커넥터의 단자에 도금을 하는 이유는?

커넥터에는 도금이 포함되어 있습니다. 단, 도금의 종류나 구성은 상당히 복잡합니다. 나는 커넥터 이외의 업계에서 수년 동안 기술자를 해왔던 경험이 있습니다. 커넥터 업계에서는 비기술자로서 수년 전에 왔습니다. 그런 나에게 있어서, 커넥터는 당초 모르는 것 투성이였고, 도금도 그 1개였습니다.

한편, 이전의 업계에서도 약간 다른 형태로 금속이나 도금은 취급하고 있었기 때문에, 그 때의 지식 덕분에 단순한 사실 인식이 아니고, 경험에 맞는 기억 방법이 생겨, 살아난 부분이 있습니다. 그 때문에, 금속이나 도금에 대한 이해가 깊어지면, 커넥터를 사용하려고 할 때에도 도움이 되는 것은, 또 한층 더 지식 습득에의 계기 만들기가 되는 것이라 생각하고, 이번은 도금의 이야기를 다루었습니다.

초급 엔지니어에게도 가능한 한 알기 쉽게 설명하고 싶다고 생각하므로, 교제하실 수 있으면 기쁩니다.

• 도금의 세 가지 목적
• 기초 금속의 보호로서의 도금
• 커넥터에 사용되는 주요 금속과 특징
• 올바르게 통전하기 위한 도금 기능
• 니켈 도금의 기능
• 금도금의 약점과 대책

도금의 세 가지 목적

「도금이 벗겨진다」라는 관용구가 있네요. 도금이라고 하는 것은 그 아래의 지금에 대해서 얇기 때문에, 그것이 벗겨져 소지가 보여 버리는 것으로부터, 「외면의 긁힘이 취해져, 본성이 나타나는」 것을 나타내는 말입니다. 여기에서, 「도금이란?」으로 생각해 내는 것은, 장식품, 특히 싼 금속에 베풀어지는 금 도금등이 아닐까요? 보다 싼 황동(금관 악기) 도금 등으로, 고급감을 내려고 금색으로 하는 것입니다. 단지 반짝반짝 느낌을 내거나 기초가 변색하기 쉬운 구리 등을 숨기거나하기 위해 주석이나 주석 합금 (주석 동 등) 도금을 실시하는 경우도 있습니다. 이러한 장식, 화장품 대응이 도금의 목적 중 하나입니다.

도금의 목적은 그 밖에도 있습니다. 크게 나누면 3개. 첫 번째는 앞서 말한 장식, 화장품 대응. 두 번째는 기초 금속 보호. 세 번째는 도금에 의해 기능성을 갖게 한다는 것입니다.

오른쪽에 키워드를 표시했습니다. 순서를 따라 설명하겠습니다.
특히 커넥터에서 중요한 것은 세 번째 기능이지만, 그것을 이해하기 위해서는 두 번째 기초 금속 보호에서 금속의 특성을 이해해야합니다. 그래서, 2번째의 목적, 하지 금속의 보호로부터 설명해 갑시다.

기초 금속의 보호로서의 도금

부식에 대한 세 가지 힘

1. 1. 이온화 경향이 낮다(귀금속만큼 녹슬기 어렵다)
2. 2. 표면에 형성되는 매우 얇은 산화 피막 등의 부동태 피막(스테인리스, 티타늄, 알루미늄, 크롬이나 흑녹을 가진 철 등)
3. 3. 부동태 피막과 같은 효과를 가진 녹(구리, 주석, 납 등)

2와 3은 비교적 알기 쉽다고 생각합니다. 산화물이 한층 더 산화를 막는 막이 된다는 의미에서는, 대체로 동의로 파악해 좋을 것 같습니다. 이 피막과 같은 깨지기 어려움(내환경, 약품 등)이 부식에 대한 강도가 됩니다. 한편, 2나 3에 비해 1이 아무것도 모른다고 하는 사람이 많다고 생각하기 때문에, 그쪽으로 이야기를 옮겨 갑니다.

