电镀是当今现代制造中使用的极关键的工艺之一。随着物联网 (IoT) 的发展,越来越多的设备被连接起来,以提供对信息和数据的即时访问。然而,任何电气设备的有效性和可靠性在很大程度上取决于连接的质量,特别是连接器或触点上使用的镀层。正确的电镀是确保设备可靠运行的关键,而电镀不当会对电气设备的性能、实用性和耐用性产生负面影响。
在电镀连接器和触点等电气元件时,金和银是两种常见的电镀工艺,两者都可产生高度可靠和导电的连接。但是,镀银和镀金各有利弊。金和银都具有高导电性和耐腐蚀性;但是,银会形成硫化物(失去光泽),而金可能是一种昂贵的选择。在本文中,我们将讨论金连接器和银连接器之间的区别,以及何时一种涂层可能优于另一种涂层。
镀金连接器的好处
金是一种昂贵(非反应性)金属,可以提高连接器在各种电气应用中的性能。使用镀金的好处包括:
1、优越的耐腐蚀性
与其他金属相比,黄金的抗氧化或抗腐蚀能力非常高。在连接器的触点可能暴露于腐蚀性物质或条件的情况下,镀金可以作为有效的氧化和腐蚀屏障。因此,镀金连接器是连接器或触点可能暴露在腐蚀性更强的应用中的非常好选择。
镀金连接器的应用包括高湿度环境或频繁热循环以及暴露于腐蚀性盐或酸的应用。在更苛刻的应用中,可能需要较重的金沉积物甚至双相金沉积物,以确保有足够的金来消除沉积物中的任何孔隙,从而形成有效的腐蚀屏障。
2、高导电性
除铜和银外,金是世界上第三大导电金属。然而,金不会产生任何氧化物或其他化合物,因此即使在高温或暴露于腐蚀性环境中也能保持其高导电性。金的高一致电导率即使在非常低的电压下也能确保稳定的电流流动,这使得金成为毫伏传输毫安的电子应用的非常好选择。
3、增强耐用性
电镀金可以与少量的镍或钴制成合金,以将硬度从纯金(< 90 Knoop)提高到高达 200 Knoop。这种硬化的金矿通常被称为硬金。当在电解或化学镀镍基底上,镀上足够的厚度 (> 50uin) 时,硬金可以为重复的连接循环提供耐用的涂层。由于其天然润滑性,硬金不易磨损或磨损。
4、延展性
因为黄金是一种具有延展性的金属,所以它适用于柔性连接和弹簧。黄金的延展性使得镀层更有可能承受多次接触循环。但是,镀金电连接器或弹簧需要合适的底板材料,以保证表面处理符合设计要求。在对柔性触点或弹簧进行电镀时,通常建议使用工程镍(例如氨基磺酸镍)作为镀金的底板。
5、可焊层
镀金是形成可靠焊点的非常好表面处理,只需使用温和的松香助焊剂,无需酸活化即可始终均匀地润湿。几乎可以在任何基材上镀金,包括不锈钢端子或连接器,以便随后通过焊接进行连接。通常,只需要每边 0.00001 英寸的薄软金沉积物,即可形成可靠的可焊接金触点,但也可以焊接较重的金沉积物。
当焊接到金电沉积层时,镀金通过一种称为固态扩散的机制扩散到焊点中。由于这种现象,应注意焊点中金的重量不超过 3%,因为这会导致焊点本身脆化。作为一般规则,每边小于 0.00005 英寸的沉积物将导致焊点中的黄金重量低于 3%
6、非磁性
直到一点,黄金没有磁性。这在电磁场可以产生干扰的情况下是有利的。例如,镀金可能适用于磁共振成像 (MRI) 扫描仪等医疗设备中使用的连接器。
镀金连接器或触点的行业应用
我们每天依赖的大多数电子设备都使用镀金触点或端子。除了黄金有吸引力的增值外观外,这种贵金属还具有几个关键特性,使其成为许多行业的宝贵材料。然而,电子和互连行业是黄金的主要用户。它在保持电子元件随着时间的推移有效工作方面发挥着重要作用。
黄金可以在各种电子设备中找到,包括手机、台式机和笔记本电脑。每 10,000 部智能手机中约有10 金衡盎司(或 3/5 磅)黄金。200 台计算机中大约有 5 金衡盎司、价值超过 9,000 美元的黄金。
由于其保持电气连接的能力,黄金非常适合用于宽泛的电子应用。它可以应用于需要可靠电气连接的设备的任何部分。诸如电连接器之类的外部组件极常见的是镀金。然而,金主要用于电子设备的电路板。
任何设备的可靠性都取决于其电路板连接的完整性。因此,电子制造商在其电路板上镀金,以提高导电性并防止腐蚀。99.9% 纯金镀层或所谓的软金,通常用于焊盘连接或需要引线键合的地方。
镀银连接器或触点的好处
