接插件端子連續(xù)選擇性鍍金工藝的發(fā)展趨勢

張榮光，黃 皓

(成都宏明雙新科技股份有限公司，四川成都 610091)

接插件端子連續(xù)選擇性鍍金工藝的發(fā)展趨勢

張榮光，黃 皓

(成都宏明雙新科技股份有限公司，四川成都 610091)

接插件端子連續(xù)選擇性鍍金工藝技術(shù)的發(fā)展趨勢，主要是圍繞提高鍍金層技術(shù)質(zhì)量，降低鍍金成本。介紹了在端子鍍金前處理工序中，增加化學拋光或電化學拋光以及預鍍工藝等，提高端子基材表面光亮度，來改善鍍金層的外觀質(zhì)量。開發(fā)新的鍍金中間阻擋層和應用中間阻擋層組合工藝技術(shù)，減少鍍金中間阻擋層孔隙，提高阻擋層致密性.防止銅合金基材金屬擴散遷移到鍍金層表面。介紹了鍍金新添加劑應用，如防沉積(置換)的微酸性鍍金、自封孔的微酸性鍍金、鈷合金鍍金工藝等。應用防變色保護劑降低鍍金層厚度。介紹了應用環(huán)保新材料丙爾金替代有毒氰化亞金鉀鍍金工藝。

鍍金前處理;阻擋層;鍍金新添加劑;接插件端子;選擇性鍍金

引 言

鍍金層具有瑰麗的金黃色外觀、良好的導電性、低接觸電阻、化學性質(zhì)穩(wěn)定、抗變色、耐腐蝕性、耐磨及可焊性等特性，廣泛用于電接觸體五金端子、計算機、通訊、電視、印制板、IC、智能玩具、小家電、汽車電子線束和手機等電子元器件中［1］。

目前端子連續(xù)選擇性鍍金工藝技術(shù)發(fā)展，主要圍繞提高鍍金層質(zhì)量，實現(xiàn)鍍金層厚度減薄，降低鍍金成本［2］。端子鍍金層的技術(shù)質(zhì)量取決于端子基體質(zhì)量、中間層的組合工藝以及鍍金層的工藝技術(shù)。端子基材質(zhì)量影響到鍍金層的外觀質(zhì)量，增加連續(xù)選擇鍍金的前處理工藝，提高端子基材表面光亮度和致密性，可改善鍍金層的外觀質(zhì)量。鍍1 μm左右鎳中間阻擋層為主體的鍍金層，不能防止銅合金基材金屬擴散遷移到鍍金層表面。研究應用新的鍍金中間阻擋層和中間阻擋層組合來提高端子產(chǎn)品鍍金層質(zhì)量，除應用先進且成熟穩(wěn)定的高速鍍金工藝外，開發(fā)篩選節(jié)金的鍍金添加劑和防變色保護劑［3-5］。

1 提高端子基材表面質(zhì)量

鍍金層的光亮外觀質(zhì)量取決于基材表面的光亮致密性。為了提高端子基材表面質(zhì)量，在端子連續(xù)選擇性鍍金的前處理工序中，常用酸蝕工藝處理端子基材表面，質(zhì)量效果差，如增加化學拋光或電解拋光等工藝處理，可以提高端子基材表面光亮度2～3級，并有去毛刺等功能。增加預鍍鎳、堿性鍍銅和光亮酸性鍍銅工藝(氰化鍍銅帶來氰化物污染，亮銅的光亮整平致密性佳)，可提高基材表面的光亮致密性［3］。

2 鍍金中間阻擋層的組合工藝

在銅基材上先鍍上一層錫或錫合金，然后鍍一種標準電極電位介于錫與金之間的金屬，最后鍍金，其耐蝕性強。如采用銅-錫合金代替鎳，鍍金層具有強抗蝕性和耐磨損性(如手表、手飾、打火機和鋼筆等電鍍生產(chǎn)中已應用)。目前端子連續(xù)鍍金的鍍鎳中間阻擋層δ僅有1 μm左右，鎳層薄，孔隙多，加之純度差，不能防止銅合金基材金屬擴散遷移到鍍金層表面，導致鍍金層抗變色能力差等諸多質(zhì)量問題［6-8］。