갈바니 배터리와 갈바닉 부식

이온화 경향 전에 조금 전지에 대해 이야기합니다. 오이타 간략화하고 있습니다만, 그림 3은 갈바니 전지라고 불리는 이종 금속을 부극과 정극에 이용한 전지의 이미지도입니다. 전해액중에 있는 각각의 금속은, 부극측에서는 전자를 빼앗겨 산화해 갑니다. 한편, 정극측의 금속에서는 전자를 받아 환원 현상이라고 하는 것이 일어납니다(산화물로부터 산소가 취해 원래의 금속으로 돌아오는 현상). 이 때의 전자의 이동에 의해 전류 = 전기가 발생합니다. 덧붙여서 충전 가능한 전지에서는, “전기 취출”의 곳으로부터 전압을 인가하면, 전자가 역의 흐름으로 움직여, 정극측에서 산화 현상, 부극측에서 환원 현상이 일어납니다.

이종의 금속을 접촉시켜 고습 환경하에 방치해 버리면, 한쪽이 부식하는 갈바닉 부식이라는 현상이 발생합니다(자세한 것은, 이종 금속 부식 참조)가, 이 전지 중과 같은 현상이 일어나고 있는 것입니다.

이온화 경향이 낮은 금속

그렇다면 어떤 금속이 음극 측에 사용됩니까? 또, 전류는 전자의 흐름으로 정해진다고 해서, 전압은 어떻게 정해지는 것일까요? 여기서 마침내 이온화 경향이 낮은 금속이 등장합니다. 금속에는 이온화 경향이라는 것이 있고, 그에 따른 (전극) 전위를 가지고 있습니다. 전지의 전극에 사용되는 것으로, 그 전위는 표준 전극 전위라고도 불립니다. 그림 4에서, 대표적인 금속을 왼쪽에서 이온화 경향이 큰 순서로 늘어놓고 있다.

음극으로 선택되는 금속은 보다 좌측에 있는 전위가 낮은, 즉 이온화 경향이 높은 것입니다. 보다 이온화하여 전자를 놓기 쉬운 경향이 있습니다. 양극은 전위가 높다 = 이온화 경향이 낮은 것이 선택됩니다. 배터리의 전압은 양극과 음극의 전위차 = 전위차로 결정됩니다. 위에 나타낸 전위는 표준 전극 전위라고 불리는 것으로, 실제의 전극 전위는 전해액의 이온 농도로 바뀌는 등(금속끼리의 상대 관계는 변하지 않는다)이나 어색해집니다. 여기에서는 포인트로서, 「이온화 경향이 높은 금속일수록, 전자를 손 놓기 쉽다」라고 하는 점을 기억해 주세요. 이것은 즉, 산화하기 쉽다는 것입니다. 앞서 올린 이종 금속 부식에서는 전지화하고 있어 보다 이온화 경향이 낮은 금속에 전자를 빼앗겨 산화가 촉진합니다. 그렇지 않은 경우라도, 「이온화하기 쉽다고 하는 것은 약간의 일로 전자를 수방하기 쉽고 산화하기 쉬울 것이다」라고 하는 것은, 이미지로서 가지고 받을 수 있는 것이 아닐까 생각합니다.

또한 그림 4에서 알 수 있듯이 가장 이온화 경향이 낮은, 즉 산화하기 어려운 위치에 금이 군림하고 있습니다. 이것도, 여러분 가지고 계신 이미지와 일치하는 것이 아닐까요?

한편, 이온화 경향이 높다 = 즉실 환경에서 부식하기 쉬운 것인가? 이온화 경향순으로 부식의 용이성이 정해지는 것인가? 라고 말하면 그렇게 간단한 이야기는 아니고, 산화물에 의한 보호등과의 복합 요인이 되어, 이온화 경향은 어디까지나 일요인이라고 하게 됩니다. 그렇다면 지금을 보호하기 위해서는 종합력으로 부식에 강한 금속 도금을 해 두면 좋을까요? 그것은 물론 하나의 솔루션이지만 다른 보호 기능을 가진 도금도 있습니다. 도금이 어떻게 지금을 지키는지, 2개의 도금의 「일의 방법의 차이」를 예로 들어 설명합니다.

