可伐合金玻璃封接电连接器电镀工艺改进

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【经验交流】

可伐合金玻璃封接电连接器电镀工艺改进沈涪

(华丰企业集团公司，四川绵阳 6 2 1 0 0 0 )摘要：提出了可伐合金玻璃封接电连接器电镀工艺存在的

问题：接触体尺寸超差、绝缘性能下降、抗蚀性差等，并对其原因进行了分析。对原工艺进行了改进：接触体镀前烧结改为镀后烧结，化学抛光改为其它方法除氧化皮，多层镍电镀改为化学镀镍，外壳和接触体的同步电镀改为分步进行的选择性电镀。对比了改进前后的工艺特点，结果表明，改进后的工艺可提高产品的镀层质量，并能满足该类产品在不同环境的使用要求。

1前言可伐合金玻璃封接电连接器 (简称玻封连接器) 是各类特种连接器中较重要的一种，主要应用在航天、航空及海洋环境中一些较特殊的领域。由于该类产品需要在压力变化较大的环境中保持正常工作，所以这种电连接器的接触对 (插针和插孑 L )和外壳均采用4 J 2 9膨胀合金(俗称可伐合金 )作为基体材料来制作，以玻璃烧结来达到接触体与外壳的绝缘和封接， 然后再进行金属镀覆。图 1为可伐合金玻封连接器示意图。由于该种连接器外壳和接触体为一整体，有别于其它种类的电连接器，再加上受玻璃烧结质量的

关键词：可伐合金；玻璃封接；电连接器；选择性电镀中图分类号： T G1 7 4; T Q 1 5 3 . 2 文献标识码： B

文章编号： 1 0 0 4—2 2 7 X( 2 0 0 6 J 0 5— 0 0 2 0— 0 4I mp r o v e me n t o f e l e c t r o p l a t i n g t e c hn o l o g y o n e l e c t r i c a l c o n ne c t o r a f t e r g l a s s s e a l i n g wi t h K OVAR a l l o y a s s u b s t r a t e// S HEN F u Ab s t r a c t:Th e e x i s t i n g p r o b l e ms o f e l e c t r o p l a t i n g t e c h n o l o g y f o r e l e c t ic r a l c o n n e c t o r a f t e r g l a s s s e a l i n g wi t h KOVAR ll a

o y a s s u b s t r a t e we r e p r e s e n t e d, s u c h a s o v e r s t e p p i n g c o n t a c t

影响，通常电镀合格率都比较低…。其中比较常见的质量问题是镀后接触体尺寸超差、产品绝缘性能下降l 2 3

b o d y s i z e,d e c r e a s i n g i n s u l a t i n g p r o p e r t y a n d p o o r c o r r o s i o n r e s i s t a n c e.f o r wh i c h t h e r e a s o n s we r e a n a l y z e d .T h e t e c h— n o l o y g wa s i mp r o v e d b y t a k i n g f o l l o wi n g me a s u r e s: r e p l a c i n g忍一

p r e p l a t i n g s i n t e r i n g,c h e mi c a l p o l i s h i n g,mu h i l a y e r n i c k e l/p l a t i n g a n d s y n c h r o n o u s p l a t i n g wi t h p o s t p l a t i n g s i n t e r i n g, o t h e r o x i d e— r e mo v i n g me t h o d s,e l e c t r o l e s s n i c k e l p l a t i n g a n d s t e p wi s e s e l e c t i v e p l a t i n g.r e s p e c t i v e l y .Th e p r o c e s s c h a r a c -雹

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插头 p l u g

R e s u l t s p r o v e t h a t t h e i mp r o v e d t e c h n o l o y g c a n b e t t e r t h ed e p o s i t q u a l i t y a n d s a t i s f y t h e d e ma n d s o f t h e p r o d u c t s wo r k - i n g i n v a io r u s e n v i r o n me n t s, Ke y wo r d s:KOVAR a

l l o y;g l a s s s e li a n g;e l e c t ic r a l c o n n e e - t o r;s e l e c t i v e p l a t i n g Au t h o r’ S a d dr e s s: Hu fe a n g En t e r pr is e Gr o u p Co .,M i a n— y a n g 6 21 0 0 0,Ch i n a

