Revisei os datos da garantía dun rastreador de fitness-desgastado no pulso e analizei os problemas informados en todos os dispositivos devoltos. A resistencia de contacto dos contactos do pin pogo aumentou dos 25 mΩ nominais a 180 mΩ ou mesmo converteuse nun circuíto aberto.
Fomos primeiro tras os pinos do pogo no banco dos acusados. Esa foi a suposición incorrecta. Cando tiramos dos dispositivos e probamos as almofadas de contacto con XRF, a maior parte do ouro desaparecía - o que quedaba era níquel oxidado. A zona de almofadas de pogo do dispositivo rematouse co mesmo proceso ENIG que o resto do PCB: ouro de inmersión en níquel electroless, cuns 0,07 μm de ouro. Non o cuestionara durante a revisión do deseño. ENIG existe para protexer as superficies soldables a través do proceso de montaxe, non para sobrevivir ao ciclo de contacto mecánico. Con aproximadamente 200-400 ciclos de carga-e-, esa capa de ouro de 0,07 μm desapareceu.
A corrección foi un ouro electrochapado endurecido con cobalto-dedicado na área da almofada - 0.5μm como mínimo máis de 3μm de níquel electrolítico, especificado por separado do acabado da superficie da placa. As unidades construídas con esa especificación non volveron con ese modo de falla. Desde entón estiven reflexionando sobre as especificacións de placas de pogo pad.
Que significan realmente "duro" e "suave".
A terminoloxía é confusa porque ningún dos termos se refire ao procesamento físico ou ao grosor. A diferenza é a composición da aliaxe.
O ouro brando é ouro puro - 99.9% Au ou superior. O material é inherentemente brando porque o ouro elemental é inherentemente brando. A dureza Knoop para o ouro brando electrochapado é de aproximadamente 60-90 KHN, dependendo da química do baño e das condicións do depósito.
O ouro duro é unha aliaxe de ouro, case sempre ouro-cobalto cun 0,1-0,3 % de cobalto en peso. Ás veces verás aliaxe de ouro-níquel, pero o cobalto é máis común nas aplicacións de conectores. O cobalto precipita nos límites dos grans durante a deposición, interrompendo o crecemento dos grans e producindo un depósito de gran-máis duro e fino. O cobalto-ouro endurecido ten unha dureza de 130-200 KHN segundo a especificación AMS 2422 - aproximadamente o dobre da dureza do ouro brando, ás veces máis.
Wear Life: os datos e o que realmente che di
Para unha almofada de alfileres de pogo, a secuencia de fallos é case sempre a mesma: a punta do pasador cargada con resorte-desgasta a capa de ouro durante ciclos de contacto repetidos; o ouro desgasta ata a capa inferior de níquel; o níquel oxidase; subidas de resistencia de contacto. Iso foi o que pasou no produto da pulseira anterior, máis rápido do esperado porque o ouro era demasiado fino para a aplicación.
Nunha almofada de alfileres de pogo con ouro endurecido con cobalto-a 0,5 μm, o desgaste-a través da forza de contacto do resorte inferior a 100–200 gf normalmente está nalgún lugar do intervalo de ciclos 10.000–50.000. Quero ser honesto que este intervalo é amplo e que a propagación é real - a xeometría da punta de alfinete é importante. Unha punta redondeada ou con punta de coroa-pogo distribúe a tensión de contacto nunha área máis grande e prolonga a vida útil da almofada en comparación cunha punta plana ou de cincel baixo a mesma carga. Nas nosas propias probas de ciclismo con 150 gf e un pasador de punta de coroa-, chegamos a uns 35.000 ciclos en ouro cobalto de 0,5 μm antes de ver un aumento da resistencia mensurable. Cunha punta plana á mesma forza, o número caeu máis preto de 8.000. Se estás especificando unha almofada de alfileres de pogo e non sabes que xeometría de alfinetes usará o teu dock, o amplo intervalo é o adecuado - resúltao cando teñas esa información.
