Durabilidade dos Materiais de Revestimento dos Pinos para Conectores de PCB

Os pinos de cabeçalho são um dos componentes comuns em PCBs, mas eles têm uma especificação que nem sempre é considerada: o material de revestimento. O material que você vê nos pinos de cabeçalho de PCBs, conectores, pinos pogo e postes passantes é apenas um revestimento, e é depositado sobre um metal base que fornece as principais propriedades estruturais. Embora possa parecer um detalhe menor, o revestimento dos pinos é um grande determinante da confiabilidade nas conexões de pinos, assim como é na camada superficial de um PCB.

Para a maioria das aplicações, são usados pinos de conector revestidos de estanho e estes serão aceitáveis do ponto de vista da confiabilidade. Quando uma maior confiabilidade mecânica é necessária, considere as opções de revestimento mostradas abaixo. Muitos fabricantes de conectores oferecem esses materiais de revestimento em seus produtos, o que inclui conectores blindados prontos para uso e contatos de crimpagem para montagens de cabos.

Materiais de Revestimento para Conectores Elétricos

Os pinos de conector tendem a ter 5 diferentes opções de revestimento: estanho, estanho-chumbo, ouro, prata ou latão. Há também alguns conectores que usam materiais de revestimento especiais, como ligas contendo níquel ou paládio semelhantes a ENIG/ENEPIG.

Para materiais base, a opção comum é latão ou bronze fosforoso, embora um material base de conector mais robusto seja o aço inoxidável, que seria desejado quando conexões de maior resistência são necessárias.

Agora que cobrimos as opções de material, vamos olhar mais a fundo para os materiais de revestimento.

Revestimento de Estanho

Esta é a opção de revestimento mais comum e econômica, e é comumente usada em pinos de cabeçalho e leads de conectores, tipicamente sobre materiais base de latão. O estanho forma uma camada de óxido quando exposto ao ar e corroerá ainda mais quando exposto a agentes corrosivos. Alguns dos benefícios do revestimento de estanho:

• É fácil de soldar com pastas de solda ou fios à base de estanho
• O revestimento é espesso (centenas de microns) o que permite muitos ciclos de acoplamento
• O estanho está entre as opções de revestimento de menor custo

Embora os pinos de conector de estanho possam ter uma alta classificação de ciclos de acoplamento, o revestimento ainda pode se desgastar devido ao atrito, o que é uma razão pela qual o depósito de revestimento pode ser muito espesso. O estanho também tem o potencial de experimentar a formação de whiskers, assim como você encontraria em revestimentos de estanho em PCBs. O problema dos whiskers é menos importante em pinos de conector, a menos que os pinos sejam muito densos.

Revestimento de Ouro

O revestimento de ouro é uma opção mais cara que oferece alguns benefícios de durabilidade sobre outros revestimentos. O revestimento de ouro é encontrado em pinos de cabeçalho, pinos de conector e receptáculos, e pares de pino/receptáculo pogo. Embora o ouro seja um metal macio, ele também é um metal nobre, o que o torna mais resistente à corrosão do que o estanho.

• Baixa resistência de contato na área de acoplamento
• Revestimento fino (dezenas de microns) sobre uma camada de semente de níquel
• Baixo atrito supera a baixa dureza do ouro para garantir muitos ciclos de acoplamento
• Maior resistência à corrosão do que o estanho

Você provavelmente já usou pin headers banhados a ouro como esta tira da Harwin. [Link do produto no Octopart]

O paládio é às vezes usado como uma alternativa ao ouro, embora não seja comum em produtos comerciais. Algumas empresas que oferecem serviços de banho fornecerão paládio como uma opção muito mais durável que o ouro sem um aumento excessivo no custo.

Banho de Estanho-Chumbo

Como os banhos sem chumbo não são qualificados para aeroespacial ou outras exigências de alta confiabilidade, o estanho-chumbo é normalmente usado como um banho para PCB, banho para terminais de componentes e em soldagem. O estanho-chumbo pode formar juntas de solda mais fortes e a presença de chumbo suprime o crescimento de whiskers em banhos e juntas de solda.

• Alta confiabilidade com soldagem fácil
• Banho espesso (centenas de microns) e alta dureza permitindo muitos ciclos de conexão
• Opção de banho de baixo custo para muitos materiais base (latão, aço inoxidável, etc.)
• Melhor resistência à corrosão do que os banhos sem chumbo

Apesar da incapacidade de cumprir com a diretiva RoHS, o banho de estanho-chumbo será necessário em aplicações de alta confiabilidade, como aeroespacial, até que as opções de banho sem chumbo possam ser demonstradas para atender aos padrões de desempenho e qualificação.

Banho de Prata

A prata é menos comum, mas oferece melhor compatibilidade com soldas prateadas para formar intermetálicos semelhantes durante a soldagem. Também oferece a menor resistência de contato dos banhos de metal nativo, por isso pode ser usada em aplicações com alta densidade de corrente onde maior confiabilidade é necessária.

• Menor resistência de contato possível na área de conexão
• Banho fino (dezenas de microns) sobre material base ou camada de semente
• Baixa fricção supera a baixa dureza da prata para garantir muitos ciclos de conexão

Assim como o banho de superfície de prata em um PCB, os terminais de conectores prateados podem acumular manchas ao longo do tempo. Se um componente banhado a prata requer soldagem, então isso deve ser feito dentro de alguns meses após receber a placa/componentes, caso contrário, a mancha reduzirá a força da junta de solda.

Exemplo de contato crimpado prateado para conexão de fio, disponível na Jameco.

Platinação Seletiva

Alguns pinos de cabeçalho e pinos montados através de furos podem ser seletivamente platinados, onde duas diferentes platinagens são usadas para diferentes partes do condutor do conector. Por exemplo, em pinos de cabeçalho, alguns produtos terão a platinação de ouro apenas na ponta dos pinos do conector, enquanto o ponto de solda poderia ser de estanho ou platinação de estanho-chumbo. Isso daria a confiabilidade da soldagem de estanho-chumbo na base do conector com a resistência à corrosão de uma platinação de ouro nos pinos condutores expostos.

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