Samtec连接器小课堂系列二 | 法向力、循环、温度和其他要点

【摘要/前言】

电镀会影响连接器系统的寿命和质量，包括耐腐蚀性、导电性、可焊性，当然还有成本。

【小课堂背景】  

这是 Samtec质量工程经理 Phil Eckert 和首席工程师 Matt Brown 讨论连接器电镀相关问题的系列第二部分，主题为 “法向力、循环、温度和其他要点”

系列第一部分Samtec连接器电镀小课堂系列一 | 连接器电镀常识Q&A，获得了良好反响。因此Samtec将逐步推出系列后续科普文章，用以回答 Samtec 质量和加工专家经常提出的连接器电镀问题。

这些问题主要涉及镀金和镀锡，因为这是最常见的连接器电镀选项。

Q1：触点的法向力是否应该决定使用哪种镀层？

A1：

简短的回答是“Yes”。对于镀锡，一般准则是每个接合触点承受100克的法向力，以实现气密连接。氧化物有可能在锡表面形成电阻层。要实现良好的连接，需要足够的法向力来突破氧化层。当我说这些连接器需要 100 克的法向力时，我们并不是在谈论微型连接器。通常不会在这些小型连接器上看到镀锡，因为很难产生适当的法向力。

而镀金是一种贵金属，不会与大气中的污染物发生反应，因此可以使用较小的法向力，如30-40克。

你可能对 '30-40克，寿命终止 '这句话并不陌生，它指的是考虑热疲劳后的接触法向力。这是指测试完成并暴露在较高温度下后的接触法向力。通常情况下，接触梁会放松，但您仍然希望达到30-40克（镀金）。请注意，这只是一般准则；我曾见过使用微型连接器的EOEM，其重量小于30克，但运行良好。

我们之前提到，镀金需要30-40克的接触法向力。我们之所以给出一个范围，是因为所需的法向力会受到触点设计的影响。也就是说，接触点越多越好。

Q2：镀金和镀锡的最高连续使用温度是多少？

A2：

镀锡的最高连续使用温度是105°C，镀金的最高连续使用温度是125°C。顺便提一下，许多客户将 '最高连续使用温度 '和 '工作温度范围 '作为同义词使用。

还有峰值温度，指的是设备在有限的时间内暴露在高于工作温度的温度下。高于工作温度时会发生反应，例如表面腐蚀或氧化，而所有反应都会因热量而加速。一般的经验法则是温度每升高 10 摄氏度，反应速度就会增加一倍。因此，一旦达到一定的温度，原本缓慢发生、多年来都不会影响连接器寿命的反应会突然迅速发生，从而导致连接器迅速失效。 

您应该了解连接器的电流承载能力（CCC）。通过连接器的电流会使连接器内部和周围的温度升高，因此在给定的电流水平下，105°C 和125°C是一个考虑因素。

Q3：这些连接器电镀选项的典型厚度是多少？

A3：

对于镀锡，Samtec建议焊尾的镀锡层至少为 100 µ'，在许多情况下，接触区域的镀锡层大于 100 µ'。有些规格没有规定镀锡的上限。由于锡的价格低廉，我们建议最低镀锡量为 100 µ'。

对于金来说，30 µ' 是可靠性的标准。我们接触过很多客户，他们在设计中要求使用 30 µ' 的金，但我们也知道有更多客户使用 10 µ' 的金，甚至低至 3 µ' 的金（称为 '闪金'）。

如果连接器需要通过混合流动气体 (MFG) 测试，即未接合触点暴露在氯气、硫化氢、二氧化氮和二氧化硫等化学物质中，原始设备制造商可能会指定使用 30 µ' 金。金含量为 30 µ' 的连接器可通过该测试，但 10 µ' 的连接器通常会因多孔而无法通过测试。

Q4：每种连接器镀层的最大插拔次数是多少？

A4：

这是一个经常被问到的难题。连接器系统所能承受的循环次数会受到各种变量的影响。当然，首先是表面处理，我们知道镀金的周期更长。打底金属也有影响，因为有些打底金属会产生较大的法向力。法向力非常大的连接器会在多次循环后磨损电镀层。 

我们对 30 µ' 金连接器进行了 100 次循环测试。毫无疑问，许多客户的连接器使用周期都超过了 100 次，但这些测试标准测试是可重复的，反映了实际应用情况。上图是典型的 Samtec 测试计划，以及循环后进行的测试。

我们能给出的最简单实用的建议是，如果需要更多的循环次数，就使用金，循环次数越多，金就越多。循环次数还会受到环境条件的影响，如温度、湿度以及大气中的污染物（如硫和氯）。

Q5：锡/铅电镀的优缺点是什么？

A5：

过去 30 年来，锡/铅电镀一直被应用，现在仍然如此！从大多数方面来看，镀锡/镀铅都能产生更好的焊点。锡/铅还能减少晶须的生长，尤其适用于军事和太空应用。树枝状晶须生长会在纯锡板上形成，可能会造成短路。纯锡上的晶须导致灾难性故障的案例比比皆是。

虽然锡须导致灾难性故障的案例屡见不鲜，但人们的共识是，只要电镀质量良好，一般都可以接受雾锡，有人认为，与雾锡一起使用的镍底板可进一步降低锡须出现的几率。

锡/铅电镀的共晶温度也较低，有助于在加工过程中保护敏感元件。与纯锡镀层相比，锡/铅镀层可将烤箱温度设定降低 15°C 至 30°C 。例如，无铅烤箱的温度可设置为 245 摄氏度至 260 摄氏度；有铅应用的温度可设置为 230 摄氏度，而且通常更低。

锡/铅的缺点显然与 RoHS 和 REACH 等协议中的环境问题有关。

【总    结】        

Samtec作为一家立足于连接器领域数十年的企业，对于连接器电镀，有着坚实的技术积累和多元的实践经验。我们理解连接器设计过程中遇到的每一个挑战。

后续我们将继续带来连接器小课堂Q&A系列，敬请期待！