보다 부식에 강하고, 철을 지키는 가디언 타입의 주석=주석

금속의 부식해, 녹이라고 하면, 많은 사람이 가장 먼저 떠오르는 것은 새빨갛게 녹슬어진 「철」이 아닐까 생각합니다. 최근에는 그다지 아닐지도 모릅니다만, 옥외에서 녹슬어서 엉망진창에 녹아진 철제의 여러가지가, 쇼와의 빈 곳에는 많이 굴러가고 있었던 것을 기억합니다. 그런 녹슬기 쉬운 금속의 대표격인 철을 도금으로 지키는 대표격으로서, 주석과 토탄이 있습니다. 각각 철판 위에 주석은 주석(Sn)을, 토탄에서는 아연(Zn)을 도금합니다.

그림 6에 그 구성과 이온화 경향을 정리했습니다. 이것을 보고, 「어라?」라고 생각한 분도 있는 것은 아닐까요. 주석에 사용되는 주석(Sn)은, 이온화 경향도 낮게 철을 잘 지켜 줄 것 같습니다만, 「아연(Zn)은 철보다 약해 보인다···」라든지 느끼지 않습니까?

실제로 주석에 베풀어지는 도금재인 주석은, 이온화 경향으로부터 보듯이 철보다 산화하기 어려운 것에 가세해, 산화물이 「부식에 대한 3개의 강도」로 설명한 것과 같은 방어벽이 되기 때문에, 거기서 산화가 멈추어 부식하기 어려운 특성을 갖습니다(게다가 이 산화물이 투명하기 때문에, 장식용 도금 즉, 철보다 훨씬 부식에 강하기 때문에 전면에 서서 철을 지키는 것입니다. 바로 수호자 = 가디언 같은 느낌의 도금 이군요.

스스로 녹아 철을 지키는 몸 대신 지장 타입의 토탄=아연

하나의 토탄에 적용되는 이온화 경향이 철보다 높은 아연 도금은 산화하기 쉽고 산화하면 희게됩니다. 주석과 같은 산화물의 방어벽 기능도 가지고 있지만, 적에 맞서는 강도는 주석에는 뒤떨어집니다. 그러나 아연 도금은 다른 기능으로 철을 보호합니다. 깨진 후가 승부, 그림 7에 도금에 결손이 발생하고 나서의 토탄에서의 금 보호의 메카니즘을 나타냈습니다. 아연이 풍우에 져서 구멍이 열렸을 때, 거기에 비 등으로 물방울이 침입해 왔다고 합니다. 그 부위에서는 빗물이 전해액이 되어 약간의 전지와 같은 상태가 형성되는 것입니다. 이때 철이 녹슬기보다 빨리 아연은 전자를 빼앗겨 산화를 시작합니다. 그리고 그 빼앗긴 전자는 철에 보내져, 받은 철(산화철)의 부위에서는 환원 현상이 일어납니다. 아연은 스스로가 녹슬어 가는 것으로 철을 지키는 것입니다. 마치 몸 대신 지장과 같은 도금이군요.

또한, 주석으로 도금의 결손이 일어났을 때는 주석 쪽이 전지의 정극이 되기 때문에, 지금인 철이 되어 버립니다. 한편, 앞서 설명한 바와 같이, 주석은 꽤 부식하기 어려운 금속이므로 외상 등으로 결손하지 않는 부위에서는 충분한 내식성을 가지고 있습니다. 주석은 금속으로서는 부드러운 부류이므로, 주석의 천적은 외상이라고 말할 수 있을 것입니다.

이 주석 도금은 커넥터에도 사용되지만, 전선으로 연동선에 주석 도금을 한 것도 대중입니다. 그럼 다음에 구리와 주석을 비교해 보겠습니다.

왜 전선은 구리선에 주석 도금을 하는가

전선에는 구리선, 특히 어닐링된 연동을 이용한 연동선이라는 것이 주로 사용됩니다. 전선 안에 들어있는 은빛 선입니다. 고급·고성능의 것에는 은 도금(그리고 곧 검게 됩니다)의 것이나, 고내열 수지가 피복되고 있는 것은 니켈 도금의 것도 있습니다만, 대체로 주석 도금이라고 생각해 주셔서 좋습니다. 그림 8과 같이, 얇은 것이 몇 개인가 되고 있는 타입이 많다고 생각합니다.

