Vergoldung – Wikipedia

Vergoldung ist ein Verfahren zum Aufbringen einer dünnen Goldschicht auf die Oberfläche eines anderen Metalls, meistens Kupfer oder Silber (zur Herstellung von Silbervergoldung), durch chemische oder elektrochemische Beschichtung. Dieser Artikel behandelt Beschichtungsmethoden, die in der modernen Elektronikindustrie verwendet werden. Für traditionellere Methoden, die häufig für viel größere Objekte verwendet werden, siehe Vergoldung.^{[clarification needed]}

In der Elektronikindustrie werden verschiedene Arten der Vergoldung verwendet:^[1]

• Weiche, reine Vergoldung wird in der Halbleiterindustrie eingesetzt. Die Goldschicht ist leicht zu löten und drahtgebunden. Die Knoop-Härte liegt zwischen 60 und 85. Die Beschichtungsbäder müssen frei von Verunreinigungen sein.
• Weiches, reines Gold wird aus speziellen Elektrolyten abgeschieden. Ganze Leiterplatten können plattiert werden. Diese Technologie kann zum Abscheiden von Schichten verwendet werden, die zum Drahtbonden geeignet sind.
• Helles hartes Gold auf Kontaktenmit einer Knoop-Härte zwischen 120 und 300 und einer Reinheit von 99,7 bis 99,9% Gold. Enthält oft eine kleine Menge Nickel und / oder Kobalt; Diese Elemente stören die Chipbindung, daher können die Beschichtungsbäder nicht für Halbleiter verwendet werden.
• Helles Hartgold auf Leiterplattenlaschen wird unter Verwendung einer geringeren Goldkonzentration in den Bädern abgeschieden. Enthält normalerweise auch Nickel und / oder Kobalt. Kantenverbinder werden häufig durch Eintauchen in kontrollierte Tiefe nur der Kante der Platinen hergestellt.

Vergoldungschemie[edit]

Es gibt fünf anerkannte Klassen der Vergoldungschemie:

1. Alkalisches Goldcyanid zur Beschichtung von Gold und Goldlegierungen
2. Neutrales Goldcyanid für hochreine Beschichtung
3. Säurevergoldung für helle Hartgold- und Goldlegierungsbeschichtung
4. Nicht-Cyanid, im Allgemeinen auf Sulfit- oder Chloridbasis für die Beschichtung von Gold und Goldlegierungen
5. Verschiedenes

Schmuck[edit]

Die Vergoldung von Silber wird bei der Herstellung von Schmuck verwendet. Die Dicke der Vergoldung von Schmuck wird in Mikrometern (oder Mikrometern) angegeben. Die Dicke von Mikrometern bestimmt, wie lange die Vergoldung bei Gebrauch hält. Die Schmuckindustrie bezeichnet in der folgenden Terminologie verschiedene Qualitäten der Vergoldung

1. Gold blitzte / Gold wusch – Goldschichtdicke weniger als 0,5 Mikron
2. Vergoldet – Goldschichtdicke größer als 0,5 Mikron
3. Schwer vergoldet / Vermeil – Goldschichtdicke größer als 2,5 Mikron

Vergoldeter Silberschmuck kann immer noch anlaufen, wenn die Silberatome in die Goldschicht diffundieren, was zu einem langsamen allmählichen Verblassen seiner Farbe und schließlich zu einem Anlaufen der Oberfläche führt. Dieser Vorgang kann je nach Dicke der Goldschicht Monate und sogar Jahre dauern. Eine Barrieremetallschicht wird verwendet, um diesem Effekt entgegenzuwirken – dies kann Nickel oder Rhodium sein. Kupfer, das ebenfalls in Gold wandert, tut dies langsamer als Silber. Das Kupfer wird üblicherweise weiter mit Nickel beschichtet. Ein vergoldeter Silbergegenstand ist normalerweise ein Silbersubstrat, auf dem Schichten aus Kupfer, Nickel und Gold abgeschieden sind.

Infrarot-Reflexionsvermögen[edit]

Gold, das durch Verdampfungsverfahren oder Elektroplattieren aufgebracht wurde, wurde von der NASA aufgrund seines Reflexionsvermögens von 99% in Infrarotwellenlängen zur thermischen Steuerung von Raumfahrzeuginstrumenten spezifiziert.^{[citation needed]}

Elektronik[edit]

Vergoldete elektrische Steckverbinder

In der Elektronik wird häufig eine Vergoldung verwendet, um eine korrosionsbeständige, elektrisch leitende Schicht auf Kupfer bereitzustellen, typischerweise in elektrischen Steckverbindern und Leiterplatten.

