תהליך ציפוי זהב קשיח באלקטרוניקה נמצא בשימוש נרחב בחלקי מפתח של לוחות מעגלים מודפסים כגון אצבעות זהב ומחברים אלקטרוניים בשל עמידות הבלאי המעולה שלו, מוליכות טובה ועמידות בפני קורוזיה. חלקים אלו נתונים לרוב להשפעות מכניות תכופות כגון החדרה ומיצוי, חיכוך וכדומה במהלך השימוש במוצר, ולכן ישנן דרישות גבוהות ביותר לעמידות הבלאי של שכבת הזהב הקשיח המצופה אלקטרו. על מנת להבטיח איכות ואמינות המוצר, חשוב במיוחד לפתח תקני בדיקה מדעיים והגיוניים לעמידות הבלאי של זהב קשיח מצופה אלקטרוניקה.
1, גורמי מפתח המשפיעים על עמידות הבלאי של זהב קשיח מצופה אלקטרוניקה
(1) עובי הציפוי
עובי הציפוי הוא הגורם הבסיסי המשפיע על עמידות הבלאי. באופן כללי, ציפוי זהב קשיח עבה יותר יכול לעמוד בחיכוך רב יותר ויש להם עמידות טובה יותר בפני שחיקה. לדוגמה, בחלק מהציוד האלקטרוני של תעופה וחלל הדורש עמידות בפני שחיקה גבוהה במיוחד, עובי שכבת הזהב הקשיח המצופה באלקטרוניקה נשלט בדרך כלל ברמה גבוהה יחסית. עם זאת, עובי הציפוי אינו בלתי מוגבל. ציפויים עבים מדי לא רק מעלים משמעותית את עלויות הייצור, אלא גם עלולים להוביל לירידה בהדבקה בין הציפוי למצע, וכתוצאה מכך לבעיות כמו קילוף והתקלפות. לכן, יש צורך לשלוט באופן סביר בעובי הציפוי תוך עמידה בדרישות העמידות בפני שחיקה.
(2) קשיות הציפוי
הקשיות של ציפוי זהב קשיח תלויה בעיקר בהרכב הסגסוגת שלו ובפרמטרים של תהליך הציפוי. על ידי הוספת יסודות סגסוגת כמו קובלט וניקל לזהב טהור, ניתן ליצור ציפוי סגסוגת קשה יותר. לדוגמה, ציפויי זהב קשיח המכילים קובלט יכולים להשיג קשיות של 150-200HV, מה שמשפר משמעותית את עמידותם בפני שחיקה בהשוואה לציפויי זהב טהור בקשיות של 50-90HV. בנוסף, פרמטרים כגון צפיפות זרם, טמפרטורת תמיסת הציפוי וערך ה-pH במהלך תהליך הציפוי יכולים להשפיע גם על המבנה הגבישי והקשיות של הציפוי. פרמטרי תהליך מתאימים יכולים לגרום לציפוי להתגבש דק ומהודק, ובכך לשפר את הקשיות ועמידות הבלאי.
(3) מצב פני השטח של המצע
לשטיחות, לחספוס ולניקיון של משטח המצע יש השפעה משמעותית על עמידות הבלאי של שכבת הזהב הקשיח המצופה אלקטרו. אם יש שריטות ברורות, בורות ופגמים אחרים על פני המצע, או אם החספוס גבוה, קשה לציפוי הזהב הקשיח להתכסות באופן שווה במהלך הציפוי האלקטרוני. אזורים חלשים אלו נוטים להינזק תחילה במהלך החיכוך, וכתוצאה מכך ירידה בעמידות הבלאי הכוללת של הציפוי. בינתיים, אם יש שאריות של כתמי שמן, זיהומים וכו' על פני התשתית, הדבר ישפיע על ההדבקה בין הציפוי למצע, ובכך יקטין את עמידות הציפוי לבלאי. לכן, טיפול מקדים לפני השטח של המצע לפני ציפוי אלקטרוניקה, כגון השחזה, ליטוש, ניקוי וכו', הוא שלב מרכזי להבטחת האיכות ועמידות הציפוי לבלאי.
(4) סביבת שימוש
גורמים רבים בסביבות שימוש בפועל, כגון טמפרטורה, לחות, גזים קורוזיביים, חלקיקי אבק וכו', יכולים להשפיע על עמידות הבלאי של שכבות זהב קשיח מצופה אלקטרו. בסביבות טמפרטורות גבוהות, קשיות הציפוי עלולה לרדת, מה שמוביל לירידה בהתנגדות ללבוש; סביבות לחות גבוהה עלולות לגרום בקלות לקורוזיה של ציפויים, ולהחליש את עמידות הבלאי שלהם; גזים מאכלים כגון גופרית דו חמצנית ומימן גופרתי יכולים להגיב כימית עם ציפוי זהב קשיח, ולפגוע במבנה הציפוי; חלקיקי אבק עלולים לפעול כחומר שוחק במהלך החיכוך, ולהחריף את הבלאי של הציפוי. לכן, כאשר מעריכים את עמידות הבלאי של זהב קשיח מצופה אלקטרוניקה, יש צורך לשקול היטב את המאפיינים של סביבת השימוש בפועל של המוצר.
