电子接插件连续电镀故障信息的分析与监测

陶 莉， 涂静文

(1.江西广播电视大学 高职学院,江西 南昌 330046； 2.江西农业大学 南昌商学院 计算机与信息科学系,江西 南昌 330044)



电子接插件连续电镀故障信息的分析与监测

陶 莉1， 涂静文2

(1.江西广播电视大学 高职学院,江西 南昌 330046； 2.江西农业大学 南昌商学院 计算机与信息科学系,江西 南昌 330044)

电子接插件连续电镀过程容易出现故障，当前故障信息分析与监测方法处理速度慢，且采集与传输电镀故障数据时容易受到干扰，导致故障监测结果不可靠。设计了一种电子接插件连续电镀故障信息监测器，分析了电子接插件连续电镀工艺，对电子接插件连续电镀工艺流程中的关键工序进行分析，以电镀Fe-Cr合金电子接插件为例，给出中间层电镀工艺条件的故障影响参数，通过正交试验对故障因素进行选择，去除Fe-Cr合金中间镀层中的故障检测干扰。设计出故障监测器的总体结构，分析了核心处理器MSP430F169、无线通信模块和SD卡存储电路的设计过程。实验结果表明，所设计监测器不仅具有很高的监测精度，而且能耗较低。

电子接插件； 连续电镀； 故障信息； 监测

引言

电子接插件的基材大部分为铜与合金，为了增强电子插件的导电性和耐腐蚀性，通常需对其进行电镀处理[1-3]。近年来，电子、通讯行业迅猛发展，对精密零件的需求和要求大大提高，为了保证精密零件的高可用性，需有效监测电子接插件连续电镀故障信息[4-6]。对电镀相关故障进行研究。

电子接插件电镀过程较为复杂，故障数据的采集与传输过程容易受到干扰，影响了电镀故障监测结果的准确性。针对上述方法的弊端，设计了一种电子接插件连续电镀故障信息监测器。介绍了电子接插件连续电镀工艺，通过正交试验法对正交因素与水平进行选择。对电子插接件连续电镀故障信息进行分析和监测。实验结果表明，所设计监测器具有很高的监测精度，能耗较低。

1 电子接插件连续电镀故障特征分析

1.1 电子接插件连续电镀工艺中的故障分析

电子接插件连续电镀工艺实质上和一般电镀工艺较为不同，每个工艺阶段的处理时间较一般电镀过程短，所以不同处理液、镀液需具备适应快速电镀的能力，该过程的电镀故障也较为特殊。

电子接插件连续电镀工艺流程如下：

上挂具→除油→水洗→酸洗→水洗→氨基磺酸盐镀镍→水洗→局部脉冲镀铜→回收→水洗→局部镀Fe-Cr合金→水洗→去离子水洗及热水洗→干燥→下挂具→检查。

电子接插件连续电镀工艺流程中可能产生的故障主要有：

1)油垢故障。电子接插件连续电镀工艺中的油垢和通常的生活油垢存在很大差异，产生油垢故障通常只需2～5s。常用的浸渍除油形式已经无法满足要求，需进行高电流密度下的多级电化学除油。达到以下要求：当除油液流入水洗槽或酸洗槽时，不会出现分解和沉淀现象。

2)表面氧化故障。电镀过程中电子接插件表面容易产生氧化膜，通常采用硫酸或盐酸溶液去除。因为电子接插件对尺寸的要求很高，因此酸洗液不可溶解基体。

3)镀镍过程产生的故障。Ni层是Au层与Fe-Cr合金镀层的底层，能够增强电子接插件的耐蚀性，避免基体中金属离子的固相扩散。电子接插件在进行切割、弯曲加工时镀层经常脱落，产生脱落故障。

4)局部镀金故障。局部镀Au的方法通常是将不需要的部分遮住，令需电镀的部分和镀液接触，以完成局部电镀，也容易产生相应故障。

5)局部可焊性电镀故障。局部可焊性电镀可使用相对较经济的电镀设备。通过调整液位完成局部可焊性电镀。为了减少局部可焊性电镀带来的污染，可采用有机酸盐镀液，但该工艺过程对精度要求较高，也容易产生故障。

