メタルドームめっきの選択ガイド: 接触抵抗と耐用年数に関する金、銀、ニッケル、錫

エンジニアのグループにメタル ドーム スイッチの性能を決定するものを尋ねると、ほとんどの人が力、移動距離、サイクル寿命について話し始めます。それらは重要です。しかし、ドームがランプではなく信号を切り替えるアプリケーションでは、メッキは製品が現場で 6 か月後も機能するかどうかを決定する部分です。ドームの形状によってクリック感が決まります。メッキが接触を決定します。このガイドは、民生用、自動車用、医療用、産業用アプリケーションにわたる生産プログラムで Shanyo が確認した故障モードに基づいて、メタル ドームおよびドーム シート アレイを指定するエンジニア向けに書かれています。

ドームの厚さよりもメッキが重要な理由

むき出しのステンレス鋼のドームはバネとしては優れていますが、接触は悪くなります。 SUS301ステンレス鋼は、ドームを確実に折り曲げる機械的性質を備えていますが、その表面には電気抵抗を有するクロム酸化皮膜が形成されています。ドームが閉じると、接触抵抗は新しい部品では 80- 150 ミリオームに留まり、サイクル中に膜が厚くなり硬化するにつれて上昇します。 3.3V およびマイクロアンペアでロジック入力を駆動するキーパッドの場合、その抵抗は許容範囲です。電流は非常に小さいため、接点間の電圧降下はほとんど記録されません。制御ループ、測定経路、または負荷に数十ミリアンペアが流れるスイッチの場合、同じ抵抗は設計上の問題です。

めっきは、ばね鋼と外界の間に導電性の安定した表面を置くために存在します。商業的に使用されている 4 つのシステム -、金、銀、ニッケル、錫 - は、それぞれその問題を異なる方法で解決しており、その違いがまさに仕様の対象となるものです。

4 つのめっきシステムの概要

• ニッケルメッキ（2～3μm）：民生用キーパッドの標準的な仕上げ。ハード、低コスト、一貫性。接触抵抗は通常、新品では 60-120 ミリオームですが、寿命が経過するにつれて、また環境への暴露によって上昇します。ロジック-レベルのキーパッドや寿命の短い民生用デバイスには十分です。
• 銀メッキ（1～3μm）：一般的な仕上げの中で最も抵抗が低く、新品の場合は 30 ミリオーム未満であることがよくあります。柔らかくて優れた導体ですが、銀は硫黄を含む空気中で変色し、変色した皮膜は抵抗力を持ちます。-低抵抗が重要であり、環境が密閉または制御されている場合に使用されます。
• 金メッキ(ニッケル上0.1～0.5μm):安定の仕上がり。金は酸化しないため、接触抵抗は寿命および環境全体にわたって 20 ～ 50 ミリオームの範囲に維持されます。コストは金そのものであるため、用途に応じて厚さが調整されます。
• 錫メッキ（1～3μm）：はんだ付けに適した仕上げ。主にリフローはんだ付けを目的としたドーム、または嵌合パッドが錫であるドームに使用されます。-錫は空気中で酸化し、その酸化物は硬いため、低電圧でのスイッチング寿命を長くするには、錫メッキのドームは選択できません。-

接触抵抗: 各仕上げでどのように動作するか

ドームの接触抵抗は、ドームがパッドに対してより強く着座するにつれて接触面積が増大するため、定義された作動力で測定されます。データシート上の数値は曲線上の点であり、定数ではありません。 -定格力の 1.5 倍での 4 線式測定は業界の一般的な慣行であり、測定に使用される電流も重要です。- 10mA での測定は 1A での測定よりもロジック アプリケーションをよく表しています。

生涯にわたる動作は、仕上げが分かれる場所です。

• ニッケル：緩やかに始まり、表面膜が形成されるにつれて着実に上向きにドリフトし、硬いニッケルの表面が接触点で不均一に研磨されます。作動回数が控えめで耐用年数が短いデバイスに許容されます。
• 銀：始動は良好ですが、環境的には劣化します。きれいな密閉された空気中では、銀は低い抵抗を維持し、非常に長い寿命を保ちます。硫黄-が含まれる工業用空気やゴムやプラスチックのガス放出の近くでは、銀が変色し、抵抗が突然上昇することがよくあります-。
• 金：素晴らしいスタートを切り、そこに留まります。金の価値は銀よりも低い初期値ではありません。それはドリフトがないことです。接触挙動が変化してはいけない場合はどこでも金が指定されるのは、サイクリングや環境暴露に対する安定性が測定されているためです。
• 錫：開始は中程度で、酸化とともにドリフトし、低電圧では酸化スズ膜が整流層として機能します。錫は、接触の安定性のためではなく、はんだ付け性とコストのために選択されます。