여기서 질문입니다만, 왜 전선은 구리선에 주석 도금을 하는 것입니까? 주석 도금을 동선에 베는 이유를 검색해 보면, 많은 페이지에서 「부식 방지」라고 쓰여져 있는 것을 눈에 띄지 않을까 생각합니다. 그렇지만, 실은 구리는 그렇게 부식하지 않습니다. 수백 년 전의 구리와 구리 합금의 주조물이 확실히 형태를 남기고 있습니다. 도금하지 않은 전선이라도 일찍 부식해서 안 된다는 이야기도 듣지 않지요? 구리는 귀금속으로 분류되는 것처럼 이온화 경향으로 말하면 주석보다 훨씬 낮고 산화물이 부식을 방해하는 것은 구리도 같습니다. 적어도 초기의 약간의 산화에 관해서 말하면, 주석 쪽이 구리보다 훨씬 빠릅니다. 나는 기술자로서 커넥터보다 훨씬 전선에 가까운 일을 하고 있었습니다만, 주석 도금의 목적이 부식 방지, 「하지 금속의 보호」라고 하는 것은 실은 위화감이 있습니다.

그렇다면 왜 그런 이야기를 하고 있는가 하면 색조와 제거의 용이성에 원인이 있는 것은 아닐까요? 표 1에 간단히 비교해 보았습니다.

표 1. 구리와 주석 산화물의 색조와 제거의 용이성

왜 구리선에 주석 도금을 하는가. 이는 도금의 3가지 목적으로 접한 분류로 말하면, 「기능」으로 분류되는 장점이 있기 때문입니다. 특히 중요한 것은 다음의 2점입니다.

납땜성 개선

주석 도금선에서는, 알몸의 구리에 비해 압도적으로 땜납 젖음성이 높기 때문에 가공성이 향상합니다.

코팅 재료의 장기 내열성 개선

일부 플라스틱 (특히 프리올레핀 계의 것)은 구리 이온에 의해 침식되어 물성이 악화될 수 있습니다 (구리 해라고 함). 이것은 고온에서 장기간에 두면 더 진행됩니다. 주석 도금이 장벽이 되는 것으로, 이 진행을 완화합니다.

여기에 와서 도금이 기능성을 가지기 위해 베풀어진다는 이야기로 이어졌습니다. 처음에 설명한 것처럼 커넥터에서는이 도금의 기능이 중요합니다. 그러면 마침내 커넥터의 도금과 기능 이야기로 이동합니다.

커넥터에 사용되는 주요 금속과 특징

커넥터에 사용되는 주요 금속과 그 특징을 표 2에 정리했습니다. 이 이외에도 스테인리스, 알루미늄, 아연계 금속(다이캐스트나 합금)등도 사용됩니다만, 자주 사용되는 것은 표에 있는 것입니다.

표 2. 커넥터에 사용되는 주요 금속

이번은 도금의 이야기이므로, 니켈, 주석, 은, 그리고 금속의 왕인 금이, 화제의 대상이 됩니다. 그러면 더욱 상세하게 커넥터의 도금의 기능과 이러한 특징에 대해 이야기를 나아갑니다.

올바르게 통전하기 위한 도금 기능

①접촉을 저해시키지 않고, 단단히 연결한다

커넥터가 올바르게 통전하기 위해 최표층에서 상대측과의 접촉이라는 중요한 역할을 담당하는 것이 접점부의 도금입니다. 우선, 접촉을 저해되지 않기 위해서는, 저해하는 것이 발생·부착하지 않거나, 발생·부착해도 커넥터의 끼워맞춤의 기구 중에서 확실히 제거되는 것이 필요하게 됩니다. 부착물·이물에 관해서는 와이핑 기능에 의해 확실히 제거하는 것이 필요합니다만, 도금종에 의하지 않으므로, 여기에서는 둡니다(이물에 강한 당사의 2점 접점 커넥터도 잘 부탁드립니다).

저해하는 것으로서 발생하는 것은, 지금까지 몇번이나 만져 온 산화물 등의 부식 생성물입니다. 니켈, 주석, 은, 금의 4종의 도금재 중, 니켈은, 마모성에 강하고, 적당히 도전율도 나쁘지 않기 때문에 전지등의 접점에 사용됩니다. 부식물도 얇게 형성되고, 반도체이므로 도통은 합니다. 다만 와이핑으로 제거가 어렵기 때문에, 낮고 안정된 접촉 저항이 필요한 부위에는 사용하기 어렵고, 실제 당사의 제품에서는 니켈 도금을 접점에 사용한 것은 현재 없습니다.

