Золото и/или олово. Правильный выбор и возможные ошибки
На сегодняшний день технологический уровень производства электронных компонентов и их монтажа на печатную плату стал таков, что источником отказов слаботочной техникиявляются, в основном, механические компоненты – кнопки, разъёмы и соединители. В полупроводниковых приборах и пассивных компонентах стало просто нечему ломаться. Выбирая процессор или операционный усилитель, разработчик ставит на карту функциональные возможности устройства. Ошибка при выборе разъёма может обернуться снижением надёжности.
В каталогах ведущих производителей представленомножество разнообразных разъёмов и соединителей как с позолоченными контактами, так и с контактами, покрытыми оловом. В пользу позолоченных контактов говорят их надёжность и низкое сопротивление, в пользу контактов, покрытых оловом – меньшая стоимость. Если нет желания заниматься сложными расчётами экономической целесообразности применения того или иного разъёма, то в выборе можно опереться на эмпирическое правило «трёх полусотен»: Если в разъёме меньше 50 контактов, если за время жизни прибора предполагается размыкать разъём не более 50 раз, и если допустимо электрическое сопротивление контактов, превышающее 50 мОм,то выбор разъёма, покрытого оловом, оправдан. По сравнению с позолоченными контактами контакты, покрытые оловом, требуют для достижения приемлемых электрических характеристик большего механического усилия (порядок величины 2 Н). Из-за этого в эмпирическом правиле и появилось ограничение на максимальное количество контактов в разъёме. Разъёмы с контактами, покрытыми оловом, имеют ряд ограничений по применению:
— в аналоговых цепях покрытые оловом контакты создают помехи;
— покрытые оловом контакты приходятв негодность при работе во влажной или загрязнённой атмосфере;
— в разъёмах с шагом контактов меньше 1ммдеформация слоя олова или появление продуктов химических реакций может привести к короткому замыканию;
Последняяособенность луженных контактов часто проявляет себяв промышленной электронике после долгих лет эксплуатации.
Нередко один и тот же разъём существует и в позолоченной и в более бюджетной версии, поэтому вопрос использования разъёма с одним покрытием контактов, а ответной части для него — с другим, лежит не в теоретической, а в практической плоскости. Какимихарактеристиками будет при этом обладать пара контактов? Олово и золото – это два разных металла. Стандартный электродный потенциал золота +1.5В, стандартный электродный потенциал олова +0.15В. Из разницы потенциалов следует, что точка контактаолова и золота будет подвержена коррозии. Наглядный пример такой электрохимической реакции можно увидеть на медной водосточной трубе, в том месте, где медь контактирует с каким-либо другим металлом. Производители разъёмов даже не рассматривают возможность совместного применения золотых и покрытых припоем контактов. Многочисленные сложные физические и химические испытания, тесты на вибро- и термо устойчивость, исследования поверхностной, местной и межкристаллической коррозии не проводятся для пар золото-оловянных контактов. В связи с этим информации по данной теме мало, и вся она сводится к тому, что совместное использование оловянных и золотых контактов крайне нежелательно.
Специалист Molex, гуру в вопросах физики и электрохимии контактирующих поверхностей, прокомментировал золото-оловянные пары контактов таким образом:
«Рекомендую избегать применения контактов из разных металлов. Соединитель с лужеными контактами с одной стороны и с позолоченными контактами – с другой, не оправдает себя ни в каком случае. Ситуацию не исправят даже специальные противокоррозионные смазки.Если вы спрашиваете о золото-оловянных парах контактов всерьёз, то для ответа на вопрос нужно проводить длительные испытания. На данный момент мне неизвестно, как золотой контакт деформирует поверхность припоя, насколько глубоко он в неё погрузится,как молекулы золота будут диффундировать внутрь оловянной поверхности и наоборот. Ненадёжность золото-оловянной пары контактов для меня очевидна.Что касается позолоченных и покрытых оловом разъёмов, то при соблюдении всех рекомендаций производителя они окажутся одинаково надёжны. Под «соблюдением всех рекомендаций» я подразумеваю герметизацию прибора, а ещё лучше – заполнение корпуса атмосферой из инертного газа. Если такой возможности нет, продукты коррозии на оловянных контактах появятся в любом случае. Повлияют ли они на работоспособность прибора, будет зависеть от конструкции разъёма, вибрационных нагрузок, температурного режима. Если вам нужна максимальная надёжность и лучшие характеристики, используйте позолоченные контакты, они не проигрывают оловянным ни по одному из показателей. Луженые контактыпри соблюдении ряда условий и проведении соответствующих испытаний также могут обеспечить долгую безотказную работу. Соединение оловянных и позолоченных контактовне рекомендуется».
Пример современных высокотехнологичных соединителей с очень маленьким шагом контактов – это плоские FFCкабели. Серийно выпускаемые модели имеют контакты, покрытые припоем, с шагом от 0.2 до 2.54 мм. Выпуск FFC кабелей с позолоченными контактами пока не налажен ни одним производителем. И вместе с тем на рынке представлены ответные разъёмы с контактами, покрытыми золотом.Такой FFC разъём подойдёт для подключения гибкой или гибко-жёсткой печатной платы – в случае, если контакты на ней также покрыты золотом. Применять позолоченный FFC разъём совместно со стандартным FFC кабелем не следует.
по материалам
Bishop & Associates Inc.