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同轴连接器镀金层磨损分析方法的研究

放大字体  缩小字体发布日期:2012-02-29  浏览次数:889
核心提示:评价同轴连接器镀金层质量需检测连接器触点表面镀金层的抗磨损能力 ,以防止镀金层磨穿后基底非贵金属材料暴露 ,在连接器长期使用中发生腐蚀。

1 引言

为提高电子设备的系统可靠性,必须要求其中的连接器具有更高的可靠性.因此广泛采用在连接器电触点表面镀金的方法,以减少非贵金属基底材料的腐蚀,保证电传导可靠.但是由于纯金硬度低,触点表面镀金随之带来的一个问题是磨损严重.现在多采用在基础金属(锡磷青铜或铍青铜)上先光亮镀铜,再电镀高硬度的镍或钯镍合金层,再电镀硬金(金钴合金)的方法,即提高表面硬度、降低表面粗糙度的方法来减少连接器触点表面镀金层磨损。

镀金质量对于连接器触点可靠性有着极大影响.为避免薄镀金层出现微孔腐蚀,目前国内有些行业标准要求连接器镀金层厚度不低于2μm.对于机械耐久性方面,要求同轴连接器在无电负荷情况下,经受500次啮合和分离后外观、接触电阻、拔出力在控制范围内.但是,如果镀金层硬度低,镀金工艺不完善,其抗磨损能力差,经过多次插拔磨损后,基底非贵金属材料暴露,在自然环境中长期使用,不可避免地发生腐蚀,绝缘腐蚀物最终造成接触电阻升高,电接触失效,镀金就失去了意义.因此,采用何种方法来检测连接器触点镀金层抗磨损能力就变得十分重要。

国际上有人采用纸电摄法、并用磨损指数来对镀金磨损定量估算,即对有磨损划痕的平面镀金样品上覆盖含有电解液的试纸,并加平板电极,进行电化学腐蚀,以磨损划痕内生成腐蚀物的总长度除以磨损划痕的长度作为磨损指数.但是由于连接器形状各异,不能采用纸电摄法进行腐蚀.目前国际上并没有针对连接器镀金触点的磨损检测方法和标准.

本文针对通信领域中常用的射频同轴连接器,从国内生产厂家选取镀金同轴连接器,以其内导体接触对作为实验样品,来研究检测同轴连接器触点镀金层抗磨损能力的方法.

2 镀金层磨损检测方法的研究

2.1 镀金层厚度检测方法

使用荧光X射线测厚仪测量同轴连接器接触区磨损前后镀金层的厚度.

2.2 镀金层磨损检测方法

2.2.1 采用单一气体加速腐蚀检测镀金层磨损的机理

由于同轴连接器一般使用铜合金作基底材料,表面镀镍再镀金.表面发生磨损后,基底材料暴露出来.当镀金表面处于潮湿腐蚀气体(如SO2)中,通过镀金表面的微小缺陷,Au和Ni发生原电池反应,采用光学显微镜可清楚地观察到蔓延至表面的浅绿色NiSO4·xH2O腐蚀物.超声清洗掉腐蚀物后,使用扫描电子显微镜可观察到镀金层表面局部磨穿后暴露出中间层镍的状态.

2.2.2 SO2腐蚀气体的配制

在本文中使用的单一气体加速腐蚀实验采用日本标准JEIDA-39配制[8].SO2气体浓度为10±3ppm,温度40±2℃,相对湿度>80%.将无水Na2SO3、无水K2HPO4和无水KH2PO4粉末分别溶于水,然后混合倒入干燥器,干燥器以No14真空脂加以密封、防止漏气.保存在温度40±2℃的恒温箱中,生成SO2气体.反应方程式为:

恒温箱中SO2气体生成的化学方程式

实验装置如图1所示.产生气体浓度与时间的关系如图2

同轴连接器镀金层分析实验装置图

3 镀金同轴连接器抗磨损能力检测实验

3.1 实验样品

实验样品采用经检验合格的镀金同轴连接器内导体插针和插孔,如图3和4所示.内导体插针外表面和插孔内表面镀金层平均厚度均超过2μm,中间镀镍层1~2μm,基底为锡磷青铜.

射频同轴连接器内导体示意图

3.2 镀金层抗磨损能力检测步骤

(1)手工对同轴连接器内导体插针和插孔进行插拔磨损实验.(2)插拔磨损前后使用荧光X射线测厚仪定位测量插针外表面镀金层厚度变化.(3)然后使用SO2气体加速腐蚀,腐蚀时间为24小时.(4)使用光学显微镜观察插针外表面腐蚀产物.(5)最后超声清洗掉腐蚀物,使用扫描电镜观察插针表面磨损形貌,判断镀金层是否磨穿.

3.3 插针插拔磨损前后镀金层厚度的变化

内导体插针磨损前后镀金层厚度图

插拔磨损前后,在插针外表面均沿轴线方向以0.3mm间隔测量插针外表面的镀金层厚度.图5(a)、(b)和(c)为同轴连接器内导体插针分别经过1、5、50次插拔磨损前后的镀金层厚度变化曲线.横轴为沿插针轴线方向上的测量点位置,第1点为插针针尖位置,第17点为插针根部.纵轴是插针表面镀金层厚度.发现经过1次插拔磨损后,插针外表面镀金层平均厚度由2.16μm减少了约0.3μm降到1.86μm;插拔5次后,表面平均只剩余1.19μm左右的金层;经过50次插拔磨损,插针外表面的镀金层厚度最薄处仅剩下0.3μm.可见插针表面的镀金层抗磨损能力较差.但是,如果残余的镀金层仍能均匀覆盖在表面,基底材料未暴露出来,则镀金层的抗腐蚀能力就可以保存.所以仅以镀金层厚度来判断镀金层磨损后的防腐蚀能力是不够的,需使用SO2气体加速腐蚀进一步判断基底材料的暴露情况。

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