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。

非贵金属电镀，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贵金属表面处理：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)

Water rinse/ Blow off(水洗/吹干)

Hot DI Water rinse(热水洗)

U.S. rinse(超声波水洗)

Drying(干燥)

二、电镀产品品质检验规范和方法  

            电镀端子的检验是电镀完成后不可缺少的工作，只有检验合格的产品才能交给下一工站

使用。通常的检验项目为：膜厚(thickness)、附着力(adhesion)、可焊性(solderability)、外观( appearance)、包装(package)、盐雾试验(salt spray test) ，对于图纸有特别要求的产品，

有孔隙率测试(30u")金使用蒸气法，镀钯镍产品(使用凝胶电解法)或其它环境测试。

(一)、膜厚：

1.膜厚为电镀检测基本项目，使用基本工具为萤光膜厚仪(X-RAY), 其原理是使用X射线

 照射镀层，收集镀层返回的能量光谱，鉴别镀层厚度及成分。

2.使用X-RAY注意事项：

              1) 每次开机需做波谱校准

              2) 每月要做十字线校准，

              3) 每星期应至少做一次金镍标定。

              4) 测量时应根据产品所使用的铜材选用测试档案。

              5) 对于新产品没有建测试档案，应建立测试档案。

3.测试档案的意义：

             例：Au-Ni-Cu (100-221 Sn  4% @0.2).cfp

                     Au-Ni-Cu-------------测试在铜基材上镀镍打底再镀金的厚度。

              (100-221 Sn 4%-------------AMP铜材编号 含锡4%的铜材)

4.X-RAY使用细节参见WI-QA-041。                           

(二)、附着力：

        附着力检测为电镀基本检测项目，附着不良为电镀最常见不良之一检测方法有两种：

      1. 折弯法：

          先用与所需检测端子相同厚度的铜片垫于需折弯处，用平口钳将样品弯曲至180°，用显

          微镜观察弯曲面是否有镀层起皮，剥落等现象。

      2. 胶带法：   

          用3M胶带紧牢地粘贴在欲试验样品表面，垂直90°迅速撕开胶带，观察胶带上有无剥落

         金属皮膜。如目视无法观察清楚，可使用10倍显微镜观察。

       3. 结果判定：

          a). 不可有掉落金属粉末及被胶带粘起之现象。

          b). 不可有金属镀层剥落之现象。

          c). 在底材未被折断下，折弯后不可有严重龟裂及起皮之现象。

          d). 不可有起泡之现象。

          e). 在底材未被折断下，不可有裸露出下层金属之现象 。

     4. 对于附着力发生不良时应学会区分剥落的层的位置，可用显微镜及X-RAY测试已剥落的

         镀层厚度来判断，借此找出出问题的工站。

(三)、可焊性

1.可焊性为镀锡铅和镀锡的基本功能与目的，如果有焊接后工序需求的，焊接不良是绝对不可接受的。

        2.  焊锡试验的基本方法：

            1) 直接浸锡法：根据图纸规定，直接将焊锡的部分浸上要求的助焊剂， 浸入 245± 5C°

                的锡炉中，5秒钟后应缓缓以约25MM/S速度取出。取出后，冷却至常温时用10倍显

                微镜观察判定；吃锡面积应大于95%以上，吃锡部位应平滑光洁，无拒焊，脱焊，

               针孔等现象即判合格。

          2) 先老化后焊接，对于部分图面有特别要求的产品，样品在作焊接试验前应使用蒸汽

              老化试验机对样品进行8至16个小时的老化，以判断产品在恶劣的使用环境下的焊

              接性能。后续步骤同第一步。     

(四)、外观：

1.外观检测为电镀检测的基本功，从外观上可以看出电镀工艺条件的适合性及电镀药水可能产生的变化。不同的客户对外观会有不同的要求，对于电镀端子应一律用至少10倍以上的显微镜观察。对于已发生的不良，放大倍数越大越有助于分析问题发生的原因。

2.检验步骤：

2.1取样品放在10倍显微镜下，用标准白色光源垂直照射；

2.2通过目镜观察产品表面状况。

3.判定方法：

3.1色泽均匀，不可有深浅色，异色(如变黑、发红、发黄)，镀金不可有严重色差。

3.2不可粘有任何异物(毛屑、灰尘、油污、结晶物)；

3.3必须干燥，不可沾有水分。

3.4平滑性良好，不可有凹洞，颗粒物。

3.5不可有压伤，刮伤，刮歪等各种变形现象及镀件受损之现象。

3.6不可有裸露出下层之现象，关于锡铅外观，在不影响可焊性的情况下，允许有少许(不超过5%)麻点，麻坑。

3.7镀层不可有起泡，剥落等附着力不良现象。

3.8电镀位置依照图面规定执行，在不影响使用功能的前提下，可由QE工程师决定适当放宽标准。

3.9对于有疑异的外观不良现象，应由QE工程师定极限样版和外观辅助标准。

(五)、包装

        包装代表着AMP的形象，对包装应足够重视。

        包装要求包装方向正确，包装盘、箱干净整齐，无破损；标签填写完整、正确，内外标

        签数量一致。应注明接头数量，对于客户有要求的NORTH WOOD 产品出货，在一个包    

        装箱内应是同一个模号和同一条电镀线的产品。

(六)、盐雾试验

1.盐雾试验为比较普通的环境试验，主要模拟在高盐分的使用环境中，考察镀层的耐腐蚀能力。

2.通常使用5%盐水作客户所需要时间的喷雾。

3.在到达规定的试验时间后取出在10倍放大镜下观察，观察镀层表面腐蚀氧化生成状况及位置。

4.盐雾试验的结果不能作为产品好坏的最终判定，仅作为工程师的判断参考使用。

 (七)、孔隙率测试

1.电镀的表面在普通的显微镜下光亮洁净，然而如果使用高倍的电子扫描显微镜观察(2000倍或更高)，会发现镀层表面存在着一些高低不平和微小的孔洞，这些孔洞绝大部分为素材表面所固有存在的，电镀层无法完全覆盖所至。

2.如何判断这些小孔会不会在将来的使用过程中与外界发生反应而不断扩大并影响客户的使用功能，这就需要用试验的方法来证明。

3.试验方法：

              1).蒸气法：

      蒸气法主要应用于30U“以上金镀层的孔隙性测试。基本原理是使样品暴露在

      蒸气中30min(50u”以上金要60min)，然后放在125度烤箱中烘烤30分钟，取出

      待冷却后放在10-20倍显微镜下观察，镀层表面有无氧化与腐蚀点，如有腐蚀点可

      以使用带刻度显微镜量测孔的大小并根据图纸来判断是否接受。

      操作此试验的注意事项：及其蒸气具有强腐蚀性，必须穿戴防护用品方可操

                  作。    

              2).电解凝胶法：

        因为钯镍镀层很容易被有机酸腐蚀，所以无法使用试验来考察钯镍镀层的孔

                  隙率。可以使用电解凝胶试验来判断。电解凝胶法的基本原理是利用规定的电流

                  对样品进行电解，观察镀层间的小孔会否产生铜和镍离子的腐蚀物出现，其与凝

胶中的指示剂相遇后会出现蓝色或灰色的半球状生成物。可以依据生成物的大小

及数量来判断镀层可否接受。

                  操作此试验时应特别注意电解时间和电流大小应控制在规定的范围内。下载本文