Optimización de bloques de terminales
Caja de distribución : Es un tipo de proceso de electrodeposición metálica que consiste en la descarga de iones metálicos simples o complejos, que se reducen a átomos metálicos en la superficie de un sólido (conductor o semiconductor) mediante métodos electroquímicos y se adhieren a la superficie del electrodo para obtener una capa metálica. Objetivo: La galvanoplastia modifica las características superficiales del sólido para modificar su apariencia, mejorar la resistencia a la corrosión y al desgaste, aumentar la dureza y proporcionar propiedades ópticas, eléctricas, magnéticas, térmicas y otras propiedades superficiales especiales. Introducción a la galvanoplastia de terminales.
La mayoría de los conectores electrónicos requieren un tratamiento superficial de los terminales, que generalmente se refiere a la galvanoplastia. Existen dos razones principales para proteger el sustrato de lengüeta del terminal contra la corrosión: la segunda es optimizar el rendimiento de la superficie del terminal y establecer y mantener la interfaz de contacto entre los terminales, especialmente el control de la capa de película. En otras palabras, facilita el contacto metal con metal. Prevención de la corrosión:
La mayoría de las lengüetas de los conectores están hechas de aleaciones de cobre, que suelen corroerse en entornos de uso, como la oxidación, el sulfuro, etc. La galvanoplastia de los terminales aísla la lengüeta del entorno para prevenir la corrosión. El material galvanizado, por supuesto, no debe corroerse, al menos en el entorno de aplicación.
Optimización de la superficie: La optimización del rendimiento de la superficie del terminal se puede lograr de dos maneras. La primera consiste en establecer y mantener una interfaz de contacto estable en el diseño del conector. La segunda consiste en establecer contacto metálico, lo que requiere que no exista película superficial o que se rompa al insertarla. La diferencia entre la ausencia de película y la rotura de la película radica en la diferencia entre el chapado de metales preciosos y el chapado de metales no preciosos. El chapado de metales preciosos, como el oro, el paladio y sus aleaciones, es inerte y no tiene película. Por lo tanto, para estos tratamientos superficiales, el contacto metálico es automático. Lo que debemos considerar es cómo mantener la superficie noble del terminal libre de factores externos como la contaminación, la difusión del sustrato, la corrosión del terminal, etc.
El revestimiento no metálico, especialmente el estaño, el plomo y sus aleaciones, está cubierto con una película de óxido, pero cuando se inserta, la película de óxido se rompe fácilmente y se establece un área de contacto metálico.
(1) Recubrimiento de terminales de metal precioso
El enchapado de terminales de metal precioso se refiere al metal precioso que cubre la superficie inferior, que generalmente es níquel. El espesor general del enchapado del conector: 15~50u de oro, 50~100u de níquel. Los enchapados de metales preciosos más comúnmente utilizados son oro, paladio y sus aleaciones. El oro es el material de galvanoplastia más ideal, con excelente conductividad eléctrica y térmica. De hecho, es resistente a la corrosión en cualquier entorno. Debido a estas ventajas, el principal material de galvanoplastia en conectores para aplicaciones que requieren alta confiabilidad es el oro, pero el costo del oro es muy alto. El paladio también es un metal precioso, pero tiene alta resistencia, baja transferencia de calor y poca resistencia a la corrosión en comparación con el oro, pero tiene ventajas en la resistencia a la fricción. Generalmente, se utiliza aleación de paladio-níquel (80~20) en el terminal del conector. Los siguientes elementos deben considerarse al diseñar la galvanoplastia de metales preciosos: Porosidad: Durante el proceso de galvanoplastia, el oro se nuclea en muchas manchas expuestas en la superficie. Estos núcleos continúan creciendo y extendiéndose sobre la superficie, y finalmente estas islas (objetos aislados) colisionan entre sí y cubren completamente la superficie, formando una superficie porosa galvanizada. La porosidad de la capa de oro está relacionada con su espesor. Por debajo de 15u, la porosidad aumenta rápidamente, y por encima de 50u, es muy baja y la tasa de reducción real puede ignorarse. Por ello, el espesor del metal precioso galvanizado suele estar entre 15 y 50u. La porosidad y los defectos del sustrato, como inclusiones, laminaciones, marcas de estampado, limpieza inadecuada del estampado y lubricación inadecuada, también están relacionados. El desgaste de la superficie galvanizada terminal también puede exponer el sustrato. El desgaste o la vida útil de la superficie galvanizada dependen de dos características del tratamiento superficial: el coeficiente de fricción y la dureza. A medida que aumenta la dureza y disminuye el coeficiente de fricción, aumenta la vida útil del tratamiento superficial. El oro electrodepositado suele ser oro duro y contiene un activador de endurecimiento, entre los cuales el Co (cobalto) es el endurecedor más común, lo que puede mejorar la resistencia al desgaste del oro. La galvanoplastia de paladio-níquel puede mejorar considerablemente la resistencia al desgaste y la vida útil del recubrimiento de metal precioso. Generalmente, se aplica una capa de oro de 3 u sobre una aleación de paladio-níquel de 20 a 30 u, que presenta buena conductividad y alta resistencia al desgaste. Además, se suele utilizar una capa base de níquel para prolongar aún más la vida útil.
Capa base de níquel. La capa base de níquel es el primer factor a considerar en la galvanoplastia de metales preciosos. Cumple varias funciones importantes para garantizar la integridad de la interfaz de contacto del terminal.
