چرا آبکاری طلا در صنعت الکترونیک کاربرد دارد؟
آبکاری طلا صنعتی، برخلاف آبکاری طلا زینتی، به‌دلیل نیاز به رسانایی بالا، مقاومت به سایش و عمر مفید طولانی روی قطعات الکترونیکی، سوکت‌ها و فیش‌های مدارهای حساس اجرا می‌شود. در این نوع پوشش، افزودن فسفر به محلول، با وجود ایجاد پوششی کمی کدر، باعث افزایش مقاومت مکانیکی و الکتریکی قابل‌توجهی می‌شود—چیزی که در آبکاری زینتی حتی قابل‌تصور هم نیست. از طرفی، کنترل ضخامت نازک ولی دقیق تا زیر ۵ میکرون، پایداری پوشش در برابر فشارهای مکانیکی متعدد و حفظ مقاومت در برابر تماس‌های مکرر، چالش‌هایی هستند که فقط یک آبکار باتجربه از آن‌ها عبور می‌کند.
فرمولاسیون دقیق آبکاری طلا صنعتی
| جزء محلول | مقدار توصیه‌شده | نقش عملکردی |
|---|---|---|
| کلرید طلا (آبی یا سیانیدی) | ۲–۴ گرم در لیتر | تأمین یون‌های Au⁺ برای پوشش |
| فسفر قیمت‌گذاری‌شده (ضدخوردگی) | ۰.1–0.3 گرم در لیتر | افزایش سختی و مقاومت در برابر سایش و جریان برق |
| اسید سیانوریک یا تارتریک | ۱۰–۲۰ گرم در لیتر | کمپلکس‌کننده pH و کنترل یون فلز |
| اسید سیتریک یا بوریک | ۵–۱۰ گرم در لیتر | ثبات محلول و ممانعت از رسوب ناخواسته |
| نرم‌کننده یا روان‌ساز | ۰.1–۰.5 میلی‌لیتر در لیتر | پوشش‌دهی بهتر و یکدست‌تر بدون پین‌هول |
پارامترهای مؤثر کمتر شناخته‌شده در کیفیت نهایی پوشش
- نسبت فسفر به طلای محلول: بیش از ۱۰٪ فسفر پوشش‌رشد سخت و شکننده تولید می‌کند؛ کمتر از ۵٪ پوشش نرمی بی‌پایان دارد. نسبت ایده‌آل برای کاربرد الکترونیک بین ۷–۸٪ است.
- pH محلول بین ۳.۵ تا ۴.۲ ثابت نگه‌دارید: نوسان باعث خوردگی بورد و فلز پایه می‌شود؛ و زیر ۳.۲ یا بالای ۵، کیفیت پوشش کاملاً تخریب می‌شود.
- دمای محلول: ۵۰–۶۰ درجه سانتیگراد: هر درجه بالا یا پایین، وزن سیاه فسفر و انسجام پوشش را تغییر می‌دهد و باعث جداشدن یا سوراخ‌شدن آن می‌شود.
- جریان کم-ثابت (Constant Current): استفاده از جریان الکتریکی پایین و یکنواخت (۲–۳ آمپر بر دسی‌متر مربع) باعث خروج پوشش یکنواخت و کاهش تنش‌های داخلی می‌شود.
- زمان رسوب‌دهی کوتاه و دقیق: برای رسانایی مطلوب، ضخامت بهینه در محدوده ۰.۵ تا ۲ میکرون است؛ هر ۱۰ ثانیه پاشش در ضخامت حدود ۰.۳–۰.۵ میکرون موثر است.
