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1、华中科技大学硕士学位论文电连接器接触体镍打底镀金工艺研究姓名：肖阳申请学位级别：硕士专业：水利工程指导教师：谈晓军20061111华中科技大学硕士学位论文摘要随着水利水电工程电气化、计算机程控化和海防型号的不断发展，作为电子设备、通讯设备之间电气连接的电连接器的应用也越来越多。为了解决其接触体在使用过程中暴露出的一些问题，本文阐述了电连接器接触体镍打底镀金工艺的一些理论和方法，并详细介绍了镍打底镀金工艺研究中镀镍工艺的选择与优化方法及过程。全文共分6 章，从镍打底镀金工艺理论及方法，镍打底镀金工艺流程及其主要工序说明，镀金层的质量检验与性能测试，镀金溶液的维护纯化和故障分析4 个方面来讨论。1
2、)综合评述了国内军用电子设备中电接触元件在质量上存在的一些问题和镍打底镀金工艺的发展与应用，提出了与国外电连接器行业存在的差距，总结了电连接器接触体镀金常见质量问题并对其产生原因和解决办法进行了分析探讨，并论述电连接器接触体镍打底镀金工艺的宗旨和思想。2)详细论述了镍打底镀金工艺的理论和方法。首先，介绍了镍打底镀金工艺研究的目的和理论依据；其次，对镀镍工艺进行了选择与优化，对镀镍机理、低应力镍机理和镀金阻挡层的选择原则进行了阐述。通过几种不同镀镍溶液中所获得镍镀层的物理性质及镀层孔隙率的对比，得出氨基磺酸盐镀镍是电连接器接触体镀镍的理想镀镍体系，并通过氨基磺酸盐镀镍层内应力的影响因素分析及试验
3、，对镀镍工艺进行了优化，得到了最佳电解液组成和工艺条件，同时对镀液的配制、维护和控制进行了阐述；最后对镀金机理和常用镀金工艺进行了分析，确定了适合本研究的镀金工艺，同时介绍了镀液的配制及镀液组成对镀液性能的影响。3)介绍了镍打底镀金工艺流程，并从化学除油、酸洗、活化I、中和、预镀铜、活化、氨盐镀镍、浸柠檬酸、柠檬酸盐镀金、镀后处理共1 0 个方面对其主要工序进行了详细说明。4)阐述了镀金层的质量检验与性能测试。从镀金层的质量要求、镀金层的质量检验和性能测试方法及试验结果3 个方面进行了详细介绍，并对本章进行了小结。5)阐述了镀金溶液的维护纯化和故障分析。从镀金溶液的维护和控制、镀金溶液的纯化和
4、镀金溶液的常见故障及排除方法共3 个方面进行了详细介绍。6)最后，对全文进行总结。关键词：电连接器接触体镍打底镀金氨基磺酸盐镀镍检验与测试维护与纯化华中科技大学硕士学位论文A b s t r a c tW i t ht h eu n c e a s i n gd e v e l o p m e n to ft h ee l e c t r i f i c a t i o no fw a t e rc o n s e r v a n c ya n dh y d r o e l e c t r i cp r o j e c t，p r o g r a m m e-c o n t r o l l e
5、 do fc o m p u t e ra n dt h et y p eo ft h ec o a s td e f e n c e，t h ee l e c t r i cc o n n e c t o ri sm o r ea n dm o r ea p p l i e dt o o，a st h ea p p l i c a t i o no ft h ee l e c t r i cc o n n e c t i o nb e t w e e nt h ee l e c t r o n i ce q u i p m e n t sa n dc o m m u n i c a t i
6、o na p p a r a t u s T os o l v es o m eo ft h ep r o b l e m sw h i c hi se x p o s e di nt h eu s ep r o c e s so fc o n t a c t so fi t，t h i sd i s s e r t a t i o nh a se x p l a i n e ds o m et h e o r i e sa n dm e t h o d sf o rt h eg o l do v e rn i c k e lp l a t i n gp r o c e s sf o re l
