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简谈终端电镀基础知识

发布时间:2022-01-17 阅读数: 338

 

端子需要涂层,不然端子会腐蚀,影响其电气性能。我们也知道银锡组合是可行的,但金锡组合不好,金银组合不好。

一、端子电镀的定义

电镀:是一种金属电沉积过程,是指简单的金属离子或络离子通过电化学方法在固体(导体或半导体)表面放电还原为附着在电极表面的金属原子,从而获得金属层的过程。

二、端子电镀的目的

电镀通过改变固体表面特性来改变外观,提高耐腐蚀性、耐磨性和硬度,提供特殊的光、电、磁、热等表面特性。

 

 

三、端子电镀介绍

大多数电子连接器的端子应进行表面处理,一般指电镀。主要有两个原因:一是保护端子弹簧片基材不受腐蚀;二是优化端子表面的性能,建立和保持端子之间的接触界面,特别是膜控制。换句话说,它使金属更容易接触金属。

防止腐蚀:

大多数连接器弹簧片由铜合金制成,通常在使用环境中腐蚀,如氧化、硫化等。端子电镀是将弹簧与环境隔离,防止腐蚀。当然,如果电镀材料不会腐蚀,至少在应用环境中。

表面优化:

端子表面性能的优化可以通过两种方式实现。一是连接器的设计,建立和保持稳定的端子接触界面。二是建立金属接触,要求插入时任何表面膜层不存在或破裂。膜层和膜层破裂的区别在于贵金属电镀和非贵金属电镀的区别。

贵金属电镀,如金、钯及其合金,是惰性的,本身没有膜。因此,对于这些表面处理,金属接触是自动的。我们需要考虑的是如何在不受污染、基材扩散、端子腐蚀等外部因素影响的情况下,保持端子表面的高贵。

非金属电镀,特别是锡、铅及其合金,覆盖一层氧化膜,但在插入时,氧化膜容易破裂,并建立了金属接触区。

(1)贵金属端子电镀。

贵金属端子电镀是指贵金属覆盖底层表面,底层通常为镍。一般连接器涂层厚度为15~50u金,50~100u镍。最常用的贵金属电镀包括金、钯及其合金。

黄金是最理想的电镀材料,具有优异的导电性和导热性。事实上,它在任何环境中都是防腐的。由于这些优点,在需要高可靠性的应用场合,主要的电镀是黄金,但黄金的成本非常高。

钯也是贵金属,但与黄金相比,它具有高电阻、低传热和耐腐蚀性差的优点,但具有耐摩擦性。钯镍合金(80~20)一般用于连接器的接线柱(POST)。

在设计贵金属电镀时,应考虑以下事项:

a.多孔性

在电镀过程中,黄金在许多暴露在表面的污渍上形成核。这些核继续在表面扩大。最后,这些岛屿(孤立的物体)相互碰撞,完全覆盖表面,形成多孔电镀表面。金镀层的多孔性与镀层厚度有一定的关系。在15u以下,多孔性迅速增加,超过50u,多孔性很低,实际降低的速率可以忽略不计。这就是为什么电镀贵金属的厚度通常在15~50u范围内。多孔和基材的缺陷,如内容、叠层、冲压痕迹、冲压清洗不当、润滑不当等,也有一定的关系。

b.磨损

端子电镀表面的磨损也会导致基材暴露。电镀表面的磨损或使用寿命取决于表面处理的两个特点:摩擦系数和硬度。随着硬度的增加和摩擦系数的降低,表面处理的使用寿命会增加。电镀金通常是硬金,含有硬化活化剂,其中Co(钴)是最常见的硬化剂,可以提高金的耐磨性。钯镍电镀的选择可以大大提高贵金属涂层的耐摩性和使用寿命。一般20~30u钯镍合金覆盖3u金镀层,导电性好,耐磨性高。此外,镍底层通常用于进一步提高使用寿命。

c.镍底层

镍底层是贵金属电镀的首要考虑因素,它提供了几个重要的功能,以确保端子接触界面的完整性。镍通过正氧化物表面提供有效的隔离层,阻挡基材和孔,从而降低孔腐蚀的可能性;并在贵金属电镀层下提供硬支撑层,从而提高涂层寿命。什么样的厚度合适?镍底层越厚,磨损越低,但考虑到成本和控制表面的粗糙度,一般选择50~100u的厚度。

(2)非贵金属电镀。

非贵金属电镀不同于贵金属,因为它们总是有一定数量的表面膜层。由于连接器的目的是提供和保持金属接触界面,必须考虑这些膜的存在。一般来说,对于非贵金属电镀,对正向力的高要求足以破坏膜,从而保持端子接触界面的完整性。擦洗对含有膜的端子表面也很重要。

