Độ bền của Vật liệu Mạ Chân Kết Nối cho PCB

Chân cắm là một trong những linh kiện phổ biến trên PCB, nhưng chúng có một đặc điểm không phải lúc nào cũng được xem xét: vật liệu mạ. Vật liệu bạn thấy trên chân cắm PCB, kết nối, chân pogo, và cột qua lỗ chỉ là lớp mạ, và nó được phủ lên trên một kim loại cơ bản cung cấp các tính chất cấu trúc chính. Mặc dù có vẻ như một chi tiết nhỏ, lớp mạ chân cắm là một yếu tố quyết định lớn đối với độ tin cậy trong kết nối chân cắm, giống như trên lớp bề mặt của PCB.

Đối với hầu hết các ứng dụng, người ta sử dụng chân cắm kết nối được mạ thiếc và những chân này sẽ được chấp nhận từ góc độ độ tin cậy. Khi cần độ tin cậy cơ học cao hơn, hãy xem xét các lựa chọn mạ dưới đây. Nhiều nhà sản xuất kết nối cung cấp các vật liệu mạ này trên sản phẩm của họ, bao gồm cả kết nối có vỏ sẵn và liên hệ crimp cho hội tụ cáp.

Vật Liệu Mạ cho Kết Nối Điện

Chân kết nối thường có 5 lựa chọn mạ khác nhau: thiếc, thiếc-chì, vàng, bạc, hoặc đồng. Cũng có một số kết nối sử dụng vật liệu mạ đặc biệt, như hợp kim chứa niken hoặc palladium tương tự như ENIG/ENEPIG.

Đối với vật liệu cơ bản, lựa chọn phổ biến là đồng hoặc đồng bronz phosphor, mặc dù một vật liệu cơ bản kết nối cứng cáp hơn là thép không gỉ, sẽ được mong muốn khi cần kết nối có độ bền cao hơn.

Bây giờ chúng ta đã đề cập đến các lựa chọn vật liệu, hãy xem xét kỹ hơn về vật liệu mạ.

Mạ Thiếc

Đây là lựa chọn mạ phổ biến và tiết kiệm chi phí nhất, và nó thường được sử dụng trong chân cắm và dẫn kết nối, thường trên vật liệu cơ bản là đồng. Thiếc tạo thành một lớp oxit khi tiếp xúc với không khí và nó sẽ bị ăn mòn thêm khi tiếp xúc với các chất ăn mòn. Một số lợi ích của mạ thiếc:

• Dễ dàng hàn với keo hàn dựa trên thiếc hoặc dây
• Lớp mạ dày (hàng trăm micromet) cho phép nhiều chu kỳ ghép nối
• Thiếc là một trong những lựa chọn mạ có chi phí thấp nhất

Mặc dù chân cắm thiếc có thể có đánh giá chu kỳ ghép nối cao, lớp mạ vẫn có thể bị mài mòn do ma sát, đó là một lý do lớp mạ có thể rất dày. Thiếc cũng có khả năng hình thành râu, giống như bạn sẽ tìm thấy trong lớp mạ thiếc trên PBCs. Vấn đề râu ít quan trọng hơn trên chân cắm trừ khi các chân cắm rất dày đặc.

Mạ Vàng

Mạ vàng là một lựa chọn đắt hơn cung cấp một số lợi ích về độ bền hơn so với các lớp mạ khác. Mạ vàng được tìm thấy trên chân cắm, chân kết nối và ổ cắm, và cặp pogo pin/ổ cắm. Mặc dù vàng là một kim loại mềm, nó cũng là một kim loại quý làm cho nó kháng ăn mòn hơn thiếc.

• Điện trở tiếp xúc thấp ở khu vực ghép nối
• Lớp mạ mỏng (hàng chục micromet) trên một lớp nền niken
• Ma sát thấp vượt qua độ cứng thấp của vàng để đảm bảo nhiều chu kỳ ghép nối
• Khả năng chống ăn mòn cao hơn thiếc

Bạn có lẽ đã từng sử dụng các loại chân cắm mạ vàng như dải này từ Harwin. [Liên kết sản phẩm trên Octopart]

Palladium đôi khi được sử dụng như một lựa chọn thay thế cho vàng, mặc dù nó không phổ biến trong các sản phẩm thương mại. Một số công ty cung cấp dịch vụ mạ sẽ cung cấp palladium như một lựa chọn bền hơn vàng mà không tăng chi phí quá mức.