7、 e c t r i cc o n n e c t o rc o n t a c t s，a n di n t r o d u c e dt h ec h o i c ea n dt h eo p t i m i z e dm e t h o da n dt h ep r o c e s so ft h en i c k e lp l a t i n gc r a f ti nt h ec r a f tr e s e a r c ho fi ti nd e t a i l。T h ef u l ld i s s e r t a t i o nd i v i d e si n t o6c h
8、a p t e r sa l t o g e t h e r,t h et h e o r i e sa n dm e t h o d so ft h eg o l do v e rn i c k e lp l a t i n gp r o c e s s，t h et e c h n o l o g yp r o c e s sa n di t sm a i nw o r k i n gp r o c e d u r ee x p l a i n e do fi t，t h eq u a l i t ye x a m i n a t i o na n dp e r f o r m a n c
9、 et e s to fc o a t i n gg o l dl a y e r，t h em a i n t e n a n c ep u r i f i c a t i o na n df a u l ta n a l y s i so fg o l dp l a t i n gs o l u t i o na r ed i s c u s s e d I nc h a p t e r1，s o m eQ u a l i t yP r o b l e m sw h i c he x i s to nt h ee l e c t r i c a lc o n t a c tc o m p
10、o n e n t si nt h ed o m e s t i cm i l i t a r ye l e c t r o n i ce q u i p m e n t sa mc o m m e n t e d，a n dt h ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no ft h eg o l do v e rn i c k e lp l a t i n gp r o c e s sa r ed e s c r i b e ds y n t h e t i c a l l y,t h ee x i s t e n td i s p
11、a r i t i e sw i t ht h eo v e r s e a sc o n n e c t o rp r o f e s s i o na r ep u tf o r w a r d，t h ec o m m o nq u a l i t yq u e s t i o n so ft h eg o l dp l a t i n gf o re l e c t r i cc o n n e c t o rc o n t a c t sa r es u m m a r i z e da n dt h er e a s o nt oi tb ep r o d u c e da n d
12、m e a n so ft h es o l u t i o na r ea n a l y z e da n dd i s c u s s e d，t h e nt h et e n e ta n dt h o u g h to ft h eg o l do v e rn i c k e lp l a t i n gp r o c e s sf o re l e c t r i cc o n n e c t o rc o n t a c t sh a v eb e e ne x p o u n d e d I nc h a p t e r2，t h ed i s s e r t a t i
