Золотое покрытие - это метод нанесения тонкого слоя золота на поверхность другого металла, чаще всего меди или серебра (для получения позолоты серебра ), с помощью химического или электрохимического покрытия . В этой статье рассматриваются методы гальваники, используемые в современной электронной промышленности; для более традиционных методов, часто используемых для гораздо более крупных объектов, см. золочение . [ требуется разъяснение ]
Типы
В электронной промышленности используется несколько видов золотого покрытия: [1]
- Мягкое покрытие из чистого золота используется в полупроводниковой промышленности . Слой золота легко припаивается и склеивается проволокой . Его твердость по Кнупу составляет 60–85. Гальванические ванны не должны быть загрязнены.
- Мягкое чистое золото осаждается из специальных электролитов. Покрытие можно покрывать целыми печатными платами. Эта технология может быть использована для нанесения слоев, пригодных для соединения проволокой.
- Яркое твердое золото на контактах с твердостью по Кнупу от 120 до 300 и чистотой 99,7–99,9%. Часто содержит небольшое количество никеля и / или кобальта ; эти элементы мешают соединению кристаллов, поэтому ванны для нанесения покрытия нельзя использовать для полупроводников.
- Яркое жесткое золото на печатной плате закладок осаждаются используя более низкую концентрацию золота в ваннах. Обычно также содержит никель и / или кобальт. Краевые соединители часто изготавливаются путем погружения на контролируемую глубину только края плат.
Химия золочения
Существует пять признанных классов химии золочения:
- Щелочной цианид золота для покрытия золотом и золотыми сплавами
- Нейтральный цианид золота для гальваники высокой чистоты
- Кислотное золотое покрытие для блестящего твердого золота и покрытия из золотых сплавов
- Нецианиды, как правило, на сульфитной или хлоридной основе для покрытия из золота и золотых сплавов
- Разнообразный
Ювелирные изделия
Позолота из серебра используется при изготовлении украшений . Толщина золотого покрытия ювелирных изделий измеряется в микронах (или микрометрах). Толщина в микронах определяет, как долго прослужит позолота при использовании. Ювелирная промышленность обозначает различные качества золотого покрытия в следующей терминологии.
- Золотое мерцание / промывка золотом - толщина слоя золота менее 0,5 микрон
- Покрытие золотом - толщина слоя золота больше или равна 0,5 микрон
- Тяжелое золотое покрытие / вермейл - толщина слоя золота больше или равна 2,5 микрон
Позолоченные серебряные украшения все еще могут потускнеть, поскольку атомы серебра диффундируют в золотой слой, вызывая медленное постепенное исчезновение его цвета и в конечном итоге вызывая потускнение поверхности. Этот процесс может занять месяцы и даже годы, в зависимости от толщины золотого слоя. Для противодействия этому эффекту используется барьерный металлический слой - это может быть никель или родий. Медь, которая также переходит в золото, делает это медленнее, чем серебро. Медь обычно дополнительно покрывается никелем. Позолоченное серебряное изделие обычно представляет собой серебряную подложку с нанесенными поверх нее слоями меди, никеля и золота.
Инфракрасная отражательная способность
Золото, наносимое испарением или гальваникой, было рекомендовано НАСА для термического контроля приборов космического корабля из-за его 99% отражательной способности в инфракрасных длинах волн. [ необходима цитата ]
Электроника
Золотое покрытие часто используется в электронике, чтобы обеспечить коррозионно- стойкий электропроводящий слой на меди , обычно в электрических соединителях и печатных платах .
При прямом нанесении покрытия золотом на медь атомы меди имеют тенденцию диффундировать через слой золота, вызывая потускнение его поверхности и образование оксидного и / или сульфидного слоя.
Слой подходящего барьерного металла , обычно никеля , часто наносится на медную подложку перед золотым покрытием. Слой никеля обеспечивает механическую поддержку слоя золота, улучшая его износостойкость . Это также уменьшает влияние пор, присутствующих в слое золота.
Слои никеля и золота могут быть нанесены электролитическим или химическим способом. При выборе методов электролитического или химического нанесения покрытия необходимо учитывать множество факторов. Они включают в себя то, на что будет использоваться депозит, конфигурация детали, совместимость материалов и стоимость обработки. В различных областях применения электролитическое или химическое нанесение покрытия может иметь преимущества с точки зрения затрат.
На более высоких частотах скин-эффект может вызвать более высокие потери из-за более высокого электрического сопротивления никеля; полезная длина никелированной дорожки может быть сокращена в три раза в диапазоне 1 ГГц по сравнению с нейронной. Применяется селективное покрытие, при котором слои никеля и золота наносятся только на те участки, где это необходимо, и не вызывает вредных побочных эффектов. [2]
Золотое покрытие может привести к образованию золотых усов .
Проволочное соединение между позолоченными контактами и алюминиевыми проводами или между алюминиевыми контактами и золотыми проводами при определенных условиях приводит к образованию хрупкого слоя интерметаллических соединений золото-алюминий , известного как пурпурная чума .
Проблемы с пайкой
Пайка позолоченных деталей может быть проблематичной, поскольку золото растворяется в припое . Припой, содержащий более 4–5% золота, может стать хрупким. Поверхность сустава тусклая.
Золото реагирует как с оловом, так и со свинцом в жидком состоянии, образуя хрупкие интерметаллиды . При использовании эвтектического припоя 63% олова - 37% свинца не образуются соединения свинца и золота, поскольку золото преимущественно реагирует с оловом, образуя AuSn.
4сложный. Частицы AuSn
4диспергируются в матрице припоя, образуя предпочтительные плоскости спайности , что значительно снижает механическую прочность и, следовательно, надежность полученных паяных соединений.
Если слой золота не полностью растворяется в припое, тогда в твердом состоянии могут протекать медленные интерметаллические реакции, поскольку атомы олова и золота перекрестно мигрируют. Интерметаллиды обладают плохой электропроводностью и низкой прочностью. Продолжающиеся интерметаллические реакции также вызывают эффект Киркендалла , приводящий к механическому разрушению соединения, аналогичному разрушению связей золото-алюминий, известному как пурпурная чума .
Слой золота 2–3 мкм полностью растворяется в течение одной секунды в типичных условиях пайки волной припоя . Слои золота тоньше 0,5 мкм (0,02 тыс. ) Также полностью растворяются в припое, обнажая находящийся под ним металл (обычно никель). Примеси в слое никеля могут препятствовать прилипанию припоя к нему. Покрытие химическим никелированием содержит фосфор. Никель с содержанием фосфора более 8% не подлежит пайке. [ необходима цитата ] Электроосажденный никель может содержать гидроксид никеля . Для удаления пассивирующего слоя перед нанесением слоя золота требуется кислотная ванна ; неправильная очистка приводит к тому, что никелевая поверхность трудно паять. Может помочь более сильный флюс , так как он способствует растворению оксидных отложений. Углерод - еще один никелевый загрязнитель, который ухудшает паяемость.
Смотрите также
- Ювелирные изделия с золотым наполнением
Рекомендации
- ^ Вайсберг, Альфред М. (1997). «Золочение» . Журнал отделки продуктов . Проверено 3 апреля 2013 .
- ^ «Медные никелированные следы на печатной плате» . Полярные инструменты. 2003 . Проверено 28 марта 2007 .