مراحل گام‌به‌گام آبکاری طلا صنعتی روی قطعات الکترونیکی
| مرحله | شرح فرآیند | مواد/ابزار موردنیاز | نکات اجرایی کلیدی | کنترل کیفیت |
|---|---|---|---|---|
| تمیزسازی اولیه (De-greasing) | حذف چربی، روغن و لاک لحیم از سطح | محلول قلیایی اولتراسونیک، تینر صنعتی | حداقل ۱۰ دقیقه غوطه‌وری با امواج اولتراسونیک | تست چسبندگی قطره آب |
| اچ‌کاری سطح (Acid Dipping) | حذف اکسید، اسیدشویی ملایم | اسید کلریدریک ۵٪، محلول تارتریک | زمان کوتاه (۲۰–۳۰ ثانیه)، کنترل با نیترات ناپایداره | بررسی زیر میکروسکوپ برای یکنواختی سطح |
| آبکشی دقیق | جلوگیری از حمل باقیمانده اسیدی به مرحله بعد | آب مقطر، اسپری تحت فشار | شست‌وشوی سه مرحله‌ای در رنج دما: گرم، ولرم، سرد | pH سطح اندازه‌گیری شود |
| فعال‌سازی تماس (Strike) | ایجاد لایه نازک اولیه Au برای چسبندگی بهتر فسفر | محلول کلرید‌طلا رقیق شده، جریان پایین | ضخامت نهایی حدود ۰.۲–۰.۵ میکرون در این مرحله | تست THF برای بررسی ناپایداری لایه |
| آبکاری طلا با فسفر | رسوب پوشش اصلی با افزودن فسفر برای مقاومت الکتریکی | محلول Au-P، آند طلا، جریان ثابت | دما ۵۵℃، جریان ۲–۳ A/dm²، مدت‌زمان ۲۰–۴۰ ثانیه | ضخامت با سه‌راه XRF یا تست اپتیکی کنترل شود |
| آبکشی نهایی و خشک‌کاری | حذف تمام یون‌ها و خشک‌سازی بدون ایجاد لکه | آب مقطر + هوای خشک | اسپری با فشار کم، بدون تابش UV مستقیم | پوشش باید براق با انعکاس قابل‌قبول باشد |
| بررسی الکتریکی | تست مقاومت سطحی برای تأیید رسانایی | مگااهم متر، Milliohmeter | مقدار مقاومت سطحی زیر ۱ میلی‌اهم برای قطعات دقیق الزامی‌ست | ثبت عدد آزمون در گزارش |
| بازرسی نهایی فیزیکی و میکروتراشه | بررسی ضخامت، یکنواختی و مقاومت مکانیکی | میکروسکوپ دیجیتال، ابزار سخت‌سنجی | تست Scratch (خراش) و Pull-off برای بررسی چسبندگی پوشش | گزارش دقیق همراه با تصویر |
جدول مقایسه پوشش طلا صنعتی با پوشش زینتی
| ویژگی / کاربرد | آبکاری طلا صنعتی (فسفر) | آبکاری طلا زینتی (بدون فسفر) |
|---|---|---|
| رسانایی الکتریکی | بسیار بالا (< 1 میلی‌اهم) | متوسط، مناسب زیورآلات نه الکترونیک |
| مقاومت به سایش | بسیار بالا | پایین، باید با احتیاط نگهداری شود |
| ظاهر نهایی | کمی کدر، مات–نیمه‌براق | براق آینه‌ای و جذاب، خاص زیورآلات |
| ضخامت پوششی | ۰.۵–۲ میکرون | ۲–۵ میکرون |
| ماندگاری در تماس مداوم سوکت‌ها | مادام‌العمر بدون خوردگی | پس از چند تماس مات و صیقلی می‌شود |
| قیمت مواد | بالا–متوسط با راندمان بالا | بسیار بالا، با هدررفت زیاد (~۴۰٪) |
نکات مهم اجرایی که کمتر به آن‌ها توجه می‌شود
- موقعیت دمای اتاق با پوزیسیون جریان الکترولیت همزمان نگاه شود. حتی اختلاف دو درجه DOP باعث افزایش مقاومت سطحی می‌شود.
- چرخش آرام محلول در وان—اگر نیروی جریان گرانش بردار نباشد، رسوب یکنواخت‌تر و بدون لاملا ایجاد می‌شود.
- فیلترهای میکرو ۵ میکرونی برای محلول اصلی—حجم ذرات معلق پایین کلید ایجاد پوشش بدون نقطه یا کف رنگی است.
- سخت‌سازی حرارتی با گرمایش کوچک پس از پاشش روی ۱۲۰℃ به‌مدت ۳۰ دقیقه باعث تثبیت پوشش و کاهش تخلخل می‌شود؛ مخصوصا برای پوشش کم‌ضخامت زیر ۱ میکرون.
- استفاده از گلیسرول یا سورفکتانت قلیایی در مرحله قبل از Strike، باعث بهبود چسبندگی و کاهش ترک‌پذیری پوشش نهایی می‌شود.
آزمون‌های استاندارد صنعتی برای ارزیابی کیفیت آبکاری طلا صنعتی
در آبکاری طلا مخصوص قطعات الکترونیکی، صرفاً براق بودن یا چسبندگی کافی نیست. تست‌های تخصصی‌تری استفاده می‌شن که کیفیت واقعی و بلندمدت این پوشش‌ها رو نشون بدن. این آزمون‌ها در استانداردهایی مثل MIL-DTL-45204 و ASTM B488 تعریف شدن.