13、o nd e s c r i b e dt h et h e o r i e sa n dm e t h o d so ft h eg o l do v e rn i c k e lp l a t i n gp r o c e s si nd e m i l F i r s t l y,t h ep u r p o s ea n db a s i so ft h et h e o r i e so ft h er e s e a r c ho fi ta r ei n t r o d u c e d；S e c o n d l y，h a v i n gc a r r i e do nt h
14、ec h o i c ea n do p t i m i z a t i o nt ot h en i c k e lp l a t i n gc r a f t,t h en i c k e lp l a t e dm e c h a n i s m，t h el o ws t r e s sn i c k e lm e c h a n i s ma n dt h es e l e c tp r i n c i p l eo fg o l d p l a t e db a r r i e ra r ee l a b o r a t e d I ti so b t a i n e dt oc
15、o n t r a s tt h ep h y s i c a lp r o p e r t ya n dt h ep o r o s i t yo fn i c k e lc o a t i n gw h i c hi ti sg a i n e di ns e v e r a lk i n d so fd i f f e r e n tn i c k e lp l a t e ds o l u t i o n，w h i c hS u l f a m a t eN i c k e lP l a t i n gi sai d e a ln i c k e lp l a t i n gs y
16、s t e mo fn i c k e lp l a t i n gf o re l e c t r i cc o n n e c t o rc o n t a c t s A n dt h r o u g ht h ei n f l u e n c ef a c t o ra n a l y s i so ft h ei n t e m a ls t r e s sa n de x p e r i m e n to ft h es u l f a m a t en i c k e lp l a t i n gc o a t i n g，i th a sb e e nc a r r i e d
17、华中科技大学硕士学位论文o nt h eo p t i m i z a t i o nt ot h en i c k e lp l a t i n gc r a f t，h a v i n gb e e no b t a i n e dt h eb e s te l e c t r o l y t ec o m p o s i t i o na n dt h e t e c h n o l o g i c a lc o n d i t i o n s,S i m u l t a n e o u s l y,t h ep r e p a r a t i o n，t h em a i n t e
18、n a n c ea n dc o n t r o lo ft h ep l a t i n gs o l u t i o na r ed i s c u s s e d F i n a l l y,h a v i n gb e e nc a r r i e do nt h ea n a l y s i st ot h eg o l d-p l a t e dm e c h a n i s ma n dt h ec o m m o n l yu s e dg o l dp l a t i n gc r a f t，t h eg o l d-p l a t e dp r o c e s st o
19、s u i t t h i ss t u d yi sd e t e r m i n e d，s i m u l t a n e o u s l y,t h ei n f l u e n c eo ft h ep r e p a r a t i o na n dc o m p o s i t i o no ft h ep l a t i n gs o l u t i o no nt h ep e r f o r m a n c eo fi ta r ei n t r o d u c e d I nc h a p t e r3，t h ed i s s e r t a t i o nh a si
