性。接触正压力与接触几何形状，同电连接器配合时的插拔一样，对含有膜的接触表面也非常重要。
将讨论三种普通金属接触镀层：锡，银和镍。锡是最常用的普通金属镀层。银镀层有利于高电流接触。镍所知道的是限于作为高温接触镀层。如前面所讨论的，镍作为贵金属镀层的底层非常重要。
锡及锡铅合金镀层．本章中，词‘锡’的运用打算包括广泛运用在可分离接触界面的93%锡—7%铅合金。第二种合金，60%锡—40%铅，主要用于焊接连接，本节将不作讨论。 如第二章所讨论的，锡作为可分离接触界面的运用源于锡表面大量氧化膜在电连接器配合时可能会移动（displaced）。这种移动是困为锡与锡氧化物的硬度相差很大。 但是，连接器的运用过程中锡表面的再氧化是锡镀层的主要退化机理。该机理，后面将要讨论的，通常称作摩损腐蚀。
银接触镀层．银因为跟硫和氯反应产生表面膜而被作为普通金属。硫化膜如果不破裂能在银接触时产生二极管的功能效果。电话机收发过程中的继电器运用（relay applications in telephony）会受到这种影响而致使银作为接触镀层的名声很坏。但是应该注意到，这些运用都是低插拔或者无插拔（low-or non-wiping），从而使接触界面对氧化膜非常敏感。电连接器配合时的插拔可减小这种敏感性。
银的另一个特性限制了它的使用。它能够移到接触表面致使接触间或印制电路板的衬垫产间发生短路（shorts）。Krumbein对移动过程提出了总的看法。
尽管银的两个性质，硫化物及移动，限制了银作为接触镀层的运用，但是如上所述，这种问题只是产生在继电器（尤其是无插拔继电器）而不是电连接器的运用上。 典型的银镀层厚度从3μm到8μm。通常，与相同厚度的金相比，银相对软一些（knoop 100），这也与它作为接触镀层的耐久性相对应。银表面的硫化膜也非常软且容易破裂。注意到因为硫化物的形成银不会经受磨损腐蚀是很重要的。氯化物与普通化合物不同其移动更加困难，因为氯化膜更硬且更粘附。包括硫化物与氯化物的腐蚀物的混合型膜可在有些环境里形成，这些膜非常坚固。但是在大多数条件下，银表面膜通过配合时的摩擦容易破裂。
银具有优良的导电性与导热性及高电流时的抗冷焊力。这些特性使得银成为优良的高电流接触的可选材料，在这些运用中应该考虑银接触镀层。
镍接触镀层．镍镀层因其表面紧帖的坚硬的氧化物而属于普通金属。镍表面氧化物
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可以被破坏，但是需要很大压力，因为镍氧化物的厚度具有自我限制特性（大约为100纳米），施加不到1伏的电压即能电解。利用镍的这种性能其可作为电极（battery contact material）。同锡相似，镍也非常易受磨损腐蚀。
3.3 选择可分离接触界面的接触镀层的考虑 基于镀层材料性能总的简要看法，本讨论选择性考虑电连接器上的贵金属镀层与普通金属镀层。膜处理，配合时表面膜的破坏以及避免以后膜的形成，对两种不同镀层的要求是不同的。对贵金属而言，保持其贵金属性以防止裸露的基材金属受到腐蚀正是我们所需要的。从这个目的上来说作为底层的镍的作用十分重要。而对锡镀层而言，防止磨损腐蚀则是首要的。
3.3.1 贵金属接触镀层系统的设计考虑 接触表面被履贵金属的存在，本身并不能保证a film-free 表面。为防止能够达到接触表面的接触弹片基材金属的蔓延，金属镀层必须连续并且有足够的厚度。贵金属镀层的中断能导致基材金属裸露部位的腐蚀。镀层中断可因整个制造和镀层过程的不同原因而产生。多孔性（porosity）已经提到，接触镀层磨损是基材金属裸露的另一原因。当然，多孔性与磨损非常不同，多孔性是制造问题而磨损则涉及到运用。无论是多孔性还是磨损原因，基材金属的裸露是令人担忧的（of concern），因为裸露的基材金属在典型电连接器的工作环境中可能受到腐蚀。接触弹片材料的基材金属成份蔓延到金接触表面能产生表面膜。正如将讨论到的，减少基材金属腐蚀的可能性是镍底层的功能之一。