| نوع آزمون | هدف آزمون | روش اجرا | توضیح تخصصی |
|---|---|---|---|
| آزمون مقاومت الکتریکی | بررسی رسانایی سطحی | تست با میلی‌اهم‌متر یا Four-Point Probe | مقاومت باید کمتر از ۱ mΩ برای قطعات حساس باشه |
| آزمون پایداری مکانیکی | ارزیابی مقاومت به خراش، فرسایش و پوسته شدن | تست Scratch با نیروی استاندارد، Pull-Off یا Tape Test | ترک یا شکستگی نشان‌دهنده ضعف در چسبندگی یا ضخامت پوششه |
| آزمون حرارتی چرخه‌ای | تست ثبات پوشش در دمای بالا و پایین متناوب | ۵۰ سیکل ۵۰–۱۲۰ درجه سانتیگراد | در صورت پوسته شدن بعد از سیکل دوم، پوشش مردوده |
| آزمون Salt Spray | مقاومت به خوردگی سطحی (به‌خصوص در سوکت‌ها) | قرارگیری در مه نمک ۵٪ NaCl برای ۲۴ ساعت | نباید لکه، اکسید یا تغییر رنگ مشاهده بشه |
| آزمون ضخامت‌سنجی دقیق | بررسی یکنواختی لایه آبکاری | XRF، SEM یا میکرومتر دقیق | مجاز به بیش از ±۰.۱ میکرون انحراف نیست |
چگونه مصرف طلا در آبکاری صنعتی را کاهش دهیم بدون افت کیفیت؟
۱. افزایش راندمان رسوب‌دهی با ولتاژ پله‌ای: به‌جای جریان ثابت، اعمال جریان پله‌ای در دو فاز اول و دوم رسوب‌دهی (Pulse Plating) باعث میشه پوشش دقیق‌تر و با ضخامت هدفمند باشه.
۲. استفاده از Strike بسیار نازک ولی یکنواخت: اجرای لایه اولیه خیلی نازک (مثلاً ۰.۱۵ میکرون) باعث بهینه شدن چسبندگی بدون مصرف طلای زیاد میشه.
۳. بازیافت محلول با فیلترهای یونی و جریان معکوس: بازیابی طلای محلول از رسوبات وان به‌وسیله تجهیزات تبادل یونی باعث کاهش اتلاف و افزایش راندمانه.
- فیکسچرهای دقیق و حداقلی: قطعات باید طوری روی جیک بسته بشن که کمترین سطح غیرضروری در معرض محلول قرار بگیره. این یعنی فقط همون نواحی الکترونیکی آبکاری بشن.
کاربردهای تخصصی آبکاری طلا صنعتی در صنایع خاص
۱. الکترونیک پیشرفته (High-Frequency Boards):
در بوردهای فرکانس بالا، هر میلی‌اهم اضافه، منجر به تلفات سیگنال میشه. پوشش طلا، با پایداری و رسانایی فوق‌العاده، به‌صورت مستقیم روی نیکل یا پالادیوم اعمال میشه. ضخامت معمول: ۰.۷–۱.۵ میکرون.
۲. خودروهای برقی (EV) و هیبریدی:
سوکت‌ها و کانکتورهایی که در سیستم فرمان یا مدیریت موتور استفاده می‌شن، در طول روز ده‌ها بار در مدار باز و بسته می‌شن. طلا مانع از خوردگی و افت رسانایی این نقاط میشه.
۳. هوافضا و صنایع نظامی:
در محیط‌های سخت مثل فضا یا میادین عملیاتی، فقط طلا توان مقاومت به تنش‌های حرارتی و مکانیکی شدید رو داره، بدون اینکه اتصال الکتریکی قطع بشه.
۴. ابزارهای پزشکی و ایمپلنت‌ها:
طلا، زیست‌سازگار و آنتی‌باکتریاله. در سنسورها، پین‌های اتصال، دستگاه‌های کاشتنی و حتی فیبرهای ارتباطی جراحی استفاده میشه.
ترفندهایی که فقط آبکارهای صنعتی واقعی استفاده می‌کنن
- دبل‌لایه‌کاری (Dual Plating): اجرای لایه نیکل بدون برق زیر طلا باعث کاهش مصرف و افزایش چسبندگی میشه.
- استفاده از تهویه سرد روی وان آبکاری: بخارهای محلول طلا فوق‌العاده حساس به تغییرات دمایی هستن. خنک‌سازی سقف وان با سیستم تهویه سرد باعث پایداری محلول و کاهش هدررفت طلا میشه.
- پیش‌آبکاری با نقره در خطوط بورد: اگر سطح پایه دارای آلیاژهای فسفر بالا باشه، اجرای نقره به‌جای مس، چسبندگی و ظاهر طلا رو چند برابر می‌کنه.
- استفاده از Co-plating با پلاتین برای افزایش مقاومت به خمش: در بوردهایی که دچار خم یا ارتعاش می‌شن، افزودن مقدار بسیار کم پلاتین (کمتر از ۰.۱%) به محلول طلا باعث انعطاف و دوام میشه.
برگرفته قسمتی از مطالب صفحه وبسایت رنگین پوشش شیراز