20、 n t r o d u c e dt h ec r a f tp r o c e s so ft h eg o l do v e rn i c k e lp l a t i n g A n di t sm a i nw o r k i n gp r o c e d u r ei se x p l a i n e dw h i c hi n c l u d e dt h ea l k a l i n ed e g r e a s i n g，t h ea c i dp i c k l i n g，t h ea c t i v a t i o n I，t h en e u t r a l i s
21、 a t i o n，t h ep r e c o p p e r-p l a t i n g，t h ea c t i v a t i o n I l，t h es u l f a m a t en i c k e lp l a t i n g，t h ec i t r i ca c i dd i p p i n g，t h ec i t r a t eg o l d p l a t i n ga n dt h ep o s t p l a t i n gi nd e t a i l I nc h a p t e r4，t h ed i s s e r t a t i o ne l a b
22、o r a t e dt h eq u a l i t ye x a m i n a t i o na n dp e r f o r m a n c et e s to fc o a t i n gg o l dl a y e r,f r o mt h eg o l dc o a t i n gq u a l i t yr e q u i r e m e n t，t h eg o l dc o a t i n gq u a l i t ye x a m i n a t i o na n dt h ep e r f o r m a n c et e s tm e t h o da n dt h
23、et e s tr e s u l t，t h e3a s p e c t sa r ei n t r o d u c e di nd e t a i l，a n dh a v i n gb e e ns u m m a r i z e dt h i sc h 印t e r I nc h a p t e r5，t h em a i n t e n a n c ep u r i f i c a t i o na n df a u l ta n a l y s i so fg o l dp l a t i n gs o l u t i o na r ee x p l a i n e d t h e
24、m a i n t e n a n c ea n dc o n t r o lo fg o l dp l a t i n gs o l u t i o n，t h ep u r i f i c a t i o na n dt h ea n a l y s i sa n de l i m i n a t i o nm e t h o do ft h ef a m i l i a rq u e s t i o no fi ta r ei n t r o d u c e di nd e t a i l C h a p t e r6s u m m a r i z e dt h i sd i s s e
25、 r t a t i o na tl a s t K e y w o r d s：E l e c t r i cC o n n e c t o r；C o n t a c t；A uP l a t e dN i；S u l f a m a t eN i c k e lP l a t i n g；E x a m i n a t i o na n dT e s t；M a i n t e n a n c ea n dP u r i f i c a t i o nn i独创性声明Y1 0 1 7,1 5 2本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已
