端子電鍍基本知識

　　一、定義

　　電鍍：是金屬電沉積過程的一種，指簡(jiǎn)單金屬離子或絡(luò)離子通過電化學方法(fǎ)在固體(導體或半導體)表面上(shàng)放電還原爲金屬原子附着于電極表面，從而獲得一金屬層的過(guò)程。

 

　　二、目的

　　電鍍由改變固體表面特性從(cóng)而改變外觀，提高耐蝕(shí)性，抗磨性，增(zēng)強硬度，提供特(tè)殊的光、電、磁、熱等表(biǎo)面性質。

 

　　三、端子電(diàn)鍍簡介(jiè)

　　大多數的電子連接器，端子(zǐ)都要作表(biǎo)面處理(lǐ)，一般即指電鍍。有兩個主要原因：一是保護端子簧片基材不受腐蝕;二是優化端子表面的性能，建立和保持端子間的接觸界(jiè)面，特别是膜層控制。換句話說，使(shǐ)之更容(róng)易實現金屬對金屬的接觸。

　　防(fáng)止腐蝕：

　　多數連接器簧片是銅合金制作的，通常會(huì)在使用環境中腐(fǔ)蝕，如氧化、硫化等(děng)。端子電鍍就(jiù)是(shì)讓簧片與(yǔ)環境隔離，防止腐蝕的發生。電鍍的材料，當然要是不會腐蝕的，至少在(zài)應用環境(jìng)中如此。

　　表面優化：

　　端子表面性能的(de)優化(huà)可以通過兩種方式實現。一是在于連接器的設計，建立和保持一個穩(wěn)定的端子接觸界面。二(èr)是建立(lì)金屬性的接觸(chù)，要求在插入時，任何表面膜層是不存在的或會破裂。沒有膜層和膜層破裂這兩種形式的區别(bié)也就是貴金屬電鍍和非貴金屬電鍍的區别。

　　貴金屬電鍍，如金、钯(bǎ)、及其合金，是惰性的，本身沒有膜層。因此，對于這些表面處理，金屬性的(de)接觸是“自動的”。我們要考慮的是如(rú)何保持端子(zǐ)表面的“高貴”，不受外來因素，如污染、基材擴散、端子腐蝕等(děng)的影響。

 

　　非金屬電鍍(dù)，特别(bié)是錫和鉛及其合金，覆蓋了一層氧化膜，但在(zài)插入時，氧化膜(mó)很容易破裂，而建立了金屬性的(de)接觸區域。

　　(1)貴(guì)金屬端子電鍍

　　貴金屬端子電鍍是指貴金屬覆蓋在底層表(biǎo)面，底層通常爲鎳。一(yī)般的連接器鍍層厚度：15~50u金，50~100u鎳。最常用(yòng)的貴(guì)金屬電鍍有(yǒu)金、钯及其合金。

　　金是最理想(xiǎng)的電鍍材料，有優異的導(dǎo)電及導熱性能。事實上在任何環境(jìng)中都防腐蝕(shí)。由于這些優點，在要求高可靠性的應用場合(hé)的連接器中，主要(yào)的電鍍是金，但金的成本很高。

　　钯也是貴金屬，但與(yǔ)金相比有高的(de)電阻、低的熱傳遞(dì)和差的防腐蝕性，可是耐摩擦性有優勢。一般采用钯(bǎ)鎳合金(80~20)應用于連(lián)接器的接線柱中(POST)。

　　設計貴金(jīn)屬電(diàn)鍍時需要考慮以下(xià)事項：

　　a.多孔性

　　在電鍍工藝中，金在衆多暴露在表(biǎo)面的污點上(shàng)成核。這些核繼續增大而在表面展開，最後這(zhè)些島狀物(孤立的物體)互相沖撞而(ér)完全覆蓋了表面，形(xíng)成多孔性(xìng)的電鍍表面。金鍍層的多孔性(xìng)與鍍層厚(hòu)度有一定的關系。在15u以下，多孔性迅速增加，50u以上，多孔性很低，實際降低(dī)的速率可以忽略。這就是爲什麽電鍍的(de)貴金屬厚度通常在15~50u範圍内的原因。多孔性和基材的缺陷，如包含物、疊層、沖壓痕迹、沖壓不正确的清洗、不正确的潤滑等(děng)也有一定的關(guān)系。

　　b.磨(mó)損

　　端子(zǐ)電鍍表面的磨損，也會(huì)造成(chéng)基材暴露。電鍍表面的磨(mó)損或(huò)壽命取決于表面處理的兩種特性(xìng)：摩擦系數和硬度。硬度增加(jiā)，摩擦系數減少，表(biǎo)面處理的壽命會提高。電(diàn)鍍金通常爲硬金，含有變硬的(de)活化劑，其中Co(钴)是最常見的硬化劑，能提(tí)高金的耐磨損(sǔn)性。钯鎳電鍍的選擇(zé)可大大提高貴金屬鍍層(céng)的耐摩性和壽命。一般在20~30u的钯鎳合金上(shàng)再覆蓋3u的金鍍層，既有良好的導電性，又有很高的(de)耐(nài)磨性。另外，通常便用鎳底層(céng)來進一步提高壽命。