為提高帶料端子產(chǎn)品的鍍金技術(shù)質(zhì)量，對鍍金的中間阻擋層進行工藝技術(shù)組合。在鍍金的單一鍍鎳中間阻擋層上，鍍高溫鎳層(鎳-磷合金層)，其防蝕性可提高一倍;加鍍錫-鎳合金層，可耐硝酸浸泡時間數(shù)小時;再加鍍一層新型的酸性鈀或鈀-鎳合金層［w(鈀)為75% ～80%］，可降低金層厚度又能提高耐鹽霧試驗和耐磨性能。目前高端帶料端子的鍍金中間阻擋層，多數(shù)應用組合中間阻擋層工藝，鍍金質(zhì)量高，也減簿了金層厚度。鍍金中間阻擋層采用組合工藝技術(shù)比單一鎳層質(zhì)量佳。鍍金中間阻擋層組合工藝技術(shù)，應根據(jù)端子產(chǎn)品技術(shù)要求和不同基材來組合。銅合金基材類(黃銅類、錫磷青銅類、鈹青銅或代鈹銅等幾大類)端子的電鍍層工藝組合為:銅合金帶料端子全鍍半光亮鎳或光亮鎳后全鍍金或選鍍金;銅合金帶料端子鍍半光亮鎳后鍍高溫鎳-磷合金，功能端選鍍金;銅合金帶料端子全鍍半光亮鎳后，功能端選鍍鈀-鎳合金后再選鍍金。

黑色金屬基材端子零件因耐蝕性及可靠性佳，越來越多用在手機、通訊等特殊領(lǐng)域中。鍍金層的目的是增加導電性能、減小接觸電阻、提高可焊性。黑色金屬基材類端子電鍍層組合工藝，必須先預鍍氯化物鎳層或氰化鍍銅，不銹鋼除鍍氨基磺酸鎳層外，有的還需鍍酸性光亮鍍銅后再鍍氨基磺酸鎳層，最后鍍金。如黑色金屬端子全預鍍鎳后只鍍鎳層;黑色金屬(不銹鋼)基材端子全預鍍鎳、鍍鎳后全鍍金或選鍍金層;黑色金屬(不銹鋼)基材端子全預鍍鎳、鍍銅、鍍鎳后全鍍金或選鍍金層。

3 端子連續(xù)選擇性鍍金

鍍金層δ在2 μm以上鍍層才無孔隙，目前絕大多數(shù)端子連續(xù)選擇性鍍金層δ都在0.3 μm左右。甚至個別的端子零件鍍金層δ在0.1 μm以下。金層太薄，孔隙率高。加之在連續(xù)鍍生產(chǎn)過程中鍍金-鈷、金-鎳合金層的鈷、鎳含量偏離工藝范圍，鍍金層中又夾雜有機物雜質(zhì)等，造成鍍金層純度差，導致端子連續(xù)選擇性鍍金層變色、接觸電阻增大、導電性差、可焊性下降和不耐鹽霧腐蝕及硝酸蒸氣試驗等性能。目前端子連續(xù)選擇鍍金工藝，還是選用微酸性檸檬酸體系的高速功能性鍍金-鈷、金-鎳合金為主流。高速鍍金工藝配方中金質(zhì)量濃度為8～16 g/L，甚至更高。Jκ一般為10～50 A/dm2，金的沉積速度較快，v=21 s/μm(Jκ為10 A/dm2)，v=7.5 s/μm(Jκ為 30 A/dm2)，v=5.4 s/μm(Jκ為50 A/dm2)，生產(chǎn)效率高。

鍍金液中添加其它金屬(如鈷、鎳、鐵等)離子后，金屬鈷或鎳等離子隨金離子共沉積生成金-鈷、金-鎳合金，提高了金-鈷、金-鎳合金層的硬度(160～220 HV)和金層的耐磨性(硬度與耐磨不呈線性關(guān)系)。在微酸性檸檬酸體系的高速鍍金工藝中，端子連續(xù)選擇性點鍍金時常有輕微置換金現(xiàn)象。

新的防置換添加劑鍍金工藝技術(shù):

