손목에 착용하는 피트니스 트래커에 대한 보증 데이터를 검토하고{0}}반품된 모든 기기에서 보고된 문제를 분석했습니다. 포고 핀 접점의 접촉 저항은 공칭 25mΩ에서 180mΩ으로 증가했거나 심지어 개방 회로가 되었습니다.
우리는 먼저 부두에 있는 포고 핀을 찾아갔습니다. 그것은 잘못된 가정이었습니다. 장치를 꺼내서 XRF로 접촉 패드를 테스트했을 때 대부분의 금은 사라졌고 - 남은 것은 산화된 니켈이었습니다. 장치의 포고 핀 패드 영역은 PCB의 나머지 부분과 동일한 ENIG 공정(약 0.07μm의 금을 포함하는 무전해 니켈 침지 금)으로 마감되었습니다. 나는 디자인 검토 중에 그것에 대해 질문하지 않았습니다. ENIG는 기계적 접촉 사이클링을 견디기 위한 것이 아니라 조립 공정을 통해 납땜 가능한 표면을 보호하기 위해 존재합니다. 대략 200~400회의 도킹-및-충전 주기에서 0.07μm 금층이 사라졌습니다.
수정 사항은 보드 표면 마감과 별도로 지정된 패드 영역 - 0.53μm 무전해 니켈 이상 최소 μm의 전용 코발트{0}}경화 전기 도금 금이었습니다. 해당 사양에 따라 제작된 장치는 해당 오류 모드로 돌아오지 않았습니다. 포고패드 도금 사양에 대해서는 그때부터 고민해왔습니다.
"하드"와 "소프트"가 실제로 의미하는 것
두 용어 모두 물리적 가공이나 두께를 나타내지 않기 때문에 용어가 혼동됩니다. 차이점은 합금 구성입니다.
소프트 골드는 순금 - 99.9% Au 이상입니다. 금 원소는 본질적으로 부드럽기 때문에 재료는 본질적으로 부드럽습니다. 전기도금된 연질 금의 누프 경도는 약 60-90KHN이며, 용액의 화학적 성질과 침전물 조건에 따라 다릅니다.
경금은 금 합금으로, 거의 항상 금{0}}코발트가 중량 기준 약 0.1~0.3% 코발트입니다. 때때로 금-니켈 합금을 볼 수 있지만 커넥터 응용 분야에서는 코발트가 더 일반적입니다. 코발트는 퇴적 중에 결정립 경계에 침전되어 결정립 성장을 방해하고 더 단단하고 미세한-결정립 침전물을 생성합니다. 코발트-경화 금은 AMS 2422 사양에 따라 130~200KHN입니다. - 연질 금 경도의 약 두 배, 때로는 그 이상입니다.
착용 생활: 데이터와 실제로 알려주는 것
포고 핀 패드의 경우 고장 순서는 거의 항상 동일합니다. 즉, 스프링-이 장착된 핀 팁이 반복적인 접촉 주기에 걸쳐 금층을 마모시킵니다. 금은 니켈 하층까지 마모됩니다. 니켈이 산화됩니다. 접촉 저항이 올라갑니다. 위 손목밴드 제품에서도 그런 일이 일어났는데, 금이 적용하기에는 너무 얇았기 때문에 예상보다 훨씬 빨랐습니다.
0.5μm의 코발트-경화 금이 있는 포고 핀 패드에서 100~200gf 미만의 스프링 접촉력을 통한 마모-는 일반적으로 10,000~50,000주기 범위에서 실행됩니다. 솔직하게 말씀드리자면 이 범위는 넓고 스프레드는 실제입니다. - 핀 팁 형상이 매우 중요합니다. 둥글거나 크라운- 팁이 있는 포고 핀은 접촉 응력을 더 넓은 영역에 분산시키고 동일한 하중 하에서 플랫 팁 또는 치즐 팁에 비해 패드 수명을 연장합니다. 150gf와 크라운{15}}팁 핀을 사용한 자체 사이클링 테스트에서 측정 가능한 저항 증가를 확인하기 전에 0.5μm 코발트 금에서 약 35,000사이클을 수행했습니다. 동일한 힘으로 평평한 팁을 사용하면 숫자가 8,000에 가까워졌습니다. 포고 핀 패드를 지정하고 도크가 어떤 핀 구조를 사용할지 모르는 경우 넓은 범위가 적절합니다. - 해당 정보가 있을 때 범위를 좁히세요.