남은 3종 중 금은 부식하지 않습니다. 접촉에 이물 제거와 밀착을 위해 어느 정도의 접압이 필요합니다만, 전기적 성질도 우수하기 때문에, 접점 재질로서 사각 없음이라고 하는 곳입니까.

주석 도금은 표면에 얇고 투명한 산화막을 형성합니다. 이것은 성장이 아니지만, 비교적 빨리 할 수 있으므로, 커넥터는 산화 피막 있음으로 설계해야 합니다. 주석의 산화물은, 아래에 있는 주석보다 단단하기 때문에, 필요한 접압을 걸면 주석의 변형에 추종할 수 없고 파킷과 파괴되어(초콜릿 코팅된, 아이스크림을 씹었을 때의 이미지군요), 거기로부터 와이핑하는 것으로 제거됩니다.

결과적으로 커넥터에 필요한 접압은 대략 표현하면 다음과 같이 됩니다.

금 ≒ 은 << 주석

산화의 걱정은 별로 황화 환경을 피하기 때문에 은 도금에 필요한 접압은 금과 대체로 같은 정도 또는 다소 높은 수준에서 좋습니다. 한편, 주석 도금은 산화물을 고리와 제거하기 위해 어느 정도의 접압을 확보해야 합니다.

② 쇼트 불량을 방지하고 불필요한 곳으로 이어지지 않도록 한다

그런데, 올바르게 통전하기 위해서는, 잘못한 접속이 일어나는 위험도 배제하지 않으면 안됩니다. 속에 말해지는 「쇼트 불량」이라고 불리는 것입니다만, 금속편 등의 이물로 발생해 버리는 이외에, 도금재가 그 리스크를 일으키는 특성을 가지고 있는 경우가 있습니다. 바로 주석과 은은 각각 다른 현상, 메커니즘이지만 위험을 안고 있습니다.

우선 주석은 응력이 걸리면 위스커 라는 수염 모양의 결정체가 늘어납니다. 고온 고습 하에서 성장이 촉진되고 너무 커지면 이것이 이웃 핀에 도착하거나 성장한 것이 탈락하여 단락 불량을 일으킬 위험이 있습니다. 도금의 합금화나 열처리 등으로 어느 정도 억제됩니다. 커넥터에 있어서도, 리스크가 있는 곳에 절연벽을 마련하는 등의 대책을 취합니다만, 리스크는 제로가 되지 않습니다. 따라서 주석 도금은 극간 거리가 좁은 것, 좁은 피치의 것에는 적합하지 않습니다. 위스커는 주사 전자 현미경 (SEM)을 사용하여 관찰하여 신뢰성을 평가할 수 있습니다.

하나의 은은 이온 마이그레이션 하기 쉬운 금속으로 알려져 있습니다. 이것은 전지등에서도 일어나는 현상으로, 정확하지 않은 표현입니다만 「역갈바닉」과 같은 현상입니다. 전지로 말하는 양의 전극의 금속으로부터, 부극으로부터 방출되는 전자를 「빨리 엮어라!」라고 말할 뿐, 수빙상의 결정이 촉수와 같이 성장해 가는 것입니다. 이 현상도 고온 고습 하에서 현저해집니다. 또한 인산 등에 기인하여 조장됩니다 (조금 나이를 거듭 한 분 중에는 반도체의 봉지재 중의 붉은 인에 의해 HDD 내부에서 마이그레이션이 다발하고 리콜이 된 사건을 기억하고있는 분도 있을지도 모릅니다). 따라서 은 도금은 앞의 아황산 가스 등 외에도 환경을 선택하거나 주석 도금처럼 좁은 피치를 피하거나 사용해야합니다.

「그럼, 전부 금도금으로 좋잖아!」라고 하는 것이 될 것 같습니다만, 금은 벨라보에 비싼 것입니다. 비용으로 말하면

금 >> 실버> 주석

라는 관계입니다. 그러므로 가능한 부분에서는 주석 도금이나 은 도금 등의 접점이 계속 사용되고 있습니다.

