镀层作用及基本方法介绍

电子连接器为什么要使用镀层，主要有两个理由。第一个原因是对接触弹片的基材起到防腐蚀保护作用；第二个原因优化接触界面的属性，提高连接器的电气性能和机械性能。

首先考虑防止腐蚀情况。

大部分连接器的接触弹片是铜合金材料，在典型的连接器使用环境中都会收到腐蚀，例如氧化腐蚀或者硫化腐蚀。使用接触镀层有效的阻隔了接触弹片和环境的直接接触，从而阻止铜材被腐蚀。当然，镀层材料在使用环境中不能产生腐蚀，至少不能产生有害的腐蚀。由于防止腐蚀是一个重要的功能，因此在接触界面优化的过程中，选择合适的接触镀层是主要的考虑因素。

其中最关注的机械性能包括耐久性，镀层的磨损，以及对配合力的影响。

这些考虑都是基于在连接器相对运动中，接触面的触点之间冷焊连接的分离运动所产生的影响。最重要的机械特性包括镀层材料的硬度，耐久性和摩擦系数。这些特性都取决于镀层材料的固有特性和其被运用的过程。

优化连接器的电气性能可以从考虑管理镀层出发，管理接触镀层表面已经存在膜层（氧化膜层等）以及可能会形成的膜层。连接器的主要的电气性能需求是建立并维持稳定的接触阻抗。为了提供稳定的连接，就必须形成金属接触界面。建立金属接触界面就必须要阻止接触表面膜层的形成或者移除表面膜层。这两者管理膜层的方式就定义了镀层材料中贵金属和非贵金属的区别。

贵金属镀层（金，钯，和这些金属的合金）本质上是不会形成各种表面膜层。对于这类的表面处理，金属接触面的创建相对简单，因为其只要在配合的过程中，移除表面污染物。通常这会很容易。为了维持稳定的接触阻抗，连接器的设计要求集中于保持贵金属接触表面免受外部因素影响，例如污染，基材金属的扩散，和接触磨损。

普通金属镀层，典型的有锡，锡铅合金等，都会都氧化膜层覆盖。锡作为接触镀层的使用性是基于以下事实：其氧化膜层容易被刺破，以及金属接触容易建立。对于锡镀层接触时，连接器设计的直接需求是：在配合过程中刺破氧化膜层，以及确保接触界面在连接器生命周期内不会再次氧化。以微动腐蚀形式的再氧化过程，是锡镀层的主要失效机理。银镀层最好被认为是非贵金属镀层，因为银镀层容易形成氧化物和硫化物。镍镀层也是一种非贵金属断层，同样是因为容易形成氧化物。

镀层方法

接触镀层的实现可以有很多种方式，其中三种主要的镀层方式是：

• 电镀
• 喷镀
• 热浸镀

电镀工艺

在连接器制造中，电镀是使用最普遍的一种电镀方式。

图1所示，是典型的电镀槽结构。镀层会沉积在阴极上（连接器就是接触弹片），而金属离子则来自电镀液，通过电镀液的成分，或者通过来自阳极的分解产生，当沉积产生的时候，阳极就会继续分解补充电镀液。在这简单的电镀槽里面，沉积过程由镀液的化学性质和阴极表面的电流分布控制。

图1 电镀槽示意图

电沉积过程的现象描述在原理上很简单。以金镀层为例，镀层材料沉积在金属基材的各点上，并随着镀层厚度的增加而在整个连接器表面上横向生长。当厚度达到一定的时候，镀层就会完全覆盖基材。完全覆盖的范围和程度取决于基材表面的特性和清洁程度，以及电镀工艺。电镀中最常见的电镀缺陷是电镀孔的存在。

大多数连接器触电的电镀都是采用连续卷到卷过程中完成的，以利用这种过程的成本效益。在80年代以及90年代初期，由于金的价格昂贵，大约800美元，因此大量的资源投入到减少金镀层的厚度努力之中，最终获得大的进步，一方面通过增加镍打底镀层，使减少金镀层厚度成为可能；一方面通过控制镀金位置以及需要镀金的接触区域的数量。

有三种接触镀层的方式：全镀，选择镀，以及双层电镀。全镀就是将接触区域全部用镀层覆盖。锡镀层一般都是采用全覆盖镀层。对于贵金属镀层，考虑到成本因素，镀层的选择方式一般采用选择镀或者双层电镀方法。在这两种方法时，都是将贵金属镀层镀在可分离的接触端。在永久连接端也会采用选择性镀金的方式，但是两端的镀层厚度可能会不同。通常情况下，在永久连接端双层电镀采用的是锡或者锡铅合金。

图2 电镀方式分类：（a）全镀 (b) 选择镀  (c) 双层电镀

需要特别注意的是，同样的金属材料，电镀后的材料属性与锻造的材料特性完全不同，特别是对于贵金属镀层材料。通常，材料电镀之后，相比锻造的方式，硬度变大，延展性降低，密度也会降低。变化的幅度取决于材料和电镀的方式。

喷镀工艺

喷镀是在高压的情况下，将镀层金属附着到基层金属表面。常见的喷镀有三种方式：全镀，点镀，嵌镀。全镀是镀层金属完全覆盖基材。点镀仅仅选择性的覆盖基材需要镀层的位置。嵌镀是一种特殊的喷镀方式，需要将镀层材料覆盖在基材有凹陷的位置。

热浸镀

在连接器的应用中，热浸镀仅限锡和锡合金镀层。热浸镀的过程就是将带状金属从熔化的锡池中拉过从而镀上一层锡。镀层厚度的控制是通过工艺过程来控制的，包括空气刀以及刷子。因此，典型的镀锡厚度及厚度的特殊要求都是取决于工艺技术。

从接触界面的角度来看，热浸镀和电镀的最主要的区别在于，其金属间化合物的形成是在浸泡的过程中形成的。我们即时在常温状态下，铜锡之间的金属化合物的形成也很容易，如果不多加小心，或者工艺水平比较差时，热浸镀过程中将会产生大量的金属化合物。过量的金属间化合物将会对接触界面产生不可接受的影响，也会对接触界面之间的可焊性产生负面的影响。由于金属化合物是热浸镀过程中产生的，因此必须严格控制工艺过程，以确保表面镀层是锡而不是金属化合物。

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