0.5μm의 부드러운 금은 상당히 빨리 마모됩니다. 테스트 결과 연질 금 패드의 수명은 동일한 두께와 스프링력에서 코발트{4}}경화 금의 약 20~30%에 달했습니다. 이는 정확한 수치가 아니며 자체 테스트를 실행하지 않고서는 제품 설계에 장담할 수 없습니다. - 비율은 접촉력, 사이클 속도, 환경 및 핀 형상에 따라 달라집니다. 그러나 방향적인 결론은 일관됩니다. 의미 있는 사이클 수를 가진 모든 응용 분야의 경우 연질 금은 훨씬 더 두꺼운 침전물 또는 더 빈번한 교체가 필요합니다.
소프트 골드가 실행 가능해지는 사이클 수 임계값은 교체 전 50개의 접촉 사이클을 확인하는 실제로 낮은 - 생산 테스트 장치, 일회용 진단 액세서리, 임상 환경의 임시 센서 패드입니다.{2}} 수백 사이클 미만에서는 경금의 내마모성 이점이 실제로 있지만 대부분 사용되지 않으며, 사용하지 않는 기능에 대한 비용을 지불하게 됩니다.
니켈 하층
포고 패드 도금 사양은 금 유형과 두께에 초점을 맞추고 니켈 하부층을 과소 지정하는 경우가 많습니다. 니켈은 두 가지 역할을 합니다. 온도가 상승하면 금이 구리 기판으로 이동하는 것을 방지하는 확산 장벽 역할을 하고, 금이 결국 마모될 때 내식성을 제공합니다.
금은 구리로 확산됩니다. 장벽층이 없으면 반복적인 열 사이클링으로 인해 증착물의 구리-측에서 금이 점차적으로 고갈되어 기계적 마모만으로 제안되는 것보다 더 빨리 효과적인 금층이 얇아집니다. IPC-4552 공정 지침에 따라 2~5μm 범위의 무전해 니켈은 커넥터-등급 포고 패드 애플리케이션의 표준입니다. 2μm 미만에서는 니켈 층의 핀홀 범위로 인해 금이 마모되거나 파손되면 구리가 부식될 수 있는 위치가 생성됩니다. 5μm 이상에서는 니켈 증착물의 응력이 금-니켈 경계면의 접착력에 영향을 미치기 시작합니다.
니켈의 또 다른 문제는 니켈 산화물이 열악한 전기 전도체라는 것입니다. 포고 핀 패드의 금층이 마모되고 니켈 표면이 습기 또는 산화 분위기에 노출되면 - 정확히 손목에 착용하는 장치에 나타나는 조건과- - 추가적인 기계적 마모 없이도 니켈이 산화되고 접촉 저항이 더욱 높아집니다. 이것이 바로 패드 마모-가 일반적으로 복구 불가능한 실패인 이유입니다.- 니켈이 노출되어 산화되면 청소를 통해 허용 가능한 접촉 저항으로 되돌릴 수 없습니다.
용도별 두께
매일 충전되는 소비자 웨어러블 - 스마트워치, 피트니스 트래커, 이어폰 -은 연간 300~600회의 도크 주기를 축적합니다. 3-~-제품 수명 동안 총 1,000~2,500주기를 사용하게 됩니다. 3μm 무전해 니켈 위에 0.3~0.5μm의 코발트{12}}경화 금이 이 범위를 포괄합니다. 저는 0.3μm를 지정하고 깨끗한 실내 환경에서 제품 수명주기 동안 유지되도록 했습니다. 땀에 노출되면 계산이 변경됩니다. - 염분은 금 마모가 발생하면 부식 과정을 가속화하므로 패드 영역이 정기적으로 피부 접촉을 확인하는 경우 0.5μm는 의미 있는 추가 마진을 제공합니다.
더 높은-접촉 주기를 갖는 의료 및 산업용 장치 - 하루에 여러 번 도킹하는 진단 휴대용 기기, 실험실 장비, 테스트 스테이션 도킹 인터페이스 -는 3~5μm 니켈보다 0.5~1.0μm 코발트-경화 금을 보장합니다. 사용 사이에 이소프로필 알코올이나 4차 암모늄 소독제로 닦아내는 제품은 더 두꺼운 금의 이점을 누릴 수 있습니다. 왜냐하면 화학 세척제는 금에서도 표면 미세{9}}공격을 가속화할 수 있고 두꺼운 침전물은 마모되는 데 더 오랜 시간이 걸리기 때문입니다.{10}} 임상용 핸드헬드의 포고 핀 접촉 패드가 0.5μm로 매일 18개월 동안 사용하면 눈에 띄게 성능이 저하되는 것을 본 적이 있습니다. 0.8μm의 동일한 형상은 그 시점에서도 여전히 사양 내에서 작동하고 있었습니다.
생산 테스트 설비는 다릅니다. 주기 횟수는 높지만 고정 장치는 통제된 환경에 있고 유지 관리 항목으로 검사 및 교체가 가능합니다. . 0.53μm 니켈의 μm 경질 금이 일반적인 사양이며, 많은 고정 장치 운영자는 고장이 나기보다는 주기 횟수 임계값에 패드 교체를 계획합니다.
