Quá trình mạ vàng cứng được sử dụng rộng rãi trong các bộ phận chính của bảng mạch in như ngón tay vàng và đầu nối điện tử do khả năng chống mài mòn tuyệt vời, độ dẫn điện tốt và khả năng chống ăn mòn. Các bộ phận này thường xuyên phải chịu các tác động cơ học như chèn, rút, ma sát,… trong quá trình sử dụng sản phẩm nên yêu cầu cực kỳ cao về khả năng chống mài mòn của lớp vàng cứng mạ điện. Để đảm bảo chất lượng và độ tin cậy của sản phẩm, điều đặc biệt quan trọng là phải xây dựng các tiêu chuẩn thử nghiệm khoa học và hợp lý về khả năng chống mài mòn của vàng cứng mạ điện.
1, Các yếu tố chính ảnh hưởng đến khả năng chống mài mòn của vàng cứng mạ điện
(1) Độ dày lớp phủ
Độ dày của lớp phủ là yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến khả năng chống mài mòn. Nói chung, lớp phủ vàng cứng dày hơn có thể chịu được ma sát nhiều hơn và có khả năng chống mài mòn tốt hơn. Ví dụ, trong một số thiết bị điện tử hàng không vũ trụ yêu cầu khả năng chống mài mòn cực cao, độ dày của lớp vàng cứng mạ điện thường được kiểm soát ở mức tương đối cao. Tuy nhiên, độ dày của lớp phủ không phải là giới hạn. Lớp phủ quá dày không chỉ làm tăng đáng kể chi phí sản xuất mà còn có thể dẫn đến giảm độ bám dính giữa lớp phủ và chất nền, dẫn đến các vấn đề như bong tróc và bong tróc. Vì vậy, cần phải kiểm soát hợp lý độ dày của lớp phủ đồng thời đáp ứng yêu cầu về khả năng chống mài mòn.
(2) Độ cứng của lớp phủ
Độ cứng của lớp phủ vàng cứng chủ yếu phụ thuộc vào thành phần hợp kim và các thông số quá trình mạ điện. Bằng cách thêm các nguyên tố hợp kim như coban và niken vào vàng nguyên chất, một lớp phủ hợp kim cứng hơn có thể được hình thành. Ví dụ, lớp phủ vàng cứng có chứa coban có thể đạt độ cứng 150-200HV, giúp cải thiện đáng kể khả năng chống mài mòn của chúng so với lớp phủ vàng nguyên chất có độ cứng 50-90HV. Ngoài ra, các thông số như mật độ dòng điện, nhiệt độ dung dịch mạ và giá trị pH trong quá trình mạ điện cũng có thể ảnh hưởng đến cấu trúc tinh thể và độ cứng của lớp phủ. Các thông số quy trình phù hợp có thể làm cho lớp phủ kết tinh mịn và chặt, từ đó cải thiện độ cứng và khả năng chống mài mòn.
(3) Tình trạng bề mặt của chất nền
Độ phẳng, độ nhám và độ sạch của bề mặt đế có tác động đáng kể đến khả năng chống mài mòn của lớp vàng cứng mạ điện. Nếu có vết xước, rỗ và các khuyết tật khác rõ ràng trên bề mặt nền hoặc nếu độ nhám cao thì lớp phủ vàng cứng khó có thể phủ đều trong quá trình mạ điện. Những vùng yếu này dễ bị hư hỏng đầu tiên trong quá trình ma sát, dẫn đến khả năng chống mài mòn tổng thể của lớp phủ giảm. Trong khi đó, nếu trên bề mặt nền có vết dầu, tạp chất còn sót lại sẽ ảnh hưởng đến độ bám dính giữa lớp phủ và lớp nền, từ đó làm giảm khả năng chống mài mòn của lớp phủ. Do đó, việc xử lý trước bề mặt nghiêm ngặt của chất nền trước khi mạ điện, chẳng hạn như mài, đánh bóng, làm sạch, v.v., là một bước quan trọng để đảm bảo chất lượng và khả năng chống mài mòn của lớp phủ.
(4) Môi trường sử dụng
Nhiều yếu tố trong môi trường sử dụng thực tế, chẳng hạn như nhiệt độ, độ ẩm, khí ăn mòn, hạt bụi, v.v., có thể ảnh hưởng đến khả năng chống mài mòn của các lớp vàng cứng mạ điện. Trong môi trường nhiệt độ cao, độ cứng của lớp phủ có thể giảm, dẫn đến khả năng chống mài mòn giảm; Môi trường có độ ẩm cao có thể dễ dàng gây ra sự ăn mòn của lớp phủ, làm suy yếu khả năng chống mài mòn của chúng; Các khí ăn mòn như sulfur dioxide và hydrogen sulfide có thể phản ứng hóa học với lớp phủ vàng cứng, làm hỏng cấu trúc lớp phủ; Các hạt bụi có thể hoạt động như chất mài mòn trong quá trình ma sát, làm trầm trọng thêm sự mài mòn của lớp phủ. Vì vậy, khi đánh giá khả năng chống mài mòn của vàng cứng mạ điện cần phải xem xét đầy đủ đặc điểm môi trường sử dụng thực tế của sản phẩm.
2, Các phương pháp và tiêu chuẩn kiểm tra độ bền mài mòn phổ biến
(1) Kiểm tra ma sát và mài mòn
Nguyên lý và Thiết bị: Thử nghiệm ma sát và mài mòn là thử nghiệm mài mòn được thực hiện trên các mẫu vàng cứng mạ điện bằng cách mô phỏng các điều kiện ma sát trong sử dụng thực tế. Thiết bị phổ biến bao gồm máy thử độ mài mòn Taber. Thiết bị này mô phỏng quá trình ma sát và mài mòn thực tế bằng cách tác dụng một áp suất nhất định lên bề mặt mẫu và quay bánh mài với tốc độ cụ thể để tạo ra ma sát với bề mặt mẫu. Trong quá trình thử nghiệm, vật liệu, tốc độ, áp suất tải và thời gian ma sát của bánh mài có thể được kiểm soát chính xác.