　　c.鎳底層

　　鎳(niè)底層是貴金屬電鍍要考慮的首要(yào)因素，它提供了幾(jǐ)項重要(yào)功能，确保端子接觸界面的完整性。通過正面(miàn)性的(de)氧化物表面(miàn)，鎳提供了一層(céng)有效的隔離(lí)層，阻隔了基材和小孔(kǒng)，從(cóng)而減少了小孔腐蝕的潛在(zài)的可能;并提供了位于貴金(jīn)屬電鍍層之下(xià)的一層硬的支撐層，從而(ér)提高了鍍層壽(shòu)命。什麽樣的厚度合适呢?鎳底(dǐ)層越厚，磨損越低，但從成本及控制(zhì)表(biǎo)面的粗造度考慮，一般是擇50~100u的厚(hòu)度。

 

　　(2)非貴金屬電鍍

　　非貴金屬電鍍不(bú)同于貴金屬之處在于它們總是有(yǒu)一定數量表面膜層。由于連接器的目(mù)的(de)是提供和保持(chí)一個金屬性的接觸界面，這些膜層的存在必須要考慮到.一(yī)般來講，對于非貴金(jīn)屬的(de)電鍍(dù)，正向力要(yào)求很高足以破(pò)壞膜(mó)層，進而保持端子接觸界面(miàn)的完整。擦(cā)洗作用對于含有膜層(céng)的端子表面顯得也很重要。

　　端子電鍍中有三種非金屬表面處理：錫(錫鉛合金)、銀(yín)和鎳。錫是最常用的，銀對高電流(liú)有優越(yuè)性，鎳隻限于應用于高溫場合。

　　a. 錫表面處理

　　錫也指錫鉛合金，特别是錫93-鉛3的合金。

　　我們是從錫的氧化物膜層(céng)很容易被(bèi)破壞的事實而提出使(shǐ)用錫的表(biǎo)面處理。錫鍍層表面(miàn)會覆蓋一(yī)層硬的、薄的、易碎的氧化物膜(mó)。氧化膜下(xià)面是(shì)柔軟的錫。當某(mǒu)種正向力作用于膜(mó)層時，錫的(de)氧化物，由于很薄，不能承受這種負荷(hé)，而又因爲它很脆，易碎(suì)而開裂。在這樣(yàng)的條件下，負載(zǎi)轉移至錫層，由于又(yòu)軟又柔順，在負載作下很容易流動。因爲(wèi)錫的流動，氧化物的開裂更寬了(le)。通過裂縫和間隔層。錫擠壓至表面提供金屬(shǔ)接(jiē)觸。錫鉛合金中鉛的作用是減少錫須的(de)産生。錫須(xū)是在應力作用下，錫的電(diàn)鍍(dù)物表面形成一層單晶(jīng)體(錫須)。錫須會在端子間形成短路。增加(jiā)2%或更多的鉛即能減少錫須。還有一類比例的錫鉛(qiān)合(hé)金是錫(xī)：鉛=60：40，接近于我們焊接的成份比例(63：37)，主要用于要焊接的連接器中。但是最近有越來越多的法律要求在(zài)電子及電氣産品中減少鉛的含量，很多(duō)的電鍍端子要(yào)求無鉛電鍍，主要有純錫、錫/銅和錫/銀(yín)電鍍，可(kě)以通過在銅與錫層(céng)之間鍍一層鎳或使用不光滑的無光(guāng)澤的錫表面減緩(huǎn)錫須的産生。

　　b.銀表面電鍍

　　銀認爲是(shì)非貴金屬(shǔ)端子表面處理，因爲它與硫、氯發生反應形(xíng)成硫化膜。硫化膜是半導體，會形成“二極管”的特征。

　　銀(yín)也是軟的，與軟金差不多(duō)。因爲硫化(huà)物不容易被破壞，所以銀不存在摩擦腐蝕。銀(yín)有優(yōu)異的導電及熱傳導性(xìng)，在高電流下不會熔解，是用在高(gāo)電流端子表面處理的極好的材料。

 

　　(3)端子潤滑

　　對于不同的端子表面處(chù)理，潤滑的作用是(shì)不同的(de)，主要有兩(liǎng)個功能：降低摩擦系數和提(tí)供環境隔離a.降低摩擦系數有兩個效果：第一、降低連(lián)接器的插入力;第二、通過(guò)降低摩損提(tí)高連接器的壽命b.端子(zǐ)潤滑能夠通過形(xíng)成(chéng)“封閉(bì)層”阻止或(huò)延緩(huǎn)環境對接觸界面的接觸，而提(tí)供環境的隔離。一(yī)般來說，對于貴金屬表面處理，端(duān)子潤滑是用來降低摩擦系數，提高連接(jiē)器的壽命。對于錫的表面處理，端子潤滑(huá)是提供環(huán)境隔離(lí)，防(fáng)止摩(mó)擦腐蝕。雖然在電鍍(dù)的下一工序能夠添加潤滑劑，但它(tā)隻是一種補充的操(cāo)作。對于那些需要焊接到PCB闆(pǎn)的連接器，焊接清洗可能失去了潤滑劑。潤滑劑粘灰塵，如果應用在(zài)有灰塵的環境中會導緻電阻增(zēng)大，壽命降低。最後，潤滑劑的(de)耐溫度的能力也(yě)可能限制它的應用。z