插座 p l u g s o c k e t 1 .玻璃封接体； 2 .接触体(可伐合金 ); 3 .外壳(可伐合金) 收稿日期： 2 0 0 5— 1 0— 3 1 修回日期： 2 0 0 5— 1 2— 1 21 . g l a s s s e a l i n g b o d y i 2 . c o n n e c t o r ( K OV A R a l l o y ); 3 . s h e l l ( K O V A R a l l o y )

作者简介：沈涪( 1 9 5 3一 ),男，高级工程师，主要从事电镀工艺研究工作。

图1 可伐合金玻封连接器 ( T Y1 5 0 A- 2 0 J结构图F i g u r e 1 S t r u c t u r e o f e l e c t r i c a l c o n n e c t o r a f t e r g l a s s s e li a n g

作者联系方式： ( E m a i l ) s h e n f u 2 0 4@1 2 6 . c o n。

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可伐合金玻璃封接电连接器电镀工艺改进

其基体表面就会产生锈以_搜抗蚀能力不合格等。针对以上问题对原工艺进行材料保管不当或存放过久，镀覆出的镀层孔隙率较高，抗蚀了改进，将外壳和接触体的电镀工序由原来同步进行蚀。在锈蚀的基体 E改变为有选择的分步进行，最终解决了这些质量问题。能力低。表1 接插件常用可伐合金的化学成分质量分数Ta b l e 1 Ch e mi c a l c o mp o s i t i o n a n d c o n t e n t o f KOVARa l l o y u s e d i n c o n n e c t o r %

2 电镀质量问题原因分析2 . 1影响接触体尺寸超差的因素

2 . 1 . 1镀前化学抛光出现过腐蚀现象 原电镀工艺在镀前需要采用化学抛光的方法来除去外壳和接触体表面的氧化皮，

同时提高基体的表而光洁度。由于该方法是采用浓酸在高温条件下进 2 . 3 . 2接触体电镀时焊线端绕线处镀层太薄 行，在操作时很容易引起部分接触体过腐蚀造成尺寸在玻封连接器电镀时，为了使每一根接触体导超下差故障发生。 2 . 1 . 2 电流密度差造成镀层厚度分布不均

电，通常采用细铜丝作为电镀电源导线绕在每一根插

针或插孔的焊线端，在绕线部位由于受导线遮盖的影由于该种连接器的外壳和接触体为一整体结构， 响，该处镀层太薄甚至无镀层。在作产品抗蚀能力检在电镀时由于外壳的屏蔽作用，接触体表面的电流密测时，接触体该部位较易出现腐蚀现象。 度分布极不均匀，影响了镀层在接触体表面的均匀 2 . 3 . 3 常规电镀深镀能力无法满足产品要求度，导致出现同一只产品上个别接触体会因镀层厚度近年来玻封连接器已逐渐向小型化发展，当外壳过厚尺寸超上差，而其它接触体尺寸虽未超差但镀层直径较小或接触体密度过大，采用一般的电镀方法电 厚度义不够的现象。外壳直径越小，接触体密度越镀时，由于受到电镀工艺能力的限制，接触体的根部大，电镀的时间越长，这种现象越明显。

镀层厚度很难保证，其结果就会影响到接触体的整体抗蚀能力。

2 . 2镀后产品绝缘性能下降的因素2 . 2 . 1 玻坯质量差、孔隙率较高

当制作的玻坯质量较差或烧结的工艺条件控制 3电镀工艺改进不佳时，烧结后玻璃的孔隙率较高，电镀时由于各种 3 . 1接触体镀前烧结改进为镀后烧结溶液渗入玻璃孔隙导致产品镀后绝缘度低。 镀前烧结是多年来在玻封连接器的生产制造过 2 . 2 . 2镀前玻璃表面未清洗干净可伐合金外壳和接触体在烧结工序时，为了避免

程中一直采用的工艺，其工艺流程为：

接触体和外壳加工成形一玻璃烧结一化学抛光玻璃在烧结炉中融化后接触体移位或封接后的接触清除基体表面氧化皮一检查每只产品的气密性、绝缘体歪斜(插头和插座的针孔不能正常插接),外壳和接度一接触体和外壳同时拴上电镀电源导线一接触体触体被放在专用的石墨模板上或石墨模盒中，所以烧和外壳同时进行电镀 (多层电镀 )一产品检验。

