선형 격자형 스케일 기본 사항: 알아야 할 모든 것
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일상에서 사용하는 디바이스가 부식이나 마모로 인해 고장 나지 않고 원활하게 작동하는 세상을 상상해 보세요. 이러한 마법은 종종 전기 도금이라는 중요한 공정 덕분입니다. 이 기사에서는 전기 도금이 전자 단자의 내구성과 성능을 향상시키는 방법과 그 이점을 자세히 살펴봅니다. 이 글을 읽으면 이 기술이 커넥터의 수명을 연장하는 방법과 다양한 애플리케이션에서 안정적인 전기 접점을 유지하는 데 왜 중요한지에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다.
전기 도금은 금속 전착 공정의 일종입니다. 고체(도체 또는 반도체) 표면에서 전기 화학적 방법을 통해 단순 금속 이온 또는 복합 이온을 방전 환원하여 금속 원자가 전극 표면에 부착되어 금속층을 형성하는 것입니다.
전기 도금은 고체의 표면 특성을 변화시켜 외관을 바꾸고 내식성, 내마모성, 경도를 향상시키며 특수한 광학, 전기, 자기, 열 표면 특성을 부여합니다.
대부분의 전자 커넥터와 단자는 두 가지 주요 이유로 표면 처리(일반적으로 전기 도금)를 거치는데, 첫째, 단자 스프링 소재를 부식으로부터 보호하고 둘째, 단자 표면 성능을 최적화하여 특히 필름 층 제어 측면에서 단자 간의 접촉 인터페이스를 설정하고 유지하기 위해서입니다. 즉, 금속과 금속의 접촉을 용이하게 하기 위해서입니다.
부식 방지:
대부분의 커넥터 스프링은 구리 합금으로 만들어져 산화 및 황산화 등 사용 환경에서 부식될 수 있습니다. 단자 전기 도금은 스프링을 환경으로부터 분리하여 부식을 방지합니다. 전기 도금 재료는 적어도 해당 사용 환경 내에서 부식에 강해야 합니다.
표면 최적화:
단자 표면 특성의 최적화는 두 가지 방법으로 달성할 수 있습니다. 하나는 커넥터 설계를 통해 안정적인 접점 인터페이스를 설정하고 유지하는 것입니다. 다른 하나는 금속 접촉을 설정하는 것으로, 표면 필름이 존재하지 않거나 삽입 시 파열되어야 합니다. 필름이 없는 것과 필름 파열의 차이는 귀금속 도금과 비귀금속 도금을 구분합니다.
금, 팔라듐 및 그 합금과 같은 귀금속 도금은 불활성이며 고유한 필름 층이 없습니다. 따라서 이러한 표면 처리금속 접촉은 "자동"입니다. 그런 다음 오염, 기판 확산, 단자 부식과 같은 외부 요인으로부터 단자 표면의 고귀함을 유지하는 방법을 고려해야 합니다.
비귀금속 도금, 특히 주석과 납 및 그 합금은 삽입 시 쉽게 파열되는 산화막으로 덮여 있어 금속 접촉 영역을 형성합니다.
귀금속 단자 도금에는 기본 표면(일반적으로 니켈)을 귀금속으로 덮는 작업이 포함됩니다. 표준 커넥터 도금 두께는 금의 경우 15~50미크론, 니켈의 경우 50~100미크론입니다. 도금에 가장 일반적으로 사용되는 귀금속은 금, 팔라듐 및 그 합금입니다.
금은 전도성과 열 특성이 뛰어나고 어떤 환경에서도 부식에 강하기 때문에 이상적인 도금 재료입니다. 이러한 장점 때문에 높은 신뢰성이 요구되는 애플리케이션의 커넥터에는 금도금이 주로 사용되지만, 금은 가격이 비쌉니다.
귀금속인 팔라듐은 금에 비해 저항이 높고 열 전달이 적으며 내식성이 낮지만 내마모성이 뛰어납니다. 팔라듐-니켈 합금(80-20 비율)은 일반적으로 커넥터의 단자 포스트에 사용됩니다.
귀금속 도금을 디자인할 때는 다음 요소를 고려해야 합니다:
a. 다공성
도금 과정에서 금은 노출된 수많은 표면 오염 물질에 핵을 형성합니다. 이러한 핵은 계속 성장하여 표면 전체에 퍼져 결국 충돌하여 표면을 완전히 덮어 다공성 도금을 만듭니다.
금 층의 다공성은 두께와 관련이 있습니다. 15미크론 이하에서는 다공성이 급격히 증가하는 반면, 50미크론 이상에서는 다공성이 낮게 유지되고 감소율은 무시할 수 있을 정도로 작습니다. 이것이 귀금속 도금의 두께가 일반적으로 15~50미크론 범위 내에 있는 이유를 설명합니다.
다공성은 내포물, 라미네이션, 스탬프 자국, 스탬핑 후 부적절한 세척, 잘못된 윤활과 같은 기판 결함과도 관련이 있습니다.
b. 착용
도금된 표면의 마모는 기본 소재의 노출로 이어질 수 있습니다. 도금 표면의 마모 또는 수명은 마찰 계수와 경도라는 두 가지 표면 처리 특성에 따라 달라집니다. 경도가 증가하고 마찰 계수가 감소하면 표면 처리의 수명이 향상됩니다.
