Vejledning til valg af metalkuppelbelægning: guld vs sølv vs nikkel vs tin for kontaktmodstand og levetid

Spørg en gruppe ingeniører, hvad der bestemmer ydeevnen af ​​en metalkuppelkontakt, og de fleste vil begynde at tale om kraft, vandring og cykluslevetid. Det betyder noget. Men i enhver applikation, hvor kuplen skifter et signal frem for en lampe, er pletteringen den del, der afgør, om produktet stadig virker efter seks måneder i marken. Kuppelgeometrien bestemmer klikket; pletteringen bestemmer kontakten. Denne vejledning er skrevet til ingeniører, der specificerer metalkupler og kuppelpladearrays, baseret på de fejltilstande, Shanyo ser i produktionsprogrammer på tværs af forbruger-, bilindustrien, medicinske og industrielle applikationer.

Hvorfor plettering betyder mere end kuppeltykkelse

En bar rustfri stålkuppel er en god fjeder og en dårlig kontakt. SUS301 rustfrit stål har de mekaniske egenskaber, der får en kuppel til at snappe pålideligt, men dens overflade danner en chromoxidfilm, der er elektrisk modstandsdygtig. Når kuplen lukker, sidder kontaktmodstanden på 80-150 milliohm på en frisk del og stiger, efterhånden som filmen tykner og hærder under cykling. For et tastatur, der driver en logisk indgang på 3,3V og mikroampere, er den modstand tolerabel - strømmen er så lille, at spændingsfaldet over kontakten knap registreres. For en kontrolsløjfe, en målesti eller en switch, der bærer titusinder af milliampere gennem en belastning, er den samme modstand et designproblem.

Plettering er til for at sætte en ledende, stabil overflade mellem fjederstålet og verden. De fire systemer i kommerciel brug - guld, sølv, nikkel og tin - løser hver især det problem forskelligt, og forskellene er præcis, hvad specifikationen skal handle om.

De fire belægningssystemer med et blik

• Fornikling (2-3 µm):standardfinishen til forbrugertastaturer. Hård, lav pris, konsekvent. Kontaktmodstand typisk 60-120 milliohm frisk, drivende opad i løbet af livet og med miljøeksponering. Godt nok til tastaturer på logisk-niveau og forbrugerenheder med kort levetid.
• Sølvbelægning (1-3µm):den laveste modstand af de almindelige finish, ofte under 30 milliohm frisk. Blød og en fremragende leder, men sølv anløber i svovlholdig luft,-og anløbsfilmen er modstandsdygtig. Anvendes hvor lav modstand betyder noget, og miljøet er forseglet eller kontrolleret.
• Guldbelægning (0,1-0,5 µm over nikkel):den stabile finish. Guld oxiderer ikke, så kontaktmodstanden holder sig i intervallet 20-50 milliohm på tværs af liv og miljø. Prisen er selve guldet, hvorfor tykkelsen er afstemt efter anvendelsen.
• Fortinning (1-3µm):den lodde-venlige finish, som oftest bruges på kupler, der er beregnet til at blive reflow-loddet, eller hvor den tilhørende pude er tin. Tin oxiderer i luften, og oxidet er hårdt, så tin-belagte kupler er ikke valget for lang-omskiftning ved lave spændinger.

Kontaktmodstand: Hvordan det opfører sig på hver finish

Kontaktmodstand på en kuppel måles ved en defineret aktiveringskraft, fordi kontaktområdet vokser, efterhånden som kuppelen sidder hårdere mod puden. Tallet på et dataark er et punkt på en kurve, ikke en konstant. Fire--trådsmåling ved 1,5 gange den nominelle kraft er almindelig industripraksis, og den strøm, der bruges til målingen, har også betydning - en måling ved 10mA er mere repræsentativ for en logisk applikation end en ved 1A.

Adfærden over livet er, hvor afslutningerne adskilles:

• Nikkel:starter moderat, driver støt opad, mens overfladefilm opbygges, og den hårde nikkeloverflade polerer ujævnt ved kontaktpunktet. Acceptabelt for enheder, der ser beskedne aktiveringstal og korte levetider.
• Sølv:starter fremragende, nedbrydes miljømæssigt. I ren, forseglet luft holder sølv lav modstand i meget lange liv. I svovl-holdig industriluft eller i nærheden af ​​gummi- og plastafgasning, pletter sølv, og modstanden stiger ofte pludseligt -.
• Guld:starter fremragende og bliver der. Gulds værdi er ikke et lavere begyndelsestal end sølv; det er fraværet af drift. Den målte stabilitet over cykling og miljøeksponering er grunden til, at guld er specificeret, hvor kontaktadfærden ikke må ændre sig.
• Tin:starter moderat og driver med oxidation, og ved lav spænding kan tinoxidfilmen fungere som ensretterlag. Tin er valgt for loddeevne og pris, ikke for kontaktstabilitet.