Tiêu chuẩn kiểm tra: Các thông số cụ thể và chỉ số đánh giá để kiểm tra ma sát và mài mòn được xác định rõ ràng trong các tiêu chuẩn ngành liên quan. Ví dụ, một số tiêu chuẩn nhất định yêu cầu sử dụng các mẫu bánh mài cụ thể, chịu tải với áp suất nhất định (chẳng hạn như 1000g) và phải chịu thử nghiệm ma sát trên các mẫu ở tốc độ nhất định (chẳng hạn như 60 vòng/phút). Các chỉ số đánh giá thường bao gồm lượng hao mòn sau một số chu kỳ ma sát xác định hoặc số chu kỳ ma sát khi đạt đến một mức độ mài mòn nhất định. Trong một số tiêu chuẩn thử nghiệm các đầu nối điện tử, yêu cầu độ mòn của lớp phủ trên mẫu sau 5000-10000 chu kỳ ma sát không được vượt quá giá trị quy định và không được có hiện tượng bề mặt lộ ra ngoài.
(2) Kiểm tra tuổi thọ cắm và rút phích cắm
Nguyên tắc và thiết bị: Thử nghiệm-tuổi thọ phích cắm chủ yếu nhằm vào các đầu nối điện tử và các sản phẩm khác, mô phỏng quá trình-chích cắm của chúng trong sử dụng thực tế và kiểm tra khả năng chống mài mòn của lớp vàng cứng mạ điện trong các quá trình cắm- lặp đi lặp lại. Thiết bị kiểm tra thường có thể kiểm soát chính xác các thông số như tốc độ, lực, góc và số lần đưa vào và rút ra. Ví dụ: một số máy kiểm tra tuổi thọ cắm và rút phích cắm có độ chính xác cao-có thể kiểm soát tốc độ cắm và rút phích cắm trong vòng 1-5 lần mỗi giây và sai số lực cắm và rút phích cắm trong phạm vi rất nhỏ.
Tiêu chuẩn kiểm tra: Các tiêu chuẩn liên quan có quy định chi tiết về điều kiện môi trường, phương pháp kiểm tra và tiêu chí đủ điều kiện để kiểm tra tuổi thọ của plug-in. Ví dụ: tiêu chuẩn MIL{2}}STD{4}}202 chỉ định nhiệt độ, độ ẩm môi trường và các điều kiện khác để kiểm tra tuổi thọ của trình cắm, thường yêu cầu tiến hành kiểm tra trong môi trường có nhiệt độ và độ ẩm bình thường. Về phương pháp thực nghiệm, các thông số như hành trình, tốc độ, góc chèn cho mỗi lần chèn và trích xuất được xác định cụ thể. Tiêu chí đủ điều kiện thường được xác định dựa trên các kịch bản ứng dụng cụ thể của sản phẩm. Ví dụ, đối với các đầu nối thiết bị như máy chủ yêu cầu cắm và rút thường xuyên, có thể yêu cầu thay đổi điện trở tiếp xúc vẫn nằm trong phạm vi cho phép sau hàng chục nghìn lần cắm và rút, và lớp phủ không có hiện tượng mài mòn hoặc bong tróc rõ ràng; Đối với đầu nối của các sản phẩm điện tử tiêu dùng, số lần lắp và tháo yêu cầu có thể tương đối thấp nhưng chúng cũng cần đáp ứng các yêu cầu về độ tin cậy nhất định.
(3) Kiểm tra vết xước
Nguyên tắc và thiết bị: Thử nghiệm vết xước được thực hiện bằng cách tác dụng tải trọng tăng dần lên bề mặt mẫu vàng cứng mạ điện, sử dụng kim cào kim cương để làm xước bề mặt mẫu, quan sát tình trạng vết xước của lớp phủ dưới các tải trọng khác nhau và đánh giá khả năng chống mài mòn và độ bám dính của lớp phủ. Thiết bị kiểm tra chủ yếu bao gồm hệ thống tải, thiết bị đánh dấu kim và hệ thống quan sát và đo lường. Hệ thống nạp có thể kiểm soát chính xác tải trọng tác dụng lên kim cào, đồng thời thiết bị kim cào đảm bảo kim cào đi qua bề mặt mẫu với tốc độ và góc ổn định. Hệ thống quan sát và đo lường được sử dụng để ghi lại hình thái, chiều rộng, chiều sâu và các thông tin khác của vết xước.
Tiêu chuẩn kiểm tra: Các tiêu chuẩn kiểm tra vết xước khác nhau giữa các ngành và lĩnh vực ứng dụng khác nhau. Nói chung, các tiêu chuẩn chỉ định vật liệu, hình dạng và kích thước của kim đánh dấu, chẳng hạn như kim đánh dấu kim cương thường được sử dụng, có yêu cầu nghiêm ngặt về bán kính và góc đầu của nó. Phương pháp tải thường áp dụng tải liên tục hoặc tải phân loại và ghi lại tải trọng tới hạn khi lớp phủ gặp hiện tượng hư hỏng như nứt và bong tróc. Ví dụ, trong một số tiêu chuẩn thử nghiệm dành cho linh kiện điện tử hàng không vũ trụ, tải trọng tới hạn để thử nghiệm vết xước phải cao hơn một giá trị nhất định để đảm bảo lớp phủ có khả năng chống mài mòn tốt và hiệu suất liên kết trong môi trường ứng suất phức tạp.