O ouro suave a 0,5 μm desgasta considerablemente máis rápido. As nosas probas determinaron que a vida útil da almofada de ouro brando é de aproximadamente un 20-30 % do equivalente de ouro endurecido con cobalto-co mesmo grosor e forza de resorte. Non é un número preciso e non apostaría por un deseño de produto sen realizar as túas propias probas - a relación cambia coa forza de contacto, a taxa de ciclo, o ambiente e a xeometría do pin. Pero a conclusión direccional é consistente: para calquera aplicación con recontos de ciclo significativos, o ouro brando require un depósito significativamente máis groso ou unha substitución máis frecuente.
O limiar de reconto de ciclos no que se fai viable o ouro brando é realmente baixo - dispositivos de proba de produción que ven 50 ciclos de contacto antes da substitución, accesorios de diagnóstico dun só uso-, almofadas de sensores temporais en contextos clínicos. Por debaixo duns centos de ciclos, a vantaxe de resistencia ao desgaste do ouro duro é real, pero na súa maioría non se utiliza, e estás pagando por unha capacidade que non exercerás.
A capa inferior de níquel
As especificacións de revestimento de almofadas de Pogo con frecuencia céntranse no tipo e grosor de ouro e non especifican a capa inferior de níquel. O níquel fai dúas cousas: actúa como unha barreira de difusión que impide que o ouro migre ao substrato de cobre a temperaturas elevadas e proporciona resistencia á corrosión cando o ouro finalmente se desgasta.
O ouro difúndese en cobre. Sen unha capa de barreira, os ciclos térmicos repetidos van esgotando gradualmente o ouro do lado de cobre-do depósito, diluíndo a capa de ouro efectiva máis rápido do que só suxire o desgaste mecánico. O níquel electrolítico no intervalo de 2 a 5 μm, segundo as directrices do proceso IPC-4552, é o estándar para as aplicacións de conectores-pogo pad. Por debaixo dos 2 μm, a cobertura de orificios estenopeicos na capa de níquel crea sitios onde o cobre pode corroerse unha vez que o ouro se desgasta ou se rompe. Por riba dos 5 μm, a tensión no depósito de níquel comeza a afectar a adhesión na interface ouro-níquel.
O outro problema co níquel é que o óxido de níquel é un mal condutor eléctrico. Unha vez que a capa de ouro dunha almofada de alfileres de pogo se desgasta e a superficie do níquel está exposta á humidade ou á atmosfera oxidante, - exactamente nas condicións que ve un dispositivo de pulso-desgastado -, o níquel se oxida e a resistencia de contacto aumenta aínda máis, mesmo sen desgaste mecánico adicional. É por iso que o desgaste das pastillas-normalmente é un fallo non-recuperable. Non podes limpar o camiño de volta a unha resistencia de contacto aceptable unha vez que o níquel está exposto e oxidado.
Espesor por aplicación
Os wearables de consumo que se cargan diariamente - reloxos intelixentes, rastreadores de fitness e auriculares - acumulan entre 300 e 600 ciclos de base ao ano. Durante unha vida útil do produto de tres-a-catro anos, isto é de 1.000 a 2.500 ciclos totais. O ouro endurecido cobalto-a 0,3-0,5 μm sobre 3 μm de níquel electrolítico cobre este intervalo. Especifiquei 0,3 μm e mantíñao durante o ciclo de vida do produto en ambientes interiores limpos. A exposición á suor cambia o cálculo - o sal acelera o proceso de corrosión unha vez que se produce algún desgaste do ouro, polo que se a zona da almofada ve contacto coa pel regularmente, 0,5 μm ofrécelle unha marxe adicional significativa.
Dispositivos médicos e industriais con -ciclos de contacto de frecuencia máis alta- portátiles de diagnóstico que se acoplan varias veces ao día, equipos de laboratorio, interfaces de acoplamento de estacións de proba - garanten 0,5-1,0 μm de cobalto- ouro endurecido sobre 3-5 μm de níquel. Os produtos que se limpan con alcohol isopropílico ou desinfectantes de amonio cuaternario entre usos benefícianse do ouro máis groso porque os axentes de limpeza químicos poden acelerar o micro-ataque da superficie mesmo ao ouro, e o depósito máis groso tarda máis en chegar a desgastarse-. Vin que as almofadas de contacto de pogo pin en dispositivos de man clínicos a 0,5 μm parecen visiblemente degradadas aos 18 meses de uso diario; a mesma xeometría a 0,8 μm aínda funcionaba dentro das especificacións nese punto.
