Kupfer und Kupferlegierungen für Leiter sind oft elektrolytisch
beschichtet mit reinen Metallen wie Zinn, Silber und Nickel. In
speziellen Fällen können auch Legierungsschichten wie Zinn/Blei
(Lötschicht) oder Verbundschichten wie Silber über Nickel, etc. in
mehreren Lagen aufgebracht zur Anwendung kommen. Beschichtungen
verbessern die Leistung eines Leiters.
Zinnbeschichtung
Zinn als reine Metallbeschichtung erhöht bekanntlich die
Betriebstemperatur von Kupferleitern bis zu 150 ºC und verbessert ihre
Lötbarkeit. Die Zinnbeschichtung ist relativ kostengünstig, da die
Leistung den Ertrag erhöht. Eine Zinnbeschichtung wird hauptsächlich
wegen ihrer Temperatur- und Lötbarkeitseigenschaften verwendet. Parameter
für verzinntes Kupfer sind in der ASTM B 33 beschrieben.
Aufgrund der relativ niedrigen Schmelztemperatur von
Zinn, erfolgt eine Zinnbeschichtung nur auf Basismaterialien, die nicht
einem Prozeß mit hohen Temperaturen nach Aufbringung der Zinnschicht ausgesetzt
werden. Einige der hochfesten Kupferlegierungen und andere
Basismaterialien benötigen eine Wärmebehandlung oder eine Glühung während
der Herstellung, die die Zinnschicht schmelzen lassen würden.
Verzinnte Kupferleiter haben auch eine begrenzte Haltbarkeit
für ihre Lötbarkeit. Nach einiger Zeit und in einer Geschwindigkeit, die
von der Temperatur bestimmt wird, reagieren Zinn und Kupfer miteinander
und bilden eine intermetallische Legierung. Diese Reaktion findet sogar
statt bei Raumtemperatur und kann auch nicht durch eine Schutzverpackung
verhindert werden. Wenn das gesamte Zinn von der Oberfläche verbraucht
worden ist (legiert mit dem Basiskupfer), verliert der Leiter seine
Lötbarkeit. Oberflächenoxidation verschlechtert ebenfalls die Lötbarkeit,
daher sollte der Leiter vor Luft und Feuchtigkeit mittels einer
Verpackung geschützt werden. Die Haltbarkeit kann erhöht werden durch
richtige Verpackung und Lagerung in einer temperaturkontrollierten
Umgebung.
Silberbeschichtung
Die Silberbeschichtung erhöht bekanntlich die Betriebstemperatur von
Kupfer oder Kupferlegierungsleitern auf 200 ºC. Die Silberbeschichtung
verleiht dem Leiter auch ausgezeichnete Lötbarkeitseigenschaften. Silber
behält seine Lötbarkeit wenn Standardverpackungstechniken zur Anwendung
kommen, um die Oberfläche vor Oxidation zu schützen. Seine Lötbarkeit
verringert sich nicht über die Zeit durch Diffusion.
Reines Silber hat die höchste elektrische Leitfähigkeit
aller reinen Metalle. Die Beschichtung eines Leiters mit Silber verbessert
außerdem die Hochfrequenzübertragungseigenschaften des Drahtes.
Elektrische Hochfrequenzsignale wandern entlang der Oberfläche eines
Leiters, bekannt als der sog. „skin effect“ und die Verwendung von Silber
für diesen Übertragungsweg erhöht die Leistung des Leiters.
Silber ist ein relative weiches Metall, sein Oxyd ist
elektrisch leitfähig und hat einen geringen Kontaktwiderstand. Daher
haben silberbeschichtete Leiter viele Vorteile gegenüber anderen
Beschichtungsmaterialien bei den Crimpanschlüssen. Standard
silberbeschichtete Leiter haben eine minimale Schichtdicke von 40
micro-inches (0.000040 inches) (entspricht 1 μ) wie in der ASTM B
298 spezifiziert. Variationen in der Beschichtung sind akzeptabel in
Abhängigkeit der Anwendung.
Nickelbeschichtung
Eine Nickelbeschichtung erhöht im allgemeinen die Betriebstemperaturen
von Kupfer oder Kupferlegierungsleitern auf 260 ºC. Nickel hat
darüberhinaus eine ziemlich hohe Resistenz gegenüber korrosiven
Umgebungen. Allerdings benötigt Nickel ein aktiviertes Flußmittel zum
Löten und aufgrund seiner Härte zeigen vernickelte Leiter größere
Schwankungen in der Verläßlichkeit der Crimpanschlüsse als andere
Beschichtungsmaterialien.
Standard vernickelte Leiter haben eine
Mindestschichtdicke von 50 micro-inches (1.25 μ) wie in der ASTM B
355 aufgeführt.
Es gibt eine spezielle Klasse unter den
Nickelbeschichtungen, die in der ASTM B 355 als Klasse 27 bezeichnet
wird. Diese Klasse von Leitern enthält eine Mindestnickelauflage von 27%
(an Gewicht). Diese spezialisierten Leiter werden in der Regel für extrem
hohe Temperaturbedingungen verwendet.
Mehrfachbeschichtung
Die sequentielle Beschichtung mit verschiedenen Metallen über dem
Basismetal liefert eine Sperrschicht zwischen der Oberfläche und dem
Basismetal. Dies kann die intermetallische Reaktion zwischen der
Oberfläche und dem Basismetall reduzieren und gleichzeitig die günstigen
Eigenschaften der Oberflächenbeschichtung beibehalten.
Meßtechniken zur Schichtdickenbestimmung
Die Standardmethode zur Messung der Schichtdicke eines Litzdrahtes
erfolgt mit elektrochemischen Mitteln.
ASTM (B 33, B 298, and B 355) empfiehlt einen
elektronischen Schichtdickentester, der eine elektrochemische Ablösung
der Beschichtung anwendet (üblicherweise als "Kocour" Methode
bezeichnet – nach einem Gerätehersteller). Dieses koulometrische
Verfahren benutzt eine kontrollierte „Ablösungs“ Stromstärke, die Zeit,
die benötigt wird, um das Beschichtungsmaterial zu entfernen und den
Durchmesser und die Länge des Prüflings, um die Schichtdicke zu
bestimmen.
Beschichtungsintegrität
Die Beschichtungsintegrität kann mit Hilfe der Kontinuität und der
Haftung der Beschichtung auf dem Basismetal definiert werden.
Kontinuität der Beschichtung
Die Anforderungen möchten, daß das Beschichtungsmaterial die Oberfläche
des Drahtes vollständig bedeckt. Ein Durchscheinen des Basismetalls vor
dem Verlitzen bei Betrachtung mit bloßem Auge ist nicht geduldet. Um
diese Untersuchung zu erleichtern werden die Prüflinge in eine
Natrium-Polysulfidlösung getaucht (ASTM B 33, B 298, and B 355), das
Stellen mit durchscheinendem Kupfer schwarz färbt.
Haftung der Beschichtung
Die Beschichtung muß am Basismetal haften. Haftungstests belasten zuerst
die Beschichtungsschnittstelle. Das Verdrehen eines Leiterlängenpaares
oder die Umwicklung einer Leiterlänge um seinen eigenen Durchmesser
erzeugt genügend Belastung, so daß jede Stelle mit schlechter Haftung zum
Vorschein kommt durch ein Aufheben oder Brechen in der Beschichtung. Die
Prüflinge werden dann einem Natrium-Polysulfidtest unterzogen.
Schwarzgefärbtes sichtbares Kupfer ist ein Beweis für schlechte Haftung.
|
