端子电镀基本知识

端子的电镀与检验
一、端子电镀基本知识

1.定义
电镀：是金属电沉积过程的一种，指简单金属离子或络离子通过电化学方法在固体(导体或半导体)表面上放电还原为金属原子附着于电极表面，从而获得一金属层的过程。

2。目的
电镀由改变固体表面特性从而改变外观，提高耐蚀性，抗磨性，增强硬度，提供特殊的光、电、磁、热等表面性质。

3.端子电镀知识简介
大多数的电子连接器，端子都要作表面处理，一般即指电镀。有两个主要原因：一是保护端子簧片基材不受腐蚀；二是优化端子表面的性能，建立和保持端子间的接触界面，特别是膜层控制。换句话说，使之更容易实现金属对金属的接触。

防止腐蚀：
多数连接器簧片是铜合金制作的，通常会在使用环境中腐蚀，如氧化、硫化等。端子电镀就是让簧片与环境隔离，防止腐蚀的发生。电镀的材料，当然要是不会腐蚀的，至少在应用环境中如此。

表面优化：
端子表面性能的优化可以通过两种方式实现。一是在于连接器的设计，建立和保持一个稳定的端子接触界面。二是建立金属性的接触，要求在插入时，任何表面膜层是不存在的或会破裂。没有膜层和膜层破裂这两种形式的区别也就是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，本身没有膜层。因此，对于这些表面处理，金属性的接触是“自动的”。我们要考虑的是如何保持端子表面的“高贵”，不受外来因素，如污染、基材扩散、端子腐蚀等的影响。

非金属电镀，特别是锡和铅及其合金，覆盖了一层氧化膜，但在插入时，氧化膜很容易破裂，而建立了金属性的接触区域。

(1)贵金属端子电镀
贵金属端子电镀是指贵金属覆盖在底层表面，底层通常为镍。一般的连接器镀层厚度：15~50u金，50~100u镍。最常用的贵金属电镀有金、钯及其合金。

金是最理想的电镀材料，有优异的导电及导热性能。事实上在任何环境中都防腐蚀。由于这些优点，在要求高可靠性的应用场合的连接器中，主要的电镀是金，但金的成本很高。
钯也是贵金属，但与金相比有高的电阻、低的热传递和差的防腐蚀性，可是耐摩擦性有优

势。一般采用钯镍合金(80~20)应用于连接器的接线柱中(POST)。

设计贵金属电镀时需要考虑以下事项：
a.多孔性
在电镀工艺中，金在众多暴露在表面的污点上成核。这些核继续增大而在表面展开，最后这些岛状物(孤立的物体)互相冲撞而完全覆盖了表面，形成多孔性的电镀表面。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，50u以上，多孔性很低，实际降低的速率可以忽略。这就是为什么电镀的贵金属厚度通常在15~50u范围内的原因。多孔性和基材的缺陷，如包含物、叠层、冲压痕迹、冲压不正确的清洗、不正确的润滑等也有一定的关系。
b.磨损
端子电镀表面的磨损，也会造成基材暴露。电镀表面的磨损或寿命取决于表面处理的两种特性：摩擦系数和硬度。硬度增加，摩擦系数减少，表面处理的寿命会提高。
电镀金通常为硬金，含有变硬的活化剂，其中Co(钴)是最常见的硬化剂，能提高金的耐磨损性。
钯镍电镀的选择可大大提高贵金属镀层的耐摩性和寿命。一般在20~30u的钯镍合金上再覆盖3u的金镀层，既有良好的导电性，又有很高的耐磨性。
另外，通常便用镍底层来进一步提高寿命。

c.镍底层
镍底层是贵金属电镀要考虑的首要因素，它提供了几项重要功能，确保端子接触界面的完整性。
通过正面性的氧化物表面，镍提供了一层有效的隔离层，阻隔了基材和小孔，从而减少了小孔腐蚀的潜在的可能；并提供了位于贵金属电镀层之下的一层硬的支撑层，从而提高了镀层寿命。什么样的厚度合适呢？镍底层越厚，磨损越低，但从成本及控制表面的粗造度考虑，一般是择50~100u的厚度。