Os accesorios de proba de produción son diferentes. As contas de ciclos son altas, pero o dispositivo está nun ambiente controlado, inspeccionable e substituíble, xa que a especificación común é un elemento de mantemento. 0.5μm de ouro duro con 3μm de níquel, e moitos operadores de luminarias programan a substitución da almofada nun limiar de conta de ciclos en lugar de executar a falla.
Cando especificar Soft Gold
A soldabilidade é o caso principal. O cobalto-ouro endurecido crea problemas na unión de soldadura - o cobalto interfire coa química do fluxo e molla mal en comparación co ouro brando ou ENIG. Se a túa almofada de pin Pogo necesita soldarse durante a montaxe en lugar de usarse exclusivamente como superficie de contacto, o ouro brando ou ENIG son axeitados para o requisito de soldadura. A compensación é a vida de contacto se a almofada tamén ve ciclos repetidos, o que é un problema real para algúns deseños de dobre-propósito.
O reconto de ciclos moi baixo, as aplicacións sensibles ao custo-é o outro caso. Se a almofada realmente verá menos de 200 ciclos de contacto durante toda a súa vida útil, o ouro brando cun grosor adecuado fai o traballo.
Un argumento para o ouro brando que rexeitei máis dunha vez: "só necesitamos sobrevivir ás probas de laboratorio, quizais 50 ciclos, antes de que a produción se comprometa cunha especificación". As almofadas de proba ven máis ciclos que iso máis rápido do esperado - unha vez que os clientes reciben mostras de enxeñería, 50 convértense en varios centos. Deixei de especificar ouro brando para mostras de enxeñaría a menos que o proxecto teña unha restrición de custo específica nesa fase.
Verificación da especificación
As especificacións de chapado en ouro son fáciles de escribir nun debuxo e é fácil que un provedor se perda na produción sen que ninguén o capte.
XRF (fluorescencia de raios X-) é o método non-destrutivo estándar para a verificación do grosor da capa de ouro nas almofadas de alfileres de pogo acabadas. Esixir datos XRF na inspección entrante - medicións reais en pezas do lote, non rexistros de baño do tanque de chapa. Se un provedor non pode proporcionar isto, o seu control do proceso está incompleto.
As probas de microdureza de Knoop ou Vickers nun cupón de-sección transversal de chapado verifican que a aliaxe de ouro está realmente endurecida con-cobalto. Os intervalos de dureza non se solapan: ouro brando (60–90 KHN) fronte a ouro duro endurecido cobalto-(130–200 KHN). Unha única medida dun cupón de proba extraído do lote de placas é concluínte. A proba é destrutiva, polo que faise con cupóns en lugar de pezas acabadas. Calquera provedor serio de galvanoplastia executa isto como parte do control de calidade do baño; solicita os datos como parte do teu primeiro paquete de inspección{11}}de artigos.
O spray salino segundo ASTM B117 ou IEC 60068-2-11 é relevante para as almofadas en ambientes corrosivos. O ouro non se corroe, polo que unha proba de pulverización salina ata o desgaste mostrarache a rapidez con que se degrada o níquel subxacente nas condicións ambientais que estás a probar.
Preguntas frecuentes
A miña casa de PCB di que poden facer "conector de ouro" nas áreas das almofadas. É o mesmo que especificar o ouro endurecido cobalto-por separado?
Non necesariamente, e a distinción importa. Moitos fabricantes de PCB ofrecen conectores de ouro como complemento-, pero sen especificar explícitamente o tipo de aliaxe, a dureza e o grosor da capa inferior de níquel, o que obtén varía. Algunhas tendas teñen ouro galvanizado endurecido con cobalto-auténtico; outros chapa de ouro brando ao grosor do conector. Solicite especificamente o contido de cobalto, a dureza (KHN) das súas probas de baño máis recentes e os datos XRF das pezas da mostra. Teño que PCB-pogo pin pad gold integrada non teña especificacións-un 30-40 % no grosor na inspección entrante. Non se captura sen medición.
O grosor do ouro afecta a resistencia de contacto inicial ou só o rendemento a longo prazo-?
