Современная электроника №3/2020

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 37 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2020 Покрытия палладий-никель с тонким слоем золота В поисках альтернативы золоту в покрытиях радиочастотных соеди- нителей было обращено внимание на палладий. Палладиевое покрытие имеет достаточно хорошие контакт- ные свойства, высокую твёрдость – 200–300 HV, которая намного выше твёрдости чистого золотого покры- тия. Износостойкость палладиевых покрытий в 20 раз выше износостой- кости серебряных покрытий. Обыч- но применяют покрытие без пор тол- щиной 2…5 мкм. Однако палладиевое покрытие имеет склонность к растре- скиванию и высокую каталитическую активность, способствующую образо- ванию на его поверхности изоляци- онных плёнок в результате полимери- зации паров органических веществ, содержащихся в окружающей среде [7]. В начале 1980-х годов многие компа- ниирассматривалиперспективызамены покрытия из «твёрдого» золота, ценына которое неудержимо росли, покрытием более низкой стоимости, но имеющим при этом основные характеристики золотого покрытия. Их усилия заверши- лись разработкойпалладий-никелевого (PdNi) гальванического покрытия с под- слоемникеля. Покрытие PdNi состоит из 70–80%палладия и 20–30%никеля и явля- ется твёрдымрастворомпалладия инике- ля. Плотность покрытия составляет от 10 до 11,5 г/cм 3 . Для сравнения плотность гальванического золота – 17…19,3 г/cм 3 . Покрытие PdNi менее склонно к растре- скиванию, имеет пониженную пори- стость и лучшую паяемость по сравне- нию с чистым палладием [31–34]. Для дальнейшего улучшения качества покрытия палладий-никель поверх его нанесли слой золота толщиной менее 0,25 мкм [32–34]. Трёхслойное покрытие никель-палладий-золото (NiPdAu) было разработано в 1980-х годах. Ключевым свойством этого покрытия является улучшенная паяемость бессвинцовы- ми и содержащими свинец припоями. Проведённые компанией DuPont испы- тания показали, что это покрытие более твёрдое, стойкое к коррозии и долговеч- ное, чем золотое покрытие [31]. Квалификационные испытания, выполненные основными поставщика- ми соединителей, показали, что покры- тие PdNi с тонким золотым слоем име- ет более низкую стоимость и является надёжной альтернативой 0,75-микрон- ному золотому покрытию [31]. Покры- тие PdNi с тонким слоем золота в течение последних 30 лет стало пред- почтительным для компаний FCI, Molex и TE Electronics, выпускающих радиоча- стотные соединители в больших объ- ёмах, прежде всего – соединители для работы в полевых условиях. Компания Molex сообщила, что модульные гнёз- да, покрытые PdNi с тонким слоем золо- та, выдерживают 2500 циклов соедине- ний, тогда как такие же гнёзда с золотым покрытием – только 750 циклов [34]. Новые покрытия Зарубежные компании постоян- но совершенствуют покрытия радио- частотных соединителей. Напри- мер, японской компанией Uyemura и немецкой Umicore представлен состав нового более экономичного покрытия (см. рис. 5) [8]. Толщину золота удалось уменьшить в 10 раз, покрытие палладий- никель заменить химическимникелеми в 1,5 раза уменьшить толщину гальвани- ческого никелевого покрытия. Это позво- лило существенно снизить долю драго- ценных металлов – золота и палладия. По-видимому, в данной области может найти применение нанокри- сталлический никель, покрытый тон- ким слоем золота. Это покрытие было изобретено в Массачусетском техноло- гическом институте (США). Контакты с таким покрытием прошли тестирование на воздействие окружающей среды [34]. Шведская компания Impact Coatings AB заявила о создании покрытия Silver MaxPhase™, заменяющего золотое покрытие в соединителях для мобиль- ных телефонов [35]. Шведское покрытие Рис. 5. Эволюция покрытий из драгоценных металлов Au-Co Ni-P Pd-Ni Ni Новое покрытие Основа CuSn6 Ni + NiP + AuCo Ni + PdNi + AuCo Ni + AuCo 1,0 мкм 0,1 мкм 0,5 мкм 0,1 мкм 0,7 мкм 1,5 мкм 1,5 мкм 1,0 мкм Существующие покрытия коррозионностойкое, износостойкое, а технология его получения осаждением из паровой фазы (PVD) [7] экологиче- ски чистая. Покрытие имеет твёрдость 300 HV, низкий коэффициент трения, достаточно низкое контактное сопро- тивление и обеспечивает надёжные сое- динения пайкой и сваркой. Пассивация нержавеющей стали Рассмотрение финишных покрытий было бы неполным, если хотя бы вкрат- це не упомянуть пассивацию поверх- ности корпусов из нержавеющей ста- ли большой группы соединителей: измерительных, метрологических и составных сантиметрового и милли- метрового диапазонов длин волн [2]. При механической обработке корпу- сов на поверхность этих соедините- лей переносится свободное железо из применяемых инструментов. Свобод- ное железо легко окисляется, снижая коррозионную стойкость соедините- лей. Поэтому после механической обра- ботки корпусов выполняют операцию пассивации. Пассивация – это химиче- ская обработка с использованием спе- циальной кислотной композиции, кото- рая удаляет свободное железо и другие загрязнения с поверхности нержавею- щей стали [36]. При этом одновременно на поверхности образуется пассивный слой оксида хрома/никеля, который действует как барьер для дальнейшей коррозии. После пассивации нержаве- ющая стать становятся ещё более устой- чивой к коррозии.