射频连接器导体表面耐腐蚀性能比较

景兴斌， 刘金义， 张宝根

(1.北方特种能源集团有限公司西安庆华公司，陕西西安 710025;2.西安中大科技有限公司，陕西西安 710048)

射频连接器导体表面耐腐蚀性能比较

景兴斌1， 刘金义1， 张宝根2

(1.北方特种能源集团有限公司西安庆华公司，陕西西安 710025;2.西安中大科技有限公司，陕西西安 710048)

射频连接器导体表面镀层状态直接影响到射频连接器的电气性能，如镀层氧化、腐蚀、硫化和斑痕现象发生将会增加或破坏其固有的电气特性。为了能得到最佳的电气性能，除设计因素外，还必须使镀层表面保持洁净无腐蚀，在目前的自然环境下很难达到，故必须考虑给镀层表面防腐蚀性保护。因此，在射频连接器导体表面上使用润滑保护剂，并对其防护性能和电气性能的影响及其改善效果加以验证。

射频连接器;镀层表面;导体;电气性能;腐蚀;润滑保护剂

引 言

为了能使射频连接器(RF)得到最佳的电气性能，同时使射频连接器又具有最优化的成本，就必须优先考虑设计因素和环境因素。

设计因素是指除了RF导体要求的机械强度、加工性能、导电率、再加工性、可焊性及表面粗糙度等诸多因素外，还要根据射频连接器使用要求选择镀种及其与导体表面的结合力。镀层选择原则是，在技术要求不高的工作场合，为了防止导体腐蚀可以采用镀镍作防护层，如家用75Ω阻抗的视频连接器;在要求损耗和衰减小的工作场合，可以采用镀银或用碾压银层的复合材料作防护层;在防护性能要求较高的工作场合，可采用镀金作防护层;在要求耐磨性能很高的工作场合，可以采用镀铑或钯作防护导电层。

此外，在选择棒材和管材时，要求其必须具有光滑平整的外表面和管壁表面，且无腐蚀、擦伤或损伤。在较粗糙表面会产生诸多意想不到的问题，如尖锐的毛刺或棱角会使导电表面所传输微波的最大峰值功率下降;粗糙的表面还会使传输线的等效电阻增长等等。等效电阻的增长是因为高频趋肤效应的产生影响缘故，趋肤深度δ定义是，当电流密度衰减为原来的1/e时的深度。表1列出几种常用金属的导电率 σ与在f=10GHz时的趋肤深度 δ［1］。

表1 几种常用金属的导电率和趋肤深度

在以GHz计的频段上，即便良导体的趋肤深度也有微米数量级，因此，导体表面粗糙度为Ra0.8或 Ra0.4(Ra0.2 的均方根偏差高度 Hck=0.4 ～0.8 μm，平均高度 Hcp=1.6 ～3.2μm)也不能认为是非常理想的平整光滑导电表面。

导体表面如果有机械加工刀纹存在衰减必然会增加，原因1)导体等效电阻长度加长，这是因为电流是在导体趋肤深度内流通为主，如果垂直电流是在等边三角形槽形刀纹上流通则等效电阻长度为实际长度的2倍;如果是方形沟槽上流通则等效电阻长度同样也是实际长度的2倍;2)由于导体表面顺电流流通时刀纹的凸缘处的电磁场切线分量均比凹处大，那么电流流通集中于刀纹的凸缘，这样也会增长表面的等效电阻［2］。

众所周知，金属导电表面受环境因素影响产生的腐蚀膜和腐蚀斑痕会影响电阻和损耗特性，它们所造成的影响又随频率变化而变化。若要改善金属导电表面的电气性能而采用机械抛光的方法降低表面粗糙度，并不能有效地减少表面损耗，甚至更有害。这是因为机械抛光后的金属表面晶格结构遭到了破坏，微小凸凹起伏增多，对表面导电更不利，甚至由于抛光剂嵌入金属表面，使损耗更加大。可见，在适当的机械加工后采用化学抛光和电化学抛光来消除表面粗糙的峰谷会更合理些。化学抛光可以使金属表面粗糙度减少1～2μm，对微小凸凹整平很有效，但对大的峰谷则不能完全消除。所以机械加工时要求一定的表面粗糙度，再结合化学抛光就能得到较理想的效果。化学抛光后，工件的清洗不容忽视，绝不能把腐蚀性介质残留于工件表面而产生腐蚀。

