Руководство по выбору металлического купольного покрытия: золото, серебро, никель или олово по контактному сопротивлению и сроку службы

Спросите группу инженеров, от чего зависит производительность переключателя с металлическим куполом, и большинство из них начнут говорить о силе, ходе и сроке службы. Это имеет значение. Но в любом случае, когда купол переключает сигнал, а не лампу, покрытие является той частью, которая решает, будет ли продукт работать после шести месяцев эксплуатации. Геометрия купола определяет щелчок; покрытие определяет контакт. Это руководство написано для инженеров, определяющих металлические купола и массивы купольных листов на основе режимов отказа, которые Шаньо видит в производственных программах для потребительского, автомобильного, медицинского и промышленного применения.

Почему покрытие имеет большее значение, чем толщина купола

Голый купол из нержавеющей стали – хорошая пружина и плохой контакт. Нержавеющая сталь SUS301 обладает механическими свойствами, которые обеспечивают надежный защелкивание купола, но на ее поверхности образуется пленка оксида хрома, обладающая электрическим сопротивлением. Когда купол закрывается, контактное сопротивление на свежей детали составляет 80-150 миллиом и увеличивается по мере утолщения и затвердевания пленки в процессе циклического использования. Для клавиатуры, управляющей логическим входом при напряжении 3,3 В и микроамперах, это сопротивление является терпимым — ток настолько мал, что падение напряжения на контакте практически не регистрируется. Для контура управления, пути измерения или переключателя, пропускающего через нагрузку десятки миллиампер, одинаковое сопротивление является проблемой проектирования.

Покрытие предназначено для создания проводящей, стабильной поверхности между пружинной сталью и внешним миром. Четыре системы, используемые в коммерческих целях: - золото, серебро, никель и олово - каждая решают эту проблему по-своему, и различия именно такие, о которых должна идти речь в спецификации.

Четыре системы покрытия: краткий обзор

• Никелирование (2-3 мкм):стандартная отделка потребительских клавиатур. Твердый, недорогой, последовательный. Контактное сопротивление обычно составляет 60-120 миллиом в свежем состоянии и увеличивается с течением времени и при воздействии окружающей среды. Достаточно хорошо для клавиатур логического-уровня и потребительских устройств с коротким сроком службы.
• Серебряное покрытие (1-3 мкм):самое низкое сопротивление среди обычных отделок, часто ниже 30 миллиом в свежем виде. Мягкое и превосходный проводник, но серебро тускнеет в воздухе, содержащем серу-, а тусклая пленка является резистивной. Используется там, где важно низкое сопротивление, а окружающая среда изолирована или контролируется.
• Золотое покрытие (0,1-0,5 мкм поверх никеля):стабильный финиш. Золото не окисляется, поэтому контактное сопротивление в жизни и окружающей среде находится в диапазоне 20–50 миллиом. Стоимость — это само золото, поэтому толщина подбирается в зависимости от области применения.
• Лужение (1-3 мкм):отделка,-безопасная для пайки, в основном используется на куполах, предназначенных для пайки оплавлением-или где ответная площадка изготовлена ​​из олова. Олово окисляется на воздухе, а оксид твердый, поэтому луженые-купола не подходят для длительного-переключения при низком напряжении.

Контактное сопротивление: как оно ведет себя на каждой отделке

Контактное сопротивление купола измеряется при определенной силе срабатывания, поскольку площадь контакта увеличивается по мере того, как купол сильнее прилегает к подушке. Число в таблице данных — это точка на кривой, а не константа. Четырехпроводные-измерения при силе, превышающей номинальную в 1,5 раза, являются обычной отраслевой практикой, и ток, используемый для измерения, также имеет значение - измерение при токе 10 мА более характерно для логического приложения, чем измерение при токе 1 А.

Поведение в течение жизни — это то, где отделка разделяется:

• Никель:начинается умеренно, постепенно смещается вверх по мере образования поверхностных пленок, а поверхность твердого никеля полируется неравномерно в точке контакта. Приемлемо для устройств с небольшим количеством срабатываний и коротким сроком службы.
• Серебро:заводится отлично, экологически ухудшается. В чистом герметичном воздухе серебро сохраняет низкое сопротивление в течение очень долгого времени. В серосодержащем -промышленном воздухе или вблизи газовыделения резины и пластика серебро тускнеет, а сопротивление возрастает - часто внезапно.
• Золото:начинается отлично и остается там. Стоимость золота не ниже первоначальной ценности серебра; это отсутствие дрейфа. Измеренная стабильность при циклическом воздействии и воздействии окружающей среды является причиной того, что золото указывается там, где контактное поведение не должно меняться.
• Олово:начинается умеренно и дрейфует с окислением, а при низком напряжении пленка оксида олова может выполнять роль выпрямляющего слоя. Олово выбрано из-за паяемости и стоимости, а не из-за стабильности контакта.

