案例:請教USB連接器金手指氧化的來源

USB連接器金手指氧化USB連接器金手指氧化

我們公司自從導入【Micro-USB】連接器後,問題可是接踵而來,除了一開始導入時發生焊錫開裂、零件掉落的問題外,現在還被客戶投訴有連接器金手指接觸面氧化不良的現象,之前也有發現比較輕微的綠色物質,後來不了了之,現在則是整個金面都變黑了,這到底是怎麼一回事?

把產品送去用EDS(Energy Dispersive Spectrometer,能量散射光譜儀)打完光譜分析,報告說氧化的聯接器上有C(碳)、O(氧)、Cl(氯)、Ni(鎳)、Cu(銅)、Zn(鋅)、Pd(鈀)、Au(金)、Na(鈉)、Ca(鈣)、Br(溴)等成分。

比較奇怪的竟然還打到了Cl(氯)、Na(鈉)、Ca(鈣)、Br(溴)。

特別說明一下,這些產品客戶已經使用一小段時間,但還在保固範圍內。

大家可以幫忙來看看這些元素可能來自哪裡?







▼EDS打出來的元素重量比,位置1~3都是氧化的金手指,位置4則是未氧化的金手指,位置5是金手指間沒有金屬鍍層的玻璃纖維材質。
EDS打出來的元素重量比,位置1~3都是氧化的金手指,位置4則是未氧化的金手指,位置5是金手指間沒有金屬鍍層的玻璃纖維材質。

▼EDS位置點1,氧化最嚴重的金手指。
EDS位置點1,氧化最嚴重的金手指。  
▼EDS位置點2,氧化程度中等的金手指。
EDS位置點2,氧化程度中等的金手指。

▼EDS位置點3,氧化程度輕微的金手指。 EDS位置點3,氧化程度輕微的金手指。

▼EDS位置點4,未氧化的金手指。
EDS位置點4,未氧化的金手指。

▼EDS位置點5,金手指間沒有金屬成份的玻璃纖維材質。
EDS位置點5,金手指間沒有金屬成份的玻璃纖維材質。


延伸閱讀:

按鍵金手指上的綠色污染物
連接器使用一段時間後掉落問題探討
案例:客訴問題處理(Problem Solving)-電路板油污




訪客留言內容(Comments)

熊大:Pd 似乎是鈀, Pb才是鉛, 也還請確認,謝謝

羅傑斯;
喔!眼睛好細,我在查查是否真的是我看錯了。

金手指的材料應該是黃銅,所以含有鋅的少量的鉛.

研判應該是Flux清潔不淨,因Flux具腐蝕性,會使金手指氧化,不知貴司使用哪一種Flux? 哪一型清潔劑?

Tahsia;
Flux的機會應該不高,錫膏用的是千住,而且是金手指氧化,
關於清潔劑,應該要來猜客戶用的是什麼清潔劑,而不是工廠的清潔劑,否則不良率應該很高。

看了圖片,position 1有嚴重的裸銅,元素分析結果感覺是不是泡過海水了??

Emmett;
這個有創意,泡過海水應該是整個下水,但看不出內部有傷害。

呵呵,是有點猜測啦,因為元素分析有Cl(氯)、Na(鈉)、Ca(鈣)、Br(溴)等成分,就聯想到海水就有這些成分,Br(溴)就是從海水提煉的.Pd是鈀,不是鉛.熊大,要不要再做一次EDS分析阿,有些輕元素的質譜是很接近的.

Emmett;
原來海水可以提煉出「溴」啊!
查過資料了,Pd「鈀」來自連接器PCB金手指的底層素材,所以應該沒有問題。

使用相似的化合物,如使用稀 鹽酸 與 次氯酸鈉 也是可以的。最重要的是,該 酸 的 陰離子 (以上述的例子, 硫酸根 與 氯離子 )的 電負度 比溴還大,使取代反應能夠發生。

我的看法如下:
1. 一定microusb 金手間的材料一般都用 PBT,PET 當主材,玻纖一般是加入強化強度與耐熱,所以你說中間無金屬位置的應不只是玻纖,可以在確認一下,如果像我說的PBT中含有 Br 我認為是正常的。

2. 氯納鈣 我想來源很多從自人手、自來水、製程、原材 都有可能會有,這個很難判定,如果可行先層別不良品訊號,看有沒集中特性在確認,不過我的經驗來料與flux都有出錯過, 來料水清沒完全與flux 爬上金手指。

以上 提供參考!