그런데, 지금까지의 내용인, 올바르게 통전하기 위한 과제를 표 3에 정리합니다.

표 3. 도금 종류와 올바르게 통전하기 위한 과제

지금, 니켈은 좋은 곳이 없네요. 그렇지만, 사용되고 있다고 하는 것은 자랑스러운 곳이 있습니다. 좀 더 살펴 보겠습니다.

니켈의 특징을 살린 니켈 도금의 기능

땜납 젖음성이 좋은 도금·나쁜 도금

커넥터는 기판에 솔더에 의해 실장되어 사용되는 것이 주류군요. 한편, 커넥터의 단자의 모재에 사용되는 구리 합금 등은 이마이치 솔더의 부착이 좋지 않습니다. 이른바 「솔더 젖음성」이라고 불리는 지표입니다. 도금은 여기에서도 활약합니다. 주석은 솔더의 주성분이므로, 주석 도금은 매우 솔더와의 궁합이 좋습니다. 은도 땜납과 매우 궁합이 좋은 금속의 하나로, 주석과 손색없는 정도의 납땜성의 장점을 자랑합니다. 금도 아주 좋은 솔더 젖음성을 가지고 있습니다. 합금층에서 금의 비율이 오르면 취약해지는 경우도 있는 것 같습니다만, 통상 커넥터의 납땜부에 실시되는 금 도금의 분량에서는 문제가 없습니다. 즉 4종의 도금 중 3종 모두 땜납과의 궁합은 좋네요.

하나의 니켈 도금이지만 좋지 않습니다. 스테인리스나 알루미늄보다는 붙기 쉽지만, 구리보다 훨씬 붙이기 어렵다고 하는 레벨입니다. 「또 니켈 안 돼!」가 될 것 같습니다만, 그렇지 않습니다. 이 「솔더에 젖지 않는 성」이 니켈 도금이 가지는, 커넥터 실장에 필요한 1개의 기능이 되는 것입니다.
덧붙여 솔더블 니켈 도금이라고 하는, 납땜에 적합한 특수한 니켈 도금도 있습니다만, 여기에서는 약간 사족이므로 접하지 않습니다.

솔더에 젖지 않는 성? 니켈 장벽

앞서 설명한 것처럼, 금의 은도 주석도 매우 땜납의 젖음성이 높은 도금 재질입니다. 젖음성이 높기 때문에, 실장시에는 매우 잘 빨아 올립니다. 그림 11을 참조하십시오. 너무 단단히 빨아 버리기 때문에 솔더가 원하지 않는 영역, 예를 들어 끼워 맞춤 부분까지 오는 위험이 있습니다.

한편 니켈 도금은 좀처럼 납땜에 젖지 않습니다. 니켈 도금상에 필요한 부분만 금 도금을 실시한 부분 도금(본래의 목적은 후술의 코스트 저감입니다만)에서는, 니켈이 노출된 부분에서는 땜납의 흡인이 멈춰 줍니다. 또, 매우 작은 단자로, 부분 도금보다 일괄금 도금이 적합한 것 같은 케이스에서도, 마스킹 이외에 박리액이나 레이저 가공 등에 의해 니켈 부분을 벗겨내는 것으로, 같은 효과를 가져옵니다. 이와 같이 땜납의 흡입을 배리어하는 니켈 배리어야말로, 니켈의 「솔더에 젖지 않는 성」이 가져오는, 도금 기능의 하나입니다.

그런데, 금 도금의 기초에는 거의 반드시 니켈 도금을 실시합니다 (은 도금의 경우도 있습니다). 그 목적은, 니켈 배리어와 같이, 배리어로서의 역할이 목적입니다만, 또 하나의 니켈의 도금의 기능의 특징이므로, 다음에 소개합시다.

비싼 돈이 사라질 것인가? 금의 침식·확산을 막는 니켈 기초 도금

금이나 은은, 구리·동 합금에 침식·확산해 가 버리는 성질을 가지고 있습니다. 은도금에서도 그렇습니다만, 플래시라고 불리는 얇은 도금이 주류가 되고 있는 금도금에서는 보다 심각합니다. 모처럼의 만능, 게다가 매우 높은 금도금이 구리 속에 점점 들어가 적어져 버리는 것입니다. 끝은 외형으로 아는 수준에서 사라져 버립니다.