与金类似,银是一种贵金属,可提供非常导电的表面,同时形成有效的腐蚀屏障。银提供的主要优势是它的成本约为金的百分之一,与金相比,它的使用范围更广,镀层更厚。银的主要缺点是银是一种半贵金属,会形成硫化合物,如硫化银或失去光泽,随着时间的推移会影响银电沉积物的导电性。
1、很高的导电性和导热性
由于其高导电性和低成本,银可能是设计要求高功率传输的应用的理想贵金属。示例包括电流交换体、熔断器、插片、端子汇流条或其他大功率连接器的电镀。由于成本较低,用银电镀较大的铜或铝导体的成本并不高,并且提供了一种非常可靠的贵金属涂层,该涂层抗氧化并产生低接触电阻。
除了电之外,银还是一种出色的热导体,它允许连接传输大量电力以自然调节热点,防止基板材料氧化。
2、防腐蚀保护
与黄金一样,银是一种贵金属,可以形成有效的腐蚀屏障。由于成本较低,银通常可以镀到每侧超过 0.001 英寸的厚度,形成非常无孔的贵金属腐蚀屏障。银通常镀在电解或化学镀镍屏障上,进一步提高了整体腐蚀保护。
当镀在铜或铝导体上时,银形成有效的屏障,以防止基板材料形成化合物或氧化物。这消除了随着时间的推移导体中接触电阻或热点的增加。
3、优越的润滑性
银是一种天然金属润滑剂,即使在极端温度下也能提供出色的润滑性。银是高温螺纹或滑动触点等应用的非常好选择,其中磨损可能是设计问题。银通常用于不锈钢和其他高温合金的电镀,以防止温度可能超过 1250°F 的涡轮发动机或涡轮增压器内的运动或螺纹部件卡住。
银在高接触压力开关或触点(包括熔断器垫或刺式连接器或高压插座连接器)上提供出色的滑动润滑性。使用诸如化学镀镍之类的润滑镍底板可以进一步提高连接器或触点上电镀银的润滑性和耐磨性。
镀银连接器或触点的行业应用
在工业环境中,镀银出色的电气和润滑性能通常用于开关电源应用。由于其成本相对较低,导电性好,润滑性和耐腐蚀性好,镀银适用于宽泛的应用领域。电镀银的应用比任何其他电镀贵金属都要多。这主要是由于白银相对于其他贵金属(如金、铂、钯或铑)的成本较低。
镀银宽泛应用于各行各业以及宽泛的电气产品和应用,包括:
● 电力传输和分配:母线、继电器、电流交换器、重合器、保险丝片、刺式连接器、电源连接器、断开器
● 电动汽车市场:固定和可移动连接器、继电器、功率逆变器、汇流条、便于超声波焊接的焊盘、充电连接器引脚和插座
● 电子: 端子引脚和插座、焊盘、电源接线片
● 轴承和传动: 涡轮发动机和涡轮增压器的止推垫圈和高温轴承、耐腐蚀紧固件和锁紧螺母
电动汽车和电子产品等应用中越来越多地使用电力,使得未来对白银的需求非常高。预计未来几年对镀银的需求将继续呈指数增长。
什么底板用于镀金和镀银连接器或触点?
在镀银或镀金之前,通常使用另一种金属的底板。底板可以提供更好的耐腐蚀性,为随后的贵金属沉积创造结构基础,提高整体导电性,并有助于防止锌等元素从基材扩散到极终的贵金属沉积中。在镀金或镀银之前用作底板的一些金属示例包括:
● 铜: 镀铜是一种优良的底板金属,可有效密封基底,提高附着力、导电性和防腐蚀能力。由于其基于物的配方,它可用于涂覆多种金属并促进基板在电镀时的清洁。作为出色的电导体和热导体,铜可以帮助提高导体的载流能力并减轻连接中的热点。铜也是一种非常易延展的底板,使其适用于弹簧或压接式连接器。
● 电解镍: 金或银镀铜或黄铜等铜合金时,包括铜和锌在内的基底元素会随着时间的推移迁移到金或银沉积物中,形成中间共晶层。这种共晶降低了金或银层的附着力、导电性和可焊性。电解镍底板在基板和金或银极终层之间形成有效的扩散屏障。
此外,电解镀镍为随后的镀金或镀银提供了坚固的结构基础,以提高耐磨性并有助于提供更高的腐蚀屏障。某些电解镍(如氨基磺酸镍)具有良好的延展性,可用于弹簧触点或压接应用。直到,电解镍具有超过 2000°F 的非常高的熔点,使其成为高温应用的良好底板选择。
● 化学镀镍: 化学镀镍提供了电解镍的许多上述优点,包括扩散屏障、结构基础和提高耐腐蚀性。然而,化学镀镍具有极其均匀的额外好处,因此可以镀到高厚度而不会对零件的尺寸公差产生负面影响。
与传统的电解镍相比,化学镀镍还具有改进的润滑性和硬度,高磷化学镀镍是为数不多的用作底板的非磁性镍之一。化学镀镍确实具有明显抑制的 1500°F 熔点,因此不应在极端高温应用中使用。直到,化学镀镍的延展性不如氨基磺酸镍等电解镍,因此不推荐用于压接应用。
金与银连接器或触点:有什么区别?
