黑孔電鍍技術(shù)在連接器中的應(yīng)用

李翰文，張 蕾，李五朋，鮑小會(huì)

(中航光電科技股份有限公司，河南洛陽，471000)

1 引言

隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展以及軍用裝備上的應(yīng)用需求，電連接器正朝著高密度、微型化、模塊化等方向發(fā)展[1]，目前常見的連接器多采用過盈裝配實(shí)現(xiàn)接觸件在絕緣體中的安裝，強(qiáng)裝結(jié)構(gòu)是一種有應(yīng)力的裝配形式，具有結(jié)構(gòu)簡單、效果可靠的優(yōu)點(diǎn)，但出于接觸件固定性和絕緣體強(qiáng)度需要，對(duì)接觸件尺寸、密度和絕緣體強(qiáng)度、高度都有一定要求，例如對(duì)于LCP材料的絕緣體，過盈處壁厚一般要求大于0.6mm，接觸件密度過高可能會(huì)導(dǎo)致卡點(diǎn)位置絕緣體厚度太薄產(chǎn)生裂紋，絕緣體高度過低可能會(huì)導(dǎo)致接觸件退出距離過短。目前，強(qiáng)裝結(jié)構(gòu)的存在已經(jīng)成為了阻礙連接器體積縮小的一個(gè)重要原因，如果取消強(qiáng)裝結(jié)構(gòu)，采用傳導(dǎo)性鍍層輔助接觸件裝配并承擔(dān)信號(hào)傳輸作用，則可以突破連接器尺寸限制，進(jìn)一步提高產(chǎn)品體積效率。

目前對(duì)于傳導(dǎo)性鍍層的制備工藝已有較多的研究成果。2014年任春春等[2]通過酸性化學(xué)鍍鎳和二硫酸鉀蝕刻的方法在摻錫氧化銦薄膜上制備了選擇性的導(dǎo)電鍍層。2013年盧海波等[3]通過絲網(wǎng)印刷在陶瓷表面選擇性的制備出催化活化層，以此實(shí)現(xiàn)了陶瓷表面的選擇性化學(xué)鍍銅。2018年李玖娟等[4]采用化學(xué)聚合方法，在高錳酸鉀處理過的環(huán)氧樹脂表面生成一層聚噻吩，應(yīng)用聚噻吩作為導(dǎo)電載體實(shí)現(xiàn)環(huán)氧樹脂表面的直接電鍍銅。但是這些方法在材料或工藝上不適用于連接器上傳導(dǎo)性鍍層的構(gòu)建，適用于連接器領(lǐng)域的傳導(dǎo)性鍍層工藝仍需要研究。

2 研究內(nèi)容及黑孔電鍍技術(shù)原理

為此提出一種解決方案，將接觸件附著到絕緣體表面，通過在接觸件、絕緣體之間構(gòu)建出傳導(dǎo)性鍍層實(shí)現(xiàn)信號(hào)導(dǎo)通，如圖1所示。該方案的主要難點(diǎn)在于傳導(dǎo)性鍍層需要跨越多種基體材料，且需要覆蓋孔壁等立體表面，為此選用黑孔電鍍工藝作為進(jìn)行傳導(dǎo)性鍍層制備方案。

圖1 傳導(dǎo)性鍍層示意圖

黑孔電鍍工藝多用于印制板電鍍領(lǐng)域，最早始于1986年美國Hunt公司公開的專利，其原理是利用分散的碳黑粉末懸濁液對(duì)孔壁進(jìn)行處理，使之導(dǎo)電隨后進(jìn)行電鍍[5]。為確保炭黑的結(jié)合強(qiáng)度，需對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行電荷調(diào)整，即在前處理的清潔劑中加入陽離子聚合物，將產(chǎn)品調(diào)整為帶正電荷，提高與帶負(fù)電荷的炭黑膠團(tuán)的吸附效果。經(jīng)過炭黑吸附處理的樣品還需要經(jīng)過一道微蝕工藝去除銅表面吸附的炭黑，隨后經(jīng)過水洗、抗氧化、烘干等工序即可進(jìn)行電鍍。

本文通過開發(fā)出一種連接器領(lǐng)域使用的黑孔電鍍工藝在連接器上鍍覆傳導(dǎo)性鍍層，并對(duì)其電鍍工藝進(jìn)行研究，從而確定了黑孔電鍍的最佳工藝參數(shù)，通過接觸電阻、插入損耗、回波損耗、近端串?dāng)_、遠(yuǎn)端串?dāng)_等測試項(xiàng)目驗(yàn)證了鍍層性能。

3 實(shí)驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)流程

選用某型產(chǎn)品進(jìn)行黑孔電鍍試驗(yàn)，產(chǎn)品接觸件材料為銅合金，連接器基體材料主要為FR4，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證黑孔電鍍是否可以在接觸件與連接器基體之間構(gòu)建出具有傳導(dǎo)性的鍍層。

