电子连接器和设备在日益严格的工作条件下对其使用寿命提出了更高的要求，降低材料成本和保护金属资源重要性的认识使得保证连接器的预期寿命之内具有一定可靠性成为关键问题。贵重金属例如金、钯和它们的合金是最好的电连接材料，主要用作镀层材料。由于锡和锡合金(焊剂)的固有特性，在制造连接器时形成的氧化物很容易被去除，锡和锡合金(焊剂)也用作电接触材料。

 

1，贵金属金镀层基本特性

 

一般的，金镀层可以分为软金和硬金两种。软金主要应用于耐磨性不是第一考虑要素的领域。对于一些具有良好环境的应用场合，金镀层厚度可以小于25nm。然而在大多数的应用场合，金厚度在0.1～0.8μm即可满足性能要求。硬金镀层，通常包含镍的合金和钴，常用来做独立电连接器触点的表面材料。这是由于它们独特的化合特性：贵重、耐久性能、抗微动磨损和易于电镀。

 

一个纯金镀层(软金)的接触电阻相比金-钴合金要小。这是由于软金容易变形，具有增加粗糙面接触的趋势，然而，一些绝缘的污染物将减弱接触电阻的作用。纯金相比金-钴合金传导性好，这是由于它们具有较小的接触电阻。

 

对于厚度不超过5μm硬金，近年来普遍采用塑性镍中间层来预防铜的扩散。镍的厚度通常为1.25~2.5μm。也就是我们常说的电镀打底层，由于镍的特性，其作为打底层，具有如下优点：

 

强化金的粘着滑动磨损和磨料磨损性能

 

提高微动时金的耐久性

 

增加在硫、氧硫化物和其他一些污染物存在的环境中的接触可靠性（虽然在二氧化硫环境中镍金属会在孔隙处产生严重的腐蚀）

 

此外，在一些镍电镀过程时，薄金沉积物孔隙数量较少。镍的另一个优点是可以阻碍金与铜、锌及其他金属之间的热扩散。虽然扩散的相对速率决定于温度，但是镍与大多数金属相比，其扩散速率较慢。因而，在高温工作条件下，镍可以显著地使得镀金电连接器的接触电阻保持稳定。该接触电阻由于扩散金属表面存在的不导电的氧化物而最终是要增加的。

 

对于连接器的触点在150°C条件下一般采用镍-金镀层，甚至在200°C也可使用，这决定于它的额定工作持续时间。镍中间层可以加强薄金沉积物的耐久力，并有助于抵抗微动的损坏。

 

2，锡镀层基本特性

 

锡作为接触表面的应用源于锡氧化物和中间层锡金属表面的不同硬度。锡氧化物薄而且非常硬和脆，但锡本身却很软。复合表面是在一个软的且具有一定塑性的金属层上的薄、硬和脆的表面。当一个载荷施加在这样的复合面时，表面氧化物裂开，载荷施加在软和脆的锡上很容易导致氧化物的裂缝加宽。锡通过裂缝建立一个理想的金属接触接口，这个过程可通过发生在接触对上的滑动/摩擦作用来大大加强。

 

 然而，因为锡容易产生热力学氧化，这就使得当锡在微动中，暴露于环境时会带来相应问题。锡和锡基合金对微动的敏感性是确保电气连接的可靠性能的主要问题之一。然而，微动对锡基合金的有害作用可通过防止微动和润滑来限制，但不能完全消除。锡和锡合金一般在良好环境和中等大气温度的电气设施中应用，即通断操作次数少，寿命要求相对短，可靠性要求适中。

 

通过对连接器的研究发现，除了镍中间镀层，铜和无铅材料、锡和钯电镀合金等非贵金属材料，也特别容易产生微动腐蚀。由于金为贵金属，它不容易产生有害的微动结果。但是，当微动过程磨损掉金电镀层后，镍中间层或底层金属暴露产生有害的微动腐蚀。可以通过加大金镀层的厚度，来延长微动腐蚀出现前的接触对表面的工作时间。实际结果表明在接触区域使用表面“漂”金会大大增加微动的发生概率，甚至影响到连接的可靠性。考虑到金镀层在低压力、低电压接触点的长期可靠性中起的重要作用，金镀层的评估就显得十分重要。因为电子系统正式使用前在制造、运输、存储过程中的环境很少像它们的使用环境一样良好，在这种条件下，质量较差的金电镀层会对这些电子系统安全性能产生严重的危害后果。

 

3，锡镀层和金镀层互配后性能

 

基于对电子连接结果的广泛深人研究，在不同金属间的微动中，接触电阻决定于混合物接触面由于金属移动、磨损和膜层构成的改变。一般而言，纯金属的迁移方向是从软面到硬面。因此金与钯等较硬材料相配合，会成为金-金接触，使接触电阻仍然可以保持较低水平。金合金比钯的硬度高，如75Au25Cu 合金，在接触过程中使鈀在接触表面扩散，从而使得接触成为钯-钯接触，导致了接触电阻升高。

 

当金与锡或锡铅焊料接触产生微动时，接触电阻升高的速度甚至会比锡-锡和锡铅焊料之间接触时还要快，这是由于不同类型金属表面在破坏氧化物并重建干净接触表面的难度较高而造成的结果。接触金属间的一个薄层可能由于微动而磨损，特别是在缺少润滑的情况下，接触电阻的特性变得与底层金属相近。

 

从微动的角度看，金与锡相结合作为接触材料的效果最差。在微动条件下，较软的锡将扩散进人接触面，同时覆盖较硬的金。扩散的材料是锡氧化物和碎屑的结合物，在微动过程中，这种结合物是不容易被去掉的。当微动过程继续时，扩散过程也继续，随着扩散层的厚度不断增加，接触表面接触性能不断下降，从而影响到系统的电气稳定性。

 

观察实验数据，注意到微动敏感性有一个很有趣的现象，与金镀层相比，银镀层的微动敏感性要弱。用相匹配的镀层触针与镀锡、镀金、镀银样片微动过程中接触电阻的变化。由于银在含有一定量硫化合物和氯化合物的空气中具有变色的特性，因此限制了它在电连接中的应用。然而，它还是成功地应用于铝母线触点表面膜层。

 

对比上图试验结果，银镀层和银镀层配合时，刚好满足LV214标准的微动寿命要求，锡镀层与锡镀层，或者金镀层与金镀层配，都无法满足LV214的微动寿命100000次要求。三种配对中，锡和锡对配时，微动效果是最差的！

来源：电子连接器手册

关键词： 锡镀层 金镀层