26、经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰篙过的研究成果。对本文的研究做如贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名醴期：j 岳擎，j 胃，e 醺学位论文版权使用授权书厂矿7 j本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权傈留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密耐。(请在以上方框
27、内打“”)学位论文作者签名：订一f 氆日期o d 辑，侗，o 日指导瓣签名：湍蜉日期：移年If 月。日华中科技大学硕士学位论文1绪论随着水利水电工程电气化(如水情水质、灌溉及节水、水土保持、防汛等自动监测及管理系统)、计算机程控化和海防型号的不断发展，作为电子设备、通讯设备之间电气连接的电连接器的应用也越来越多，但海上、水上环境十分复杂、恶劣，目前电连接器寿命短、故障率高、耐工业大气、湿热、盐雾等恶劣气候腐蚀的能力较差，造成电连接器过早失效，电接触失效是电连接器的主要失效模式，而电连接器接触体是影响电接触的关键元件。所以如何保证电连接器接触体的镀层质量成为影响电连接器使用寿命和可靠性的一个重要
28、问题，此问题甚至影响水利、水电工程系统和型号的可靠性和安全性，同时，此问题的解决对企业产品的研发、生产、抢占市场和产品质量的促进也有十分重要的现实意义。本章提出了我国电连接器行业面l|缶的严峻形势，全面评述了当前我国军用电子设备中电接触元件在质量上存在的一些问题和镍打底镀金工艺的发展与应用，总结了电连接器接触体镀金常见质量问题并对其产生原因和和解决办法进行了分析探讨，最后阐述了本文的主要研究内容。1 1引言中国加入W T O 后，随着国内市场开放程度和范围的不断扩大，一般而言，由于在生产技术和产品质量、管理水平等方面与国外存在不小的差距，国内电连接器生产厂家将遇到双重压力，一是关税降低后，国外
29、产品将更方便地进入国内市场形成冲击，二是整机厂商在选用性能价格比最合适的产品方面有更大的余地，因而国内厂家必将面临十分严峻的形势1 1 J。当前我国军用电子设备中电接触元件虽然在质量上一般都优于民品，而且不仅在外观上还是在使用性能上都要求比较严格。但由于我国的科学水平与生产水平与发达国家相比还存在一定的差距，故质量上或多或少还存在各种不同程度的问题，其中对于可靠性的要求才刚刚开始，因而许多电接触元件在使用过程中所暴露出的问题还有待进一步研究和解决。其中比较突出的问题是寿命短、故障率高、不耐工业大气、湿热、盐雾等恶劣气候的腐蚀。造成这些影响是多方面的，但首先是由于用来制造各种元部件的金属本身，存
30、在着热力学不稳定因素(金属在冶炼过程中从外界吸收了能量处于高能状态)，当其受到环境中各种外因的影响下，必然要遭受腐蚀，成为氧化物、盐差：毯羞笠鹰地亡塑!坌厦基些篮量：回型厦塑丝堡篮鉴查：趔塑!塑：堡查自签华中科技大学硕士学位论文界的氧化与硫化作用)。即使军品中应用最多的镀金元部件，也会由于金电镀层的致密性差存在镀层微孔而易与底层金属沟通产生电化学腐蚀。所以，金属腐蚀，对于军品的储存、运输和使用寿命都是较大的威胁。另外，金属间的相互磨损，过大的插拔力所造成的机械形变，都将影响电接触可靠性。众所周知，电接触元件是沟通电路的关键元件，故这类元部件一旦发生问题，便会使电子控制系统失灵，因而对于飞机及导
31、弹等武器装备如果电子控制系统发生故障，很容易使飞机或导弹坠毁而造成重大损失，同时也贻误战机，其后果将是极其严重的。因此，如何提高军用电子设备的可靠性，在美、俄、英、法、德、日等国早已引起重视，大力开展了电接触可靠性与防护方面的研究。我国一些军工部门也曾进行了大量工作，并取得了不少成就。在电连接器电镀中，由于对接触对有着较高的电气性能要求，镀金工艺在电连接器电镀中占有明显重要的地位。目前除部分材料电连接器和玻璃封接件采用挂镀镀金工艺外，其余大量的针孔散件的镀金仍采用滚镀和振动镀来进行。近几年，由于电连接器体积向小型化发展，其针孔散件的镀金质量问题日趋突出，用户对金镀层的质量要求也越来越高，一些用