1)MetGold 3010 C(HS)防置換的微酸性鍍金-鈷合金。它是在微酸性鍍金液中添加防置換Metgold AIA添加劑，HS和防置換添加劑Metgold AIA結(jié)合使用能最大程度的減少金的沉積。該鍍金新工藝突出的優(yōu)點就是顯著的減少了金在基層金屬、鍍槽及其它設(shè)備上的沉積。對于端子連續(xù)電鍍(包括浸鍍、選擇鍍、刷鍍及高速噴射點鍍、條鍍)能大幅節(jié)約金用量，減少耗費，延長設(shè)備使用壽命。在選擇性鍍金生產(chǎn)中不產(chǎn)生置換金層，鎳層表面不發(fā)花，可免去退金工序，金層界面較整齊。但鍍金生產(chǎn)中，控制添加Metgold AIA添加劑的量，過多會有少量金析出，其穩(wěn)定性有待進一步提高。該鍍金新工藝己在連續(xù)選擇性鍍金中逐漸推廣使用。

2)自封孔微酸性鍍金-鈷合金。美泰樂公司研發(fā)的RPC添加劑，該鍍金新工藝特點，在微酸性鍍金液中添加一種特殊封孔RPC添加劑10～15 mL和泡沫控制劑5 mL后，測量調(diào)整鍍金液pH，鍍金液表面張力為35～37 mN/m時(如DuNuoy張力儀)對沉積出的金層表面孔隙有填充吸附作用，適合鍍金δ為0.8 μm以下的端子零件孔隙封閉的生產(chǎn)。該封孔添加劑可提高金層的抗蝕性能，在微酸性鍍金液中加入RPC添加劑，減少鍍金工序后對鍍金層的水溶劑和有機油劑的封孔抗變色處理。該自封孔鍍金新工藝已在生產(chǎn)中試用。

3)檸檬酸金鉀鍍金。檸檬酸金鉀學名為一水合檸檬酸一鉀二［丙二腈合金(I)］，商品名為丙爾金［w(金)為51%］，該鍍金新工藝特點，替代有毒的氰化亞金鉀鍍金的金鹽，幾年來己經(jīng)有多家公司成功應用在滾、掛鍍、振動鍍、化學鍍金及連續(xù)鍍金等生產(chǎn)線上。丙爾金鍍金溶液的性能經(jīng)使用單位測試，溶液的分散能力、深鍍能力、光亮區(qū)的電流密度范圍及電流效率等性能與同體系鍍金開缸劑(如K-186S)加氰化亞金鉀(金鹽)的鍍金液相似。表1為兩種金鹽鍍液的赫爾槽試片不同部位厚度值對比。

表1 赫爾槽試片鍍金層厚度 μm

丙爾金的鍍金層性能經(jīng)科研院校和企業(yè)單位測試，鍍層結(jié)晶細致，其表面形貌優(yōu)于氰化鍍金層，鍍層的可焊性、耐磨性及耐蝕性等優(yōu)于或與氰化鍍金層相似。特別是鍍可焊性純金層在微電子、IC產(chǎn)品中各項性能完全滿足美國軍用標準MIT-STD-883E-2011技術(shù)規(guī)范。

應用實例，某公司應用丙爾金配制的K-186S鍍金液共520L，2010年在連續(xù)選擇鍍金線上生產(chǎn)LCD不銹鋼支架產(chǎn)品共計641k，理論定額消耗金鹽為 8.131 kg，實際消耗 6.793 kg，節(jié)約金鹽 1.338 kg。鍍金層外觀顏色和可焊性等質(zhì)量均達到客戶技術(shù)質(zhì)量標準，鍍金層的外觀金黃色與氰化鍍金相似，鍍中性可焊性純金層的橙黃色較氰化鍍金偏淡一些，該金鹽可與原氰化亞金鉀鍍金液兼溶。丙爾金鍍金溶液的廢水經(jīng)測試氰化物含量也低于國家排放標準1.0 mg/L，經(jīng)次氯酸鈉處理后廢水中CN－可達到0.01 mg/L。

丙爾金新材料經(jīng)國家安監(jiān)總局危化品中心檢測證明，該產(chǎn)品不屬于危險化學品;經(jīng)中國疾病預防中心測試，丙爾金不屬于毒害品;相關(guān)安全運輸條例鑒定，可進行各種途徑的國內(nèi)運輸。