　　(4) 端子表(biǎo)面處理小結

　　貴金屬電鍍(dù)，假定覆蓋在50u的鎳底層上。

　　金是最常用材料，厚度取決于(yú)壽命要求，但可能受(shòu)到(dào)多孔(kǒng)性沖擊。

　　钯并不推薦使(shǐ)用于可焊接性保護場合

　　銀(yín)對生鏽和遷移敏(mǐn)感，主要用于電源連接器(qì)，通過潤滑，銀的壽命可顯(xiǎn)著改善

　　錫有好(hǎo)的環境穩定性，但必須保證機械穩定性。

 

　　四、端子(zǐ)鍍錫的10條鐵律

　　錫(xī)或錫合金材料是(shì)優良的端子電鍍(dù)材料之一，它成本相對便宜，接觸電阻(zǔ)低，焊(hàn)接性好，在相應使用環境中的性能也可以達到工程設計要求，是替代金和其他貴重金屬的理想鍍層材料。

　　下面是10條鐵律，但是随着未知運用不斷湧現，相信(xìn)還有(yǒu)很多(duō)的規律等待大家發掘。

　　1. 使(shǐ)用(yòng)鍍錫材料就要保證公(gōng)母端子對插後有較好的機械穩定性(xìng)。

　　即振動環(huán)境中不建議使用鍍錫材料端子。原因：振動(dòng)環境下，端子金屬材料差熱膨脹系數differential thermalexpansion (DTE)不(bú)盡相同，容易産生微動腐蝕(微振(zhèn)腐蝕Fretting),一般端子會在10~200微米範圍内往複摩擦導緻鍍(dù)層損壞，原材料暴(bào)露從而被氧化，緻使(shǐ)接觸電阻顯著(zhe)升高。

　　2.爲了保持鍍錫端子間穩定的(de)接觸，應該在端子上施加至少100克以上的正向壓着(zhe)力。

　　3.鍍錫端子間需要輔助潤滑。

　　原因：這是跟着上面(miàn)第二條來的，端子正向壓力大(dà)了，适當潤滑是很有必要的，最好公(gōng)母端都潤(rùn)滑，最少一端做潤滑處(chù)理。

　　4.持續高溫環不建議使用鍍錫材料。原因：高溫(wēn)緻使銅和錫之間産(chǎn)生金屬間(jiān)化合(hé)物加快，導緻中間層(céng)變脆變硬，影響正常使用。建議加一層鍍鎳在中間(jiān)，因爲鎳(niè)錫金屬間化合物生長慢一(yī)些。

　　5.多種鍍錫工藝(yì)不會對電氣性能産生(shēng)很大差異。比如鍍亮錫比較美觀(guān);啞光錫(matte)要(yào)保持表面幹淨以至于(yú)不影(yǐng)響可焊性。黃銅鍍錫應該加一(yī)層鎳底，用來防止基材當中的(de)鋅流失，因爲鋅流失會(huì)導緻可焊性下降。

　　6. 鍍錫(xī)鍍層厚度盡量在100~300微(wēi)英寸。低于100大多會用到成本較低且對可焊性要求不高的産品上。

　　7.不建議鍍錫和鍍金端子配合使用。原因：因爲這樣做會更容易被氧化腐蝕。錫會轉移到黃金表面(miàn)，這最終會導緻鍍錫氧化物堆積在更堅硬的鍍金基體上。在較硬的鍍金物上破壞錫氧化物(wù)比直(zhí)接從鍍錫上穿過錫氧化物要(yào)困難得多。但是鍍錫和鍍銀對(duì)配的(de)微動摩擦狀況和兩端都鍍錫的差不多。

　　8.鍍錫(xī)端子互配(pèi)時最好先對插兩三次。這樣做的目的是将鍍(dù)錫層(céng)上面的氧化層去掉，實現可靠(kào)的金屬間(jiān)接觸。即(jí)使是ZIF端子(零插入力端(duān)子)也建議這麽做。

　　9.鍍錫或鍍錫合金(jīn)端子不适合在電路(lù)頻繁通斷的場(chǎng)合中運用。錫材料熔點低，不适合在(zài)頻繁通(tōng)斷場(chǎng)合，比如起電弧的觸點地方使用(yòng)。

　　10.鍍錫端子适合在幹燥電路和(hé)要(yào)求不是很高的情況(kuàng)下運用。