めっきの選択を決定する環境試験

めっきドームコンタクトに最も大きなダメージを与えるのは 3 つの環境条件であり、めっきの決定はこれらの環境条件に基づいて行う必要があります。

• 硫黄および工業用ガス:銀は変色し、多孔質の堆積物の上に薄い金が付着すると、基材フィルムが表面に到達する可能性があります。ニッケルと金-ニッケル スタックが確実な解決策です。銀を使用する場合は、アプリケーションを密閉する必要があります。
• 塩分と沿岸の空気:塩は露出した表面での膜の成長を促進します。接触領域のエッジがドーム形状で保護されているニッケル上の金が最もよく残ります。ニッケルだけでも、長期間塩にさらされると穴が開き始めます。
• 温度サイクルと湿度:接触面の膨張と収縮、さらに結露により膜の成長が促進され、接触点でのめっきが再分布する可能性があります。 85 度 / 85% RH と熱サイクルの組み合わせが、このクラスの故障の標準的なスクリーニングです。

標準の山洋認定バッテリー - 500 温度サイクル、85/85 で 1000 時間、ISO 9227 に基づく塩水噴霧、および硫黄-暴露テスト - では、4 つの仕上げにわたって同等の数値が得られ、これらの数値が選択決定の正直な根拠となります。

用途に合わせためっき

上記の故障モードに基づいた実際の選択マトリックスは次のとおりです。

• 家庭用リモコン、おもちゃ、家庭用電化製品:ニッケルメッキ。電流は論理レベルであり、電気的に寿命は短く、コストが重要です。ほとんどの消費者向けキーパッドにはニッケルが正解です。
• POS 端末、支払いデバイス、高作動パネル:{0}}ニッケルの上にゴールドフラッシュ。何十万回もの作動と、キーパッドの電気的動作が決して変化しないという要件により、金のコストに見合う価値があります。
• 医療機器および器具:金。接点は測定または制御パス内に位置し、デバイスは何年もの使用期間にわたって同じように動作する必要があります。文書化された厚さのニッケル上に金が標準仕様です。
• エネルギー貯蔵 BMS、産業用パネル、高周波スイッチング:-環境に合わせて厚さを調整したゴールド。パネルがシールされている場合は 0.1 ～ 0.3μm で十分です。換気された工業用キャビネットでは、0.3 ～ 0.5µm のマージンが追加されます。
• 自動車の内装（重要ではない）:-モジュールの位置と保証に応じて、ニッケルまたは金-ニッケル。温度変化が大きいボンネットの下やドア-側の場所には、ゴールドが適しています。
• はんだ付け可能なリフロー用途:錫の場合、ドームは機械的接触ではなく、はんだ付けされたアセンブリの一部です。

コストとリードタイムの​​-トレードオフ-

めっきコストは、必要な材料と厚さの制御に従います。ニッケルがベースラインであり、ドームの価格への追加は最小限です。銀はコスト的にはニッケルに近いですが、環境適合性の負担が生じます。金の価格は厚さによって決まります-。0.1μmから0.5μmへの上昇はめっきコストにほぼ倍増します。これは、量の多い部品では単価にはっきりと現れます-。技術的な問題は、「金が高すぎるかどうか」ではなく、「接点に実際に何が必要か」であり、山洋の見積りチームは、仕上げを推奨する前に、年間の作動見積もり、環境、および電気仕様を尋ねます。

リードタイムは仕上げ全体で同様です。- めっきはバッチ作業であり、ドームの注文に数週間ではなく数日かかります。より大きなリードタイム要素はカスタム ジオメトリ用のツールであり、仕上がりに関係なく 2 ～ 3 週間かかります。

山陽における検証と品質管理

Shanyo のすべてのめっきドーム ロットは 4 つのチェックに対して検証されます。1 つはサンプル部品の蛍光 X 線によるめっきの厚さ、ベーク サイクル後のテープの引っ張りによる接着、固定作動力での 4 線式測定による接触抵抗、およびロット サンプルの環境曝露です。-結果はロット トレース コードと照合して記録されるため、顧客は出荷された箱のめっきデータを取得できます。ゴールドおよびシルバー仕上げの場合、厚さはロットごとに測定され、適合証明書の一部として記録されます - データシートの記載内容と測定値は同じ数値です。