金和银是各行业连接器和触点极常用的两种贵金属。每种都有优点,但这两种流行的饰面之间也有缺点和差异。以下是金和银电镀之间的一些主要区别。
1、成本——镀金的缺点
全球工业需求、和经济不确定性以及货币贬值都在推高金价。许多国家和人民在经济不稳定时期转向黄金,因为它具有全球公认的货币替代价值。然而,物联网的发展,是黄金现在成为被寻求更多的工业原因,而不只只是作为投资或装饰性珠宝:黄金确实是现代电气和电子设备生产中必不可少的金属。
黄金价格上涨会大幅影响镀金部件的制造,尤其是对于使用重金矿床的应用。尽管没有其他材料可以与黄金的所有特性相媲美,但银具有许多相似的特性,而且价格大幅降低。银可以镀得更重,成本更低,沉积物产生许多类似的特性。然而,硫化物或银失去光泽的形成,是银在对接触电阻增加非常敏感的应用中的限制因素之一。
2、银锈——镀银的缺点
银在正常条件下不与氧形成氧化物或化合物;但是,镀银确实会形成各种硫化合物,例如硫化银。尽管硫化银化合物相对导电,但它们确实增加了镀银层的接触电阻,超过了纯银单独的接触电阻。在许多开关应用中,任何银锈都被有效地从滑动接触区内的表面擦去。然而,在静态应用中,硫化银或失去光泽会增加接触电阻,足以改变极低电压应用的信号路径。
有多种抗变色抑制剂,例如 Enthone 的 Evabrite 产品,或 Technic 的 Tarniban 产品;然而,所有这些抗变色化合物都会在表面上添加一层有机或金属膜,从而改变银电沉积物的特性,使其与纯银不同。
与银相比,金在任何正常条件下都不会形成硫化物或失去光泽。对于接触电阻的微小变化会影响产品性能的低压信号传输应用,这使得黄金成为更可行的选择。生命安全传感器或自动驾驶汽车应用等关键应用需要极其可靠的实时信号传输,而只有镀金才能提供这种传输。
3、电导率——银与金电镀
银比金更具导电性。然而,黄金不形成任何电阻化合物的能力使其成为毫安数据应用的理想选择。对于低压应用和腐蚀性条件,它也是一个不错的选择。另一方面,银具有出色的导热性和导电性,并且能够以成本有效地电镀到更高的厚度,使其成为首要材料或高压和大电流电力传输应用。
为什么要为连接器使用镀金服务?
虽然黄金具有使其适用于电子元件的多种品质,但在为连接器或触点应用指定镀金时需要考虑几个关键属性。在为新应用指定镀金服务时,需要考虑以下几个关键因素:
1、镀金服务——确保适当的镀层厚度
在指定镀金时,重要的是标注足够的金厚度,以确保正常功能而不需要过多的金。下表为大多数连接器和触点的适当镀金厚度提供了一些基本指导。
作为一般规则,功能性黄金从大约 0.25 微米或 0.00001 英寸开始,然后增加到每边 2.5 微米或 0.0001 英寸。与单独使用单层相比,使用双相金或两层软后硬金可以提供更有效的每密耳厚度的金阻挡层沉积。
2、镀金服务——指定合适的底板
如上所述,镀金通常由铜和/或铜和镍的底板进行。底板的选择和厚度与极终的金厚度一样重要,以确保沉积物具有足够的耐用性、耐腐蚀性、延展性和可焊性。镀铜有助于提高附着力并提供更好的耐腐蚀性和导电性。而镍底板提供了极好的扩散屏障,以防止铜或锌等合金元素的固态扩散在金和基板之间形成共晶。
镀镍还通过提供可随后镀金的坚硬基础结构,来提高金的耐腐蚀性能和耐磨性。
3、电镀金——硬金与软金
镀金 99.9% 极低镀金是一种软沉积物,极大硬度为 90 Knoop 25。这种沉积物极适合静态、低压触点(50 克负载或更少)或将进行引线键合或焊接的应用。通过将少量镍或钴与金合金化,硬度可以增加到高达 200 Knoop 25,从而非常改善了耐磨性能。
这些硬金沉积物通常推荐用于接触压力较高的应用(大于 50 克负载)或具有滑动磨损的应用,例如阴/阳接触销。
4、底线
为连接器和触点选择合适的镀层是制造可靠产品的关键部分。使用的电沉积类型会影响产品的质量、性能、寿命和成本。金和银都是非常好贵金属矿床,但它们具有不同的独特优点和缺点,在指定特定表面处理之前应考虑这些优点和缺点。本文介绍了镀金和镀银之间要考虑的基本原则。
在考虑连接器或触点应用的镀银与镀金时,上述信息作为一般指南提供。对于每种设计,还有许多其他注意事项超出了本文的范围。先进的电镀技术为镀金和镀银服务提供宽泛的表面工程支持。
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