Прочность материалов покрытия контактных выводов для разъемов печатных плат

Штыревые разъемы являются одним из распространенных компонентов на печатных платах, но у них есть спецификация, которая не всегда учитывается: материал покрытия. Материал, который вы видите на штыревых разъемах, коннекторах, пого-пинах и сквозных контактах, является лишь покрытием, и он наносится на базовый металл, который обеспечивает основные структурные свойства. Хотя это может показаться мелкой деталью, покрытие штырей является важным фактором надежности соединений, так же как и на поверхностном слое печатной платы.

Для большинства приложений используются простые оловянные контактные пины, которые будут приемлемы с точки зрения надежности. Когда требуется более высокая механическая надежность, стоит рассмотреть варианты покрытия, показанные ниже. Многие производители коннекторов предлагают эти материалы покрытия для своей продукции, включая готовые экранированные коннекторы и кримпованные контакты для кабельных сборок.

Материалы покрытия для электрических коннекторов

Контактные пины коннекторов обычно имеют 5 различных вариантов покрытия: олово, олово-свинец, золото, серебро или латунь. Также существуют коннекторы, использующие специальные материалы покрытия, такие как сплавы, содержащие никель или палладий, аналогичные ENIG/ENEPIG.

Для базовых материалов обычным вариантом является латунь или фосфористая бронза, хотя более прочным материалом базы для коннектора является нержавеющая сталь, которая будет предпочтительна, когда требуются соединения с высокой прочностью.

Теперь, когда мы рассмотрели варианты материалов, давайте более подробно остановимся на материалах покрытия.

Оловянное покрытие

Это самый распространенный и экономичный вариант покрытия, который обычно используется в штыревых разъемах и выводах коннекторов, в основном на латунных базовых материалах. Олово образует оксидный слой при контакте с воздухом и будет дальше корродировать при воздействии коррозийных агентов. Некоторые преимущества оловянного покрытия:

• Легко паять с использованием оловянных паяльных паст или проводов
• Покрытие толстое (сотни микрон), что позволяет множество циклов соединения
• Олово является одним из самых дешевых вариантов покрытия

Хотя оловянные контактные пины могут иметь высокий рейтинг циклов соединения, покрытие все же может стираться из-за трения, что является одной из причин, по которой покрытие может быть очень толстым. Олово также может подвергаться образованию усиков, как и оловянные покрытия на ПП. Проблема усиков менее важна для контактных пинов, если только пины не очень плотные.

Золотое покрытие

Золотое покрытие является более дорогим вариантом, который предлагает некоторые преимущества в долговечности по сравнению с другими покрытиями. Золотое покрытие используется на штыревых разъемах, контактных пинах и гнездах, а также на парах пого-пин/гнездо. Хотя золото является мягким металлом, оно также является благородным металлом, что делает его более устойчивым к коррозии, чем олово.

• Низкое контактное сопротивление в зоне соединения
• Тонкое покрытие (десятки микрон) поверх никелевого подслоя
• Низкое трение преодолевает низкую твердость золота для обеспечения множества циклов соединения
• Высокая устойчивость к коррозии по сравнению с оловом

Вы, вероятно, использовали золотые штыревые разъемы, подобные этой полосе от Harwin. [Ссылка на продукт на Octopart]

Палладий иногда используется в качестве альтернативы золоту, хотя это не распространено в коммерческих продуктах. Некоторые компании, предлагающие услуги по покрытию, могут предложить палладий как вариант, который намного прочнее золота без значительного увеличения стоимости.

Покрытие олово-свинец

Поскольку покрытия без свинца не сертифицированы для использования в аэрокосмической отрасли или других высоконадежных приложениях, олово-свинец обычно используется в качестве покрытия для печатных плат, выводов компонентов и при пайке. Олово-свинец может формировать более прочные паяные соединения, а наличие свинца подавляет рост вискеров в покрытиях и паяных соединениях.

• Высокая надежность с легкостью пайки
• Толстое покрытие (сотни микрон) и высокая твердость, позволяющие многократное соединение
• Недорогой вариант покрытия для многих базовых материалов (латунь, нержавеющая сталь и т. д.)
• Лучшая коррозионная стойкость, чем у покрытий без свинца

Несмотря на несоответствие директиве RoHS, покрытие олово-свинец будет требоваться в приложениях с высокой надежностью, таких как аэрокосмическая отрасль, до тех пор, пока не будет доказано, что варианты покрытия без свинца соответствуют стандартам производительности и квалификации.

Покрытие серебром

Серебро используется реже, но оно обеспечивает лучшую совместимость с серебряными припоями для формирования аналогичных межметаллических соединений при пайке. Оно также предлагает самое низкое сопротивление контакта среди покрытий из чистых металлов, поэтому может использоваться в приложениях с высокой плотностью тока, где требуется большая надежность.

• Минимально возможное сопротивление контакта в зоне соединения
• Тонкое покрытие (десятки микрон) поверх базового материала или подслоя
• Низкое трение преодолевает низкую твердость серебра, обеспечивая многократное соединение

Так же, как и серебряное поверхностное покрытие на печатной плате, выводы серебряных компонентов со временем могут потускнеть. Если серебряный компонент требует пайки, то это должно быть сделано в течение нескольких месяцев после получения платы/компонентов, иначе потускнение уменьшит прочность паяного соединения.

Пример серебряного кримпованного контакта для соединения проводов, доступный на Jameco.

Селективное покрытие

Некоторые штыревые разъемы и сквозные контактные пины могут быть покрыты селективно, когда для разных частей вывода разъема используются два разных покрытия. Например, в штыревых разъемах, на кончиках контактных пинов может быть золотое покрытие, в то время как место пайки может быть покрыто оловом или оловянно-свинцовым покрытием. Это обеспечивает надежность пайки оловянно-свинцовым сплавом у основания разъема с коррозионной стойкостью золотого покрытия на открытых контактных пинах.

Независимо от того, нужно ли вам создать надежную силовую электронику или передовые цифровые системы, используйте полный набор функций проектирования печатных плат и мирового класса инструменты CAD в Altium Designer®. Для реализации сотрудничества в современной междисциплинарной среде, инновационные компании используют Altium 365™ для легкого обмена данными проектирования и запуска проектов в производство.

Мы лишь слегка коснулись возможностей, которые открывает Altium Designer на Altium 365. Начните ваш бесплатный пробный период Altium Designer + Altium 365 сегодня.