周洋¹   何佳春² 

（1.法雷奥汽车内部控制（深圳）有限公司  深圳市 518103；2.深圳市大族数控科技股份有限公司  深圳市  518103）

摘要：电子插件的生产工艺越来越先进，尤其现在连接器中使用较多的Mirco USB，由于对其电气性能、稳定性及耐用度等指标要求较高，尤其是针脚的插接部分，为了获得更好的电气性能，高端的Mirco USB连接器都采用镀金工艺，连接器插件的性能和稳定性是衡量镀金质量的关键指标。本文主要是针对本市场上常见的Mirco USB 3.0针孔散件电镀金中常见的镀层质量问题，深度从产品设计、电镀工艺及电镀设备等方面进行了原因分析，同时搜集在实际生产中出现的问题，研究相应的解决方法和策略，为行业客户提供技术支持和参考借鉴。

关键词：Mirco USB连接器；镀层插件；工艺优化；解决方法 

0  前言

在Mirco USB接插件电镀中，由于接触部分对有镀金层着较高的电气和物理性能要求，采用镀金工艺是必不可少的工艺之一。目前市场上的USB及高效性能连接器基本都采用镀金工艺进行产品的加工，镀金工艺在深孔和细孔中的应用一直是技术难题。特别时近几年来电子产品的快速迭代，手机、电脑、数码产品基本都要使用USB进行数据传输和充电，Micro USB接口的产品普及率非常的高，用户对产品接口的传输性和稳定性越来越高，为了解决Micro USB连接器孔内镀金的种种品质问题，提高产品性能，总结在生产制造中常见的产品问题和解决策略。

图1 镀金层颜色异常

1  接插件镀金层质量问题产生原因分析

1.1    镀金层颜色异常

在实际的生产中，部分产品会出现镀金层颜色异常，与标准的颜色有偏差，或同一配套产品中不同零件的金层颜色出现差异，如图1所示，出现这种问题的原因主要有以下几个方面：

1.1.1    原材料杂质

镀层发红等问题是由于电镀液中杂质过多，钴的含量超标，当电解液中的镀层发白和变浅也是由于其他元素的含量超标所导致，如镍的含量过高时会导致镀层颜色变白和变浅，这些现象都会找出金手指部分质量不合格。

1.1.2    电流密度过大

根据塔菲尔曲线图的原理，如图2所示，在镀金是电流密度过会造成颜色异常，当电流超过临界值之后，镀金量会增大，主要表现为镀层的颜色变暗黑。

图2 塔菲尔曲线

1.1.3    镀金液老化

根据产品的镀金时间来判定，当长时间没有按照标准更换镀金液时，镀金层的颜色会变暗和发黑。

1.1.4    合金含量发生变化

插接部分需要较好的硬度和耐磨性，为了提高其性能，一般采用镀金工艺，金钴合金和金镍合金是使用最多的镀金材料。若是镀液中钴含量过高金层颜色会偏红，其工艺流程参数如表1所示。

1.2    孔内镀不上金

在Micro USB镀金工序完成后，外表面的金层厚度达到产品标准，但焊线孔或插孔内孔的镀金层极薄，甚至完全无镀金层沉积的情况，此类质量问题被称为孔内镀不上金，会严重影响接插件的电气连接性能。

1.2.1    镀金时镀件互相对插

为保障接插件插孔在插拔过程中具备足够的弹性，多数类型的插孔在产品设计阶段，在接口的部位设计开口槽。电镀工作的过程之中，镀件会不断翻动，部分插孔会通过口部开口相互穿插，导致对插部位的金层相互屏蔽，进而造成孔内化学反应困难，无法沉积合格的镀金层。

1.2.2    镀金时镀件首尾相接

部分类型的Micro USB接口，常见的设计是焊线孔直径大于插针的直径，这种设计偏差会导致电镀过程中部分插针出现首尾相接的情况，最终孔内不能够安全覆盖镀金层。上述两种孔内镀金异常现象，在振动镀金工艺中发生的概率相对更高。

1.2.3    盲孔部位浓度较大

当插针和接口有盲孔或者小孔径结构时（通常小于1 mm，部分甚至小于0.5 mm），若盲孔深度超过孔径尺寸，会导致镀液难以流入孔内，即使有少量镀液流入，也无法顺利排出，孔内镀液无法实现有效循环，进而导致孔内镀金层质量无法得到保障，甚至出现镀不上金的情况。

1.2.4    镀金阳极面积太小

Micro USB接插件体积较小，镀金件的总面积大，阳极与阴极的比值大，原有阳极的会变少。阳极面积的减小，会导致电化学反应不够，直接影响镀金工艺的深镀能力，导致镀件孔内无法镀上合格的镀金层。

1.3    镀层结合力差

在镀金后的检验过程中，发现部分接插件会出现镀层附着力不够，多次的拔插之后，镀金层出现脱皮；在200 h以上高温试验中，部分产品的镀金层会出现极细小的鼓泡。

1.3.1    伍强镀前处理不当

针对小型针孔件来说，机加工序完成之后没有进行彻底的清洗，没有将复杂结构处的污渍处理干净，也会造成镀层不牢固，结合力差等问题。

1.3.2    活化不完全

Micro USB接插件的基体材料多采用各类铜合金，这类材料中含有的铁、铅、锡、铍等微量金属元素，在常规活化液中难以实现充分活化。若未采用针对性的酸性溶液进行活化处理，电镀过程中，氧化物无法与镀金层形成良好结合，会导致镀层厚度不均、厚度偏薄，容易在高温工作条件下脱皮和气泡。