32、户对金镀层的外观质量甚至达到了十分挑易0 的程度【刁。目前在电连接器行业，尤其在军用电连接器行业中，采用的镀金工艺主要为：基体材料一镀铜一镀金。结合我公司实际及我国整个军品电连接器行业，该工艺在使用过程中暴露出的一些问题也不容忽视，如镀层表面易出现腐蚀绿斑、镀层硬度较低等，其耐环境性能和耐磨性有待进一步提高。本文旨在从改变镀层结构的角度开发出一种新的电镀工艺应用于电连接器镀金行业，用以提高镀层的耐磨性和抗腐蚀性能。以适应我国电连接器行业尤其是军用电子设备中电接触元件发展的需要。1 2 镍打底镀金工艺的发展与应用随着科学技术进步的飞速发展，对于各种规格的电连接器的精度和可靠性的要求越来越高。为了
33、适应这一形势，需要进一步改进和提高产品质量。电连接器性能的好坏取决于其电性能的优劣。而电性能又靠良好的金属导电镀层及其耐磨性能、防护性能和防潮性能来保证，为使电连接器具有良好的耐磨性能，早期在国内外有些专家和生产者曾用过润滑油或油脂，目前国内做的比较好的为北京邮电大学研制成功的D J B 8 2 3 固体薄膜保护剂，它具有较好的综合性能，不但能保证插头座原有的电性能，对于某些电性能还略有提高，例如绝缘性能。同时还具备了耐磨、抗蚀、防潮、抗变2华中科技大学硕士学位论文色及填充镀层孔隙而防止底层金属扩散的优点。虽然D J B 8 2 3 固体薄膜保护剂具有如此多的优点，但是不能从根本上解决电连接器
34、镀金层耐磨性及耐盐雾性能差的根本问题。在电子学诸技术中，半导体正以惊人的速度发展着。在此形势下，要求电子线路中的电连接器高密度化、轻薄短小、多功能化及高可靠性化。电连接器最基本的性能是电接触的稳定性，因此，电连接器材料主要采用导电性能优良的铜合金，并要求在表面加以处理使之具有耐蚀性及耐摩擦性等性能，典型的表面处理是镀铜后镀金、镀铜后镀锡及镀镍后镀金。虽然银镀层接触电阻较低，但其抗变色能力差，这是目前国内普遍存在的问题，并且由于其耐蚀性差且易脱落，目前基本上已不采用1 3】。所以一些主要用途的插头座的针孔对由原来的银镀层改为昂贵的金镀层。金镀层虽然具有良好的抗氧化性能，但它也不是不可侵犯的，在含
35、有氯离子的环境中，仍会氧化变色。同时，金镀层孔隙率一般较大，由此给底层金属造成扩散条件，金镀层相对基体材料属阴极性镀层，故在腐蚀介质作用下，通过孔隙进入零件基体致使其氧化，所生成的氧化铜、硫化铜、碱式碳酸铜和碱式硫酸铜可通过孔隙而扩散到金镀层的表面产生铜绿现象，使金镀层失去应有的颜色和光泽。镍打底镀金工艺在印制线路板(P C B)行业应用较多，一般镀金工艺为化学镀C u N i A u，化学镀C u N i 电镀A u，化学镀C u 电镀N i A u 等，镀镍金早在7 0 年代就应用在印制板上，电镀镍金特别是闪镀金、镀厚金、插头镀耐磨的A u N i、A u C o、A u F e 等合金至
36、今仍一直在带按键通讯设备、压焊的印制板上应用着。镍打底镀金或C u N i A u 在电连接器行业应用还很不广泛，其镀镍工艺一般为硫酸盐镀镍，镀层本身应力很大，若镀覆太厚，会出现“爆皮”现象【4】。另外，电镀N i A u 不以铜镀层打底或镍镀层表面钝化也会造成镀金层与底镀层结合力差，甚至会出现“爆皮”现象。1 3电连接器接触体镀金常见质量问题及分析在电连接器镀金过程中，影响镀层质量的因素较多，随着我国电子工业的迅速发展，一些新的质量问题又会产生，下面就提出了一些常见的镀金质量问题并对其产生的原因进行逐一分析探讨。(1)金层颜色不正常电连接器镀金层的颜色与正常的金层颜色不一致，或同一配套产品中
37、不同零件的金层颜色出现差异，出现这种问题的原因是：1 镀金原材料杂质的影响3华中科技大学硕士学位论文当加入镀液的化学药品带进的杂质(包括有机杂质和无机杂质)超过镀金液的忍受程度后会很快影响金层的颜色和亮度。如果是有机杂质影响会出现金层发暗和发花的现象，霍尔槽试片检查发暗和发花位置不固定。若是金属杂质干扰则会造成电流密度有效范围变窄，霍尔槽试验显示是试片电流密度低端不亮或是高端镀不亮低端镀不上。反映到镀件上是镀层发红甚至发黑，其孔内的颜色变化较明显。2 镀金电流或电流密度过大由于镀槽零件的总面积计算错误其数值大于实际表面积，使镀金电流过大，或采用的电流密度过大及采用振动电镀金时其振幅过小，这样槽
