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硬镀金vs软镀金-哪个适合我的申请?

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硬镀金vs软镀金-哪个适合我的申请?

指定时1manbext 对于一个应用程序，硬镀金和软镀金的问题是常见的设计主题。硬金电镀是用另一种元素进行合金化，以改变金的晶粒结构，使其形成更坚硬、晶粒结构更细化的镀层。镀硬金最常用的合金元素是钴、镍或铁。软金电镀是一种纯度最高的电镀金，本质上是不添加任何合金元素的纯金。软金电镀产生更粗的晶粒结构，没有任何重要的共沉积。

为了正确地指定一种金电沉积应用，应解决五个关键的设计问题:

  • 耐磨性和接触力：我的应用中是否考虑了周期性滑动或切换磨损，设计接触力是多少？
  • 焊接:对我的应用程序是否有敏感的焊接或可焊性要求?
  • 腐蚀或生物相容性:我的申请对腐蚀或生物相容性有什么要求?
  • 温度与接触电阻:我的应用程序的操作温度是多少?
  • 外表:我的申请在外表上有什么问题吗?

下面针对应用中硬镀金或软镀金的选择，对每个原则设计问题进行了说明。

耐磨性和接触力:硬镀金与软镀金

硬金是通过加入非贵金属元素(通常是钴、镍或铁)而形成的。这些元素改变了沉积物的晶粒结构，导致更细的晶粒结构，更有光泽，更抗滑动磨损。硬金矿床的晶粒尺寸非常小，仅为20-30nm，而软金镀层的典型晶粒尺寸为1-2um，大约比软金大60倍。硬黄金的硬度一般在130-200港元之间25硬度高达200 HK25可能的软金的硬度通常为20-90 HK25使其极易受滑动磨损或触点切换磨损的影响。

镀金接触

硬镀金vs软镀金

在指定硬镀金与软镀金时，应考虑触点的法向力。通常，软金应用建议接触力小于50克，而硬金镀层在50克或更大的正常接触力应用中表现良好。由于缺乏绝缘氧化物或化合物形成，软金触点可用于接触压力低至10克，擦拭距离低至0.010英寸；但是，建议接触力在15-35克之间。

如果应用需要重复滑动磨损或接通/断开切换事件，则应指定硬金。生命周期的数量与黄金的厚度成正比，因为较厚的金矿床能够承受更多的周期。功能性硬金矿床的常见厚度范围从0.000015英寸（对于极低周期应用）到0.0001英寸（对于极高周期应用），最常见的厚度范围在0.000035英寸到0.000075英寸之间。

Amp3.Cites的实验室测试结果表明，在0.00005英寸的镍板下面有一个坚硬的金矿。所提供的资料表1总结了这个测试，使用直径0.250英寸的球在100克/周的法向力下擦拭0.500英寸的距离。

表1:镍基板上的硬金矿的磨损周期(100克，0.5英寸擦拭)

表1 -硬镀金

为了提高黄金的耐磨性，除了适当选择坚硬的黄金和黄金厚度的黄金接触或互连，还应考虑适当选择底板。普通底板包括高纯度氨基磺酸盐镀镍，光亮电解镍或1Manbetx ．镍底板之前的硬或软镀金有许多功能，包括:

  • 扩散屏障:镀硬金或软金之前的镍底板，为铜贱金属和合金金属(如黄铜中的锌)之间的固态金属扩散提供了屏障。扩散屏障确保基材和金之间不会形成弱键合的金属间化合物层，从而随着时间的推移保护金矿床的完整性。这对于在较高温度下使用的应用程序尤其重要。
  • 腐蚀抑制剂:在镀硬金或软金之前先镀镍，有助于提高耐腐蚀性。金层中的任何气孔都将导致镍衬底取代基材。如果大气中不含有高度酸性的腐蚀性物质，这通常会导致在孔基处形成被动氧化物。镍底板可防止氧化铜的生长或使金层表面失去光泽的薄膜，从而保护无氧化接触表面。
  • 找平层:光亮的镍底板可以改善接触表面的光洁度，降低摩擦系数，从而减少金矿的滑动磨损。
  • 承重垫层：镍底板有助于承受硬或软镀金部件的接触负荷。这降低了硬镀金触点开裂的可能性，并提高了整体耐磨性。

硬镀金与软镀金的结合考虑

由于钴、镍和铁等硬金矿中存在“非贵金属”元素，使得硬金矿的焊接比软金矿更难。对于非常敏感的连接应用，如热超声连接，或超声线连接，应只考虑软金。

镀金管 硬金镀层的共沉积金属在焊接温度下会氧化，降低焊点的完整性。此外，高纯度的III型软金电镀是理想的应用，金的热扩散将发生，如热压连接。

当使用锡铅焊料焊接到金矿时，也应考虑金的厚度。已经证明，锡铅焊点如果超过金重量的3%就会导致脆性。由于这个原因，通常建议普通锡铅焊料的金厚度为30uin (0.75um)或更低。