(2)非贵金属电镀
非贵金属电镀不同于贵金属之处在于它们总是有一定数量表面膜层。由于连接器的目的是提供和保持一个金属性的接触界面，这些膜层的存在必须要考虑到.一般来讲，对于非贵金属的电镀，正向力要求很高足以破坏膜层，进而保持端子接触界面的完整。擦洗作用对于含有膜层的端子表面显得也很重要。
端子电镀中有三种非金属表面处理：锡(锡铅合金)、银和镍。锡是最常用的，银对高电流有优越性，镍只限于应用于高温场合。

a. 锡表面处理
锡也指锡铅合金，特别是锡93-铅3的合金。
我们是从锡的氧化物膜层很容易被破坏的事实而提出使用锡的表面处理。锡镀层表面会覆盖一层硬的、薄的、易碎的氧化物膜。氧化膜下面是柔软的锡。当某种正向力作用于膜层时，锡的氧化物，由于很薄，不能承受这种负荷，而又因为它很脆，易碎而开裂。在这样的条件下，负载转移至锡层，由于又软又柔顺，在负载作下很容易流动。因为锡的流动，

氧化物的开裂更宽了。通过裂缝和间隔层。锡挤压至表面提供金属接触。锡铅合金中铅的作用是减少锡须的产生。锡须是在应力作用下，锡的电镀物表面形成一层单晶体(锡须)。锡须会在端子间形成短路。增加2%或更多的铅即能减少锡须。还有一类比例的锡铅合金是锡：铅=60：40，接近于我们焊接的成份比例(63：37)，主要用于要焊接的连接器中。但是最近有越来越多的法律要求在电子及电气产品中减少铅的含量，很多的电镀端子要求无铅电镀，主要有纯锡、锡/铜和锡/银电镀，可以通过在铜与锡层之间镀一层镍或使用不光滑的无光泽的锡表面减缓锡须的产生。

b.银表面电镀
银认为是非贵金属端子表面处理，因为它与硫、氯发生反应形成硫化膜。硫化膜是半导体，会形成“二极管”的特征。
银也是软的，与软金差不多。因为硫化物不容易被破坏，所以银不存在摩擦腐蚀。银有优异的导电及热传导性，在高电流下不会熔解，是用在高电流端子表面处理的极好的材料。

(3)端子润滑
对于不同的端子表面处理，润滑的作用是不同的，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：

第一、降低连接器的插入力；

第二、通过降低摩损提高连接器的寿命
b.端子润滑能够通过形成“封闭层”阻止或延缓环境对接触界面的接触，而提供环境的隔离。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，提高连接器的寿命。对于锡的表面处理，端子润滑是提供环境隔离，防止摩擦腐蚀。
虽然在电镀的下一工序能够添加润滑剂，但它只是一种补充的操作。对于那些需要焊接到PCB板的连接器，焊接清洗可能失去了润滑剂。润滑剂粘灰尘，如果应用在有灰尘的环境中会导致电阻增大，寿命降低。最后，润滑剂的耐温度的能力也可能限制它的应用。

(4) 端子表面处理小结

贵金属电镀，假定覆盖在50u的镍底层上

金是最常用材料，厚度取决于寿命要求，但可能受到多孔性冲击。

钯并不推荐使用于可焊接性保护场合

银对生锈和迁移敏感，主要用于电源连接器，通过润滑，银的寿命可显著改善

锡有好的环境稳定性，但必须保证机械稳定性.