그래서 니켈 도금의 등장입니다. 금도은도 니켈로 확산되지 않습니다. 거기서 모재인 구리·동 합금 위에, 금 도금이나 은 도금의 기초로서 니켈 도금을 실시하는 것으로 소실을 막는 것입니다. 이것이 두 번째 니켈 도금의 기능입니다.

금도금의 약점과 대책

성능은 그대로, 금의 사용량은 적고

2023년 4월 시점에서, 금은 1g 9,600엔강과 엄청난 가격이 되고 있습니다. 10년전의 2배 정도군요. 덧붙여서, 이전에는 금보다 훨씬 높았던 백금은 1g 5,000엔강과 금의 약 절반입니다. 지금도 일본 레코드 협회의 매출 기준에서는, 골드 디스크보다 플래티넘 디스크가 위에는 위치하고 있습니다만, 실세계에서는 역전하고 있군요.

그런데, 성능적으로는 만능인 금입니다만, 이렇게 매우 비쌉니다. 따라서, 커넥터의 비용 최적화에 있어서의 역사 속에서, 어떻게 금의 사용량을 적게 하는가 하는 것이 1개의 열쇠가 되어 왔습니다.

필요한 장소에만 붙이기: 부분 도금
기능하는 빠듯이까지 얇게 한다:두꺼운 도금→얇은 도금→금 플래시

부분 도금은 기초의 니켈 도금 후, 마스킹 등으로 금 도금을 실시하는 부분을 최소화하는 방법입니다. 금 플래시는 ASTM에서는 0.25μm 이하의 두께, 실태로는 0.1μm 이하의 매우 얇은 금 도금입니다. 현재는 범용 커넥터의 도금에서는 이 금 플래시가 상당한 가중치를 차지합니다. 플래시 이외의 금도금 쪽이 특수 사양이라고 할 정도의 기세입니다. 그렇다 치더라도 1만분의 1mm 이하에서도 기능을 하는 금은 매우 훌륭한 금속이군요. 비싸지만・・・.

그런데 이만큼 얇게 한 금도금입니다만, 거기에 수반하는 약점과 대책이 있으므로, 다음은 그 이야기를.

만능 무적의 금의 약점 핀홀

금도금의 두께가 얇아져 가면 불완전한 부분, 구체적으로는 핀홀이 늘어나갑니다. 그 양은 도금 두께에 대해 지수적으로 증감한다. 모처럼 만능 무적의 금이 표립해 표면에서 활약해 준다고 하는데, 핀홀이 있어서는 문제입니다. 왜 문제인가 하면, 전해액의 역할을 하는 이물이나 분위기에 접하면, 갈바닉 부식이 일어나 기초 금속이 되어 버리기 때문입니다. 부식 생성물이 먼지와 밖으로 나와 접촉을 저해하는 위험도 발생합니다.

금도금의 핀홀을 채우는 봉공 처리

그래도 금은 어쨌든 비싸기 때문에, 가능한 한 얇게 하고 싶다. 따라서 금도금의 핀홀을 채우기 위해 봉공 처리 라는 방법이 사용됩니다. 그림 12는 대략적인 봉공 처리의 이미지입니다만, 간단히 말하면 액제로 금에 빈 구멍을 메워 버리는 것입니다. 구멍을 채운 후 접촉을 방해하지 않는 매우 얇은 코팅이 표면에 형성되어 기초 금속의 부식을 방지합니다.

봉공 처리제에는 유기·무기, 수용성·유성 등 다양한 것이 개발되고 있어 그 성능도 점점 높은 것이 나오고 있습니다. 접점끼리의 미끄럼성을 좋게 하는 효과를 가지는 것도 있는 등, 내환경 특성은 어느 봉공 처리제를 선택하는지에 의해 상당히 달라집니다. 그래서, 사용성(생산성)과 성능·신뢰성 등으로부터 봉공 처리제를 선택해 갑니다. 성능이 좋은 것을 사용하는 것으로, 과거에는 두꺼운 도금 밖에 사용할 수 없었던 영역, 예를 들면 반복 끼워맞춤수가 많은 것이나, 내부식 가스로의 높은 신뢰성이 요구되는 접속에서도, 이전보다 얇은 도금의 선택이 가능하게 되어 있는 케이스도 있습니다.