소프트 골드를 지정하는 경우
납땜성이 주요한 경우입니다. 코발트-경화된 금은 솔더 접합에 문제를 일으킵니다. - 코발트는 플럭스 화학을 방해하고 연질 금이나 ENIG에 비해 잘 젖지 않습니다. 포고 핀 패드를 접촉 표면으로만 사용하지 않고 조립 중에 납땜해야 하는 경우 연질 금 또는 ENIG가 납땜 요구 사항에 적합합니다. 패드에서 반복적인 사이클링이 발생하는 경우 접촉 수명이 저하됩니다. 이는 일부 이중 목적 설계에서 실제 문제가 됩니다.-
사이클 수가 매우 적고 비용에 민감한-애플리케이션은 또 다른 경우입니다. 패드가 전체 수명 동안 실제로 접촉 주기가 200회 미만인 경우 적절한 두께의 소프트 골드가 해당 작업을 수행합니다.
나는 연질 금에 대한 한 가지 주장을 여러 번 반복했습니다. "우리는 생산이 사양에 맞춰지기 전에 실험실 테스트, 아마도 50주기만 살아남으면 됩니다." 테스트 패드는 예상보다 더 빠른 속도로 더 많은 사이클을 보여줍니다. - 일단 고객이 엔지니어링 샘플을 손에 넣으면 50이 수백이 됩니다. 프로젝트에 해당 단계에서 특정 비용 제약이 없는 한 엔지니어링 샘플에 소프트 골드 지정을 중단했습니다.
사양 확인
금도금 사양은 도면에 쉽게 적을 수 있고, 누구도 알아채지 못한 채 공급업체가 생산 과정에서 놓치기 쉽습니다.
XRF(X-선 형광)는 완성된 포고 핀 패드의 금층 두께 확인을 위한 표준 비파괴 방법입니다.- 입고 검사 시 XRF 데이터가 필요합니다. - 도금 탱크의 조 기록이 아닌 로트의 부품에 대한 실제 측정값입니다. 공급업체가 이를 제공할 수 없으면 프로세스 제어가 불완전한 것입니다.
도금 단면 쿠폰에 대한 누프(Knoop) 또는 비커스(Vickers) 미세 경도 테스트는 금 합금이 실제로 코발트-경화되었는지 확인합니다. 경도 범위는 겹치지 않습니다. 연질 금(60~90 KHN)과 코발트-경질 금(130~200 KHN)입니다. 도금 배치에서 가져온 테스트 쿠폰의 단일 측정이 결정적입니다. 테스트는 파괴적이므로 완제품이 아닌 쿠폰에 대해 수행됩니다. 모든 심각한 전기도금 공급업체는 이를 도금조 품질 관리의 일부로 실행합니다. 첫 번째 물품 검사 패키지의 일부로 데이터를 요청하세요.-
ASTM B117 또는 IEC 60068-2-11에 따른 염수 분무는 부식성 환경의 패드와 관련이 있습니다. 금은 부식되지 않으므로 염수 분무 테스트를 통해 염수 분무 테스트를 통해 테스트 중인 환경 조건에서 기본 니켈이 얼마나 빨리 저하되는지 확인할 수 있습니다.
자주 묻는 질문
내 PCB 하우스에서는 패드 영역에 "커넥터 골드"를 사용할 수 있다고 말합니다. 코발트-경화금을 별도로 지정하는 것과 같은 것인가요?
반드시 그런 것은 아니며 구별이 중요합니다. 많은 PCB 제작업체에서는 금 커넥터를 추가 기능으로 제공하지만-합금 유형, 경도, 니켈 밑층 두께를 명시적으로 지정하지 않으면 얻을 수 있는 결과가 달라집니다. 일부 상점에서는 진짜 코발트-경화 전기도금 금을 사용합니다. 다른 사람들은 커넥터 두께에 맞춰 부드러운 금을 도금합니다. 가장 최근의 수조 테스트에서 얻은 코발트 함량, 경도(KHN), 샘플 부품의 XRF 데이터에 대해 구체적으로 문의하세요. 입고 검사에서 PCB-통합 포고 핀 패드 금이 사양보다 30~40% 더 낮은- 두께를 보였습니다. 측정하지 않고는 잡히지 않습니다.
금 두께가 초기 접촉 저항에 영향을 미치나요, 아니면 장기적인-성능에만 영향을 미치나요?