大量衰减测试表明，一般导电金属表面粗糙度Ra为0.1μm以下时，在10GHz时与理论计算衰减值很接近，测量与计算误差为±5%;在24GHz时测试衰减值大于理论计算值10%～20%;而在55GHz时测试衰减值大约50%，显而易见，粗糙度愈高表面形成的衰减愈大。

导体表面镀覆的目的主要是增强表面抗蚀能力，保护导电表面和增加表面的导电能力。电镀层本身结晶结构疏松不如整体金属致密，因此，电镀层导电率比用作电镀材料的金属本身标称电导率要低。就铜及其合金而言，镀覆主要是为了增加抗蚀能力，若镀金，δ为0.10 ～1.27μm 即可;对要求耐磨性很高就要镀铑和钯;而对于导电率比纯铜低得多的导体，镀覆层是为加强表面导电能力，因此可以采用镀银，其厚度应超过两个趋肤深度以上，但不宜过厚，过厚镀层易起皮剥落。一般用途的射频连接器，为增加其抗腐蚀能力可以采用镀镍。银的抗蚀能力优于铜，但长期置于自然环境会产生氧化和硫化。此外，射频连接器不能与低频连接器镀银一样，采用常规电源氰化镀银，这样镀层结晶粗大疏松，使导电表面粗糙度增加，而影响导电率。所以，要严格控制电镀工艺，最理想的是采用脉冲电镀镀银，使镀银层更光滑致密，提高导电能力。

采用不同的镀银工艺得到的镀层电阻率变化情况不同。导体镀银后再机械抛光得到的电阻率大约与黄铜相仿，未机械抛光的镀银层反而具有低得多的电阻率，这是由于机械抛光虽然增加了光泽，但是破坏了表面的晶格结构，且易使抛光剂残留于晶格缝隙中;采用脉冲电镀镀银工艺技术，尤其是电镀射频连接器导体表面，能有效地降低镀层电阻率，原因是射频连接器是用导体的镀层表面导电。

1 镀金射频连接器表面腐蚀试验

1.1 实验样品

本实验采用SMA射频连接器，H62铜合金基体镀镍2μm，镀金0.5μm。

1.2 实验方法

1)中性盐雾试验。实验在FQY010型中性盐雾箱中进行，标准采用GB2423-81《电子电工产品环境试验方法》，θ为(40±2)℃，喷淋5%氯化钠溶液。

在腐蚀性环境中实验样品被腐蚀程度分为五个等级:a.无任何腐蚀;b.轻微不明显腐蚀;c.明显腐蚀;d.严重腐蚀;e.完全腐蚀。

2)浸渍浓硝酸试验。用61%浓硝酸为腐蚀液，θ为(25±3)℃，浸渍1～180min。

3)SO2气氛下腐蚀试验。在ρ(SO2)为10mg/m3气氛下腐蚀试验，θ为(40±2)℃。在玻璃干燥器中加入Na2SO3、K2HPO4和KH2PO4混合溶液使其发生化学反应产生SO2。

1.3 实验结果及分析

实验样品处理方法为，镀金后不作任何保护工艺处理;镀金后用电接触润滑保护剂SP-58G作保护工艺处理;镀金后用电接触润滑保护剂P-20G作保护工艺处理。

1)中性盐雾试验结果列于如表2。

表2 中性盐雾试验结果

2)浸渍浓硝酸试验结果列于表3。

表3 浸渍浓硝酸试验结果

3)SO2气氛下腐蚀试验结果列于表4。

表4 SO2气氛下腐蚀试验结果

金镀层用镍做底层能隔开铜及其合金在镀层表面迁移，射频连接器导体表面镀金极大地提高了导体金属表面的抗腐蚀能力，但是金价格昂贵，考虑到成本的因素，一般情况下镀金 δ为0.10～1.27μm，显然镀层厚度较薄，这样孔隙率必然很高，在产品寿命期限内不可能完全消除环境中的有害介质对镀金层表面的腐蚀，试验结果同样得到在腐蚀性介质中镀金层有孔隙存在被腐蚀的验证。值得一提的是，在一定湿度的自然环境下，从镀金表面上的微孔渗入SO2和H2S气氛与基体铜生成物是CuSO4和CuS，由于空气中的H2S气氛约为百万分之几，而SO2气氛约为十万分之几至百万分之几(主要是工业化污染程度不同，所以产生地域性差别很大)［3］。从镀金表面上的微孔腐蚀和腐蚀物分析测定后，认为主要是受SO2气氛影响。所以射频连接器导体镀金层表面应该使用能保证电气性能不降低的保护材料对微孔加以堵塞或封闭。