38、中全部或部分镀件金镀层结晶粗糙，目视金层发红。3 镀金液老化镀金液使用时间太长则镀液中杂质过度积累必然会造成金层颜色不正常。4 硬金镀层中合金含量发生变化为了提高电连接器接触体的硬度和耐磨程度，电连接器接触体镀层普遍采用合金化的耐磨硬金镀层如高K 金的A u-C o、A u N i 和A u F e 合金镀层I”。当镀液中的C 0、N i 和F e 的含量发生变化时会引起金镀层颜色改变，若是镀液中这种变化过大而同一配套产品的不同零件又不在同一槽镀金时，这样就会出现提供给用户的同一批次产品金层颜色不相同的现象。(2)镀层结合力差在镀后检验电连接器接触体的镀层结合力时，有时会遇到部分插针的针端前部
39、在折弯时或针孔件的焊线孔在压扁时镀层有起皮现象，有时在高温检测试验发现金层有极细小的鼓泡现象发生，出现这种问题的原因是：1 镀前处理不彻底对于小型针孔件来说，如果在机加工序完毕后不能立即采用三氯乙烯超声波除油清洗，那么接下来的常规镀前处理很难将孑L 内干固的油污除净，这样孔内的镀层结合力就会大大降低。2 基体镀前活化不完全在电连接器基体材料中大量使用各类铜合金，这些铜合金中的铁、铅、锡、铍等微量金属在一般的活化液中很难使其活化，如果不采用对应的酸将其活化，在进行电镀时，这些金属的氧化物跟镀层很难结合，于是就造成了镀层起泡或起皮及镀层高温起泡的现象。3 底镀层或中间镀层内应力过大趔垫庭焦屋夔生闽
40、堡星墨旦煎壁垫堡堡签丕：堡星奎量生垄堡盔：塑坌鋈垫型壅4华中科技大学硕士学位论文以量化，镀覆太厚等，都会造成电连接器接触体镀层出现结合力问题。(3)耐盐雾性能差现有电连接器镀金工艺中，由于镀镍工艺没有得到彻底解决，般电连接器厂家使用的镀金工艺仍为基体材料铜打底后直接镀金工艺(我公司镀金使用的也为这种工艺)，即镀层为C u A u 结构。其缺点为：金镀层孔隙率一般较大，由此给底层金属或打底铜镀层造成扩散条件，金镀层相对基体材料属阴极性镀层，在腐蚀介质作用下，通过孔隙进入零件底镀层及基体致使其氧化，所生成的氧化铜、硫化铜和碱式碳酸铜通过孔隙而扩散到金镀层的表面形成腐蚀绿斑，使电连接器接触表面氧化造
41、成接触不良及金镀层失去应有的颜色和光泽。C u A u 结构镀层，在镀金层孔隙率较高，尤其是零件表面较粗糙的情况下，其耐盐雾性能较差，按G J B l 2 1 7 9 1 进行盐雾试验【6】，很难达到四个周期(9 6 h)。(4)镀层耐磨性差磨损、腐蚀和疲劳是机械材料失效的主要形式，仅每年因磨损使各类机械设备寿命短、能耗高造成的经济损失在我国就高达数千亿元。据统计，大约有8 0 的设备损坏是由于个中形式的磨损引起的。磨损失效不仅造成大量材料、部件乃至整机的报废，而且可能直接酿成灾难性的事故，造成机毁人亡的严重损失。国内外在提高耐磨寿命的研究主要集中在两方面：一是采用各种表面处理方式如热处理、电
42、镀、激光处理、物理化学气相沉积等手段，通过改善零件表面微观结构或在零件表面生成金属化合物、陶瓷等物质，提高零件表面硬度，增强其耐磨性；二是通过添加润滑剂或润滑油，在零件表面生成一层薄薄的固体润滑膜，降低零件表面的摩擦系数，从而达到延长零件寿命的目的l”。实践表吲8 1，一些金属易于在铜上沉积，而且结合力好，因此铜镀层可作为预镀层或多层电镀的底层，电连接器镀金工艺一般采用铜镀层为底镀层，但铜镀层质柔软，布氏硬度仅为H B 6 0 1 5 6，电连接器针孔接触体镀金为提高其硬度一般采用镀硬金，但由于底镀层金属采用硬度较低的铜镀层又无其他硬度较高的底镀层金属增强，其耐磨性较差，再加上零件基体机加表面
43、光洁度差等因素的影响，做机械寿命试验很难通过5 0 0 次，目前很多电连接器生产厂家主要采用涂覆特殊的润滑剂，如涂覆D J B-8 2 3固体薄膜保护剂等，产品插拔寿命才能达到5 0 0 次的要求。在电连接器镀金过程中，影响镀层质量的因素较多，随着我国电子工业的迅速发展，一些新的质量问题又会产生。但是只要我们从电连接器制造的各个环节入手，找到产生这些问题的根本原因，对各个生产工序采用科学的管理手段，同时尽可能采用左进鲍生镶递釜型撞丕：这些厦量回壁塾金垫丑亘篮：5华中科技大学硕士学位论文为促进我国国防现代化建设，提高军用电子设备的可靠性、稳定性以及防护性能特别是保证导弹等尖端武器的实战可靠性提供
44、有力的保障。1 4 本文的主要内容及章节安排本文的主要内容：金层耐蚀性优良，电导率高，焊接性好，接触电阻低且稳定，耐高温，质软，耐磨，维氏硬度为2 5 k g m m 2 左右(镀态纯金为7 0 1 0 0k g m m 2)。金与其它金属如c o、N i、F e、I n、C d、A g、C u、S b、I d 等很容易合金化，合金化后硬度提高，耐磨性更佳。电连接器接触体镀层普遍采用合金化的耐磨硬金镀层，如高K金的A u-C o、A u N i 和A u F c 合金镀层。但是镀金层孔隙率偏高，虽然随着镀层厚度的增大，孔隙率减小，由于金的价格昂贵，出于成本方面的考虑，也不可能将金层镀得很厚，通