2, שיטות ותקנים נפוצים לבדיקת עמידות בפני שחיקה
(1) בדיקת חיכוך ובלאי
עקרון וציוד: בדיקת חיכוך ובלאי היא בדיקת בלאי הנערכת על דגימות זהב קשיח מצופה אלקטרו על ידי הדמיית תנאי החיכוך בשימוש בפועל. הציוד הנפוץ כולל את בודק השחיקה של טבר. מכשיר זה מדמה את תהליך החיכוך והבלאי בפועל על ידי הפעלת לחץ מסוים על פני הדגימה וסיבוב גלגל השחזה במהירות מסוימת כדי ליצור חיכוך עם פני הדגימה. במהלך הניסוי ניתן לשלוט במדויק על החומר, המהירות, לחץ הטעינה וזמן החיכוך של גלגל השחזה.
תקני בדיקה: פרמטרים ספציפיים ומחווני הערכה לבדיקות חיכוך ובלאי מוגדרים בבירור בתקנים הרלוונטיים בתעשייה. לדוגמה, תקנים מסוימים דורשים שימוש בדגמים ספציפיים של גלגלי שחיקה, הטעונים בלחץ מסוים (כגון 1000 גרם), ונתונים לבדיקות חיכוך על דגימות במהירות מסוימת (כגון 60 ר/דקה). מדדי ההערכה כוללים בדרך כלל את כמות הבלאי לאחר מספר מוגדר של מחזורי חיכוך או את מספר מחזורי החיכוך כאשר מגיעים לדרגה מסוימת של בלאי. בתקני בדיקה מסוימים עבור מחברים אלקטרוניים, נדרש שהבלאי של הציפוי על המדגם לאחר 5000-10000 מחזורי חיכוך לא יעלה על הערך שצוין, ולא צריכה להיות תופעת מצע חשוף.
(2) בדיקת תוחלת חיים של חבר ונתק
עיקרון וציוד: מבחן התקע-מכוון בעיקר למחברים אלקטרוניים ומוצרים אחרים, המדמה את תהליך התקע שלהם-בשימוש בפועל, ובדיקת עמידות הבלאי של שכבת הזהב הקשיח המצופה באלקטרוניקה במהלך תהליכי חיבור- חוזרים. ציוד בדיקה מסוגל בדרך כלל לשלוט במדויק על פרמטרים כגון מהירות, כוח, זווית ומספר ההחדרות וההסרות. לדוגמה, כמה מכונות בדיקת חיי חיבור וניתוק-בדיוק גבוה יכולות לשלוט במהירות החיבור והניתוק בתוך 1-5 פעמים בשנייה, ושגיאת כוח החיבור והניתוק בטווח קטן מאוד.
תקני בדיקה: בתקנים הרלוונטיים יש הוראות מפורטות לגבי תנאי הסביבה, שיטות הבדיקה וקריטריוני ההסמכה לבדיקת-תקע חיים. לדוגמה, תקן MIL-STD-202 מציין את הטמפרטורה הסביבתית, הלחות ותנאים אחרים עבור בדיקת חיים של פלאג-אין, המחייבים בדרך כלל לבצע את הבדיקה בסביבת טמפרטורה ולחות רגילה. במונחים של שיטות ניסוי, מפורטים פרמטרים כמו שבץ, מהירות וזווית החדרה עבור כל החדרה וחילוץ. קריטריוני ההסמכה נקבעים בדרך כלל על סמך תרחישי היישום הספציפיים של המוצר. לדוגמה, עבור מחברי ציוד כגון שרתים הדורשים חיבור וניתוק תכופים, ייתכן ויידרש ששינוי ההתנגדות למגע יישאר בטווח המותר לאחר עשרות אלפי חיבורים וניתוקים, ולציפוי אין תופעה ברורה של בלאי או קילוף; עבור מחברים של מוצרי אלקטרוניקה לצרכן, המספר הנדרש של כניסות והסרות עשוי להיות נמוך יחסית, אך הם גם צריכים לעמוד בדרישות מהימנות מסוימות.
(3) בדיקת שריטות
עקרון וציוד: בדיקת שריטות מתבצעת על ידי הפעלת עומסים גדלים בהדרגה על פני השטח של דגימות זהב קשיח מצופה אלקטרו, שימוש במחט שריטה יהלום כדי לשרוט את פני הדגימה, התבוננות במצב השריטות של הציפוי בעומסים שונים, והערכת עמידות הבלאי וההידבקות של הציפוי. ציוד הבדיקה מורכב בעיקר ממערכת העמסה, מתקן סימון מחטים ומערכת תצפית ומדידה. מערכת הטעינה יכולה לשלוט במדויק על העומס המופעל על מחט הגירוד, ומכשיר מחט הגירוד מבטיח שמחט הגירוד עובר על פני הדגימה במהירות ובזווית יציבות. מערכת התצפית והמדידה משמשת לרישום המורפולוגיה, הרוחב, העומק ומידע אחר של השריטה.
תקני בדיקה: התקנים לבדיקת שריטות משתנים בין תעשיות שונות ואזורי יישום. באופן כללי, התקנים מציינים את החומר, הצורה והגודל של מחט הסימון, כמו מחט הסימון הנפוצה של היהלום, שיש לה דרישות מחמירות לרדיוס הקצה והזווית שלה. שיטת ההעמסה מאמצת בדרך כלל העמסה רציפה או העמסה מדורגת, ומתעדת את העומס הקריטי כאשר הציפוי חווה תופעות של כשל כמו סדקים וקילופים. לדוגמה, בתקני בדיקה מסוימים עבור רכיבים אלקטרוניים תעופה וחלל, העומס הקריטי עבור בדיקת שריטות נדרש להיות מעל ערך מסוים כדי להבטיח שלציפוי יש עמידות בפני שחיקה וביצועי מליטה טובים בסביבות מתח מורכבות.