2 镀银射频连接器表面腐蚀试验

银镀层对大气气氛中的微量有害介质H2S极其敏感而发生腐蚀变色，生成物为β-Ag2S呈暗黑色，不导电且蔓延很快;银镀层也与大气气氛中所存在其它有害气体作用，与SO2生成白色Ag2SO4也不导电，温度和湿度增加，反应加快，使腐蚀膜层加厚;银镀层还具有很高的化学活泼性，尤其是光照情况下，更易与外界腐蚀性介质反应产生变色，光是一种加速源，它能促进金属银离子化，从而加速腐蚀介质与银反应产生变色。

2.1 实验样品

本实验采用N型射频连接器，H62铜合金基体镀银层δ为10μm。

2.2 实验方法

1)K2S溶液中浸渍试验。试验溶液为50 g/L K2S，θ为25～30℃。

2)H2S气氛中暴露试验。在ρ(H2S)为3mg/m3气氛下腐蚀试验，θ为(40±2)℃。在玻璃干燥器中加入Na2S·9H2O和KH2PO4混合溶液，使其发生化学反应产生H2S。

2.3 实验结果分析

实验样品处理方法为，镀银后不作任何保护工艺处理;镀银后用电接触润滑保护剂SP-90S作保护工艺处理;镀银后用电接触润滑保护剂SP-25S作保护工艺处理。

1)K2S溶液中浸渍试验结果列于表5。

表5 K2S溶液中浸渍试验结果

2)H2S气氛中暴露试验结果列于表6。

表6 H2S气氛中暴露试验结果

银镀层与环境中的微量S2-反应首先生成针尖状Ag2S黑点，黑点蔓延速度甚快，35、100和170h蔓延距离分别为 0.85、1.5 和 1.8mm，随着不断蔓延扩散便会产生大面积黑色腐蚀物。试验结果也同样证明，未后处理的银镀层在含有大量S2-的K2S溶液中10s内和在H2S气氛中1h内几乎全部变黑;在恶劣环境气氛或日光和紫外线照射下，由于不仅受微量腐蚀性介质 H2S、SO2，还受 NO2、CO2、O2氧化腐蚀性介质等影响，随着日光照时间的增长，镀银层颜色由银白→微黄或黄棕色→淡黄蓝或深蓝加棕黑色→灰黑或黑色，可见这类变色不仅仅象含S2-的腐蚀介质溶液和H2S气氛中只变黑色还有彩色，所有变色都破坏了银镀层导电性和装饰性。波长愈短的紫外线促使腐蚀变色愈严重［4］。可见，由于氧化剂、腐蚀性介质和大气环境中有害的H2S、SO2等腐蚀性气氛以及紫外线和环境气候变化存在，银镀层工件存放或周转应该用黑色塑料袋或颜色很深重的包装纸包装。

3 镀镍射频连接器表面腐蚀试验

3.1 实验样品

本实验采用BNC型射频连接器，H62铜合金基体镀镍层δ为10μm。

3.2 实验方法

1)中性盐雾试验方法和条件同镀金层腐蚀试验。

2)孔隙率试验。采用SJ1208-77《金属镀层孔隙率的检验方法》中贴滤纸法，该方法是用10g/L铁氰化钾，20g/L氯化钠配制成检测腐蚀液，滤纸贴在镀层上10min，然后根据滤纸上色斑点数确定其孔隙率。

在贴滤纸法试验中，实验样品在每平方厘米内被腐蚀情况分成五个等级:a.无任何红褐色斑点;b.轻微1～2个红褐色斑点;c.明显3～5个红褐色斑点;d.很多红褐色斑点;e.完全无法统计红褐色斑点。

3.3 实验结果分析

实验样品处理方法为，镀镍后不作任何保护工艺处理;镀镍后用电接触润滑保护剂SP-82N作保护工艺处理;镀镍后用电接触润滑保护剂LP-80N作保护工艺处理。

1)中性盐雾试验结果列于表7。

表7 中性盐雾试验结果

2)孔隙率试验结果列于表8。

表8 孔隙率试验结果

中性盐雾试验结果表明，镀镍层产生不连续斑点状腐蚀与贴滤纸腐蚀试验法大致相同，可见必须使镀层无孔隙，才能保护基底金属不发生微孔锈蚀即锈点或锈斑。

为了消除镀层孔隙，提高镀镍层耐腐蚀性，除控制工艺参数外，以往多采用多层电镀法和对于不允许多层电镀的产品只能增加镀镍层的厚度来相对提高其耐腐蚀性。镀镍层只有无孔隙时，其保护性才可靠。若要单层镀镍层无孔隙就必须提高镍层厚度，增加镀层厚度必须考虑基体金属种类，表面粗糙度和电镀工艺等。实际上单纯提高镀镍层厚度，也难完全消除微孔，因为微孔产生还受其它诸多环境条件影响。实践表明，完全消除镀镍表面微孔很困难，只有浸渍电接触润滑保护剂来封闭堵塞微孔隙，才能真正提高镀镍层耐腐蚀性。电接触润滑保护剂由于含有诱电材料，对于有电气功能性要求的各种镀层表面不仅不破坏其固有的电气性能，而且能够长期稳定提高某些电气性能［5］。

