Samtec連接器電鍍小課堂系列二 | 法向力、循環(huán)、溫度和其他要點(diǎn)

【摘要/前言】

電鍍會(huì)影響連接器系統(tǒng)的壽命和質(zhì)量，包括耐腐蝕性、導(dǎo)電性、可焊性，當(dāng)然還有成本。

【小課堂背景】

這是 Samtec質(zhì)量工程經(jīng)理 Phil Eckert 和首席工程師 Matt Brown 討論連接器電鍍相關(guān)問題的系列第二部分，主題為 “法向力、循環(huán)、溫度和其他要點(diǎn)”

系列第一部分Samtec連接器小課堂 | 連接器電鍍常識Q&A，獲得了良好反響。因此Samtec將逐步推出系列后續(xù)科普文章，用以回答 Samtec 質(zhì)量和加工專家經(jīng)常提出的連接器電鍍問題。

這些問題主要涉及鍍金和鍍錫，因?yàn)檫@是最常見的連接器電鍍選項(xiàng)。

Q1. 觸點(diǎn)的法向力是否應(yīng)該決定使用哪種鍍層？

A1:

簡短的回答是“Yes”。對于鍍錫，一般準(zhǔn)則是每個(gè)接合觸點(diǎn)承受100克的法向力，以實(shí)現(xiàn)氣密連接。氧化物有可能在錫表面形成電阻層。要實(shí)現(xiàn)良好的連接，需要足夠的法向力來突破氧化層。當(dāng)我說這些連接器需要 100 克的法向力時(shí)，我們并不是在談?wù)撐⑿瓦B接器。通常不會(huì)在這些小型連接器上看到鍍錫，因?yàn)楹茈y產(chǎn)生適當(dāng)?shù)姆ㄏ蛄Α?/p>

而鍍金是一種貴金屬，不會(huì)與大氣中的污染物發(fā)生反應(yīng)，因此可以使用較小的法向力，如30-40克。

你可能對?"30-40克，壽命終止 "這句話并不陌生，它指的是考慮熱疲勞后的接觸法向力。這是指測試完成并暴露在較高溫度下后的接觸法向力。通常情況下，接觸梁會(huì)放松，但您仍然希望達(dá)到30-40克（鍍金）。請注意，這只是一般準(zhǔn)則；我曾見過使用微型連接器的EOEM，其重量小于30克，但運(yùn)行良好。

我們之前提到，鍍金需要30-40克的接觸法向力。我們之所以給出一個(gè)范圍，是因?yàn)?b>所需的法向力會(huì)受到觸點(diǎn)設(shè)計(jì)的影響。也就是說，接觸點(diǎn)越多越好。

Q2: 鍍金和鍍錫的最高連續(xù)使用溫度是多少？

A2:

鍍錫的最高連續(xù)使用溫度是105°C，鍍金的最高連續(xù)使用溫度是125°C。順便提一下，許多客戶將 "最高連續(xù)使用溫度 "和 "工作溫度范圍 "作為同義詞使用。

還有峰值溫度，指的是設(shè)備在有限的時(shí)間內(nèi)暴露在高于工作溫度的溫度下。高于工作溫度時(shí)會(huì)發(fā)生反應(yīng)，例如表面腐蝕或氧化，而所有反應(yīng)都會(huì)因熱量而加速。一般的經(jīng)驗(yàn)法則是溫度每升高 10 攝氏度，反應(yīng)速度就會(huì)增加一倍。因此，一旦達(dá)到一定的溫度，原本緩慢發(fā)生、多年來都不會(huì)影響連接器壽命的反應(yīng)會(huì)突然迅速發(fā)生，從而導(dǎo)致連接器迅速失效。

您應(yīng)該了解連接器的電流承載能力（CCC）。通過連接器的電流會(huì)使連接器內(nèi)部和周圍的溫度升高，因此在給定的電流水平下，105°C 和125°C是一個(gè)考慮因素。

Q3: 這些連接器電鍍選項(xiàng)的典型厚度是多少？

A3:

對于鍍錫，Samtec建議焊尾的鍍錫層至少為?100 μ"，在許多情況下，接觸區(qū)域的鍍錫層大于 100 μ"。有些規(guī)格沒有規(guī)定鍍錫的上限。由于錫的價(jià)格低廉，我們建議最低鍍錫量為 100 μ"。

對于金來說，30 μ" 是可靠性的標(biāo)準(zhǔn)。我們接觸過很多客戶，他們在設(shè)計(jì)中要求使用 30 μ" 的金，但我們也知道有更多客戶使用 10 μ" 的金，甚至低至 3 μ" 的金（稱為 "閃金"）。

如果連接器需要通過混合流動(dòng)氣體 (MFG) 測試，即未接合觸點(diǎn)暴露在氯氣、硫化氫、二氧化氮和二氧化硫等化學(xué)物質(zhì)中，原始設(shè)備制造商可能會(huì)指定使用 30 μ" 金。金含量為 30 μ" 的連接器可通過該測試，但 10 μ" 的連接器通常會(huì)因多孔而無法通過測試。

Q4：每種連接器鍍層的最大插拔次數(shù)是多少？

A4：

這是一個(gè)經(jīng)常被問到的難題。連接器系統(tǒng)所能承受的循環(huán)次數(shù)會(huì)受到各種變量的影響。當(dāng)然，首先是表面處理，我們知道鍍金的周期更長。打底金屬也有影響，因?yàn)橛行┐虻捉饘贂?huì)產(chǎn)生較大的法向力。法向力非常大的連接器會(huì)在多次循環(huán)后磨損電鍍層。

我們對 30 μ" 金連接器進(jìn)行了 100 次循環(huán)測試。毫無疑問，許多客戶的連接器使用周期都超過了 100 次，但這些測試標(biāo)準(zhǔn)測試是可重復(fù)的，反映了實(shí)際應(yīng)用情況。上圖是典型的 Samtec 測試計(jì)劃，以及循環(huán)后進(jìn)行的測試。

我們能給出的最簡單實(shí)用的建議是，如果需要更多的循環(huán)次數(shù)，就使用金，循環(huán)次數(shù)越多，金就越多。循環(huán)次數(shù)還會(huì)受到環(huán)境條件的影響，如溫度、濕度以及大氣中的污染物（如硫和氯）。

Q5：錫/鉛電鍍的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？

A5：

過去 30 年來，錫/鉛電鍍一直被應(yīng)用，現(xiàn)在仍然如此！從大多數(shù)方面來看，鍍錫/鍍鉛都能產(chǎn)生更好的焊點(diǎn)。錫/鉛還能減少晶須的生長，尤其適用于軍事和太空應(yīng)用。樹枝狀晶須生長會(huì)在純錫板上形成，可能會(huì)造成短路。純錫上的晶須導(dǎo)致災(zāi)難性故障的案例比比皆是。

雖然錫須導(dǎo)致災(zāi)難性故障的案例屢見不鮮，但人們的共識是，只要電鍍質(zhì)量良好，一般都可以接受霧錫，有人認(rèn)為，與霧錫一起使用的鎳底板可進(jìn)一步降低錫須出現(xiàn)的幾率。

錫/鉛電鍍的共晶溫度也較低，有助于在加工過程中保護(hù)敏感元件。與純錫鍍層相比，錫/鉛鍍層可將烤箱溫度設(shè)定降低 15°C 至 30°C 。例如，無鉛烤箱的溫度可設(shè)置為 245 攝氏度至 260 攝氏度；有鉛應(yīng)用的溫度可設(shè)置為 230 攝氏度，而且通常更低。

錫/鉛的缺點(diǎn)顯然與 RoHS 和 REACH 等協(xié)議中的環(huán)境問題有關(guān)。

【總 結(jié)】

Samtec作為一家立足于連接器領(lǐng)域數(shù)十年的企業(yè)，對于連接器電鍍，有著堅(jiān)實(shí)的技術(shù)積累和多元的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。我們理解連接器設(shè)計(jì)過程中遇到的每一個(gè)挑戰(zhàn)。

后續(xù)我們將繼續(xù)帶來連接器小課堂Q&A系列，敬請期待！