Optimisation des borniers
Boîte de distribution : Procédé d'électrodéposition de métal, qui consiste à décharger et à réduire des ions métalliques simples ou complexes à la surface d'un solide (conducteur ou semi-conducteur) par des méthodes électrochimiques, puis à les fixer à la surface de l'électrode pour former une couche métallique. Objectif : la galvanoplastie modifie les caractéristiques de surface du solide pour en modifier l'aspect, améliorer la résistance à la corrosion et à l'usure, augmenter la dureté et conférer des propriétés optiques, électriques, magnétiques, thermiques et autres propriétés de surface spécifiques. Introduction à la galvanoplastie des terminaux.
La plupart des connecteurs électroniques nécessitent un traitement de surface des bornes, généralement par galvanoplastie. La protection du substrat des lames contre la corrosion a deux objectifs principaux : optimiser les performances de la surface des bornes, établir et maintenir l'interface de contact entre les bornes, notamment le contrôle de la couche de film. Autrement dit, faciliter le contact métal sur métal. Prévenir la corrosion :
La plupart des lames de connecteur sont fabriquées en alliage de cuivre, qui se corrode généralement dans l'environnement d'utilisation, notamment par oxydation, sulfuration, etc. La galvanoplastie des bornes permet d'isoler la lame de l'environnement pour prévenir la corrosion. Le matériau électroplaqué ne doit bien sûr pas se corroder, du moins dans l'environnement d'application.
Optimisation de surface : L'optimisation des performances de surface du terminal peut être obtenue de deux manières. La première consiste à établir et à maintenir une interface de contact stable dès la conception du connecteur. La seconde consiste à établir un contact métallique, ce qui nécessite l'absence de film superficiel ou sa rupture lors de l'insertion. La différence entre l'absence de film et la rupture de film réside dans la différence entre le placage de métaux précieux et le placage de métaux non précieux. Les placages de métaux précieux, tels que l'or, le palladium et leurs alliages, sont inertes et ne présentent pas de film. Par conséquent, pour ces traitements de surface, le contact métallique est automatique. Il est donc essentiel de veiller à préserver la surface noble du terminal des facteurs externes tels que la pollution, la diffusion du substrat, la corrosion, etc.
Le placage non métallique, en particulier l'étain et le plomb et leurs alliages, est recouvert d'un film d'oxyde, mais lorsqu'il est inséré, le film d'oxyde se brise facilement et une zone de contact métallique est établie.
(1). Placage des bornes en métaux précieux
Le placage des bornes en métal précieux désigne le métal précieux recouvrant la surface inférieure, généralement du nickel. L'épaisseur générale du placage des connecteurs est de 15 à 50 µm d'or et de 50 à 100 µm de nickel. Les placages en métaux précieux les plus couramment utilisés sont l'or, le palladium et leurs alliages. L'or est le matériau de galvanoplastie idéal, offrant une excellente conductivité électrique et thermique. Il est même résistant à la corrosion dans tous les environnements. Grâce à ces avantages, l'or est le principal matériau de galvanoplastie des connecteurs pour les applications exigeant une fiabilité élevée, mais son coût est très élevé. Le palladium est également un métal précieux, mais il présente une résistance élevée, un faible transfert thermique et une faible résistance à la corrosion par rapport à l'or, mais il présente des avantages en termes de résistance au frottement. Généralement, un alliage palladium-nickel (80 à 20) est utilisé pour les bornes des connecteurs. Les éléments suivants doivent être pris en compte lors de la conception d'un placage en métaux précieux : Porosité : pendant le processus de galvanoplastie, l'or se nucléise sur de nombreuses taches exposées à la surface. Ces noyaux continuent de croître et de se propager à la surface, et finalement ces îlots (objets isolés) entrent en collision les uns avec les autres et recouvrent entièrement la surface, formant une surface électrolytique poreuse. La porosité de la couche d'or est étroitement liée à son épaisseur. En dessous de 15 µ, la porosité augmente rapidement, et au-dessus de 50 µ, elle est très faible, et le taux de réduction réel peut être négligé. C'est pourquoi l'épaisseur du métal précieux électrolytique est généralement comprise entre 15 et 50 µ. La porosité et les défauts du substrat, tels que les inclusions, les laminations, les marques d'estampage, un nettoyage d'estampage incorrect et une lubrification inadéquate, sont également étroitement liés. L'usure de la surface électrolytique terminale peut également exposer le substrat. L'usure ou la durée de vie de la surface électrolytique dépend de deux caractéristiques du traitement de surface : le coefficient de frottement et la dureté. Plus la dureté augmente et plus le coefficient de frottement diminue, plus la durée de vie du traitement de surface augmente. L'or électrolytique est généralement dur et contient un activateur de durcissement, dont le cobalt est le durcisseur le plus courant, qui améliore sa résistance à l'usure. Le choix d'un placage électrolytique au palladium-nickel améliore considérablement la résistance à l'usure et la durée de vie du revêtement en métal précieux. Généralement, une couche d'or 3U est appliquée sur un alliage palladium-nickel de 20 à 30U, qui offre une bonne conductivité et une résistance élevée à l'usure. De plus, une couche de nickel est généralement ajoutée pour améliorer la durée de vie.
Couche de base en nickel : La couche de base en nickel est le premier facteur à prendre en compte lors de la galvanoplastie des métaux précieux. Elle assure plusieurs fonctions importantes pour garantir l'intégrité de l'interface de contact des bornes.