1.2.3    镀液浓度偏低

在进行进行镀镍处理时，若镀液中镍含量低于规定工艺范围，小孔径的内壁出现无金层；若预镀金液中的金含量过低，会导致孔内无法镀上镀金层；当镀件进入加厚金镀液时，孔内未沉积镀金层的镍层会发生钝化，进而导致后续沉积的镀金层结合力变差，易出现起皮问题。

1.3.4    插针电镀时电流密度大

插针的电镀过程中，若沿用常规电流密度进行作业，针尖部位的镀层厚度远大于顶部，经过详细检查，针尖部位呈现类似火柴头的形状。其中，插针前端顶部靠后位置的镀金层，经结合力检验后通常不符合标准，该类问题在振动镀金工艺中较为容易出现。

1.4    镀层厚度不足

镀层厚度不足会直接影响连接和传输的可靠性，金层的厚度低于0.05 μm，同时会导致传输不稳定、环境腐蚀加剧。

2  解决策略及方法

2.1    改善产品结构设计

产品设计之初需要在结构上考虑电镀造成的影响，需要避免复杂和细小的结构，尽量减少因结构造成的电镀影响，总结以上原因，使用鱼骨图进行定性和定量分析，如图3所示。

图3 鱼骨图分析法

2.1.1    改进插孔开口结构

在一字开口的插孔的结构件中，改进开口加工工艺，采用‘先斜向开口、后垂直开口’的加工方式，其中斜向开口需从口部边缘向口部中央以45°角逐步推进，垂直开口则沿口部中央向下延伸，确保开口结构合理，避免电镀时出现相互穿插现象。

2.1.2     插针的针杆尺寸设计

避免在电镀时首位相接，设计时插针的针杆尺寸应始终略大于焊线孔孔尺寸及延长焊线孔铣弧长度。

2.1.3     优化盲孔结构

减少盲孔的结构，在盲孔的底部加横向的通孔结构，使电镀液能够有效和快速的排出。

2.2    改善工艺方法

2.2.1     原材料管控

加强原材料质量管控，强化电镀原材料的质量检验，重点关注金盐等核心原材料的质量。对于每一批次投入使用的金盐，除进行常规的理化指标检验外，还需取样开展赫尔槽试验，只有试验结果合格的金盐，才能投入镀槽使用。

赫尔槽试验具体方法如下：取12 g样品金盐，加入100 g柠檬酸钾，配制1 l镀液，将镀液温度加热至50 ℃，调整pH值至5.4~5.8后开展赫尔槽试验。试验合格的判定标准为：250 ml赫尔槽试验试片在0.1 A电流下电镀1 min后，光亮区域电流密度保持在一般以上的面积，需要试片呈现均匀的黄色；无法满足上述标准，则判定该批次金盐无法正常使用。各类镀液的赫尔槽试验条件如表2所示。

2.2.2    精准控制电镀电流

详细记录每次的电镀电流密度，遵循塔菲尔曲线原理，当出现品质问题时，及时的进行数据分析，排除问题。

2.2.3    加强电镀液周期管理

加强电镀液使用周期记录和管控，每个电镀周期需要使用过滤或者活性炭清理电镀液中的杂质，保障电镀液的纯度和洁净度，当电镀液使用超过一年之后需要重新进行回收处理，使用新的电镀液。

2.2.4    保障阳极工作性能

增加阳极面积占比，钛网上出现气泡而镀金不成功时需要进行新的钛网更换。确保阳极的保持在良好的工作性能

2.2.5    优化镀前处理流程

针对小型针孔件镀前处理不彻底的问题，在常规镀前处理流程的基础上，新增一道三氯乙烯超声波除油清洗工序，利用超声波的高频振动作用，彻底清除孔内干涸的油污及杂质，有效提升镀金层与基体材料的结合力，减少镀层起皮、脱落隐患。

2.3    改进电镀设备

优化结构设计的同时，改进电镀方法和设备，使用振动电镀，效果要强于之前的滚动电镀。

升级电镀电源，用换向脉冲数码电源，可以有效的提升深孔和细孔的电镀质量，同时优化正反向电流比值，控制电镀时间。

3  结论

在Mirco USB接插件镀金生产过程中，发现影响镀层质量的因素较多，找到了很多的问题点，本文只列出了部分重要和常见问题点，通过鱼骨图工具进行分析，找出对应问题的处理策略进行解决，通过不断优化生产工艺、完善管理体系，可显著提升产品镀金层质量，实现降本增效的生产目标。

微电子工业的快速发展，对精密连接器的性能和稳定性要求越来越高，虽然Micro USB接插件镀金的生产技术的成熟，会出现其他技术问题。只要我们从Mirco USB制造端的各个重点环节切入，不断的深入分析问题的本质，找到产生这些问题的根本原因，重点改进和优化电镀工艺，科学的进行生产调整，不断的进行工艺优化，提升镀金产品及USB产品品质。

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