Gracias a la superficie de óxido positivo, el níquel proporciona una capa aislante eficaz que bloquea el sustrato y las porosidades, reduciendo así la posibilidad de corrosión por poros. Además, proporciona una capa de soporte resistente bajo la capa de galvanoplastia de metal precioso, lo que prolonga su vida útil. ¿Cuál es el espesor adecuado? Cuanto más gruesa sea la capa base de níquel, menor será el desgaste; sin embargo, considerando el costo y el control de la rugosidad de la superficie, generalmente se selecciona un espesor de 50 a 100 µm.
(2) Galvanoplastia de metales no preciosos La galvanoplastia de metales no preciosos se diferencia de la de metales preciosos en que siempre tienen un cierto número de capas de película superficial. Dado que el propósito del conector es proporcionar y mantener una interfaz de contacto metálica, debe tenerse en cuenta la existencia de estas capas de película. En términos generales, para la galvanoplastia de metales no preciosos, la fuerza positiva requerida es lo suficientemente alta como para destruir la capa de película, manteniendo así la integridad de la interfaz de contacto del terminal. El efecto de depuración también es muy importante para la superficie del terminal que contiene la capa de película. Hay tres tratamientos de superficie no metálicos en la galvanoplastia de terminales: estaño (aleación de estaño y plomo), plata y níquel. El estaño es el más utilizado, la plata tiene ventajas para corrientes altas y el níquel se limita a aplicaciones de alta temperatura.
Tratamiento superficial de estaño El término "estaño" también se refiere a las aleaciones de estaño-plomo, especialmente a las de estaño-93-plomo-3. Se propone el uso de tratamientos superficiales de estaño debido a que la película de óxido de estaño se daña fácilmente. La superficie del estañado está cubierta por una película de óxido dura, delgada y quebradiza. Debajo de esta película de óxido se encuentra el estaño blando. Cuando una fuerza normal actúa sobre la película, el óxido de estaño, al ser delgado, no puede soportar la carga y, debido a su fragilidad, se agrieta. En estas condiciones, la carga se transfiere a la capa de estaño, que es blanda y flexible y fluye fácilmente bajo la carga. Debido al flujo de estaño, las grietas en el óxido son más anchas. A través de las grietas y los espaciadores, el estaño se comprime hacia la superficie para proporcionar contacto metálico. La función del plomo en las aleaciones de estaño-plomo es reducir la generación de filamentos de estaño. Los filamentos de estaño son una capa de monocristales (filamentos de estaño) que se forman en la superficie de la galvanoplastia de estaño bajo tensión. Los filamentos de estaño forman cortocircuitos entre los terminales. Añadir un 2 % o más de plomo puede reducir la formación de filamentos de estaño. Existe otro tipo de aleación de estaño-plomo con una proporción de estaño:plomo de 60:40, similar a la de nuestra soldadura (63:37), y se utiliza principalmente en conectores para soldar. Sin embargo, recientemente, cada vez más leyes exigen la reducción del contenido de plomo en productos electrónicos y eléctricos. Muchos terminales galvanizados requieren galvanoplastia sin plomo, principalmente estaño puro, estaño/cobre y estaño/plata. La formación de filamentos de estaño se puede ralentizar mediante la aplicación de una capa de níquel entre las capas de cobre y estaño o utilizando una superficie de estaño rugosa y mate.
Galvanoplastia de superficies de plata
La plata se considera un metal no precioso para el tratamiento de superficies terminales, ya que reacciona con el azufre y el cloro para formar una película de sulfuro. Esta película de sulfuro es un semiconductor y formará las características de un diodo.
La plata también es blanda, similar al oro blando. Dado que los sulfuros no se destruyen fácilmente, no se produce corrosión por fricción. La plata tiene una excelente conductividad eléctrica y térmica, no se funde con corrientes elevadas y es un material excelente para el tratamiento de superficies de terminales de alta corriente.
(3) Lubricación de terminales. La función de la lubricación varía según el tratamiento de la superficie de los terminales. Tiene dos funciones principales: reducir el coeficiente de fricción y proporcionar aislamiento ambiental. La reducción del coeficiente de fricción tiene dos efectos:
En primer lugar, reducir la fuerza de inserción del conector.
En segundo lugar, aumentar la vida útil del conector al reducir el desgaste. La lubricación de terminales proporciona aislamiento ambiental mediante la formación de una "capa sellada" que previene o retrasa el contacto con el entorno. En general, para el tratamiento de superficies de metales preciosos, la lubricación de terminales se utiliza para reducir el coeficiente de fricción y prolongar la vida útil del conector. Para el tratamiento de superficies de estaño, la lubricación de terminales proporciona aislamiento ambiental para prevenir la corrosión por fricción. Si bien se pueden añadir lubricantes en el siguiente proceso de galvanoplastia, se trata solo de una operación complementaria. En el caso de los conectores que deben soldarse a placas PCB, la limpieza de la soldadura puede provocar la pérdida de lubricantes. Los lubricantes se adhieren al polvo. Si se utilizan en un entorno polvoriento, aumentarán la resistencia y reducirán la vida útil. Finalmente, la resistencia térmica de los lubricantes también puede limitar su aplicación.
(4) Resumen del tratamiento de la superficie terminal Enchapado de metales preciosos, asumiendo una cobertura sobre una capa base de níquel de 50u, el oro es el material más comúnmente utilizado, el espesor depende de los requisitos de vida útil, pero puede verse afectado por la porosidad.