结后的成品在玻璃封接体表面一般会残留一些石墨在电镀时残留的石墨上因导电会沉积.镀层 (

靠近接

镀后烧结是通过多次试验总结后改进的工艺，其

粉。若这残留的石墨粉在镀前未被清除干净，随后工艺流程为：

接触体和外壳加工成形一将接触体进行滚光(采

触体的石墨通过与接触体接触导电而镀上镀层，化学用离心滚光机进行光饰处理 )一利用振动电镀设备将镀镍时所有浸在镀液中的金属活性表面，如接触体、 滚光后的接触体电镀镍一镀镍后接触体经尺寸检验外壳、石墨等，都会镀上镀层 ),由于现在的玻封连接分选后合格品进行玻璃烧结一检查烧结成品的气密

器越来越小，外壳和接触体之间(特别是接触体之间) 性、绝缘度一拴电镀电源导线或安装专用挂、夹具一问距越来越小，最后会造成接触体之间或接触体与外接触体和外壳分别进行电镀一检验。 壳之间的镀层搭桥 (因残留的石墨镀上镀层引起 ),最终造成产品绝缘度降低甚至线路短路。 2 . 3镀后产品抗蚀性能差的因素2 . 3 . 1基体表面锈蚀

接触体镀前烧结和镀后烧结工艺对比见表 2。 从2 0 0 3年 1月份起，经过有计划地 3次对比试验，镀后烧结的效果(接触体外观和盐雾试验结果 )明

显优于镀前烧结的效果。现笔者所在公司所有玻烧

由于可伐合金化学成分中以铁元素为主，若基体类产品均按新工艺流程进行。

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可伐合金玻璃封接电连接器电镀工艺改进表 2接触体镀前烧结和镀后烧结工艺对比T a b l e 2 Co mp a r i s o n b e t we e n s i n t e Hn g b e f o r e a n d a f t e r p l a t i n g o n c o n n e c t o r

3 . 2化学抛光改进为其它方法除氧化皮

可伐合金化学抛光工艺配方： 醋酸硝酸 6 0%(体积分数) 4 0%(体积分数)7 0~1 0 0 o C

化学抛光主要是针对外壳和接触体的光洁度不高和烧结后氧化皮过厚进行的一种工艺手段。该方法是采用浓硝酸和浓醋酸在 7 0 以上高温进行。经过化学抛光后，金属表面的凸起部位被酸蚀除去，以目的。

由于化学抛光易造成基体过腐蚀，因此采用了不理时间来掌握活化进度。 2种工艺的对比结果见表 3。

此达到减少金属表面峰谷差异来实现提高光洁度的 同浓度的盐酸进行除氧化皮实验，以控制酸浓度和处

表 3外壳化学抛

光和采用其它方法除氧化皮试验对比Ta b l e 3 Co mp a r i s o n b e t we e n c h e mi c a l p o l i s h i n g a n d o t h e r me t h o d s t o r e mo v e o x i d e s c a l e

。 通过以上工艺特点对比可知，采用何种工艺除氧见表 4

化皮还要取决于进行玻璃烧结的方法，既要看烧结后

新化学镀镍工艺对玻璃烧结的质量有明显要求。

成品表面的氧化程度，又要看采用的回火工艺。对于真因为化学镀镍是在 8 8℃溶液中镀 2 h以上，玻璃的孔空回火的玻烧成品，由于氧化膜薄，可以采用盐酸常温隙率大小对外壳的绝缘度有明显影响。2 0 0 3年笔者除氧化皮工艺；而对于非真空回火，特别是在玻璃上印 曾采用化学镍工艺镀 3批T Y 1 5 0 A - 2 0产品，如图 2所字后二次烧结的成品，因可伐合金基体表面氧化膜较示。前两次镀插头和插座各2 0套全部合格，第3次厚，采用盐酸常温除氧化皮工艺目前效果还不太理想。3 . 3镀金阻挡层工艺改进

原多层镍电镀工艺是经化学抛光后在外壳及接

触体表面电镀铜再镀镍最后镀金，由于常规电镀工艺的局限性，其接触体的镀层质量达不到要求。于是尝试在外壳除氧化皮工序后不用在接触体逐一拴上电 镀电源导线，先直接在化学镀镍设备上镀化学镍 2 O m左右，然后再在接触体上分别拴上导线进行镀