전기 도금된 금은 일반적으로 금의 내마모성을 향상시키는 가장 일반적인 경화제인 코발트(Co)와 같은 경화 활성제를 함유한 경질 금입니다. 팔라듐-니켈 도금을 선택하면 귀금속 코팅의 내마모성과 수명을 크게 향상시킬 수 있습니다.
일반적으로 20~30미크론 팔라듐-니켈 합금 위에 3미크론의 금 층이 적용되어 우수한 전도성과 높은 내구성을 모두 제공합니다. 또한 수명을 더욱 연장하기 위해 니켈 하층을 사용하는 경우가 많습니다.
c. 니켈 언더 레이어
니켈 언더레이어는 귀금속 도금의 주요 고려 사항으로, 터미널 접점 인터페이스의 무결성을 보장하는 몇 가지 중요한 기능을 제공합니다.
니켈은 양극 산화 표면을 통해 효과적인 장벽층을 제공함으로써 다공성 부식 가능성을 줄이고 귀금속 도금 아래에 단단한 지지층을 제공하여 도금의 수명을 향상시킵니다. 이 층에 적합한 두께는 얼마인가요?
니켈 언더 레이어가 두꺼울수록 마모는 낮아지지만 비용과 제어 측면에서 다음과 같습니다. 표면 거칠기일반적으로 50-100 미크론의 두께가 선택됩니다.
비귀금속 도금은 항상 특정 수의 표면 필름 층을 포함하기 때문에 귀금속 도금과 다릅니다. 금속 접촉 인터페이스를 제공하고 유지하는 것을 목표로 하는 커넥터의 경우 이러한 필름의 존재를 고려해야 합니다.
일반적으로 비귀금속 코팅의 경우 필름을 깨뜨리기 위해 높은 접촉력이 필요하므로 단말기 접촉 인터페이스의 무결성을 보장해야 합니다. 스크러빙 작업은 필름 층이 있는 단말기 표면에도 매우 중요합니다.
단자 도금의 비금 표면 처리에는 주석(주석-납 합금), 은, 니켈의 세 가지 유형이 있습니다. 주석이 가장 일반적으로 사용되며 은은 고전류 애플리케이션에 탁월하고 니켈은 고온 환경에 적합합니다.
a. 주석 표면 처리
주석은 주석-납 합금, 특히 주석 93-납 3 합금을 지칭하기도 합니다.
주석 표면 처리의 사용은 주석의 산화막이 쉽게 파괴된다는 사실에서 비롯됩니다. 주석 코팅은 표면에 단단하고 얇고 부서지기 쉬운 산화막 층이 있습니다. 산화막 아래에는 부드러운 주석이 있습니다. 양전하가 필름에 작용하면 얇은 주석 산화막은 하중을 견디지 못하고 취성으로 인해 쉽게 균열이 생깁니다.
이러한 조건에서 하중은 주석 층으로 전달되며, 주석은 부드럽고 가단성이 있어 압력을 받으면 쉽게 흐릅니다. 주석이 흐르면서 산화물의 균열이 넓어집니다. 이 균열과 중간층을 통해 주석이 표면으로 압착되어 금속 접촉을 제공합니다. 주석-납 합금에서 납의 역할은 주석 수염의 형성을 줄이는 것입니다.
주석 수염은 스트레스를 받는 도금된 주석 표면에 단결정 가닥으로 형성되어 단자 사이에 단락을 일으킬 수 있습니다. 2% 이상의 납을 첨가하면 수염의 형성을 줄일 수 있습니다. 또 다른 일반적인 주석-납 합금 비율은 납땜 구성 비율(63:37)과 유사한 60:40으로, 주로 납땜이 필요한 커넥터에 사용됩니다.
그러나 최근 전자 및 전기 제품의 납 함량 감소를 요구하는 법규가 강화되면서 순수 주석, 주석/구리, 주석/은과 같은 무연 도금에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 구리와 주석 층 사이에 니켈 층을 도금하거나 무광택의 비광택 주석 표면을 사용하면 주석 수염의 성장을 늦출 수 있습니다.
b. 은 표면 도금
은은 황 및 염소와 반응하여 황화물 막을 형성하기 때문에 비귀금속 표면 처리로 간주됩니다. 이 황화물 필름은 반도체 역할을 하며 다이오드와 같은 특성을 나타낼 수 있습니다.
은은 또한 부드러운 금과 비슷하게 부드럽습니다. 황화물이 쉽게 파괴되지 않기 때문에 은은 프레팅 부식이 발생하지 않습니다. 전기 및 열 전도성이 뛰어난 은은 고전류에서도 녹지 않으므로 고전류 단자 표면 처리에 탁월한 선택입니다.
윤활은 단자 표면 처리에 따라 다른 역할을 수행하며, 주로 마찰 계수 감소와 환경 차단이라는 두 가지 기능을 수행합니다.