进一步详细考虑多孔性。在电镀过程的讨论中，多孔性被描述为产生于电镀金属的运动（kinetics）。对金镀层而言，典型的多孔性对镀层厚度的曲线如图3.5所示。当然，这些曲线的形状及厚度同电镀金属特性及运用一样依赖于端子加工过程。图3.5说明了为什么电镀贵金属接触镀层厚度一般从0.4到1.0微米的一个原因，镀层厚度小于0.4微米，孔数增加很快。而镀层厚度大于1微米，孔数很少，从运用观点来看，其降低比率是微不足道的。
不必担心孔隙的存在，因为孔隙的位置不会实质性影响金属对金属接触面的产生。担心的是如果孔隙暴露了基材金属可能在孔的位置产生腐蚀。图3.6对该腐蚀机理作了阐明。腐蚀物可充满整个孔隙而且，更重要的是，如图示的那样，腐蚀物可从孔隙的位置移到镀层
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的表面。随着腐蚀物延伸到镀层表面，如果端子接近另一端子，例如相互摩擦，很可能干扰接触界面的形成或减少既定接触界面的接触面积。
多孔性对电连接器性能的影响是有争论的。根据刚才所述的机理，孔隙腐蚀可导致接触阻抗的升高，但多孔标准及其工作环境的相互作用决定该性能的退化速度和退化程度。镍底层对减少孔隙腐蚀可能性的作用将在后节讨论。正如所预料的那样，对处于混合流动气体环境中小体系电连接器的重要研究显示了电连接器性能随多孔性的退化趋势。但是并没有一个临界孔数标准。有许多高多孔性产品在预测最容易退化的环境里表现出良好的性能。后面将研究的电连接器中孔隙位置及其基座的屏蔽效果可以解释这种现象。 接触镀层的磨损，如所提到的，也可能导致基材金属的裸露。接触镀层的抵抗力，或耐久性决定于许多因素。包括： ．接触正压力 ．配合间距 ．接触几何形状 ．磨损机理 ．接触镀层
为了本讨论，我们仅考虑接触镀层的影响。其它因素对电连接器耐久性的影响将在第六章讨论。
影响接触磨损或耐久性的三个镀层特性是： （1）镀层材料的硬度； （2）镀层材料的摩擦系数； （3）镀层厚度。
随硬度的增大和摩擦系数的减少，在其它所列因素的联合作用下镀层的耐久性将会提高。耐久性也会因镀层厚度的增加而提高。同厚度对多孔性的影响一样，为既定的运用选择适当的镀层厚度也会影响接触磨损或耐久性。至于材料的特性，须首先考虑硬度的影响。
电镀的接触金镀层通常是硬金（hard gold），即金镀层包含有硬化剂（hardening agent）。从根据Antler改编的图3.7，可以看出与软金（soft gold）或纯金相比，硬金耐久性有了提高。但是，通过使用镍底层，电连接器的耐久性有了更大提高。
钴是最普通的硬化剂，但镍也是很有效的。正如前面所讨论的，硬化剂的可能负面影
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响包括提高了腐蚀敏感性，降低了导电性与导热性及镀层的延展性。
因硬化剂导致的延展性的降低也能影响电连接器耐久性能。两种影响应同时加以考虑。延展性的降低能减少在既定压力下接触面积的增加，从而减少了粘附性磨损。但延展性降低能通过提高镀层破碎及促进研磨性磨损而增加磨损。
镀层的缺点，无论是多孔性还是磨损，因为它们位于可能发生腐蚀的裸露基材金属上，是令人担忧（of concern）的。如所提到的，镍底层对减少这些腐蚀非常重要，下面将要讨论到。
贵金属镀层中镍底层的功能 贵金属接触镀层系统中镍具有以下几方面优点： ．减少孔隙及缺陷位置的腐蚀（pore and defect sites） ．阻止腐蚀的移动 ．减少基材金属成份的蔓延 ．增加延展性
我们将分别讨论每个优点。
多孔性．图3.8基本表明了镍在减少孔及缺陷位置发生腐蚀的可能性与效果。该图也包括图3.6图示的没有镍底层的孔隙腐蚀说明。两者间最重要的区别在于在孔位置处的裸露的镍将形成可有效密封腐蚀孔隙的氧化膜。镍氧化膜的厚度是有限制的，典型为的100纳米，没有填满孔隙，更重要的是没有移动。类似的效果在缺陷位置包括磨痕也会产生。这种孔密封机理的效果在高浓度氯的环境中因为降低了氯对镍氧化物的影响就已经提出。但是，氯浓缩的必要性并没有很好明确。在这些环境中广泛的测试表明镍底层对很大范围的电连接器产品的优点。