寿命值只是一个经验值，仅供参考

4.电镀工艺流程

U.S Cleaning(超声波脱脂)

Electro Cleaning(电解脱脂)

Water rinse/ Blow off(水洗/吹干)

Acid Etching(活化)

Water rinse/ Blow off(水洗/吹干)

Nickel plating(镀镍)

Water rinse/ Blow off(水洗/吹干)

Activation(钯镍活化)

Palladium/Nickel Plating(电镀钯镍)

Water rinse/ Blow off(水洗/吹干)

Gold plating(镀金)

Water rinse/ Blow off (水洗/吹干)

Activation(锡铅前活化)

Tin/Lead plating(电镀锡铅）

连接器的基本知识

连接器的基本性能可分为三大类：即机械性能、电气性能和环境性能。   另一个重要的机械性能是连接器的机械寿命。机械寿命实际上是一种耐久性（durability）指标，在国标GB5095中把它叫作机械操作。它是以一次插入和一次拔出为一个循环，以在规定的插拔循环后连接器能否正常完成其连接功能（如接触电阻值）作为评判依据。

1．机械性能就连接功能而言，插拔力是重要地机械性能。插拔力分为插入力和拔出力（拔出力亦称分离力），两者的要求是不同的。在有关标准中有最大插入力和最小分离力规定，这表明，从使用角度来看，插入力要小（从而有低插入力LIF和无插入力ZIF的结构），而分离力若太小，则会影响接触的可靠性。连接器的插拔力和机械寿命与接触件结构（正压力大小）接触部位镀层质量（滑动摩擦系数）以及接触件排列尺寸精度（对准度）有关。 

2．电气性能连接器的主要电气性能包括接触电阻、绝缘电阻和抗电强度。    

①接触电阻高质量的电连接器应当具有低而稳定的接触电阻。连接器的接触电阻从几毫欧到数十毫欧不等。    

②绝缘电阻衡量电连接器接触件之间和接触件与外壳之间绝缘性能的指标，其数量级为数百兆欧至数千兆欧不等。    

③抗电强度或称耐电压、介质耐压，是表征连接器接触件之间或接触件与外壳之间耐受额定试验电压的能力。    

④其它电气性能。    电磁干扰泄漏衰减是评价连接器的电磁干扰屏蔽效果,电磁干扰泄漏衰减是评价连接器的电磁干扰屏蔽效果，一般在100MHz~10GHz频率范围内测试。    对射频同轴连接器而言，还有特性阻抗、插入损耗、反射系数、电压驻波比（VSWR）等电气指标。由于数字技术的发展，为了连接和传输高速数字脉冲信号，出现了一类新型的连接器即高速信号连接器，相应地，在电气性能方面，除特性阻抗外，还出现了一些新的电气指标，如串扰（crosstalk），传输延迟（delay）、时滞（skew）等。   

3．环境性能常见的环境性能包括耐温、耐湿、耐盐雾、振动和冲击等。   

①耐温目前连接器的最高工作温度为200℃（少数高温特种连接器除外），最低温度为-65℃。由于连接器工作时，电流在接触点处产生热量，导致温升，因此一般认为工作温度应等于环境温度与接点温升之和。在某些规范中，明确规定了连接器在额定工作电流下容许的最高温升。 

②耐湿潮气的侵入会影响连接h绝缘性能，并锈蚀金属零件。恒定湿热试验条件为相对湿度90%~95%（依据产品规范，可达98%）、温度+40±20℃，试验时间按产品规定，最少为96小时。交变湿热试验则更严苛。    

③耐盐雾连接器在含有潮气和盐分的环境中工作时，其金属结构件、接触件表面处理层有可能产生电化腐蚀，影响连接器的物理和电气性能。为了评价电连接器耐受这种环境的能力，规定了盐雾试验。    它是将连接器悬挂在温度受控的试验箱内，用规定浓度的氯化钠溶液用压缩空气喷出，形成盐雾大气，其暴露时间由产品规范规定，至少为48小时。    

④振动和冲击耐振动和冲击是电连接器的重要性能，在特殊的应用环境中如航空和航天、铁路和公路运输中尤为重要，它是检验电连接器机械结构的坚固性和电接触可靠性的重要指标。在有关的试验方法中都有明确的规定。冲击试验中应规定峰值加速度、持续时间和冲击脉冲波形，以及电气连续性中断的时间。

⑤其它环境性能根据使用要求，电连接器的其它环境性能还有密封性（空气泄漏、液体压力）、液体浸渍（对特定液体的耐恶习化能力）、低气压等。