Vergoldung - Gold plating
Die Vergoldung ist eine Methode zur Abscheidung einer dünnen Goldschicht auf der Oberfläche eines anderen Metalls, meistens Kupfer oder Silber (um Silber zu vergolden ), durch chemische oder elektrochemische Plattierung . Dieser Artikel behandelt Beschichtungsverfahren, die in der modernen Elektronikindustrie verwendet werden; für traditionellere Methoden, die oft für viel größere Objekte verwendet werden, siehe Vergoldung .
Typen
In der Elektronikindustrie werden verschiedene Arten der Vergoldung verwendet:
- In der Halbleiterindustrie wird eine weiche, reine Vergoldung verwendet . Die Goldschicht lässt sich leicht löten und drahtbonden . Seine Knoop-Härte liegt zwischen 60 und 85. Die Galvanisierbäder müssen frei von Verunreinigungen gehalten werden.
- Aus speziellen Elektrolyten wird weiches, reines Gold abgeschieden. Ganze Leiterplatten können beschichtet werden. Diese Technologie kann zum Abscheiden von Schichten verwendet werden, die für das Drahtbonden geeignet sind.
- Helles Hartgold auf den Kontakten mit einer Knoop-Härte zwischen 120–300 und einer Reinheit von 99,7–99,9 % Gold. Enthält oft eine geringe Menge Nickel und/oder Kobalt ; diese Elemente stören das Die-Bonden, daher können die Plattierungsbäder nicht für Halbleiter verwendet werden.
- Helle Hartgold auf Leiterplatte tabs Verwendung geringere Konzentration an Gold in den Bädern abgeschieden. Enthält normalerweise auch Nickel und/oder Kobalt. Kantenverbinder werden oft durch kontrolliertes Eintauchen nur der Kante der Platten hergestellt.
Chemie der Vergoldung
Es gibt fünf anerkannte Klassen der Vergoldungschemie:
- Alkalisches Goldcyanid , zum Beschichten von Gold und Goldlegierungen
- Neutrales Goldcyanid, für hochreine Beschichtungen
- Säurevergoldung für helles Hartgold und Goldlegierungen
- Cyanidfrei, im Allgemeinen auf Sulfit- oder Chloridbasis für Gold- und Goldlegierungsplattierungen
- Sonstig
Schmuck
Die Vergoldung von Silber wird bei der Herstellung von Schmuck verwendet . Die Dicke der Vergoldung von Schmuck wird in Mikrometern (oder Mikrometern) angegeben. Die Dicke in Mikrometer bestimmt, wie lange die Vergoldung bei Gebrauch hält. Die Schmuckindustrie bezeichnet unterschiedliche Qualitäten der Vergoldung in der folgenden Terminologie
- Gold geflasht / Gold gewaschen - Goldschichtdicke weniger als 0,5 Mikron
- Vergoldet - Goldschichtdicke größer oder gleich 0,5 Mikron
- Stark vergoldet / Vermeil - Goldschichtdicke größer oder gleich 2,5 Mikron
Vergoldeter Silberschmuck kann immer noch anlaufen, da die Silberatome in die Goldschicht diffundieren, was zu einem langsamen allmählichen Verblassen seiner Farbe und schließlich zu einem Anlaufen der Oberfläche führt. Dieser Vorgang kann je nach Dicke der Goldschicht Monate oder sogar Jahre dauern. Um diesem Effekt entgegenzuwirken, wird eine Barriere-Metallschicht verwendet – das können Nickel oder Rhodium sein. Kupfer, das ebenfalls in Gold wandert, tut dies langsamer als Silber. Das Kupfer wird normalerweise weiter mit Nickel plattiert. Ein vergoldeter Silbergegenstand ist normalerweise ein Silbersubstrat mit darauf abgeschiedenen Schichten aus Kupfer, Nickel und Gold.
Infrarot-Reflexionsvermögen
Gold, das durch Aufdampfen oder Galvanisieren aufgebracht wird, wurde von der NASA aufgrund seines Reflexionsvermögens von 99 % in Infrarotwellenlängen zur thermischen Kontrolle von Raumfahrzeuginstrumenten spezifiziert.
Elektronik
In der Elektronik wird häufig Goldplattierung verwendet, um eine korrosionsbeständige elektrisch leitende Schicht auf Kupfer bereitzustellen , typischerweise in elektrischen Verbindern und gedruckten Leiterplatten .