마찰 계수를 줄이면 두 가지 이점이 있습니다. 첫째, 커넥터에 필요한 삽입력을 낮추고 둘째, 마모를 최소화하여 커넥터 수명을 연장할 수 있습니다. 단자 윤활은 접촉 인터페이스의 환경적 열화를 방지하거나 속도를 늦추는 보호 층을 형성하여 절연을 제공할 수 있습니다.
일반적으로 귀금속 표면 처리의 경우 마찰을 줄이고 커넥터 수명을 늘리기 위해 윤활 처리가 사용됩니다. 주석 표면 처리의 경우, 프레팅 부식을 방지하기 위해 환경 차단 기능을 제공합니다. 도금 후 공정에서 윤활제를 도포할 수 있지만 이는 추가적인 조치일 뿐입니다.
PCB 보드에 납땜해야 하는 커넥터의 경우 납땜 청소 과정에서 윤활유가 제거될 수 있습니다. 윤활제는 먼지를 끌어당기므로 먼지가 많은 환경에서는 전기 저항이 증가하고 수명이 단축될 수 있습니다. 마지막으로, 윤활제의 온도 저항으로 인해 윤활제의 적용이 제한될 수도 있습니다.
귀금속 도금은 50미크론 니켈 베이스 위에 겹겹이 쌓인다고 가정합니다. 금은 가장 일반적인 재료로, 수명에 따라 두께가 달라지지만 다공성 문제가 발생하기 쉽습니다.
납땜성 보호가 필요한 상황에서는 팔라듐을 사용하지 않는 것이 좋습니다. 은은 변색과 이동에 민감하며 주로 전원 커넥터에 사용되지만 윤활을 통해 수명을 크게 향상시킬 수 있습니다. 주석은 뛰어난 환경 안정성을 자랑하지만 기계적 안정성이 보장되어야 합니다.
주석 또는 주석 합금 소재는 접촉 저항이 낮고 납땜성이 뛰어난 비용 효율적인 솔루션을 제공하는 단자 전기 도금에 가장 적합한 선택 중 하나입니다. 이러한 소재는 다양한 애플리케이션의 성능 요구 사항을 충족하므로 도금 시 금 및 기타 귀금속을 대체할 수 있는 이상적인 소재입니다.
아래는 10가지 확고한 원칙이지만, 새로운 애플리케이션이 등장함에 따라 더 많은 원칙이 발견되기를 기다리고 있습니다.
진동이 심한 환경에서는 주석 도금 단자를 사용하지 마세요. 단자 금속 간의 차동 열팽창(DTE)은 10~200마이크로미터 범위 내에서 프레팅 부식을 유발하여 도금을 손상시키고 기본 재료를 노출시키며 산화로 인해 접촉 저항을 크게 증가시킬 수 있습니다.
두 번째 규칙에 따라 축 방향 압력이 증가하면 마찰을 줄이기 위해 적절한 윤활이 필요합니다. 암수 단자 모두에 윤활유를 바르거나 최소한 한쪽 끝만 윤활해야 합니다.
고온은 구리와 주석 사이의 금속 간 화합물 형성을 가속화하여 기능에 영향을 미치는 부서지기 쉽고 단단한 중간층을 생성합니다. 니켈-주석 간 금속 화합물은 더 느리게 성장하므로 니켈 도금 층을 매개체로 사용하는 것이 좋습니다.
밝은 주석 도금은 미적으로 보기 좋지만 무광택 주석은 납땜성에 영향을 주지 않도록 표면을 깨끗하게 유지해야 합니다. 황동 주석 도금에는 납땜성을 저하시킬 수 있는 모재에서 아연이 손실되는 것을 방지하기 위해 니켈 언더레이어가 포함되어야 합니다.
100마이크로인치 미만의 두께는 일반적으로 납땜성 요구 사항이 낮은 비용에 민감한 제품에 사용됩니다.
이러한 관행은 산화 및 부식의 증가로 이어집니다. 주석은 금 표면으로 이동하여 결국 더 단단한 금 기판에 산화주석이 쌓이게 됩니다. 주석에 직접 산화층을 침투하는 것보다 금의 산화주석을 파괴하는 것이 더 어렵습니다. 그러나 주석 도금과 은 도금 사이의 프레팅 부식은 양쪽 끝이 주석으로 도금된 단자의 부식과 유사합니다.
이 절차는 주석 도금의 산화물 층을 제거하여 안정적인 금속 대 금속 접촉을 보장합니다. 이 방법은 ZIF(제로 삽입력) 단자에도 권장됩니다.
주석의 녹는점이 낮기 때문에 접점과 같이 아크가 발생하기 쉬운 상황에서는 이러한 재료를 사용하지 않는 것이 좋습니다.
MachineMFG의 창립자인 저는 10년 넘게 금속 가공 산업에 종사해 왔습니다. 폭넓은 경험을 통해 판금 제조, 기계 가공, 기계 공학 및 금속용 공작 기계 분야의 전문가가 될 수 있었습니다. 저는 이러한 주제에 대해 끊임없이 생각하고, 읽고, 글을 쓰면서 제 분야에서 선두를 유지하기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 저의 지식과 전문성을 귀사의 비즈니스에 자산으로 활용하세요.
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