Vai trò của lớp mạ niken lót trong công nghệ mạ vàng trên các linh kiện điện tử

Kim loại niken

Với các chi tiết và linh kiện được ứng dụng trong lĩnh vực điện, điện tử, niken là kim loại được ứng dụng phổ biến để tạo lớp mạ lót nhờ độ cứng, khả năng chống mài mòn và tính dẫn điện cao. Có nhiều kiểu lớp mạ niken (độ dày, hợp kim…), nhưng tất cả chúng đều phải tuân thủ các nguyên tắc hướng dẫn trong SAE-AMS-QQ-N-290 hay MIL-STD-1353, đặc biệt là đảm bảo duy trì độ dẫn điện cao.

Yêu cầu về đặc tính của lớp mạ niken và các kim loại khác

theo tiêu chuẩn MIL-STD-1353

Kim loại vàng

Vàng là một lựa chọn cực kỳ hữu ích trong việc mạ kim loại cho mục đích ứng dụng điện tử do khả năng chống oxy hóa và chống ăn mòn vượt trội của nó. Theo đó, vàng có thể duy trì độ dẫn điện tốt hơn theo thời gian so với các kim loại khác (như sắt hoặc đồng) vì sự hình thành lớp oxit trên bề mặt của các kim loại này.

Các đầu nối được mạ vàng

Mặt khác, tính dẻo cao của vàng giúp cho việc mạ vàng mỏng trên lớp lót niken được thực hiện dễ dàng. Ngày nay, việc tạo được các điểm tiếp xúc được mạ vàng đã phát triển đến mức độ dày của lớp mạ có thể được kiểm soát rất chặt chẽ.

Hơn nữa, nhiệt độ nóng chảy của vàng xấp xỉ 1100 ^oC, giá trị này cao hơn rất nhiều so với bất kỳ nhiệt độ tính toán sẽ gặp phải ngay cả trong hầu hết các ứng dụng hàng không vũ trụ. Do đó, các đầu nối mạ vàng rất hiệu quả khi vận hành trong điều kiện môi trường có nhiệt độ cao.

Ngoài ra, vì vàng có hệ số ma sát tương đối thấp nên các đầu nối vàng có khả năng chịu được một số lượng lớn các chu kỳ đóng/mở mà không bị phá hủy. Đặc tính này rất quan trọng đối với khả năng bảo trì của bất kỳ hệ thống hoặc bộ phận nào dựa vào các đầu nối.

Tuy nhiên, trở ngại đáng kể nhất khi sử dụng lớp mạ vàng là chi phí. Vàng là kim loại quý rất đắt tiền và không phải lúc nào cũng là lựa chọn khả thi nhất về mặt kinh tế khi thiết kế một hệ thống điện tử lớn.

Sự kết hợp của vàng và niken

Sự kết hợp giữa niken và vàng để mạ cho các đầu nối trong các ứng dụng điện, điện tử là cực kỳ hiệu quả và được áp dụng phổ biến nhất vì chúng hỗ trợ các đặc tính có lợi của nhau và không ảnh hưởng đến chức năng của kim loại còn lại.

Cầu chì kính có tiếp điểm được mạ vàng

Cụ thể, theo ASTM B488 (Tiêu chuẩn chất lượng lớp mạ vàng dùng trong các ứng dụng kỹ thuật), rất nhiều công dụng của lớp mạ niken đã được đề cập đến với vai trò như là lớp mạ lót trước khi mạ vàng, bao gồm:

- Ngăn chặn sự ăn mòn lỗ chân lông: Lớp mạ lót niken tạo ra các oxit bên dưới các lỗ chân lông của lớp mạ vàng và có thể ngăn chặn tác động của các nguyên tố ăn mòn hay các chất ô nhiễm có thể ngấm qua và tiếp xúc với vật liệu kim loại nên của các chi tiết.

- Ngăn chặn sự ăn mòn xâm lấn: Niken cũng có thể ngăn chặn các sản phảm ăn mòn xâm lấn vào bề mặt của các board mạch điện tử (PCB).

- Ngăn chặn sự khuếch tán: Lớp mạ lót niken đóng vai trò là một rào cản quá trình khuếch tán giữa kim loại nền và vàng, ngăn chặn một số vật liệu có tính oxy hóa nhất định không ăn mòn kim loại nền. Ngoài ra, lớp mạ lót này còn có khả năng ngăn cản sự hình thành các lớp kim loại trung gian có tính kiên kết yếu giữa vàng và kim loại nền. Đặc tính này có thể đặc biệt hữu ích ở nhiệt độ cao, điều kiện mà quá trình oxy hóa có thể xảy ra nhanh hơn.

- Tăng cường độ bền bề mặt tiếp xúc: Độ cứng của lớp mạ tăng lên nhờ lớp niken lót và sẽ kéo dài được tuổi thọ của lớp mạ vàng. Nó có thể giúp cho lớp mạ vàng cứng tránh được sự nứt vỡ ở các vị trí tiếp xúc và chịu được tải tiếp xúc.

- Cải thiện độ hoàn thiện bề mặt: Việc mạ các lớp lót sáng hơn có thể giúp cải thiện màu sắc và độ hoàn thiện của lớp mạ vàng.

Trong thực tế, tiêu chuẩn MIL-STD-1353 yêu cầu phải mạ lớp lót bằng niken bất cứ khi nào sử dụng vàng làm kim loại mạ cho các chi tiết điện, điện tử. Độ dày lớp mạ rất quan trọng khi sử dụng đồng thời niken và vàng. Theo yêu cầu của tiêu chuẩn này, lớp mạ niken lót phải có độ dày 50 – 150 µin (1,27 – 2,54 µm). Khi độ dày dưới giới hạn này thì lớp mạ có khả năng bị bong tróc, ngược lại hiện tượng nứt lớp mạ có thể xảy ra.

Độ dày của lớp mạ niken lót phải đạt 50 – 150 µin

và tối thiểu 20 µin cho lớp mạ vàng trên các đầu nối

Đối với lớp mạ vàng, quy định về độ dày của chúng tùy thuộc vào loại và cấp độ vàng được sử dụng và tuân theo tiêu chuẩn MIL-DTL-45204. Theo đó, độ dày tối thiểu cho phép của lớp mạ vàng trên các đầu nối là 20 µin (0,51 µm).

Như vậy, nhờ những đặc tính hữu ích trên mà niken giữ vai trò rất quan trọng khi làm lớp mạ lót trong công nghệ mạ vàng. Và sự kết hợp này đã được quy định trong các tiêu chuần chất lượng, đặc biệt với các bộ phận và chi tiết điện, điện tử.

Bài viết cùng chủ đề:

ASTM B488 – Tiêu chuẩn kỹ thuật cho lớp mạ vàng dùng trong các ứng dụng kỹ thuật

Sự lựa chọn vàng cứng và vàng mềm trong mạ vàng công nghiệp

Mạ vàng trong lĩnh vực y tế

Ứng dụng mạ vàng nữ trang

Ứng dụng mạ vàng trong lĩnh vực điện tử