45、常军品电连接器行业镀金层厚度在1 u m 左右，民品电连接器行业镀金层厚度就更薄，有时甚至采用闪镀金，金层厚度仅0 0 2 O 1 p m。这样，较薄的金镀层就为底镀层向金层外扩散、形成腐蚀从而影响其使用性能提供了条件。另外，虽然硬金镀层有一定的硬度，但是由于底镀层选择不当，会使镀层结合力以及耐磨性大大降低，不能满足特定的使用要求。本文旨在通过改变电连接器镀金接触体的镀层结构，优化电镀工艺，从镀层本身去提高其耐磨性、增强抗蚀性及防止底层金属相互扩散等；并且为延长镀金溶液的使用寿命，提出了一些对镀金溶液的维护与纯化方法。以我公司为例，目前电连接器接触体镀层结构为基体铜合金镀铜镀硬金，本工艺得以实
46、现后，拟改为铜合金镀铜镀镍镀硬金结构，增加了镍阻挡壁垒，不仅可以提高接触体的硬度和耐磨性，而且可以提高其抗蚀性能，防止因镀金层孔隙率偏高造成的铜镀层沿金镀层孔隙向外扩散，与外界环境作用形成腐蚀，影响金层外观，而且严重时会造成产品失效，酿成严重事故，带来不可估量的损失。本文的章节安排为：第一章主要介绍了电连接器接触体镀金常见质量问题，并对其产生原因和解决办法进行了分析探讨，提出了电连接器接触体镍打底镀金工艺的宗旨和思想。第二章详细论述了镍打底镀金工艺的理论和方法。第三章介绍了镍打底镀金工艺流程，并对其主要工序进行了详细说明。第四章阐述了镀金层的质量检验与性能测试方法。第五章阐述了镀金溶液的维护纯
47、化和故障分析。第六章对全文进行总结，并提出了将来的工作方向。6华中科技大学硕士学位论文2 镍打底镀金工艺理论及方法2 1镍打底镀金工艺研究的目的电连接器接触性之好坏与连接器接触对问的接触电阻大小有关。一般要求接触电阻小一点为好，这样可减少接触电阻造成的功能损耗，并且也可减少接点发热，接点发热太高反而增加了接触电阻值。另外，过高的热量如散热不好就会使金属软化，加快了金属表面的氧化和磨损，使连接器的品质下降，严重的会使连接器塑壳软化变形、老化等。因此，接触电阻一般仍以偏小为好。同时，对数字电路用的连接器来说，要求连接器在工作时，其接触电阻不仅要小，数值也要求较为稳定为好。但是，金属表面由于吸附气体
48、、表面产生氧化、磁化或受到吸附的氧化物的污染而在表面形成一层薄膜，这种薄膜往往是电的不良导体，从而造成接触电阻很高。这种薄膜在一定的压力、摩擦以及一定电压作用下碎裂，使得底层金属互相接触，产生隧道效应，该电阻R t 称为隧道电阻(或称膜层电阻)。膜层电阻是影响接触电阻变大的主要因素，R t一般占总接触电阻的7 0 8 0。为了降低膜层电阻的影响，接触元件表面一般都要镀覆抗氧化性能强，化学稳定性好的贵金属镀层，以提高金属元件的抗氧化性能。由于连接器质量、电接触可靠性直接影响着整个通信系统，而连接器镀金层质量是评价连接器质量的重要参数之一。本研究旨在通过改变电连接器接触对的镀层结构，在基体铜合金镀
49、铜镀硬金镀层结构的基础上增加一层低应力、硬度较高的镍阻挡层，从镀层本身去提高其耐磨性、增强抗蚀性及防止底层金属向金镀层扩散造成接触对接触表面氧化产生接触不良等，从而增强针孔对零件插合部位的表面硬度，提高插拔寿命与抗腐蚀性能、降低膜层电阻，同时可以相对减薄金镀层，节约贵金属。2 2 镍打底镀金工艺的理论依据2 2 1 电连接器接触体镀金常用基体材料及特性分析在电子学诸技术中，半导体正以惊人的速度发展着。在此形势下，要求电子线路中的电连接器高密度化、轻薄短小、多功能化及高可靠性化。电连接器最基本的性能是电接触的稳定性，因此，电连接器接触体的材料主要采用铜及铜合金、银及银合金等金属作为基体材料或镀层
50、金属。2 2 1 1 铜及铜合金7华中科技大学硕士学位论文铜及铜合金具有丰富的色泽，铜的化合物也具有不同的颜色。铜具有高的正电位，铜不能置换氢，因此在空气、水溶液、非氧化性酸、有机酸和非氧化性有机化合物介质中均有良好的耐蚀性，特别是在纯净的淡水和流速不大的海水中具有优良的耐蚀性能，在海洋环境和船舶工业中使用铜制品较其他金属居优势。铜易被氧化，在室温下铜的氧化能够缓慢的进行，生成氧化亚铜C u 2 0，里玫瑰红的颜色；氧化亚铜呈极薄的一层，极其牢固地附着在铜的表面，不易剥离，这层薄膜具有很强的保护作用，破坏后可以迅速再生，这是铜及铜合金具有优良耐蚀性能的原因之一。当温度高于2 5 0 时，铜迅速