Экологические испытания, определяющие выбор покрытия

Три условия окружающей среды наносят наибольший ущерб контактам плакированного купола, и решение о покрытии следует принимать в зависимости от них:

• Сера и промышленные газы:серебро тускнеет, а тонкое золото на пористом отложении может позволить пленкам подложки выйти на поверхность. Никель и золото-никелевые стопки — надежные ответы; если используется серебро, приложение должно быть запечатано.
• Соленый и прибрежный воздух:соль ускоряет рост пленки на открытых поверхностях. Лучше всего сохраняется золото поверх никеля, края области контакта которого защищены куполообразной геометрией; Один только никель начинает разрушаться при длительном воздействии соли.
• Циклическое изменение температуры и влажность:Расширение и сжатие контактных поверхностей, а также конденсация ускоряют рост пленки и могут перераспределить покрытие в точке контакта. Сочетание 85 градусов/85% относительной влажности и термоциклирования является стандартным методом проверки этого класса отказов.

Стандартная аттестационная батарея Shanyo - 500, температурные циклы, 1000 часов при температуре 85/85, солевой туман в соответствии со стандартом ISO 9227 и испытание на-воздействие серы - дают сопоставимые показатели для четырех вариантов отделки, и эти цифры являются честной основой для принятия решения о выборе.

Подбор покрытия в соответствии с применением

Матрица практического выбора, основанная на указанных выше видах отказов:

• Бытовые пульты, игрушки, бытовая техника:никелирование. Ток — это логический-уровень, срок службы с электрической точки зрения короток, а стоимость имеет значение. Никель является правильным решением для подавляющего большинства потребительских клавиатур.
• POS-терминалы, платежные устройства, высокие-панели срабатывания:золотая вспышка поверх никеля. Сотни тысяч нажатий и требование, чтобы электрическое поведение клавиатуры никогда не менялось, оправдывают затраты на золото.
• Медицинские приборы и инструменты:золото. Контакт находится внутри пути измерения или управления, и устройство должно вести себя одинаково на протяжении многих лет эксплуатации. Золото поверх никеля с документально подтвержденной толщиной является стандартной спецификацией.
• Накопители энергии BMS, промышленные панели, высокочастотное-переключение:золото, толщина которого соответствует окружающей среде. Если панель запечатана, достаточно 0,1–0,3 мкм; в вентилируемых промышленных шкафах 0,3–0,5 мкм добавляет запас.
• Салон автомобиля (не-критичный):никель или золотой-никель в зависимости от позиции модуля и гарантии. Расположение под капотом или по бокам-двери с резкими перепадами температур оправдывает золото.
• Приложения для пайки и оплавления:олово, где купол является частью паяного узла, а не механического контакта.

Компромиссы по стоимости и-времени-

Стоимость покрытия зависит от материала и требуемого контроля толщины. Никель является базовым и в наименьшей степени увеличивает цену купола. Серебро близко к никелю по стоимости, но требует экологической квалификации. Золото оценивается по толщине -, скачок с 0,1 мкм до 0,5 мкм примерно умножает стоимость покрытия, что в больших-объемных частях четко проявляется в цене за единицу. Инженерный вопрос заключается не в том, «слишком ли дорого золото», а в том, «что на самом деле нужно контакту», и команда по котировкам Shanyo запрашивает годовую оценку срабатывания, окружающую среду и электрические характеристики, прежде чем рекомендовать отделку.

Сроки изготовления одинаковы для всех видов отделки - обшивка — это пакетная операция, которая добавляет дни, а не недели к заказу на купол. Больший фактор времени-связан с изготовлением инструментов для индивидуальной геометрии, которые выполняются в течение 2–3 недель независимо от завершения.

Проверка и контроль качества в Шаньо

Каждая партия куполов с покрытием в Шаньо проверяется четырьмя проверками: толщина покрытия с помощью рентгеновской флуоресценции-лучей на образцах деталей, адгезия с помощью натяжения ленты после цикла обжига, контактное сопротивление с помощью измерения четырьмя-проводами при фиксированной силе срабатывания и воздействие окружающей среды на образцы партии. Результаты записываются по коду трассировки партии, поэтому клиент может получить данные покрытия для любой отгруженной коробки. Для отделки золотом и серебром толщина измеряется для каждой партии и записывается в сертификате соответствия -. Заявка в паспорте и измеренное значение имеют один и тот же номер.