ドームアレイが提供されるプログラムの場合、ドームシートアレイ部品が緩んでいるのではなく、アレイのロットに同じめっき記録が続き、配置と接着パラメータは完成したシート上で検証されます。のメタルドームShanyo Web サイトの製品ファミリーには、標準仕上げと力ファミリーがリストされています。エンジニアリング チームは、実際の環境と電気要件に照らして、新しいアプリケーションの適切な仕上げを確認します。

嵌合面: 接点の半分はメッキです

ドーム コンタクトは両面ジョイントであり、パッド側もドーム側と同じくらい重要です。-裸の銅パッド上に金-メッキを施したドームでは、期待した安定性が得られません。これは、使用後数週間以内に銅の表面が酸化し、その酸化物が接合抵抗を支配するためです。実際の組み合わせルールは簡単に述べられます。金または銀のドームは、銅パッドの上に金、銀、またはニッケルときれいに組み合わせられます。-ニッケルドームはロジック-レベルの負荷でニッケルまたは錫パッドとペアになります。錫メッキのドームは、通常はんだ付けまたは高電流アセンブリの錫パッド用に設計されています。-パッドの仕上げが基板設計によって固定される場合、それをドーム仕様に書き込む必要があります。- 金パッドに対して選択されたドームは、錫パッド上では異なる動作をし、その違いは工場ではなく現場でのドリフトとして現れます。

表面の汚染は、同じ接合部における静かな変数です。指紋の油分、はんだフラックスの残留物、近くのガスケットのシリコンが時間の経過とともに接触面に移行し、その影響は仕上げに依存します。-金の表面は、汚染物質が結合する反応性の膜を形成しないため、ニッケルの表面よりも汚染を防ぎます。シリコーンポッティングまたは RTV シーラントの近くでキーパッドを組み立てるプログラムでは、銀仕上げおよびニッケル仕上げで断続的な接触障害が発生する既知の原因であるシリコーンのガス放出に対してドーム仕上げを確認する必要があります。

後で現場での失敗として現れる 6 つの仕様ミス

長年のドームプログラムでは、同じめっき仕様の間違いが再発します。これらは、図面の段階で修正するのは安価ですが、現場で修正するのは高価であるため、リストする価値があります。

• 厚みのない「金メッキ」をご指定ください。コストとパフォーマンスの両方が数値に表れます。ニッケルの上に 0.1 ～ 0.5 µm 書き込むか、サプライヤーの解釈によって決定されます。
• 新鮮な抵抗力だけを求めてシルバーを選択します。シルバーの初期ナンバーは一般的な仕上げの中で最高ですが、環境ドリフトが本当の仕様です。製品が密閉されていない場合、シルバーは実際の空気品質に対する認定が必要です。
• 試験方法を記載せずに接触抵抗の数値を引用します。作動力、電流、測定ポイントによって数値が決まります。これらが無い仕様は検証できません。
• パッドの仕上げは無視します。ドーム仕上げとパッド仕上げは 1 つのジョイントです。パッドなしのドームを指定すると、半分のスイッチを指定することになります。
• 厚い金が常に優れていると仮定します。0.5μmを超えると、安定性の増分はコストに比べて小さくなり、一部のバレルプロセスでは厚い金の堆積により接触領域が粗くなります。厚さは、「多ければ多いほど安全」というルールではなく、作動バジェットに従う必要があります。
• 古いコンタクトではなく新しいコンタクトをテストします。重要な認定サンプルは、めっきタンクが終了した日に測定されたものではなく、環境暴露後にテストされたものです。新しい連絡先パスでは、2 年前の製品については何もわかりません。--

Shanyo のエンジニアリング レビューでは、受け取ったすべてのドーム仕様を見積もり前にこれらの 6 つのポイントに照らしてチェックします。レビューの価値のほとんどは、その答えが実際の仕様であるため、レビューが返す質問にあります。

要約: 数式ではなく意思決定の枠組み

めっきの決定は 4 つの質問に集約されます。実際に接点が切り替わる電流と電圧は何ですか?接触抵抗が回路の動作に現れるほど電流が大きい場合、仕上げが重要になります。製品はどのような環境で使用されますか?密閉型消費者向けデバイスは銀とニッケルを許容します。換気された産業用および屋外用の設備はゴールドを目指しています。耐用年数と作動予算はどれくらいですか?寿命が短くカウントが低い場合はゴールドは必要ありません。また、特定の部品のコスト許容範囲はどのくらいですか?ゴールドは初期性能ではなく、接触の安定性によって正当化されます。これら 4 つの質問に数字で答えると、仕上がりが自動的に決まります。 Shanyo エンジニアリング レビューでは、受け取ったすべてのドーム仕様に対してこのフレームワークを正確に実行しており、お客様はツールを作成する前にトレードオフを評価する際にこのフレームワークを利用できます。-