金(可以不镀外壳)。经产品例行实验检测，采用化学镀镍代替原多层镍电镀，其效果明显改善。结果比较 -

图2 T Y 1 5 0 A- 2 0产品示意图F i g u r e 2 S k e t c h ma p o f TY1 S O A- 2 0

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多层镍电镀外先干¨接触体栓 I:铜导线后同时 ①电镀工序较多，镀层为多层，其结合力受到影响；电镀锏，再时电镀镍最后镀金②接触体拴导线处盐雾试验后易现腐蚀(该处电镀层较薄甚至无镀层 )

化镀镍

外先和接触体同时化学镀镍，后接 ①接触体及外壳的镀层均匀，冈不挣线所以接触体不会出现拴线部位镀层太薄和无镀触体独镀金 层现象；

②工序简单，镀层结合力良好；③盐雾试验的效果明显好转；

④对玻璃饼坯的质量要求较高

再镀同样产品 4 O套，镀后检查产品绝缘度，其中插头 3 . 4外壳和接触体选择性电镀

仅l 2只合格，插座 3 9只合格。其原因是：该产品插

为了提高该类产品的抗蚀性能和节约贵金属的

头是采用玻璃饼坯烧结，由于该批产品烧结质量差， 消耗，同时使产品适应更多的使用环境，将原外壳和

玻璃体内气泡和孔隙较多，镀后玻璃体内有溶液渗接触体同步镀金工艺改进为外壳和接触体选择性电 入，甚至个别零件的玻璃表面因为粗糙局部有镀层沉镀工艺，减少外壳镀金这一工序，按照国家军用标准

积，所以导致外壳和接触体之间绝缘度降低；而该产要求对外壳分别进行电镀镉或电镀锡。选择性电镀品插座由于采用空心玻璃珠烧结，气密性很好，同时有先镀外壳再镀接触体和先镀接触体再镀外壳 2种玻璃表面的光洁度也很高，因此没有出现类似现象。 方法， 2种方法的工艺特点比较见表 5。

表 5外壳和接触体工艺试验对比Ta b l e 5 Co mp a r i s o n o f p r o c e s s t e s t s o n c r u s t a n d c o n n e c t o r

4结论

品的绝缘性能。 ( 4 )屏蔽材料的选择和夹具的设计是决定外壳选

( 1 )将玻封连接器的接触体和外壳由同步电镀工择性电镀成功与否的必备条件。采用的方法不正确， 艺改进为有选择的分步电镀工艺后，其镀层质量可得电镀的生产效率就会太低，一定要在找到最佳的方法到明显改善。特别是采用镀后烧结工艺的接触体的后再投入批量生产。

质量问题明显减少。但是，在进行接触体的滚光和电

( 5 )可伐合金外壳若镀上金后不能直接电镀镉，必

镀镍工序时要特别注意：①离心滚光使用的球型或圆 须在金层与镉层之问镀一层镍或镀一层铜。同样，通柱型磨削介质其直径不能和接触体的孔径形成配合过镀后浸金属防护剂可以明显提高产品耐盐雾性能。

尺寸，以免造成堵塞现象；②电镀镍层的厚度不能太

2 0 0 4年，笔者所在公司经过工艺改进后电镀的

厚，一般控制在 l~ 2“ m,否则在玻璃烧结后会出现 T Y 1 5 0 - 2 0玻璃封接连接器顺利通过国家新品项目验夹层镍或影响接触体和玻璃的封接效果。 收，已交用户的产品全部符合用户质量要求。 (

2 )烧结时玻坯的质量(采用干法制坯工艺要优参考文献：于湿法制坯工艺 )和是否采用真空回火工艺将对电镀[ 1] 张荣光.玻璃密封可伐合金接触件的镀金工艺研究[ C]∥连接器与开关第二届学术会议论文集 . 1 9 9 2: 9 O .

工艺的选择起决定性作用。同时玻璃烧结的质量又直接影响到产品的电镀合格率。( 3 )采用化学镀镍作中间阻挡层的工艺，其镀层

[ 2 j 电子工业专用设备手册编写组.电子工业专用设备手册[ M] .北京：国防工业出版社。 1 9 7 9. 4 1 2 . [编辑：吴杰]

致密度和耐蚀性明显强于电镀镍。但是，若玻璃烧结的质量还达不到要求时，采用化学镀镍要影响镀后产