Miljøtestene, der afgør valg af plettering

Tre miljøforhold gør det meste af skaden på belagte kuppelkontakter, og beslutningen om plettering bør tages imod dem:

• Svovl og industrigasser:sølv anløber, og tyndt guld over en porøs aflejring kan lade substratfilm nå overfladen. Nikkel og guld-nikkelstakke er de robuste svar; hvis der anvendes sølv, skal applikationen forsegles.
• Salt og kystluft:salt fremskynder filmvækst på udsatte overflader. Guld over nikkel med kanterne af kontaktområdet beskyttet af kuppelgeometrien overlever bedst; Nikkel alene begynder at grube under længere tids eksponering for salt.
• Temperaturcyklus og luftfugtighed:udvidelsen og sammentrækningen af ​​kontaktfladerne, plus kondensering, fremskynder filmvækst og kan omfordele pletteringen ved kontaktpunktet. Kombinationen af ​​85 grader / 85 % RF og termisk cykling er standardscreeningen for denne type fejl.

Standard Shanyo-kvalifikationsbatteriet - 500 temperaturcyklusser, 1000 timer ved 85/85, saltspray i henhold til ISO 9227 og en svovl-eksponeringstest - giver sammenlignelige tal på tværs af de fire finish, og disse tal er det ærlige grundlag for en valgbeslutning.

Tilpasning af plettering til applikation

Den praktiske valgmatrix, baseret på fejltilstandene ovenfor:

• Forbrugerfjernbetjeninger, legetøj, husholdningsapparater:fornikling. Strømmen er logisk-niveau, levetiden er kort i elektrisk henseende, og omkostningerne er vigtige. Nikkel er det rigtige svar til langt de fleste forbrugertastaturer.
• POS-terminaler, betalingsenheder, høje-aktiveringspaneler:guld flash over nikkel. Hundredtusindvis af aktiveringer og et krav om, at tastaturets elektriske adfærd aldrig ændres, gør guldomkostningerne umagen værd.
• Medicinsk udstyr og instrumenter:guld. Kontakten sidder inde i en måle- eller kontrolsti, og enheden skal opføre sig identisk i mange års drift. Guld over nikkel med en dokumenteret tykkelse er standardspecifikationen.
• Energilagring BMS, industripaneler,-højfrekvent skift:guld, med tykkelse afstemt efter miljøet. Hvor panelet er forseglet, er 0,1-0,3µm nok; i ventilerede industriskabe tilføjer 0,3-0,5µm margin.
• Bilinteriør (ikke-kritisk):nikkel eller guld-nikkel afhængigt af modulets placering og garanti. Underhjelm eller dør-sideplaceringer med brede temperaturudsving retfærdiggør guld.
• Lodde- og reflow-applikationer:tin, hvor kuplen er en del af en loddet samling i stedet for en mekanisk kontakt.

Omkostninger og lead-tidsafvejninger-

Pletteringsomkostninger følger materialet og den nødvendige tykkelseskontrol. Nikkel er basislinjen og tilføjer mindst til kuppelprisen. Sølv ligger tæt på nikkel på omkostningerne, men bringer miljøkvalifikationsbyrden. Guld prissættes efter tykkelsen - springet fra 0,1 µm til 0,5 µm multiplicerer groft belægningsomkostningerne, som på en del med stor -volumen viser sig tydeligt i enhedsprisen. Det tekniske spørgsmål er ikke "er guld for dyrt", men "hvad har kontakten faktisk brug for", og Shanyo-citatteamet beder om det årlige aktiveringsestimat, miljøet og den elektriske spec, før de anbefaler en finish.

Leveringstider er ens på tværs af finish - plettering er en batch-operation og tilføjer dage, ikke uger, til en kuppelordre. Den større lead-tidsfaktor er værktøj til tilpasset geometri, som kører 2-3 uger uanset finish.

Verifikation og kvalitetskontrol hos Shanyo

Hvert belagt kuppelparti hos Shanyo verificeres mod fire kontroller: pletteringstykkelse ved røntgenfluorescens på prøvedele, vedhæftning ved tapetræk efter en bagecyklus, kontaktmodstand ved måling af fire-tråde ved en fast aktiveringskraft og miljøeksponering på partiprøver. Resultaterne registreres mod partiets sporingskode, så en kunde kan trække pletteringsdataene for enhver afsendt kasse. For guld- og sølvfinisher måles tykkelsen pr. parti og registreres som en del af overensstemmelsescertifikatet - databladets krav og den målte værdi er det samme tal.