Bei der direkten Gold-auf-Kupfer-Beschichtung neigen die Kupferatome dazu, durch die Goldschicht zu diffundieren, was ein Anlaufen ihrer Oberfläche und die Bildung einer Oxid- und/oder Sulfidschicht verursacht .
Auf dem Kupfersubstrat wird vor der Goldplattierung häufig eine Schicht aus einem geeigneten Barrieremetall , üblicherweise Nickel , abgeschieden. Die Nickelschicht bildet eine mechanische Unterlage für die Goldschicht und verbessert ihre Verschleißfestigkeit . Es reduziert auch den Einfluss von Poren, die in der Goldschicht vorhanden sind.
Sowohl die Nickel- als auch die Goldschichten können durch elektrolytische oder stromlose Verfahren plattiert werden. Bei der Auswahl von elektrolytischen oder stromlosen Beschichtungsverfahren sind viele Faktoren zu berücksichtigen. Dazu gehören der Verwendungszweck des Pfands, die Konfiguration des Teils, die Materialverträglichkeit und die Verarbeitungskosten. In verschiedenen Anwendungen kann das elektrolytische oder stromlose Plattieren Kostenvorteile haben.
Bei höheren Frequenzen kann der Skin-Effekt aufgrund des höheren elektrischen Widerstands von Nickel zu höheren Verlusten führen; eine vernickelte Leiterbahn kann im 1-GHz-Band im Vergleich zu einer nicht-plattierten in ihrer Nutzlänge um das Dreifache verkürzt werden. Es wird selektives Plattieren verwendet, bei dem die Nickel- und Goldschichten nur dort abgeschieden werden, wo es erforderlich ist, und verursacht keine schädlichen Nebenwirkungen.
Die Vergoldung kann zur Bildung von Goldwhiskern führen .
Beim Drahtbonden zwischen vergoldeten Kontakten und Aluminiumdrähten oder zwischen Aluminiumkontakten und Golddrähten entwickelt sich unter bestimmten Bedingungen eine spröde Schicht aus Gold-Aluminium-Intermetallen , die als Purpurpest bekannt ist .
Lötprobleme
Das Löten von vergoldeten Teilen kann problematisch sein, da Gold in Lot löslich ist . Lot, das mehr als 4–5% Gold enthält, kann spröde werden. Die Gelenkoberfläche sieht matt aus.
Gold reagiert in flüssigem Zustand sowohl mit Zinn als auch mit Blei und bildet spröde intermetallische Verbindungen . Bei Verwendung von eutektischem 63 % Zinn – 37 % Bleilot werden keine Blei-Gold-Verbindungen gebildet, da Gold bevorzugt mit Zinn reagiert und das AuSn . bildet
4Verbindung. Partikel von AuSn
4Dispergieren in der Lotsch Matrix, bevorzugte Formungsspaltebene, signifikant die mechanische Festigkeit verringert und somit die Zuverlässigkeit der resultierenden Lötverbindungen.
Wenn sich die Goldschicht nicht vollständig im Lot auflöst, können im Festkörper langsame intermetallische Reaktionen ablaufen, da die Zinn- und Goldatome kreuzwandern. Intermetallische Verbindungen haben eine schlechte elektrische Leitfähigkeit und eine geringe Festigkeit. Die fortschreitenden intermetallischen Reaktionen verursachen auch den Kirkendall-Effekt , der zu einem mechanischen Versagen der Verbindung führt, ähnlich dem Abbau von Gold-Aluminium-Bindungen, der als Purpurpest bekannt ist .
Unter typischen Wellenlötbedingungen löst sich eine 2–3 µm große Goldschicht innerhalb einer Sekunde vollständig auf . Goldschichten, die dünner als 0,5 µm (0,02 Tausend ) sind, lösen sich ebenfalls vollständig im Lot auf, wodurch das darunterliegende Metall (normalerweise Nickel) dem Lot ausgesetzt wird. Verunreinigungen in der Nickelschicht können verhindern, dass das Lot daran haftet. Die stromlose Vernickelung enthält Phosphor. Nickel mit mehr als 8% Phosphor ist nicht lötbar. Galvanisch abgeschiedenes Nickel kann Nickelhydroxid enthalten . Ein Säurebad ist erforderlich, um die Passivierungsschicht vor dem Aufbringen der Goldschicht zu entfernen ; unsachgemäße Reinigung führt zu einer schwer zu lötenden Nickeloberfläche. Ein stärkeres Flussmittel kann helfen, da es das Auflösen der Oxidablagerungen unterstützt. Kohlenstoff ist eine weitere Nickelverunreinigung, die die Lötbarkeit behindert.