图3.9显示了孔隙腐蚀对置于模拟工业暴露环境的流动的混合气体（flowing mixed gas FMG）测试环境中金镀层片（coupon）的影响。测试环境由十亿分之几数量级（parts-per-billion）的氯，氢硫和氮的氧化物组成为主要污染物，加上温度为25度的潮湿（湿度为75%）空气。在孔隙周围出现环状腐蚀，结果腐蚀物出现图3.6所示的腐蚀移动。这些腐蚀物的存在，当它们蔓延到接触表面时，对接触阻抗有很大的影响。
来自于Geckle的图3.10，提供了一些有关腐蚀物移动过程特性的实例。这些数据来自暴露在上段所述FMG环境中的金/钯/镍/铜合金镀层片，各层厚度分别为0.1、1.5、2.5微米。位于图中间的缩微照片显示了孔隙以及孔隙周围的环状腐蚀物。图上面一系列X—光线图显示了孔隙通过所有层的延伸。因为金、钯和镍层中信号的缺少及没有缺少的强烈的
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铜信号，孔隙的存在是显而易见的。裸露的铜是腐蚀物产生的根源。显示了主要腐蚀种类（major corrosion species）位置的更低的X—光线图，暗示了氧气主要停留在孔隙位置，氯可以轻微地移动，但硫腐蚀物明确局限于环状腐蚀物范围内。移动种类（species）明显包括铜/硫腐蚀物。
腐蚀移动．图3.11表明了一种评估腐蚀移动的实验方法。在这种情形下的五种不同系统，自镀有有益接触镀层系统的铜合金片（coupon）冲制（stamped）一圆盘形状。冲制过程产生暴露的基材金属边缘，其在FMG暴露环境为可腐蚀位置，暴露后的腐蚀移动大致与上述描述相同。图中插入的数据提供了暴露在FMG环境一定时间后腐蚀移动距离的实验性数据。该数据揭示了两种所关心的效果。
第一，注意到金表面腐蚀物的移动距离比钯大，依次，钯表面腐蚀物的移动距离比镍大。
第二，镍底层将金和钯镀层腐蚀物的移动距离减少了一半。
这两种效果可以根据腐蚀物移动的运动学，以一种简单但又关联的方式加以简明。基本的假设是腐蚀物在光洁表面扩散得很快，这种现象可能是因为表面张力的影响，类似于湿润现象。腐蚀物在表面自由扩散以至于超出表面膜。光洁金表面不会产生氧化膜。钯是一种催化剂（catalytic）材料，易于在其表面形成一层有机薄膜，且在测试环境里是反应性的（reactive），这一点将在后面章节讨论。在测试的暴露环境里（in the test exposure），钯表面很容易形成氧化膜。镍，正如所提到的，也会形成一层表面氧化膜。在已知假设下，腐蚀物的移动符合数据所显示的模式，腐蚀物在金表面扩散得最迅速，钯次之，镍最慢，这就解释了上述所观察到的在三种镀层金属上腐蚀物具有不同的扩散速度的原因。 第二次观察，镍底层上腐蚀物的移动距离仅为金底层的一半，是因为镍阻碍了腐蚀物的扩散。在这种情况下，镍底层就象铜合金与贵金属镀层之间的栅栏。虽然镍能够阻碍腐蚀物的扩散，但由于镍层仅有几微米厚，腐蚀物很容易穿透镍层在金或钯镀层表面更快地扩散，在图3.11所示特定的测试条件下，可以想象镍底层的阻碍效果大约只有测试暴露环境的一半，这是简单的但基本正确的对实验数据的解释。
图3.12显示了在与图3.11采用的数据类似的测试暴露环境里腐蚀物在镀有金∕镍∕磷青铜镀层金属的冲制圆盘上的扩散。外边缘的膜非常厚，且其扩散距离减少。表面上的亮点为探测点，其上接触阻抗的测量以金作为探针，在边缘位置，其阻抗值大于2奥姆，试验预设的极限值成立。如图3.13显示的只有在接近底层中心时，才会出现毫欧级的阻抗
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连接器手册 - 中文版 -