Mạ Thiếc-Chì

Vì các lớp mạ không chứa chì không được chứng nhận cho ngành hàng không vũ trụ hoặc các yêu cầu độ tin cậy cao khác, thiếc-chì thường được sử dụng làm lớp mạ PCB, mạ chân linh kiện và trong hàn. Thiếc-chì có thể tạo ra các mối hàn chắc chắn hơn và sự hiện diện của chì ngăn chặn sự phát triển của râu mạ trong các lớp mạ và mối hàn.

• Độ tin cậy cao với khả năng hàn dễ dàng
• Lớp mạ dày (hàng trăm micromet) và độ cứng cao cho phép nhiều chu kỳ ghép nối
• Lựa chọn mạ giá rẻ cho nhiều vật liệu cơ bản (đồng thau, thép không gỉ, v.v.)
• Khả năng chống ăn mòn tốt hơn so với các lớp mạ không chứa chì

Mặc dù không tuân thủ được chỉ thị RoHS, mạ thiếc-chì sẽ được yêu cầu trong các ứng dụng độ tin cậy cao như hàng không vũ trụ cho đến khi các lựa chọn mạ không chứa chì có thể được chứng minh đáp ứng các tiêu chuẩn về hiệu suất và chứng nhận.

Mạ Bạc

Bạc ít phổ biến hơn nhưng nó cung cấp khả năng tương thích tốt hơn với hàn bạc để tạo ra các hợp kim tương tự trong quá trình hàn. Nó cũng cung cấp điện trở tiếp xúc thấp nhất trong số các lớp mạ kim loại tự nhiên, vì vậy nó có thể được sử dụng trong các ứng dụng có mật độ dòng điện cao nơi cần độ tin cậy cao hơn.

• Điện trở tiếp xúc thấp nhất có thể ở khu vực ghép nối
• Lớp mạ mỏng (hàng chục micromet) trên vật liệu cơ bản hoặc lớp hạt giống
• Ma sát thấp vượt qua độ cứng thấp của bạc để đảm bảo nhiều chu kỳ ghép nối

Giống như mạ bề mặt bạc trên PCB, chân kết nối bạc có thể tích tụ bạc ăn mòn theo thời gian. Nếu một linh kiện mạ bạc cần được hàn, thì việc đó phải được thực hiện trong vài tháng sau khi nhận bảng mạch/linh kiện, nếu không bạc ăn mòn sẽ giảm độ bền của mối hàn.

Ví dụ về liên hệ crimp mạ bạc cho kết nối dây, có sẵn tại Jameco.

Mạ Chọn Lọc

Một số loại chân cắm và chân cắm gắn qua lỗ có thể được mạ chọn lọc, nơi mà hai loại mạ khác nhau được sử dụng cho các phần khác nhau của chân kết nối. Ví dụ, đối với chân cắm, một số sản phẩm chỉ có lớp mạ vàng ở đầu của chân kết nối, trong khi điểm hàn có thể được mạ thiếc hoặc mạ thiếc-chì. Điều này sẽ mang lại độ tin cậy của việc hàn thiếc-chì ở cơ sở kết nối với khả năng chống ăn mòn của lớp mạ vàng trên các chân dẫn tiếp xúc.

Cho dù bạn cần xây dựng điện tử công suất đáng tin cậy hay hệ thống số tiên tiến, hãy sử dụng bộ tính năng thiết kế PCB đầy đủ và các công cụ CAD hàng đầu thế giới trong Altium Designer®. Để thực hiện sự hợp tác trong môi trường đa ngành nghề ngày nay, các công ty đổi mới đang sử dụng Altium 365™ để dễ dàng chia sẻ dữ liệu thiết kế và đưa dự án vào sản xuất.

Chúng ta mới chỉ khám phá bề mặt của những gì có thể thực hiện với Altium Designer trên Altium 365. Bắt đầu dùng thử miễn phí Altium Designer + Altium 365 ngay hôm nay.