3.2 實(shí)驗(yàn)方法

對(duì)準(zhǔn)備好的連接器樣品進(jìn)行黑孔電鍍處理，其工藝流程為：清潔→調(diào)整1→水洗→炭黑導(dǎo)電液1→熱風(fēng)烘干→調(diào)整2→水洗→炭黑導(dǎo)電液2→熱風(fēng)烘干→微蝕→水洗→抗氧化→水洗→熱風(fēng)烘干。完成黑孔處理的連接器樣品進(jìn)行電鍍銅，電鍍方案分別采用氰化物體系鍍銅和焦磷酸體系鍍銅。完成黑孔電鍍的產(chǎn)品在顯微鏡下觀察鍍層形貌，并切片觀察鍍層厚度。完成電鍍后的產(chǎn)品經(jīng)過進(jìn)一步加工，將接觸件之間多余鍍層去除防止短路，并保留接觸件與基體之間的鍍層以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸。具備信號(hào)傳輸能力的接觸件樣品通過接觸電阻測試、高速性能(插入損耗、回波損耗、近端串?dāng)_、遠(yuǎn)端串?dāng)_)測試來驗(yàn)證鍍層的傳輸性能。

3.3 性能表征

樣品的接觸電阻、插入損耗、回波損耗、近端串?dāng)_、遠(yuǎn)端串?dāng)_等測試均按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。其中，接觸電阻采用TZ-10型接觸電阻測試儀進(jìn)行測試；插入損耗、回波損耗、近端串?dāng)_、遠(yuǎn)端串?dāng)_采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測試；黑孔鍍層形貌及切面形貌采用金相顯微鏡進(jìn)行觀察。

4 結(jié)果與分析

4.1 鍍層外觀

完成黑孔加工的連接器樣件如圖2所示，可見印制板表面已經(jīng)覆蓋有一層黑色的碳粉層。

圖2 黑孔效果

對(duì)完成黑孔工序的樣品分別采用三種電鍍銅條件進(jìn)行電鍍：氰化物體系鍍銅：電流密度組合8A/dm2(1min)+4A/dm2(5min)、焦磷酸銅體系鍍銅：電流密度組合8A/dm2(1min)+4A/dm2(5min)、焦磷酸銅體系鍍銅：電流密度組合8A/dm2(1min)+4A/dm2(3min)+2A/dm2(4min)。顯微鏡下觀察三種條件下樣品鍍層形貌如圖3所示。

(a)氰銅8A/dm2(1min)+4A/dm2(5min)

從電鍍銅后的外觀可以看出，采用氰化物體系鍍銅后的外觀光亮度比焦磷酸銅體系要暗，印制板孔邊緣局部有漏鍍現(xiàn)象，而采用焦磷酸銅體系鍍銅的鍍層外觀均勻連續(xù)，且鍍層表面光亮度明顯優(yōu)于氰化物體系鍍銅層的效果。此外，通過后期逐步減小電鍍焦磷酸銅的電流密度可以進(jìn)一步改善鍍層表面光亮度。由此說明，焦磷酸體系鍍銅更適用于黑孔處理后的組合件表面電鍍，且適當(dāng)降低最后鍍層的電流密度可以獲得外觀更佳的鍍層。對(duì)焦銅8A/ dm2(1min)+4A/ dm2(3min)+2A/ dm2(4min)方案制備的樣品進(jìn)行切片觀察，效果如圖4所示?？梢?，在印制板及夾層表面形成了一層完整的銅鍍層，鍍層厚度2～4μm。

圖4 電鍍樣品剖面

4.2 接觸電阻

對(duì)完成電鍍的樣品隨機(jī)抽取7只接觸件進(jìn)行接觸電阻測試，表1為接觸電阻測試結(jié)果，抽測的孔位接觸電阻全部低于15mΩ。由此可知，黑孔電鍍制備的傳導(dǎo)性鍍層的導(dǎo)電性能優(yōu)良，可以滿足連接器的使用要求。

表1 黑孔電鍍樣品接觸電阻測試結(jié)果

4.3 產(chǎn)品高速性能

對(duì)樣品隨機(jī)抽取1對(duì)差分接觸件進(jìn)行插損、回?fù)p、近端串?dāng)_、遠(yuǎn)端串?dāng)_等高速性能測試，圖5為高速性能測試結(jié)果。由圖中測試結(jié)果可知，黑孔電鍍制備的傳導(dǎo)性鍍層的高速性能可以滿足連接器的指標(biāo)要求。

(a)插損 (b)回?fù)p

5 結(jié)語

(1)通過對(duì)黑孔電鍍工藝在連接器的工藝研究和試制，驗(yàn)證了黑孔電鍍工藝在連接器傳導(dǎo)性鍍層制備中的可行性，優(yōu)化了連接器組件黑孔電鍍工藝參數(shù)。

(2)驗(yàn)證了連接器傳導(dǎo)性鍍層的性能參數(shù)，證明了鍍層可以滿足接觸電阻小于15mΩ，高速性能滿足產(chǎn)品指標(biāo)要求。