna ma również potencjał do tworzenia wąsów, tak jak znajdziesz w powłokach cynowych na PCB. Problem z wąsami jest mniej ważny na pinach złącz, chyba że piny są bardzo gęste.

Powłoka Złota

Powłoka złota to droższa opcja, która oferuje pewne korzyści pod względem trwałości w porównaniu z innymi powłokami. Powłoka złota znajduje się na pin headers, pinach złącz i gniazdach oraz parach pogo pin/gniazdo. Chociaż złoto jest miękkim metalem, jest również metalem szlachetnym, co sprawia, że jest bardziej odporne na korozję niż cyna.

• Niski opór kontaktu w obszarze łączenia
• Cienka powłoka (dziesiątki mikronów) na warstwie nasiennej niklu
• Niskie tarcie pokonuje niską twardość złota, aby zapewnić wiele cykli łączenia
• Wyższa odporność na korozję niż cyna

Prawdopodobnie używałeś złącz pinowych pokrytych złotem, takich jak ten pasek od Harwin. [Link do produktu na Octopart]

Pallad jest czasami używany jako alternatywa dla złota, chociaż nie jest powszechny w produktach komercyjnych. Niektóre firmy oferujące usługi galwanizacji mogą oferować pallad jako opcję, która jest znacznie trwalsza niż złoto bez nadmiernego wzrostu kosztów.

Galwanizacja cynowo-ołowiowa

Ponieważ powłoki bez ołowiu nie są kwalifikowane do zastosowań w lotnictwie lub innych wymagających niezawodności, cynowo-ołowiowa jest zwykle używana jako powłoka PCB, powłoka wyprowadzeń komponentów oraz w lutowaniu. Cynowo-ołowiowa może tworzyć mocniejsze połączenia lutownicze, a obecność ołowiu tłumi wzrost włosków w powłokach i złączach lutowniczych.

• Wysoka niezawodność z łatwym lutowaniem
• Gruba powłoka (setki mikronów) i wysoka twardość pozwalająca na wiele cykli łączenia
• Niskokosztowa opcja powłoki dla wielu materiałów bazowych (mosiądz, stal nierdzewna itp.)
• Lepsza odporność na korozję niż powłoki bez ołowiu

Pomimo niemożności spełnienia dyrektywy RoHS, galwanizacja cynowo-ołowiowa będzie wymagana w aplikacjach o wysokiej niezawodności, takich jak lotnictwo, dopóki nie zostanie wykazane, że opcje powłok bez ołowiu spełniają standardy wydajności i kwalifikacji.

Galwanizacja srebrem

Srebro jest mniej powszechne, ale zapewnia lepszą kompatybilność z lutami posrebrzanymi, tworząc podobne międzymetaliczne podczas lutowania. Oferuje również najniższy opór styku z natywnych powłok metalicznych, więc może być używane w aplikacjach o wysokiej gęstości prądu, gdzie potrzebna jest większa niezawodność.

• Najniższy możliwy opór styku w obszarze łączenia
• Cienka powłoka (dziesiątki mikronów) na materiale bazowym lub warstwie nasiennej
• Niskie tarcie pokonuje niską twardość srebra, zapewniając wiele cykli łączenia

Tak jak powłoka powierzchniowa srebra na PCB, srebrne wyprowadzenia złącz mogą z czasem ciemnieć. Jeśli komponent pokryty srebrem wymaga lutowania, musi być wykonane w ciągu kilku miesięcy od otrzymania płytki/komponentów, w przeciwnym razie ciemnienie zmniejszy wytrzymałość połączenia lutowniczego.

Przykład posrebrzanego złącza tulejowego do połączenia przewodów, dostępny w Jameco.

Selektywne powlekanie

Niektóre złącza pinowe i montowane przelotowo piny mogą być selektywnie powlekane, gdzie dla różnych części złącza stosuje się dwa różne rodzaje powłok. Na przykład, w złączach pinowych, niektóre produkty mogą mieć powłokę złotą tylko na końcówce pinów złącza, podczas gdy punkt lutowania może być pokryty cyną lub stopem cyny z ołowiem. Zapewnia to niezawodność lutowania cynowo-ołowiowego u podstawy złącza z odpornością na korozję dzięki zastosowaniu powłoki złotej na wystających pinach przewodzących.

Bez względu na to, czy potrzebujesz zbudować niezawodną elektronikę mocy czy zaawansowane systemy cyfrowe, użyj kompletnego zestawu funkcji projektowania PCB i narzędzi CAD klasy światowej w Altium Designer®. Aby w dzisiejszym środowisku wielodyscyplinarnym wdrożyć współpracę, innowacyjne firmy korzystają z Altium 365™, aby łatwo udostępniać dane projektowe i wprowadzać projekty do produkcji.

To tylko wierzchołek góry lodowej możliwości, jakie oferuje Altium Designer na Altium 365. Zacznij swoją darmową próbę Altium Designer + Altium 365 już dziś.