Разъем с позолоченными контактами или контакты, покрытые оловом. Правильный выбор и возможные ошибки

28 Авг 2017

На сегодня технологический уровень производства электронных компонентов и их монтажа на печатную плату стал таков, что источником отказов слаботочной техники являются, в основном, механические компоненты – кнопки, разъемы 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 разъема может обернуться снижением надежности.

В каталогах ведущих производителей представлено множество разнообразных разъемов и соединителей как с позолоченными контактами, так и с контактами, покрытыми оловом. В пользу позолоченных контактов говорят их надежность и низкое сопротивление, в пользу контактов, покрытых оловом, – меньшая стоимость. Если нет желания заниматься сложными расчетами экономической целесообразности применения того или иного разъема, то в выборе можно опереться на эмпирическое правило «трех полусотен»: если в разъеме меньше 50 контактов, если за время жизни прибора предполагается размыкать разъем не более 50 раз и если допустимо электрическое сопротивление контактов, превышающее 50 мОм, то выбор разъема, 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 разъеме.

Разъемы с контактами, покрытыми оловом, имеют ряд ограничений по применению:

• в аналоговых цепях покрытые оловом контакты создают помехи;
• покрытые оловом контакты приходят в негодность при работе во влажной или загрязненной атмосфере;
• в разъемах с шагом контактов меньше 1 мм деформация слоя олова или появление продуктов химических реакций может привести к короткому замыканию.

Последняя особенность луженых контактов часто проявляет себя в промышленной электронике после долгих лет эксплуатации.

Нередко один и тот же разъем существует и в позолоченной и в более бюджетной версии, поэтому вопрос использования разъема с одним покрытием контактов, а ответной части для него – с другим, лежит не в теоретической, а в практической плоскости. Какими характеристиками будет при этом обладать пара контактов? Олово и золото – это два разных металла. Стандартный электродный потенциал золота +1,5 В, стандартный электродный потенциал олова +0,15 В. Из разницы потенциалов следует, что точка контакта олова 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 разъемов даже не рассматривают возможность совместного применения золотых и покрытых припоем контактов. Многочисленные сложные физические и химические испытания, тесты на вибро- и термоустойчивость, 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 всерьез, то для ответа на вопрос нужно проводить длительные испытания. На данный момент мне неизвестно, как золотой контакт деформирует поверхность припоя, насколько глубоко он в нее погрузится, как молекулы золота будут диффундировать внутрь оловянной поверхности и наоборот. Ненадежность золото-оловянной пары контактов для меня очевидна. Что касается позолоченных и покрытых оловом разъемов, то при соблюдении всех рекомендаций производителя они окажутся одинаково надежны. Под «соблюдением всех рекомендаций» я подразумеваю герметизацию прибора, а еще 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 разъема, вибрационных нагрузок, температурного режима. Если вам нужна максимальная надежность и лучшие характеристики, используйте позолоченные контакты, они не проигрывают оловянным ни по одному из показателей. Луженые контакты при соблюдении ряда условий и проведении соответствующих испытаний также могут обеспечить долгую безотказную работу. Соединение оловянных и позолоченных контактов не рекомендуется».

Пример современных высокотехнологичных соединителей с очень маленьким шагом контактов – это плоские FFC кабели. 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 разъемы с контактами, покрытыми золотом. Такой FFC-разъем подойдет для подключения гибкой или гибко-жесткой печатной платы – в случае, если контакты на ней также покрыты золотом. Применять позолоченный FFC-разъем совместно со стандартным FFC-кабелем не следует.

по материалам
Bishop & Associates Inc.