Bei direkter Gold-auf-Kupfer-Beschichtung neigen die Kupferatome dazu, durch die Goldschicht zu diffundieren, was zu einem Anlaufen ihrer Oberfläche und zur Bildung einer Oxid- und / oder Sulfidschicht führt.

Eine Schicht eines geeigneten Barrieremetalls, üblicherweise Nickel, wird häufig vor der Vergoldung auf dem Kupfersubstrat abgeschieden. Die Nickelschicht bietet einen mechanischen Träger für die Goldschicht und verbessert deren Verschleißfestigkeit. Es reduziert auch den Einfluss der in der Goldschicht vorhandenen Poren.

Sowohl die Nickel- als auch die Goldschicht können durch elektrolytische oder stromlose Verfahren plattiert werden. Bei der Auswahl der elektrolytischen oder stromlosen Beschichtungsverfahren sind viele Faktoren zu berücksichtigen. Dazu gehören, wofür die Kaution verwendet wird, die Konfiguration des Teils, die Materialverträglichkeit und die Verarbeitungskosten. In verschiedenen Anwendungen kann die elektrolytische oder stromlose Beschichtung Kostenvorteile haben.

Bei höheren Frequenzen kann der Hauteffekt aufgrund des höheren elektrischen Widerstands von Nickel höhere Verluste verursachen. Bei einer vernickelten Spur kann die Nutzlänge im 1-GHz-Band im Vergleich zur nicht plattierten Spur dreimal verkürzt werden. Es wird eine selektive Beschichtung verwendet, bei der die Nickel- und Goldschichten nur in Bereichen abgeschieden werden, in denen dies erforderlich ist, und die keine nachteiligen Nebenwirkungen verursachen.^[2]

Die Vergoldung kann zur Bildung von Goldwhiskern führen.

Das Drahtbonden zwischen vergoldeten Kontakten und Aluminiumdrähten oder zwischen Aluminiumkontakten und Golddrähten entwickelt unter bestimmten Bedingungen eine spröde Schicht aus Gold-Aluminium-Intermetallen, die als Purpurpest bekannt ist.

Lötprobleme[edit]

Vergoldete Leiterplatte

Das Löten von vergoldeten Teilen kann problematisch sein, da Gold in Lot löslich ist. Lot, das mehr als 4–5% Gold enthält, kann spröde werden. Die Gelenkfläche sieht matt aus.

Gold reagiert sowohl mit Zinn als auch mit Blei in flüssigem Zustand unter Bildung spröder Intermetalle. Bei Verwendung von eutektischem 63% Zinn – 37% Bleilot werden keine Blei-Gold-Verbindungen gebildet, da Gold bevorzugt mit Zinn reagiert und das bildet AuSn
₄ Verbindung. Partikel von AuSn
₄ dispergieren in der Lötmatrix und bilden bevorzugte Spaltungsebenen, wodurch die mechanische Festigkeit und damit die Zuverlässigkeit der resultierenden Lötstellen erheblich verringert wird.

Wenn sich die Goldschicht nicht vollständig im Lot löst, können langsame intermetallische Reaktionen im festen Zustand ablaufen, wenn sich die Zinn- und Goldatome kreuzen. Intermetalle haben eine schlechte elektrische Leitfähigkeit und eine geringe Festigkeit. Die anhaltenden intermetallischen Reaktionen verursachen auch einen Kirkendall-Effekt, der zu einem mechanischen Versagen der Verbindung führt, ähnlich dem Abbau von Gold-Aluminium-Bindungen, die als Purpurpest bekannt sind.

Unter typischen Wellenlötbedingungen löst sich eine 2–3 µm große Goldschicht innerhalb einer Sekunde vollständig auf. Goldschichten, die dünner als 0,5 um sind, lösen sich ebenfalls vollständig im Lot auf und setzen das darunter liegende Metall (normalerweise Nickel) dem Lot aus. Verunreinigungen in der Nickelschicht können verhindern, dass sich das Lot daran festsetzt. Die stromlose Vernickelung enthält Phosphor. Nickel mit mehr als 8% Phosphor ist nicht lötbar.^{[citation needed]}Galvanisch abgeschiedenes Nickel kann Nickelhydroxid enthalten. Ein Säurebad ist erforderlich, um die Passivierungsschicht vor dem Aufbringen der Goldschicht zu entfernen. Eine unsachgemäße Reinigung führt zu einer schwer lötbaren Nickeloberfläche. Ein stärkeres Flussmittel kann helfen, da es das Auflösen der Oxidablagerungen unterstützt. Kohlenstoff ist eine weitere Nickelverunreinigung, die die Lötbarkeit behindert.

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]