O rendemento-a longo prazo é onde se mostra. O ouro no intervalo de grosor de 0,3 a 1,0 μm presenta esencialmente a mesma superficie de metal nobre para o pin de contacto, polo que as lecturas iniciais de resistencia de contacto non distinguen entre elas. Se estás a medir unha resistencia de contacto elevada en novas almofadas de pogo, é probable que a especificación de chapado non sexa a causa - comproba a contaminación da superficie, a xeometría da punta do pasador e a forza do resorte antes de ir ás especificacións de chapado.
Como escribo correctamente a especificación de placa nun debuxo?
Mínimo: tipo de aliaxe de ouro, espesor mínimo e grosor mínimo da capa inferior de níquel cunha referencia normativa. Unha chamada completa di: "Au (Co-endurecido) min. 0.5μm sobre EN min. 3.0μm por IPC-4552 Clase B". A referencia estándar é importante porque define como o provedor verifica e certifica o recubrimento: "ouro duro 0,5 μm" sen unha referencia normativa deixa o método de proba sen especificar e non lle dá nada para auditar. Para os requisitos de trazabilidade automotriz ou aeroespacial, AMS 2422 mapea a requisitos específicos de pureza e dureza do ouro que IPC-4552 non cubre.
Estamos deseñando unha almofada de contacto de pin pogo para un dispositivo médico portátil. Que cambios?
A especificación do material - cobalto-ouro endurecido sobre níquel sen electro- segue sendo a mesma. O que cambia é a estrutura de verificación e trazabilidade ao seu redor. Segundo a norma ISO 13485, a galvanoplastia é un proceso especial, o que significa que o provedor debe estar cualificado e debe manter os rexistros do proceso que pode auditar, non só proporcionar datos de inspección final. O teu ficheiro de historial de deseño necesita a documentación de cualificación do provedor, que é diferente da que se require para un produto de consumo.
Paga a pena pensar na biocompatibilidade se hai algún camiño para que a zona da almofada do pogo entre en contacto coa pel. O ouro é biocompatible; o níquel é un sensibilizador e alérxeno coñecido nunha parte importante da poboación. Se o teu deseño mecánico dirixe a zona da almofada preto do contacto coa pel, especifica ouro máis groso para atrasar o desgaste-o maior tempo posible ou engade unha capa intermedia de paladio entre o níquel e o ouro - o paladio proporciona unha barreira de difusión suplementaria e non plantexa os mesmos problemas de biocompatibilidade que o níquel. A maioría dos deseños de almofadas de pogo médico que se poden vestir afastan a almofada do contacto coa pel específicamente para evitar esta pregunta, e iso paga a pena decidir no inicio do deseño mecánico en lugar de adaptalo máis tarde.
Con que frecuencia a inspección entrante debería incluír a verificación de dureza en comparación con só XRF?
XRF cada lote, dureza dun cupón no primeiro artigo e despois coa frecuencia que requira o seu plan de calidade para a validación do proceso en curso - normalmente trimestralmente para un provedor cun proceso estable e documentado e un historial de lotes conformes, máis frecuentemente se hai algún historial de variación química do baño. Tamén levaría a cabo a verificación de dureza cada vez que o provedor cambia a química do baño de recubrimento ou reabastece cun novo lote de produtos químicos, xa que a composición do baño afecta directamente á taxa de incorporación de cobalto e, polo tanto, á dureza. Paga a pena que se notifiquen eses cambios no contrato de subministración.
Póñase en contacto connosco sobre a súa especificación de Pogo Pin Pad
Conseguir a especificación de ouro correcta para unha almofada de pins pogo adoita reducirse a tres cousas: coñecer o reconto real de ciclos, comprender a exposición ambiental e comprobar o que ofrece o provedor fronte ao especificado. Se estás traballando nunha decisión de especificación ou depurando un problema de resistencia de contacto no campo, o equipo de enxeñería de [Dongguan Xinteng Electronics Co., Ltd.] viu moitos destes modos de fallo e normalmente pode dicirche rapidamente se é probable que a placa sexa a causa.
Ponte en contacto connosco en [xt@xtpogopin.com] cos detalles da túa aplicación e as especificacións actuais. Se necesitas mostras de almofadas de pogo en diferentes configuracións de ouro duro e ouro brando para probas de comparación, podemos fornecerllos - [almofada de contacto pogo pin].