For programmer, hvor dome-arrayet leveres som enkuppelark arrayi stedet for løse dele følger de samme pletteringsregistreringer arraypartiet, og placerings- og klæbemiddelparametrene verificeres på det færdige ark. Demetal kuppelproduktfamilien på Shanyo-webstedet viser standardfinisherne og force-familierne; ingeniørteamet bekræfter den rigtige finish til en ny applikation i forhold til det faktiske miljø og elektriske krav.

Parringsoverfladen: Belægning er halvdelen af ​​kontakten

En kuppelkontakt er en to-sidet samling, og pudesiden har lige så stor betydning som kuppelsiden. En guld-belagt kuppel på en blottet kobberpude giver ikke den forventede stabilitet, fordi kobberoverfladen oxiderer, og oxidet dominerer samlingsmodstanden inden for uger efter brug. De praktiske parringsregler er enkle at angive: guld- eller sølvkupler parres rent med guld, sølv eller nikkel-over-kobberpuder; nikkelkupler parres med nikkel- eller tinpuder på logisk -niveaubelastning; og tin-belagte kupler er beregnet til tinpuder, sædvanligvis i loddede eller-højstrømssamlinger. Når pudefinishen er fastgjort af brætdesignet, skal det skrives ind i domespecifikationen - en kuppel, der er valgt mod en guldpude, opfører sig anderledes på en tinpude, og forskellen viser sig som drift i marken i stedet for på fabrikken.

Overfladeforurening er den stille variabel i samme fuge. Fingeraftryksolier, loddemiddelrester og silikoner fra nærliggende pakninger migrerer til kontaktflader over tid, og effekten er -afhængig af finish: en guldoverflade afgiver forurening bedre end en nikkeloverflade, fordi den ikke danner en reaktiv film, som forureningen kan binde sig til. Programmer, der samler tastaturer i nærheden af ​​silikoneindkapsling eller RTV-forseglingsmidler, bør bekræfte kuppelfinishen mod silikoneafgasning, som er en kendt årsag til intermitterende kontaktfejl på sølv- og nikkelfinish.

Seks specifikationsfejl, der dukker op senere som feltfejl

I løbet af flere år med kuppelprogrammer, gentager de samme fejl i belægningsspecifikationen. De er værd at nævne, fordi hver enkelt er billig at reparere på tegningsstadiet og dyr i marken:

• Angivelse af "forgyldt" uden tykkelse.Prisen og præstationen lever begge i antallet. Skriv 0,1-0,5µm over nikkel, ellers bestemmer leverandørens fortolkning for dig.
• At vælge sølv alene for dets friske modstand.Sølvs startnummer er det bedste af de almindelige finish, men den miljømæssige drift er den rigtige specifikation. Hvis produktet ikke er forseglet, kræver sølv en kvalifikation i forhold til den faktiske luftkvalitet.
• Angivelse af et kontaktmodstandsnummer uden en testmetode.Aktiveringskraften, strømmen og målepunktet bestemmer antallet. En spec uden dem kan ikke verificeres.
• Ignorerer pudens finish.Kuppelfinishen og pudefinishen er én samling. At angive kuplen uden puden er at angive en halv switch.
• At antage tykkere guld er altid bedre.Over 0,5 µm er den trinvise stabilitetsforøgelse lille i forhold til omkostningerne, og på nogle tøndeprocesser gør tykke guldaflejringer kontaktområdet ru. Tykkelsen bør følge aktiveringsbudgettet, ikke en "mere er sikrere"-regel.
• Tester nye kontakter i stedet for ældre.Kvalifikationsprøven, der betyder noget, er den, der testes efter miljøeksponering, ikke den, der blev målt den dag, pletteringstanken slutter. Et frisk-kontaktpas fortæller dig intet om et to-år- produkt.

Shanyos tekniske gennemgang tjekker alle indgående domespecifikationer mod disse seks punkter, før de citerer. Det meste af værdien af ​​anmeldelsen ligger i de spørgsmål, den stiller tilbage, fordi svarene er den faktiske specifikation.

Resumé: En beslutningsramme, ikke en formel

Plating-beslutningen komprimerer til fire spørgsmål. Hvilken strøm og spænding skifter kontakten egentlig? Hvis strømmen er stor nok til, at kontaktmodstanden viser sig i kredsløbets adfærd, er finishen vigtig. Hvilket miljø lever produktet i? Forseglede forbrugerenheder kan tåle sølv og nikkel; ventilerede industrielle og udendørs installationer skubber mod guld. Hvad er levetiden og aktiveringsbudgettet? Korte liv og lave tal behøver ikke guld. Og hvad er omkostningstolerancen på den specifikke del? Guld retfærdiggøres af kontaktstabilitet, ikke af initial ydeevne. Besvar de fire spørgsmål med tal, og finishen vælger sig selv. Shanyo-ingeniørgennemgangen kører præcis denne ramme på hver indgående dome-specifikation, og den er tilgængelig for kunder, der vurderer afvejningen- før værktøj.