综上在各种工序中，会产生不同的故障。

1.2 Fe-Cr合金中间层电镀故障特征分析

以Fe-Cr合金中间层电镀工艺故障为例进行分析，故障发生时，主要反应在溶液pH和阴极电流密度的异常变化。

1)pH。电镀Fe-Cr合金镀层发生油垢和表面氧化故障时，电镀液的pH在很大程度上会发生变化。pH不同时，电镀液中的金属离子和配位离子的结合状态存在很大差异，且对电镀液的稳定性也有影响。因此可通过pH变化这一特征衡量故障。

2)阴极电流密度变化。阴极电流密度与镀层结构、厚度和质量相关。1.1中的3)、4)和5)三种故障可通过阴极电流密度变化进行判断，由于阴极电流密度的变化会导致析氢反应出现波动，表明出现了针孔故障等信息。

为了获取不同故障参数的最佳阀值，通过正交试验法对合理的故障因素进行选择，排除意外因素的干扰。故障阀值的设置为评价Fe-Cr合金中间镀层是否发生故障的关键，阀值的计算取决于电镀过程中的不同故障特征，在试样表面氢离子发生还原反应产生H2却未及时释放时，镀层在很大程度上会产生第二类故障。除此之外，故障特征还会受到金属材料的影响，所以故障特征的干扰波动性较大。

通过上述分析可知，故障特征能够有效描述Fe-Cr合金中间镀层的各种故障。因此，将故障特征作为标准进行正交试验。将pH、硫酸亚铁、氯化铬和阴极电流密度作为四个关键故障因素，每个因素水平取4个值，表1为正交试验故障因素水平表。

表1 正交试验故障因素水平

水平ApHBρ(Fe2+)/(g·L-1)Cρ(Cr3+)/(g·L-1)DJκ/(A·dm-2)12260623612012341118018451624024

表2为正交试验结果和极差分析。其中，K为正交试验故障因素水平下的总故障准确率， k为平均故障准确率。R代表极差。

表2 正交试验结果

试验序号ApHBρ(Fe2+)/(g·L-1)Cρ(Cr3+)/(g·L-1)DJκ/(A·dm-2)η准确/%12260679．002261201266．0032111801862．3642162402465．1153260683．606361201268．3673111801857．8083162402455．6194260639．8610461201265．86114111801855．61124162402461．62135260644．2014561201267．36155111801860．86165162402464．36K1272．47246．66257．58269．84―K2265．37267．58272．08228．83―K3222．95236．63234．94276．18―K4236．78246．70232．97222．72―k168．1261．6764．4067．46―k266．3466．9068．0257．21―k355．7459．1658．7469．05―k459．2061．6858．2455．68―R12．387．749．7813．37―

由表2可以看出，各因素对故障特征的影响顺序是D>A>C>B，即阴极电流密度>pH>ρ(Cr3+)>ρ(Fe2+)，筛选出最优实验方案为A1B2C2D3。由此发现,阴极电流密度为最关键故障因素。

Fe-Cr合金中间镀层通常会出现很多有害杂质，影响故障检测性能，需对其进行去除。表3为常见的有害杂质和去除方法。

表3 常见杂质现象和处理方法

杂质ρ最大/(mg·L-1)现象处理方法有机物-镀层脱皮活性炭处理Au2100镀层偏红暂无Fe3100镀层偏黄白双氧水处理Cu16镀层发红、偏暗，甚至分层小电流电解Zn70镀层脆性增加暂无

电子接插件连续电镀过程容易出现故障，导致电子接插件性能受到影响，无法满足对电子接插件的技术要求。因此，需对电子接插件连续电镀故障信息进行分析与监测。

2 电子接插件连续电镀故障信息分析与监测系统设计

设计了一种故障监测器对电子接插件连续电镀故障信息进行分析与监测。

2.1 故障监测器总体设计

设计的故障监测器主要包括核心处理器MSP430F169、无线通信模块和SD卡存储电路，故障监测器结构如图1所示。

图1 故障监测器总体结构图

2.2 无线通信模块设计

无线通信模块主要用于实现电子接插件连续电镀镀层中各个故障监测器间的远程数据通信。无线通信模块利用UART接口和MSP430F169核心控制器相连，通过DI引脚输入UART信号，通过DO引脚输出UART信号。无线通信模块属于半双工器件，所以还需和RTS(请求发送)、CTS(清除发送)引脚相连，也就是传输数据时不接收数据，接收数据时不传出数据。无线通信模块通信原理如图2所示。