4)激光鍍金工藝技術(shù)。據(jù)日本資料介紹，在氰化金鉀鍍金液中采用氬離子激光法，成功地在鍍鎳的銅-鋅合金陰極上恒電位沉積細金線。研究了激光掃描速度、激光功率、陰極電位對沉積物性質(zhì)、沉積速度及圖形大小的影響;電鍍點的直徑隨激光功率和陰極電位增加而線性增大，金線的寬度隨陰極電位呈指數(shù)增加，隨激光功率呈線性增加。

4 鍍金層的后處理技術(shù)

目前，絕大多數(shù)端子零件連續(xù)選擇性鍍薄金，由于單層鎳以及基材質(zhì)量等原因，嚴重困擾端子連續(xù)選擇性鍍金層的諸多質(zhì)量問題，如鍍金層易變色、接觸電阻增大、導電性差、可焊性下降、不耐鹽霧腐蝕及硝酸蒸氣試驗等。金層太薄和單層鎳都存在孔隙率高，加之基材質(zhì)量等因素，現(xiàn)在國內(nèi)端子連續(xù)選擇性鍍金生產(chǎn)線上均設(shè)計有鍍金層的防變色處理工序，以提高鍍金層質(zhì)量。

鍍金層的抗變色保護劑處理的原理，是保護劑的某物質(zhì)與金層表面螯合作用形成一層保護膜，此保護膜有憎水性，可延長金層變色等耐蝕性能。由于膜很薄，不影響金表面導電。因有潤滑作用，端子的耐磨性提高。鍍金層抗變色保護劑有兩大類，一類是水溶性的保護膜劑，對鍍金層外觀表面有輕微膜感;另一類是有機溶劑保護膜劑，易造成鍍金層外觀金黃色顏色變深，表面有較重膜感。目前，許多企業(yè)在鍍金生產(chǎn)線上同時應用兩類防變色保護劑，提高了鍍金層質(zhì)量，但金層外觀表面有發(fā)花、油膩感重、金黃色顏色變得更深等現(xiàn)象。近幾年來國內(nèi)外很多商家推出了各種防變色保護劑，較早的郵電學院生產(chǎn)的By-2和DJB-823防變色保護劑。目前研發(fā)生產(chǎn)防變色劑的廠商較多，有天至、順信、合盈、力橋、羅門哈斯、中大、華特、創(chuàng)聯(lián)以及日本廠商等。這些防變色劑都可以提高鍍金層質(zhì)量，但其效果差異較大。應選擇無膜感或僅有輕微膜感、不改變金層外觀金黃色的防變色保護劑。

5 結(jié)語

接插件端子連續(xù)選擇性鍍金工藝技術(shù)的發(fā)展趨勢，主要圍繞在金價不斷飆升情況下，如何提高鍍金工藝質(zhì)量，降低鍍金生產(chǎn)成本。當前電鍍生產(chǎn)廠家可以通過在端子連續(xù)選擇鍍金的前處理工序中，增加化學拋光或電化學拋光以及各種預鍍工藝等的處理，提高端子基材表面質(zhì)量，改善鍍金層的外觀質(zhì)量。同時開發(fā)新的鍍金中間阻擋層和研究應用中間阻擋層組合工藝技術(shù)，減少中間阻擋層孔隙，提高阻擋層致密性.防止銅合金基材金屬擴散遷移到鍍金層表面。

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Development Trends of Continuous Selective Gold Plating Techniques for Connectors

ZHANG Rong-guang，HUANG Hao
(Chengdu Hongming Shuangxin Tech.Co.，Ltd.，Chengdu 610091，China)

The development of continuous selective gold plating technology for connectors is focused on the improvement of gold layer quality and reducing of production cost.In the pretrearment process，the application of chemical or electrochemical polishing and pre-plating techniques could enhance the brightness and the appearance of connector surface.Meanwhile，new-style barrier layer and combined different barrier layers could reduce the pore density，and then increase the density of barrier layer so as to prevent the diffusion between substrate and gold layer.Finally the addition of new additives，discoloration protective agents and environment-friendly material-gold potassium citrate instead of toxic gold potassium cyanide in gold-plating techniques were introduced.

pretreatment for gold-plating;barrier layer;new additive for gold-plating;connector;selective gold plating

TQ153.18

A

1001-3849(2011)09-0017-04

2011-04-27