봉공 처리가 되어 있는지 확인하는 방법 염수 분무 시험기

봉공 처리를 한 후에 "정말 핀홀이 제대로 묻혀 있는지? 그것을 어떻게 확인할 것인가?"라는 점이 신경 쓰이지 않겠습니까? 실제로는 제품으로서의 신뢰성을 개발 단계부터 다양한 내환경 시험에서 검증을 실시해 나가는 것으로, 유효성을 확인해 나갈 것입니다. 먼저 올린 내부식 가스를 확인하는 시험 등은 봉공 처리의 효과·성능에 영향을 받기 쉬운 시험의 하나입니다. 그 밖에도 다양한 시험이 있습니다만, 이번 설명해 온 내용과 부합해 메카니즘적으로 알기 쉬운 것은 염수 분무 시험이군요. 소금물 분무 시험은 이름에서 알 수 있듯이 특정 조건 하에서 제품에 소금물을 계속 분무하는 시험입니다. 종래의 목적은 염해에 의한 부식에의 내성을 확인하기 위한 시험입니다만, 염수는 바로 전해액으로, 강제적으로 「전지화」를 시킬 수 있으므로, 이종 금속에 의한 갈바닉 부식이 우려되는 부위의 씻어내기에 적합합니다. 도금에 핀홀이 있어 봉공 처리가 되어 있지 않은, 혹은 불충분한 것은 본 시험에서 해당부에 부식이 확인되는 등으로 씻을 수 있습니다. 부식 촉진 조건과의 복합 시험을 실시하는 것도 가능하고(실태는 그쪽이 많네요), 그림 15와 같은 시험기가 사용됩니다.

두꺼운 금도금도 아직 있다

플래시라고 불리는 극히 얇은 금도금이 주류가 되어 왔습니다만, 현재도 예를 들면 0.38, 0.76 혹은 1.0μm로 두꺼운 금도금을 가지는 커넥터 제품도 있습니다. 성능면에서는 보다 엄격한 환경에서 사용되는 경우나, 혹은 원래 그 용도로 인용되는 규격으로 금 도금의 두께가 규정되고 있는 경우 등이 이 케-스에 해당합니다. 한편, 금 플래시 제품의 내성도 오르고 있기 때문에, 특정 제품의 사용 여부 등은, 부담없이 당사 영업원에게 상담해 주시거나 WEB 사이트 경유로 문의를 주시면 좋겠습니다.

마지막으로

「커넥터의 단자에 도금을 하는 것은 왜인가?」에 대해 설명했습니다. 정리하면, 「커넥터의 단자에 도금을 하는 것은 왜인가?」의 대답은, 「도금에 기능을 갖게 하기 위해서」라고 말할 수 있습니다. 이번에는 다음과 같은 기능을 소개했습니다.

커넥터 도금 기능

• ・접촉을 저해시키지 않고 확실히 연결하거나, 쇼트 불량을 막아 불필요한 곳에 연결하지 않게 하거나, 커넥터가 올바르게 통전할 수 있도록 할 수 있다.
• ・니켈의 특성을 살린 니켈 배리어에 의해 땜납이 원하지 않는 영역에 가지 않도록 하거나, 니켈 기초 도금에 의해 고가의 금이 구리 등의 기초에 침식, 확산하지 않도록 할 수 있다.

그럼에도 불구하고 반복하지만 금은 훌륭한 금속이지만 높습니다. 점점 치솟고 있습니다. 그만큼 각 업계에서 요구가 있고, 그 요구는 더욱 증가하고 있다는 것입니다만, 매우 엄격합니다. 커넥터 메이커로서는, 어떻게 금을 잘 사용하는가 하는 것이 오랜 과제이며, 그것이 경쟁 격화의 포인트입니다. 어딘가에 대량의 금의 매장이 확인된다니 꿈 같은 이야기는 있을 수 없기 때문에, 당사도 앞으로도 그 과제에 진지하게 임해 가겠습니다.