Grâce à sa surface d'oxyde positive, le nickel constitue une couche isolante efficace, bloquant le substrat et les piqûres, réduisant ainsi le risque de corrosion par piqûres. Il constitue également un support dur sous la couche de galvanoplastie en métal précieux, augmentant ainsi sa durée de vie. Quelle épaisseur est appropriée ? Plus la couche de base en nickel est épaisse, moins l'usure est importante. Cependant, compte tenu du coût et du contrôle de la rugosité de la surface, une épaisseur de 50 à 100 µ est généralement choisie.
(2) Galvanoplastie des métaux non précieux : la galvanoplastie des métaux non précieux diffère de celle des métaux précieux par la présence d'un certain nombre de couches superficielles. Le connecteur ayant pour fonction de fournir et de maintenir une interface de contact métallique, la présence de ces couches doit être prise en compte. En règle générale, pour la galvanoplastie des métaux non précieux, la force positive requise est suffisamment élevée pour détruire la couche superficielle, préservant ainsi l'intégrité de l'interface de contact. L'effet de frottement est également très important pour la surface de la borne contenant la couche superficielle. Il existe trois traitements de surface non métalliques pour la galvanoplastie des bornes : l'étain (alliage étain-plomb), l'argent et le nickel. L'étain est le plus couramment utilisé, l'argent présente des avantages pour les courants élevés, tandis que le nickel est limité aux applications à haute température.
Traitement de surface de l'étain. L'étain désigne également les alliages étain-plomb, notamment les alliages étain-93-plomb-3. L'utilisation de traitements de surface à l'étain est proposée car la couche d'oxyde d'étain est facilement endommagée. La surface du placage d'étain est recouverte d'une couche d'oxyde dure, fine et cassante. Sous cette couche d'oxyde se trouve l'étain mou. Lorsqu'une force normale agit sur la couche, l'oxyde d'étain, étant fin, ne peut supporter la charge et, de ce fait, se fissure. Dans ces conditions, la charge est transférée à la couche d'étain, qui est souple et malléable et s'écoule facilement sous la charge. Grâce à l'écoulement de l'étain, les fissures dans l'oxyde sont plus larges. À travers les fissures et les espaceurs, l'étain est comprimé à la surface pour assurer le contact métallique. Le rôle du plomb dans les alliages étain-plomb est de réduire la formation de barbes d'étain. Les barbes d'étain sont une couche de monocristaux (barbes d'étain) formée à la surface de l'étain électrolytique sous contrainte. Les barbes d'étain forment des courts-circuits entre les bornes. L'ajout de 2 % ou plus de plomb peut réduire les barbes d'étain. Il existe un autre type d'alliage étain-plomb, dont le rapport étain/plomb est de 60:40, proche du rapport de composition de nos soudures (63:37), et qui est principalement utilisé dans les connecteurs à souder. Cependant, de plus en plus de lois exigent récemment la réduction de la teneur en plomb des produits électroniques et électriques. De nombreuses bornes électrolytiques nécessitent un placage sans plomb, principalement à l'étain pur, à l'étain/cuivre et à l'étain/argent. La formation de barbes d'étain peut être ralentie par l'ajout d'une couche de nickel entre les couches de cuivre et d'étain, ou par l'utilisation d'une surface d'étain rugueuse et mate.
Galvanoplastie de surface argentée
L'argent est considéré comme un traitement de surface terminal pour métaux non précieux, car il réagit avec le soufre et le chlore pour former un film de sulfure. Ce film de sulfure est un semi-conducteur et formera les caractéristiques d'une « diode ».
L'argent est également mou, comme l'or. Les sulfures étant difficiles à détruire, l'argent ne présente pas de corrosion par frottement. Il possède une excellente conductivité électrique et thermique, ne fond pas sous l'effet d'un courant élevé et constitue un excellent matériau pour le traitement de surface des bornes à courant élevé.
(3) Lubrification des bornes : le rôle de la lubrification varie selon le traitement de surface des bornes. Elle a deux fonctions principales : réduire le coefficient de frottement et assurer l'isolation environnementale. La réduction du coefficient de frottement a deux effets :
Premièrement, réduire la force d’insertion du connecteur
Deuxièmement, augmenter la durée de vie du connecteur en réduisant l'usure. La lubrification des bornes assure une isolation environnementale en formant une « couche étanche » empêchant ou retardant le contact de l'environnement avec l'interface de contact. En général, pour les traitements de surface des métaux précieux, la lubrification des bornes est utilisée pour réduire le coefficient de frottement et augmenter la durée de vie du connecteur. Pour les traitements de surface de l'étain, la lubrification des bornes assure une isolation environnementale afin de prévenir la corrosion par frottement. Bien que des lubrifiants puissent être ajoutés lors du processus de galvanoplastie suivant, il ne s'agit que d'une opération supplémentaire. Pour les connecteurs devant être soudés sur des circuits imprimés, le nettoyage de la soudure peut entraîner une perte de lubrifiant. Les lubrifiants adhèrent à la poussière. Une utilisation en environnement poussiéreux augmente la résistance et réduit la durée de vie. Enfin, la résistance thermique des lubrifiants peut également limiter leur utilisation.
(4) Résumé du traitement de surface terminal Placage de métaux précieux, en supposant une couverture sur une couche de base de nickel 50u, l'or est le matériau le plus couramment utilisé, l'épaisseur dépend des exigences de durée de vie, mais peut être affectée par la porosité.