最后，除了选择合适的硬镀金或软镀金用于粘接应用外，还应考虑选择合适的底板。当焊接到金矿时，最初的润湿和焊点形成于金层。然而，金迅速溶解到焊点导致最终的焊点连接到底层。因此，底层必须有一个坚固的可焊表面，否则焊点会发生去湿。高纯度镍层不含有机共沉积，如氨基磺酸镍，以确保最牢固的焊点。

硬金镀层与软金镀层的耐蚀性和生物相容性

软金电镀由几乎纯金矿床组成，没有任何有意共沉积的元素。一个维护良好的软金电镀槽会导致金矿的纯度达到99.9%或更高，总元素杂质只有10ppm或更少(通常是碳)。相比之下，硬金镀层故意添加了非贵金属元素，影响镀层的晶粒结构。这些元素的纯度低至99.0%，杂质高达2800ppm的元素，包括碳、氢、氧、氮和钾。

因此，软金电镀在提供耐腐蚀性能方面是优越的，因为它保持了元素金的真正高贵特性。因此，软金具有优越的抗酸侵蚀能力，或抗元素暴露形成的任何化合物。硬金的共沉积杂质降低了镀层的整体耐蚀性。此外，钴等元素的加入会导致氧化和与这些元素形成其他化合物，特别是在高温下。

基于上述原因，软镀金在医疗应用中具有优越的生物相容性要求。纯软金矿床的高贵特性导致被动涂层不会与生物体内的生物化学反应。此外，如果镀到足够的厚度，高纯度的软金镀层可以产生无孔层。最后，软镀金的光不透明度使其成为导管等设备的理想选择，因为在医疗过程中部件的可见性是设计要求。

硬金镀层与软金镀层的温度与接触电阻

硬镀金接触电阻图

图1:钴硬化(CoHG)和镍硬化(NiHG)金矿床的接触电阻随温度和时间的函数。

由于软金的纯度高，软金与硬金相比，接触电阻更低。ASTM B4882引用了硬金镀层的接触电阻高达软金镀层的三倍，硬金镀层的欧姆每平方读数为0.10，软金镀层的欧姆每平方读数为0.03。

对于高温应用，由于氧化物和其他化合物的加速形成，硬镀金会增加接触电阻。Okinaka和Hoshino1引用了钴和镍硬金镀层的接触电阻随温度和时间的变化。发现在125°C下1000小时（41天）后接触电阻显著增加。如果工作温度增加到300°C，则该时间段仅减少到1分钟。

图1说明了钴硬化金(CoHG)和镍硬化金(NiHG)的接触电阻随温度和时间的变化而增加。随着时间的推移，CoHG接触电阻的增加被认为是由于氧化钴的接触电阻增加而不是氧化镍。

硬镀金与软镀金的外观

更小和更细化的晶粒结构的硬镀金结果是一个更有光泽或“明亮”比软镀金。此外，由于硬度降低，软金镀层更容易刮伤和/或由于抛光或与其他表面接触而造成的光洁度不一致。软金的硬度为90 HK25与人类指甲的硬度相一致。由于这些原因，硬金电镀通常推荐在更美观的黄金接触是需要的应用，如可见互连应用。

除了正确选择镀金外，还要考虑底板。如上所述，不光亮的磺胺酸镍镀层在键合和焊接应用中具有优越的功能。然而，这种不光亮的镍矿床往往导致一个更哑光的黄金完成，是不那么美观。在镀硬金之前，先镀一层明亮的电解硫酸盐镍或明亮的中磷化学底板，这样就会得到一层明亮的金，对消费者来说，这通常与质量或优越的功能有关。值得注意的是，尽管明亮的金矿在外观上更赏心悦目，但它们的功能往往并不优越;特别是在粘接应用或弯曲应用中，更有延展性的镍底板，如磺胺酸镍和软金，提供了更好的粘接和延展性。

总结-硬镀金vs软镀金

在考虑应用程序的硬黄金和软黄金时，以上信息是作为一般指南提供的。对于每个电镀应用程序，还有许多额外的考虑事项超出了本文的范围。manbetx公牛先进电镀技术为镀金或其他应用提供广泛的表面工程支持。对现有或失败的应用程序和组件进行反向工程可以提供设计帮助。请随时联系APT的技术销售团队成员，以获得进一步的帮助sales@www.skilodgesusa.com或414.271.8138。

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博客作者:M. Lindstedt，技术销售经理

引用:

  1. 冲中和细野先生，电子镀金的一些最新课题1998年第7页
  2. ASTM B488-11,工程用金电沉积涂层标准规范，2011，附录X2，第6页
  3. 接触物理研究，黄金法则：连接器触点黄金使用指南， 1996，第7页