4 浸渍电接触润滑保护剂后电气试验

对射频连接器进行电压驻波比测定、插入损耗测定、接触电阻测定、抗电强度(耐压)测定和泄露信号测定。测试结果表明，使用上述电接触润滑保护剂，能够满足射频连接器的电气要求。

5 结论

铜及其合金导体表面镀覆的目的是为了增加抗蚀和导电能力，为此镀金 δ为0.10～1.27μm，这样镀金层必然较薄，微孔隙就产生的很多，即使镀层δ为5μm，也不能消除微孔隙，由此还降低了镀层抗磨损能力;还有为增加其抗腐蚀能力的镀镍层，由于镀镍本身无法消除微孔隙的存在，所以必然增加了腐蚀几率降低了镀层导电表面抗蚀能力，从而使得其表面导电能力下降。上述腐蚀性试验也充分证明微孔隙存在的危害性和对微孔隙封塞封闭保护从而提高抗腐蚀能力的必要性。

此外，镀银的抗蚀能力优于镀铜层，若采用脉冲电镀镀银，则使镀银层更光滑致密，极大地提高导电和抗腐蚀变色能力，但长期置于自然环境只要有银存在产生氧化和硫化腐蚀变色就无法避免，腐蚀变色必然使导电表面的固有电气性能遭到破坏，采用防腐蚀变色工艺是必不可少的。

电连接器尤其是射频连接器更是需要加强表面导电能力，原因是连接器是用镀层表面导电。由于电气性能要求较高，因此保护材料必须具备不影响接触电阻和高频特性等特点。可见在选择保护剂时，必须选择能使金属材料表面产生导电隧道的极性材料。这种材料由于具有电隧道效应，当金属表面形成抗蚀性保护膜时，电流依然可以在其表面自由通过，所以并不影响金属镀层的电性能，甚至在某种程度上还能提高电参数指标，如使接触电阻减小、插入损耗降低等。通过对几种镀层电接触润滑保护剂抗腐蚀能力和电气性能尤其是高频特性测试，这几种电接触润滑保护剂都具有良好的防护及电接触性能，此外其独特的润滑性可以减少射频连接器镀层磨损从而保持电接触表面的电气性能。

［1］郑兆翁.同轴式TEM模通用无源器件［M］.北京:人民邮电出版社，1993:358.

［2］Ganston M A R.Microwave Transmission-Line Impedance Data［M］.NewYork:Van Nostrand Reinhold，1972:57.

［3］赵晓利.金镀层表面腐蚀机理及抗腐蚀保护［J］.电子工艺技术，2005，26(6):362.

［4］张宝根;文小和.银镀层抗腐蚀变色的测定方法［J］.高压电器，2004，40(60):427.

［5］张宝根.正确地选择电接触材料［J］.机电元件，1992，12(4):6-12.

The Comparision of Corrosion Resisting Property of Conductor Surface of RF Connector

JING Xing-bin1，LIU Jin-yi1，ZHANG Bao-gen2
(1.Xi＇an Qing-hua Company，North Special Energy Group Co.Ltd.，Xi＇an 710025，China;2.Xi＇an Zhong-da Science and Technology Co.Ltd.，Xi＇an 710048，China)

Conductor surface of Radio frequency connector namely electroplated coating surface would impact electrical performance of the radio frequency connector，any oxidation，corrosion，vulcanization and blackspot on the surface would destroy inherent electrical performance of the connector.In addition to design factors，the coating surface should keep clean and no corrosion in order to get the optimum electrical performance，but it＇s hard to do in natural environment，therefor，an additional anti-corrosion protection to the coating should be necessary.In this paper，experiments of lubricating protective agent dipping were carried out，the improving effects to the barrier property and electrical performance were also discussed.

RF connector;coating surface;conductor;electric property;corrosion;lubricating protective agent

TQ153.13;TG178

A

1001-3849(2012)03-0018-05

2011-05-04

2011-08-29