图2 无线通信模块通信原理图

2.3 MSP430F169核心处理器设计

核心处理器选用高集成度单芯片系统中的MSP430F169芯片(美国德州仪TI公司)，并将其外接pH传感器(贝尔公司T255PH传感器)、硫酸浓度与密度测试仪DA-300SA(监测硫酸亚铁浓度)、PDV6000重金属测试仪(MTI公司，监测铬离子浓度)，ES300C型电流传感器(ABB公司，监测阴极电流密度)以判断各参数是否异常，从而判断是否出现相应故障。MSP430F169芯片主要负责控制整个故障监测器，电路图如图3所示。

图3 MSP430F169芯片电路图

2.4 SD卡存储设计

为了对原始电子接插件连续电镀数据和监测结果进行保存，监测器用SD卡存储数据。通过串行外设总线接口SDI对SD卡进行扩展，使SD卡在SDI模式下运行，最高传输速率可达25Mbit/s。图4为SD卡存储电路。

图4 SD卡存储电路

3 实验结果分析

3.1 实验环境

由于本文设计系统旨在通过实时监测找出电子接插件连续电镀过程中存在的故障隐患，因此需最大程度的保证监测结果的准确性，以便于工作人员更好地检测电镀异常与故障，保证电子接插件的性能。所以需要对设计的故障监测器进行严格测试，表4为监测器测试环境。

表4 实验测试环境

项 目内 容监测器运行软件环境WindowsXP监测器运行硬件环境2台PC机网络环境百兆带宽测试数据某电子接插件连续电镀数据

3.2 监测精度测试

为了验证设计监测器的可靠性，将电镀数据导出SD卡，传输至PC机中，通过MATLAB软件利用BP神经网络算法和蚁群算法对电镀数据进行故障监测分析，其监测准确率比较结果如表5所示。监测准确率是正确监测故障数量占总数量的比值，监测准确率越高，监测精度越高。图5为上述三种方法监测统计图。

图5 监测精度统计图

表5 监测准确性比较结果

电镀数据/个实际故障/个本文监测器BP神经网络算法蚁群算法监测故障/个η准确/%监测故障/个η准确/%监测故障/个η准确/%10329849158920559988528530989678758240111195138387850131397108697660161596168898470202099219213898021209223901588902828952683218310031319728862675

由图5可以看出，采用本文设计监测器对电子接插件连续电镀故障信息进行分析和监测，得到的故障数据量和实际故障数据量相差不大，且监测精度也明显高于BP神经网络算法和蚁群算法，说明本文监测器具有很高的监测精度。

4 结 论

设计了一种电子接插件连续电镀故障信息监测器，介绍了电子接插件连续电镀工艺，对电子接插件连续电镀工艺流程中的关键工序进行详细分析，得出Fe-Cr合金中间层电镀工艺条件的影响参数。通过正交试验法对合理的正交与水平因素进行选择，去除Fe-Cr合金中间镀层中的有害杂质。设计出故障监测器的总体结构，详细分析了核心处理器MSP430F169、无线通信模块和SD卡存储电路的设计过程。实验结果表明，所设计监测器具有很高的监测精度。

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Fault Information Analysis and Monitor of Electronic Connector Continuous Plating

TAO Li1, TU Jingwen2

(1.Jiangxi Radio and TV University,Vocational college,Nanchang 330046,China; 2.Nanchang Business College of Jiangxi Agriculture University,Computer and Information Department,Nanchang 330044,China)

Electronic connector continuous plating process is easy to find fault，the processing speed of current fault information analyzing and monitoring methods is slow and the plating failure data acquisition and transmission are easy to be disturbed,so the unreliable failure monitoring results may be caused.In this paper,an electronic connector continuous plating fault information monitor was designed;the electronic connector continuous plating process was analyzed;the key working procedure of the electronic connector continuous plating process was studied in details.Taking Fe-Cr alloy electronic connector as sample,the fault impacting parameters of middle layer plating process were presented;fault detection interference of the Fe-Cr alloy middle layer was removed through selecting the reasonable fault factors by orthogonal tests.The over structure of the designed fault monitor was presented;the designing process of core microprocessor MSP430F169,wireless communication module and SD card storage circuit were analyzed in details.The experimental results showed that the designed monitor not only had high monitoring precision,but also had low energy consumption.

electronic connectors; continuous plating; fault information; monitoring

2016-06-12

2016-07-08

10.3969/j.issn.1001-3849.2016.12.005

TQ153

A