Современная электроника №3/2020

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 32 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2020 и различным дефектам. Максимальная твёрдость этого покрытия такая же, как у ногтя человека. Твёрдость золота уда- лось повысить в несколько раз благода- ря введению в его состав небольшого количества кобальта или никеля, кото- рые создают более тонкую кристалли- ческую структуру покрытия. Размер зер- на «твёрдого» золота приблизительно в 60 раз меньше размера зерна покры- тия из «мягкого» золота. В результа- те этого у «твёрдого» золота снизился коэффициент трения, и оно стало менее восприимчивым к износу при сочлене- нии контактов [13]. Коэффициент трения также является важным параметром покрытия. Чем он меньше, тем меньше усилия и больше допустимое количество циклов соеди- нения и рассоединения вилки и розет- ки, а также меньше момент вращения гайки резьбовых кабельных соедини- телей. Допустимое количество циклов соединения и рассоединения пропор- ционально толщине покрытия: чем тол- ще покрытие, тем больше количество циклов. Наиболее распространённые толщины «твёрдых» золотых покрытий для соединителей с повышенной изно- состойкостью – 1..2 мкм [13]. Повышению износостойкости золо- тых покрытий значительно способству- ет подслой никеля, который выполня- ет ряд функций [4, 5, 8, 13, 16]: 1. Никель является барьером для твер- дотельной диффузии в золотое по- крытие атомов меди и её легиру- ющих металлов, таких как цинк в латунь. Никель имеет наименьший атомный радиус – 0,128 нм, поэтому более крупные атомы других метал- лов не могут проникать даже сквозь тонкое (толщиной 0,8…1,5 мкм) ни- келевое покрытие. Благодаря этому происходит защита целостности зо- лотого покрытия, что особенно важ- но для длительных применений при повышенных температурах [9]. 2. Никель способствует повышению коррозионной стойкости, особен- но золотых покрытий малой толщи- ны. Любые поры в золотом покрытии приведут к никелевому подслою, а не к основному металлу. Подслой нике- ля предотвращает рост плёнок окси- да меди на поверхности золота. 3. Подслой никеля выравнивает и уменьшает шероховатость контакт- ной поверхности, снижая коэф- фициент трения и, следовательно, уменьшая износ золотого покрытия. 4. Никелевый подслой снижает вероят- ность образования трещин в контак- тах, покрытых «твёрдым» золотом. 5. Подслой никеля с высоким содер- жанием фосфора обеспечивает вы- сокую коррозионную стойкость, а подслой гальванического никеля вы- сокой чистоты является лучшей ос- новой для качественной пайки. Ком- пания Advanced Plating Technologies рекомендует минимальную толщи- ну никелевого подслоя 1,25 мкм [5]. 6. Гальванический никель – магнитный материал, имеющий достаточно вы- сокую химическую стойкость, пла- стичность и адгезию к покрываемо- му материалу. Свойства химического никеля Химический никель представляет собой твёрдый раствор фосфора, содер- жание которого может быть в пределах 1–14% по массе, и никеля [16]. Основ- ные свойства химического никеля при- ведены в таблице 3 (в таблице приведе- на твёрдость по Кноппу – HK 100 , которая незначительно отличается от твёрдости по Виккерсу – HV) [15]. Покрытие химическим никелем име- ет равномерную толщину, высокую кор- розионную и химическую стойкости и стабильные электрические, тепловые и физические свойства. Плотность хими- ческого никеля обратно пропорцио- нальна содержанию в нёмфосфора. Она варьируется от 8,6…8,8 г/см 3 (для никеля с очень низким содержаниемфосфора) до 7,6…7,9 г/см 3 (для никеля, содер- жащего более 10% фосфора) [15–17]. Коэффициент термического расшире- ния химического никеля значительно меньше, чем у чистого никеля: чем боль- ше содержание фосфора, тем меньше коэффициент термического расшире- ния химического никеля. Температура плавления чистогонике- ля равна +1455°C, но с увеличениемсодер- жанияфосфора температура плавления снижается почти линейно до +880°C для сплава, содержащего 11% фосфора. Это самая низкая температура плавления (эвтектика) для системыникель/фосфор (фосфат никеля – Ni 3 P) [15, 16]. Удельное электрическое сопротивле- ние химического никеля с ростом содер- жания фосфора возрастает более чем на порядок, ипокрытияникель-фосфорста- новятся всё менее проводящими [15, 16]. Это происходит из-за нарушения кри- сталлической решётки никеля при вне- дрении в неё атомов фосфора. Термическая обработка снижает проч- ность и пластичность покрытия. Воз- действие температуры выше +220°C на покрытия с низким содержанием фос- фора может привести к снижению их прочности и пластичности. Пластич- ность покрытий с высоким содержанием фосфора практически не снижается при нагреве до температурыне выше +260°C. Магнитные свойства никеля высокой чистоты резко снижаются с увеличени- ем в нём содержания фосфора. Никель, содержащий фосфора более 10–11%, становится немагнитным [15, 16]. Чем меньше содержание фосфора в никеле, тем больше коэрцитивная сила – значение напряжённости магнитного поля, необходимое для полного размаг- ничивания никеля. Химический никель остаётся немагнитным даже после тер- мической обработки в течение корот- кого времени при температуре +260°C. Магнитные свойства никеля с 3% содер- жаниемфосфора приближаются к маг- нитным свойствам чистого гальваниче- ского никеля, а при 11% содержании фосфора никель становится немагнит- ным. Покрытия после термообработки более магнитны, чем без неё [17]. Паяемость Покрытие радиочастотных соеди- нителей должно сочетать высокую коррозионную стойкость с хорошей паяемостью. Пайку соединителей с золотым покрытием в большинстве случаев производят с использованием припоев состава олово-свинец. Отли- чительной особенностью оловянно- свинцовых припоев является высокая скорость, с которой они растворяют золотые покрытия [18–24]. При тем- пературе +200°C скорость растворе- Таблица 3. Основные свойства химического никеля Содержание фосфора, % 10–13 7–9 4–6 1–3 Температура плавления, ° С 880…900 880…980 1100…1300 1250…1360 Плотность, г/см 3 7,6…7,9 8,0…8,2 8,3…8,5 8,6…8,8 Твёрдость, HK 100 400–525 500–600 625–750 725–800 Твёрдость, HK 100 после термообработки 850–950 850–1000 850–1100 900–1100 Удельное сопротивление, мкОм•см 75…110 40…70 15…45 10…30 Магнитные свойства Немагнитен Слабомагнитен Магнитен