端子电镀有三种非金属表面处理:锡(锡铅合金)、银和镍。锡是最常用的,银在高电流方面具有优越性,镍仅用于高温场合。

锡表面处理。

锡也指锡铅合金,尤其是锡93-铅3合金。

我们从锡的氧化物膜容易被破坏的事实中提出使用锡的表面处理。锡涂层表面会覆盖一层硬、薄、易碎的氧化物膜。氧化膜下面是软锡。当某种正向力作用于膜层时,锡的氧化物因为很薄而无法承受这种负荷,而且因为脆易碎而开裂。在这种情况下,负载转移到锡层,因为它柔软柔软,在负载作用下容易流动。由于锡的流动,氧化物的开裂更宽。通过裂缝和间隔层。锡挤压到表面,提供金属接触。锡铅合金中铅的作用是减少锡的产生。锡必须是在应力作用下,锡的电镀表面形成一层单晶体(锡必须)。锡必须在端子之间形成短路。增加2%或更多的铅可以减少锡必须。另一种比例的锡铅合金是锡:铅=60:40,接近我们焊接的成分比例(63:37),主要用于要焊接的连接器。然而,最近,越来越来越多的法律要求降低电子和电气产品中的铅含量,许多的电镀端子需要求,主要有纯锡电镀,铜电镀/锡,铜电镀和锡可以通过铜电镀或锡之间不光滑的无锡光泽来减缓。

b.银表面电镀。

银认为是非贵金属端子的表面处理,因为它与硫、氯反应形成硫化膜。硫化膜是半导体,形成二极管。

银也很软,类似于软金。由于硫化物不易被破坏,因此银没有摩擦腐蚀。银具有优异的导电性和导热性,不会在高电流下熔化。它是一种优良的材料,用于处理高电流端子表面。

(3)端子润滑。

润滑对于不同的端子表面处理有不同的作用,主要有两个功能:降低摩擦系数和提供环境隔离。a.降低摩擦系数有两个效果:一是降低连接器的插入力;二是通过减少摩擦损失来提高连接器的使用寿命。b.端子润滑可以通过形成封闭层来防止或延缓环境与接触界面的接触,并提供环境隔离。一般来说,对于贵金属表面处理,端子润滑是用来降低摩擦系数和连接器的使用寿命的。对于锡的表面处理,端子润滑是为了提供环境隔离,防止摩擦腐蚀。虽然润滑剂可以添加到电镀的下一个过程中,但它只是一个补充操作。对于那些需要焊接到PCB板上的连接器,焊接和清洗可能会失去润滑剂。如果润滑剂粘在灰尘中,会增加电阻,降低使用寿命。最后,润滑剂的耐温性也可能限制其应用。

(4)端子表面处理总结。

假设贵金属电镀覆盖在50u镍底层。

金是最常用的材料,厚度取决于寿命要求,但可能受到多孔冲击。

钯不建议用于可焊性保护。

银对锈蚀和迁移敏感,主要用于电源连接器。通过润滑,银的使用寿命可以显著提高。

锡具有良好的环境稳定性,但必须保证机械稳定性。

四、镀锡端子的十条铁律。

锡或锡合金材料是优良的终端电镀材料之一,成本相对便宜,接触电阻低,焊接性好,在相应的使用环境中性能也能满足工程设计要求,是替代金等贵金属的理想涂层材料。

以下是10条铁律,但随着未知应用的不断出现,相信还有很多规律等着大家去探索。

1.使用镀锡材料时,要保证公母端子插入后机械稳定性好。

也就是说,不建议在振动环境中使用镀锡材料端子。原因:在振动环境下,端子金属材料的差热膨胀系数differentialermalexpansion(dte)不同,容易产生微动腐蚀(微动腐蚀Fretting),一般端子在10~200微米范围内往复摩擦,导致涂层损坏,原材料暴露氧化,导致接触电阻显著增加。

2.为了保持镀锡端子之间的稳定接触,应在端子上施加至少100克的正向压力。

3.镀锡端子之间需要辅助润滑。

原因:这是跟着上面的第二个,端子的正向压力很大,适当的润滑是非常必要的,最好端润滑。

4.不建议使用连续高温环的镀锡材料。原因:高温加速铜与锡之间的金属间化合物,导致中间层变脆变硬,影响正常使用。建议中间加一层镀镍,因为镍锡金属间化合物生长缓慢。

5.各种镀锡工艺对电气性能没有太大差异。比如镀亮锡比较漂亮;哑光锡(matte)应保持表面清洁,以免影响可焊性。黄铜镀锡应加一层镍底,防止基材中锌的流失,因为锌的流失会降低可焊性。

6.镀锡涂层厚度应尽可能为100~300微英寸。大多数低于100的产品将使用成本低、焊接要求低的产品。

7.不建议使用镀锡和镀金端子。原因:因为这样会更容易被氧化腐蚀。锡会转移到金表面,最终导致镀锡氧化物在更硬的镀金基体上堆积。直接从镀锡上穿过锡氧化物比直接从镀锡上穿过锡氧化物更难破坏锡氧化物。但镀锡和镀银的微动摩擦与两端镀锡相似。

8.镀锡端子互配时,最好插两三次。这样做的目的是去除镀锡层上的氧化层,实现可靠的金属间接触。即使是ZIF端子(零插入力端子)也建议这样做。

9.镀锡或镀锡合金端子不适用于电路频繁通断的场合。锡材料熔点低,不适用于频繁通断的场合,如电弧触点。

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