Для программ, в которых купольный массив поставляется в видемассив листов куполавместо отдельных деталей, за партией массива следуют одни и те же записи покрытия, а параметры размещения и клея проверяются на готовом листе.металлический куполСемейство продуктов на веб-сайте Shanyo содержит список стандартных отделок и семейств сил; команда инженеров подтверждает правильность отделки для нового применения с учетом реальных условий окружающей среды и электрических требований.

Сопрягаемая поверхность: покрытие составляет половину контакта

Контакт купола — это двустороннее соединение-, и сторона площадки имеет такое же значение, как и сторона купола. Позолоченный -купол на голой медной подушке не обеспечивает ожидаемой стабильности, поскольку медная поверхность окисляется, и оксид доминирует над сопротивлением соединения в течение нескольких недель эксплуатации. Практические правила сочетания просты: золотые или серебряные купола идеально сочетаются с золотыми, серебряными или никелевыми-по-медными площадками; никелевые купола соединяются с никелевыми или оловянными площадками на нагрузках логического уровня-; а луженые-купола предназначены для жестяных площадок, обычно в паяных или сильноточных-сборках. Если покрытие контактной площадки определено конструкцией платы, это должно быть записано в спецификации купола - купол, выбранный для золотой контактной площадки, ведет себя по-другому на жестяной контактной площадке, и эта разница проявляется в виде смещения в полевых условиях, а не на заводе.

Поверхностное загрязнение является малозаметной переменной в одном и том же суставе. Масла от отпечатков пальцев, остатки паяльного флюса и силиконы из близлежащих прокладок со временем мигрируют на контактные поверхности, и эффект зависит от отделки-: золотая поверхность удаляет загрязнения лучше, чем никелевая, поскольку она не образует реактивной пленки, в которую могут связываться загрязнения. Программы, которые собирают клавиатуры рядом с силиконовой заливкой или герметиками RTV, должны убедиться, что отделка купола защищена от выделения газов силикона, что является известной причиной периодических сбоев контактов на покрытиях из серебра и никеля.

Шесть ошибок в спецификациях, которые позже проявятся в виде сбоев на месте

За годы реализации купольных программ повторяются одни и те же ошибки в спецификации покрытия. Их стоит перечислить, потому что каждый из них дешево исправить на этапе рисования и дорого в полевых условиях:

• Указание «позолота» без учета толщины.Стоимость и производительность зависят от числа. Напишите 0,1–0,5 мкм поверх никеля, или интерпретация поставщика решит за вас.
• Выбор серебра только из-за его нового сопротивления.Первоначальный номер Silver — лучший из распространенных вариантов отделки, но реальная спецификация — это дрейф окружающей среды. Если продукт не запечатан, серебро должно быть проверено на соответствие фактическому качеству воздуха.
• Указание значения контактного сопротивления без метода испытаний.Сила срабатывания, ток и точка измерения определяют число. Без них спецификацию невозможно проверить.
• Игнорирование отделки колодки.Отделка купола и отделка площадки представляют собой одно соединение. Указание купола без пэда означает указание половины переключателя.
• Предполагать, что более толстое золото всегда лучше.При толщине выше 0,5 мкм дополнительный прирост стабильности невелик по сравнению с затратами, а в некоторых процессах изготовления стволов толстые отложения золота делают поверхность контакта шероховатой. Толщина должна соответствовать бюджету срабатывания, а не правилу «чем больше, тем безопаснее».
• Тестирование свежих контактов вместо старых.Важным аттестационным образцом является тот, который тестируется после воздействия окружающей среды, а не тот, который измеряется в день окончания гальванического покрытия резервуара. Свежий-контактный паспорт ничего не расскажет вам о продукте двух-годовой-продукции.

Перед выставлением цены инженерная экспертиза Shanyo проверяет каждую поступающую спецификацию купола на соответствие этим шести пунктам. Большая часть ценности обзора заключается в вопросах, которые он задает, потому что ответы представляют собой реальную спецификацию.

Резюме: Структура принятия решений, а не формула

Решение о покрытии сводится к четырем вопросам. Какой ток и напряжение на самом деле переключает контакт? Если ток достаточно велик, и сопротивление контактов проявляется в поведении цепи, то обработка имеет значение. В какой среде живет продукт? Герметичные потребительские устройства допускают использование серебра и никеля; вентилируемые промышленные и наружные установки стремятся к золоту. Какой срок службы и бюджет срабатывания? Короткая жизнь и низкий счет не нуждаются в золоте. И каков допуск по стоимости конкретной детали? Золото оправдано стабильностью контакта, а не первоначальными характеристиками. Ответьте на эти четыре вопроса цифрами, и финал выберет сам. В инженерном обзоре Shanyo используется именно эта структура для каждой поступающей спецификации купола, и она доступна клиентам, оценивающим-компромисс перед установкой инструментов.