Josh,
感謝您的經驗分享,的確氯鈉鈣的污染源很多,可能得做些實驗才能確認,所以想先看看有那些可能原因可以做為實驗的污染來源。

熊大~~
文中的Ni(鈉)<==應該是鎳0.0"
從光譜的分析來看,這些汙染物來自於"水"的可能性比較高
當然水的來源不一定是直接進水,環境濕度也是一個方向
再來從"看圖說故事"的方式解析
第一根pin有漏銅了,氧化物的生長通常都是從氧化點開始往外擴張
也有可能是因為使用者的使用方式/connector pin高翹/pin鍍金厚度..etc
導致第一根pin漏銅了,當然這些都是猜測!!!
或許問一下使用者在何種環境下使用or使用者的生活環境
能夠加速了解汙染物來源

ewew;
真的是越老越糊塗了,後面都寫對了,前面居然出錯,感謝提醒Ni是鎳。
關於使用者環境,通常都無法得到正確的答案,這也是分析問題的一大障礙,因為會到我們的手裡都已經轉了好幾手了,通常只能猜測。從整個現像來看,最主要汙然應該就是從最左PIN開始的,然後一來延伸過來,從養化的趨勢來看外物汙染的可能性最高,合乎液體潑灑的現象。

請問貴司是否未導入免水洗製程?會不會是中性水的離子含量超標?

油豆腐;
我們公司用的都是免洗製程喔!

使用相似的化合物,如使用稀 鹽酸 與 次氯酸鈉 也是可以的。最重要的是,該 酸 的 陰離子 (以上述的例子, 硫酸根 與 氯離子 )的 電負度 比溴還大,使取代反應能夠發生。

有沒有做過金厚測試呢?這種氧化相當的離譜呢。化鎳金那麼薄的金都極少見過氧化成這樣的

有一種現象叫做 Ionic Migration on PCB ,可以去找搜尋相關文章,
狀況有點類似。

阿樹;
謝謝您的意見,這的確是電子游離的一種現象,但前提必須要有可以讓電子遷移的介質,以目前uUSB連接氣上接觸點的距離,就算有少量的助焊劑殘留,也不置於會發生這樣嚴重的腐蝕的,所以一直想查出是什麼介質沾染到了uUSB。

關於Cl(氯)的來源

建議確認USB線材材質是否為PVC聚氯乙烯

PVC遇高溫與水氣時,會釋放出Cl,與水結合時會鏽蝕端子

best;
經檢查,端子的塑膠的確是PVC材質,你有更好的材質建議嗎?
另外,查資料說PVC必須在燃燒的環境下才會產生氯(Cl),
如果是這樣,應該先找出為何會產生高溫以致生成氯,而不是更換因為燃燒高溫下產生的氯氣?

想問一下是否已經過了reflolw process?Cl及Br很多是來源於flux,Br是鹵素,無鹵素物料一般定在900ppm以下就算是不含有了,故在EDX下仍能見到。如果用原材料直接做EDX對比會如何?

Noct,
謝謝您的提醒。
零件是經過Reflo與市場一段時間的不良品,EDX打在USB的舌片的金手指上,理論上與Flux的關係不大。

Connector pin 工作時可能的電壓
1 Vcc(4.75~5.25v)2 D-(0~2v)3 D+(0~2.7v)4 S(0v)5 G(0v)
或是
1G 2S 3D+ 4D- 5Vcc
在1跟2pin之間有著長時間的短路腐蝕現象,差一點第3pin也有(一條腐蝕線)
1.帶有鹽的成分入侵至connector內部(飲料,汗水之類)
2.廠商供應的connector有殘留沖壓金使用油漬
3.Flux應該無殘留~有的話會有白白的膏狀物(在50度溫以上後降溫到室溫,Flux偶而會有出現白膏狀
我猜測1+2成分較高
因客戶或許插著USB有一些時間,導致氧化區域很固定,1跟2pin金屬腐蝕還有氧化較嚴重,有可能是帶電下產生氧化與腐蝕

以上僅是猜測^^

問題出在化金製程用在這方面產品根本找死,化金根本不耐磨,
usb插拔幾次就把金磨光了,出現黑色物質也就是鎳,剩下的就是氧化物的現象

改用全面電鍍金製程即可!


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