장기적인-실적은 그것이 나타나는 곳입니다. 0.3~1.0μm 두께 범위의 금은 본질적으로 접촉 핀과 동일한 귀금속 표면을 나타내므로 초기 접촉 저항 판독값은 두 금을 구별하지 않습니다. 새로운 포고 핀 패드의 높은 접촉 저항을 측정하는 경우 도금 사양이 원인이 아닐 수 있습니다. - 도금 사양을 확인하기 전에 표면 오염, 핀 팁 형상 및 스프링 힘을 확인하세요.
도면에 도금 사양을 올바르게 작성하려면 어떻게 해야 합니까?
최소: 표준 참조를 포함한 금 합금 유형, 최소 두께 및 니켈 하층 최소 두께. 전체 설명에는 "Au(Co-경화) min. 0.5μm over EN min. 3.0μm per IPC-4552 Class B."라고 적혀 있습니다. 표준 참조는 공급자가 도금을 확인하고 인증하는 방법을 정의하기 때문에 중요합니다. 표준 참조가 없는 "경질 금 0.5μm"은 테스트 방법을 지정하지 않고 감사할 대상을 제공하지 않습니다. 자동차 또는 항공우주 추적성 요구 사항의 경우 AMS 2422는 IPC-4552에서 다루지 않는 특정 금 순도 및 경도 요구 사항에 매핑됩니다.
우리는 웨어러블 의료기기용 포고핀 접촉패드를 디자인하고 있습니다. 어떤 변화가 있나요?
재료 사양 -코발트-무전해 니켈 위에 경화된 금-은 동일하게 유지됩니다. 변화하는 것은 이를 둘러싼 검증 및 추적성 구조입니다. ISO 13485에 따라 전기도금은 특수 프로세스입니다. 즉, 공급업체는 자격을 갖추어야 하며 최종 검사 데이터를 제공하는 것뿐만 아니라 감사할 수 있는 프로세스 기록을 유지해야 합니다. 디자인 이력 파일에는 소비자 제품에 필요한 것과는 다른 공급업체 자격 문서가 필요합니다.
포고핀 패드 부분이 피부에 닿는 경로가 있는지 생체 적합성을 고려해 볼 가치가 있습니다. 금은 생체적합성입니다. 니켈은 인구의 상당 부분에서 감작제이자 알레르기 유발 물질로 알려져 있습니다. 기계 레이아웃이 패드 영역을 피부 접촉 근처로 라우팅하는 경우 더 두꺼운 금을 지정하여 마모를 최대한 오랫동안 지연시키거나-니켈과 금 사이에 팔라듐 중간층을 추가합니다. - 팔라듐은 보충적인 확산 장벽을 제공하며 니켈과 동일한 생체 적합성 문제를 일으키지 않습니다. 대부분의 웨어러블 의료용 포고 패드 디자인은 이 문제를 피하기 위해 특별히 피부 접촉에서 패드를 멀리 배치하므로 나중에 개조하는 것보다 기계 레이아웃 초기에 결정하는 것이 좋습니다.
들어오는 검사에는 XRF만 포함하는 것과 비교하여 얼마나 자주 경도 확인을 포함해야 합니까?
모든 로트, 첫 번째 제품의 쿠폰 경도를 XRF한 다음 진행 중인 프로세스 검증을 위해 품질 계획에 필요한 빈도에 관계없이 XRF합니다. - 일반적으로 안정적이고 문서화된 프로세스와 적합 로트의 추적 기록을 갖춘 공급업체의 경우 분기별, 수조 화학 변화 이력이 있는 경우 더 자주 수행합니다. 또한 공급업체가 도금욕 화학을 변경하거나 새로운 화학약품 로트를 보충할 때마다 경도 검증을 실행합니다. 도금욕 조성이 코발트 통합 속도와 그에 따른 경도에 직접적인 영향을 미치기 때문입니다. 이러한 변경 사항에 대한 알림을 받는 것은 공급 계약을 체결할 가치가 있습니다.
포고 핀 패드 사양에 대해 문의하세요
포고 핀 패드에 적합한 금 사양을 얻으려면 일반적으로 실제 사이클 수를 알고, 환경 노출을 이해하고, 지정한 것과 비교하여 공급업체가 제공하는 제품을 확인하는 세 가지 사항으로 귀결됩니다. 사양을 결정하거나 현장에서 접촉 저항 문제를 디버깅하는 경우 [Dongguan Xinteng Electronics Co., Ltd.]의 엔지니어링 팀은 이러한 실패 모드를 많이 보아 왔으며 일반적으로 도금이 원인일 가능성이 있는지 신속하게 알려줄 수 있습니다.
애플리케이션 세부정보 및 현재 사양을 알려면 [xt@xtpogopin.com]번으로 문의하세요. 비교 테스트를 위해 다양한 하드 골드 및 소프트 골드 구성의 샘플 포고 핀 패드가 필요한 경우 - [포고 핀 접촉 패드].
