Pores are surface defects which may have multiple causesPoren sind Oberflächenfehler, die auf unterschiedlichste Art entstehen können. These include roughness and defects in the substrate layer or material such as grooves orscratch marksEine erhöhte Rauhigkeit und Beschädigungen der darunter liegenden Schichtoder des Basismaterials durch Riefen und Kratzspuren sind ebenso häufigUrsache für eine erhöhte Porenzahl, as well as cracks in the base material which may have been generated by bend stresses or mechanical wear wie Risse, die durch eine mechanischeBeanspruchung bei einem Biegevorgang oder als Folge des mechanischenVerschleißes auftreten können (<xr id="fig:Porosity of an electroplated hard gold layer"/><!--(Fig. 13.1)-->).

[[File:Porosity of an electroplated hard gold layer.jpg|right|thumb|Porosity of an electroplated hard gold layer as a function of the layer thickness at different surface roughness values Figure 1: Porosität einer galvanisch aufgebrachten Hartgoldschicht in Abhängigkeit von der Schichtdicke s bei unterschiedlicher Rauhigkeit R_ader Unterlage]]

At the foot points of the pores the substrate material is exposed to the surrounding atmosphereAn den Porenfußpunkten ist das darunter liegende Material der umgebendenAtmosphäre ausgesetzt. This can cause corrosion products to rise through the pores to the contact surfaceDie entstehenden Korrosionsprodukte können durchdie Poren an die Oberfläche der Kontaktschicht gelangen, expand there furthersich dort ausbreitenund zu einer Erhöhung des Kontaktwiderstandes führen. Die zulässige Anzahlvon Poren in einer Goldschicht, and thus lead to increased contact resistancez.B. The allowable number of pores in gold layersvon Steckverbinderkontakten, for example for connectorshängtwesentlich von der Konzentration der Schadgasatmosphäre ab. Die angewandten Methoden für einen Porentest basieren meist auf dem Nachweisvon Unedelmetall, mainly depends on the concentration of corrosive gases in the intended working environmentdas nach einer elektrochemischen Behandlung aus derdarunter liegenden Schicht auf die Edelmetalloberfläche gelangt ist. Für diePrüfung von Gold- und Palladiumschichten auf nickelhaltigen Unterschichtenhat sich der Dimethylglyoxin-Test zum Nickelnachweis bewährt. Die elektrochemischenTests arbeiten elektrographisch oder elektrolytisch.

Most methods of porosity testing are based on detecting the substrate material which is transferred to the surface during an electrochemical treatment processBeim elektrographischen Test wird der Prüfling gegen einen mit Elektrolytgetränkten Filterstreifen oder eine Gelatinefolie gepresst.Nach dem StromdurchgangFor testing of gold and palladium coatings on nickel containing substrates the dimethyl-glyoxin test for detecting the nickel has been a proven method. The electrochemical methods are mostly working on a electrographic or electrolytic basisbefinden sich Reaktionsprodukte auf dem Filterstreifen und könnenmit Hilfe von Indikatoren sichtbar gemacht werden.

In the electrographic test a strip of filter material saturated with an electrolyte or a gelatin foil is pressed onto the sampleBeim elektrolytischen Test wird die Probe in einen Elektrolyten getaucht, der dieIndikatorlösung enthält. After the application of an electrical field and current the reaction products are made visible by chemical indicatorsNach einem Stromdurchgang sind die Poren alsFarbstellen sichtbar.

During the electrolytic test a sample is immersed into an electrolyte containing a indicator solutionHäufig wird ein SO₂-Test hoher Konzentration (100 ppm) und hoher relativer Luftfeuchte (95% bei 40°C) angewandt. After passing electrical current the pores are visible as colored spotsEin wesentlicher Vorteil bei diesem Testist, dass sich der Schärfegrad durch Änderung der Konzentration leicht reproduzierbareinstellen lässt. Daneben werden auch Schadgasgemische H₂S, SO₂, und NO₂ für die Porenprüfung eingesetzt (z.B. ASTM-Test B 735 und B 799).

Frequently a SO test at higher concentrations (100 ppm) and high humidity 2 levels (95% RH at 40°C) is used. One advantage of this method is that the severity level can be increased easily by varying the concentration of SO₂₌₌₌₌!--13. Besides these, other corrosive gas mixtures of H₂S, SO₂, and NO₂ are used in porosity tests (i.e. tests according to ASTM B735 and B 799)1.3-->Härte====

====<!--13Die Härte galvanisch abgeschiedener Schichten hängt von den Abscheidungsparameternund somit von ihrer Struktur und dem Anteil der eingebauten Substanzenab.2Aus der Härtemessung kann jedoch im Gegensatz zu schmelzmetallurgisch hergestellten Schichten nicht zwangsläufig auf mechanischeEigenschaften wie Verschleißverhalten geschlossen werden, da sich die Strukturgalvanischer Schichten grundlegend von denen erschmolzener Metalle undLegierungen unterscheidet.1Zudem haben Sprödigkeit und innere SpannungenEinfluss auf die Härte der Schicht.3-->Hardness====

The hardness of electroplated surface coatings depends on their deposition parameters and therefore on the structure and concentration of incorporated substancesÜblicherweise werden Härteprüfungen in Europa nach der Vickers-Methode(DIN EN ISO 6507-1) mit einem Diamant-Eindringkörper und symmetrischerPyramide durchgeführt. The hardness measurement is however not a true indicator of the mechanical properties such as frictional wear characteristics like for clad meltmetallurgically produced layers. This is caused by their fundamentally different structure compared to alloys. Brittleness and internal stresses also have an influence on the hardnessBei dünnen Schichten wird die Mikrohärte immetallographischen Schliff bestimmt (DIN ISO 4516).

Usually hardness is measured In den USA erfolgen dieAngaben häufig nach Knoop. Dabei wird eine asymmetrische Pyramide verwendet,die einen rhombischen Eindruck in Europe and Asia applying the Vickers scale (DIN EN ISO 6507-1) for which an indenter of a symmetrical diamond shape is usedder Schicht erzeugt. For thin layers the micro-hardness is measured Die erhaltenenMesswerte für beide Methoden sind zwar in a metallographic crosssectional mount (DIN ISO 416)gewissem Umfang vergleichbar,aber nicht streng ineinander umzurechnen.

In the US the hardness values are often reported by values of the Knoop scaleBei Härtemessungen sollte die Eindringtiefe des Diamanten nicht mehr als 10%der Dicke der zu messenden Schicht erfassen. This method uses a asymmetrical diamond indenter on the layer producing a rhombic indentation pictureSofern die Härtewerte vonSchicht- und Trägerwerkstoff nicht zu weit auseinander liegen, sind als RichtwertEindringtiefen von ca. Values obtained by both methods are comparable but cannot be converted into each other easily30% noch vertretbar. Insbesondere bei Überzügenaus reinen Metallen kann sich im Grenzbereich die Härte des Grundmaterialsdem galvanischen Belag aufprägen, wobei dann in Richtung zur Oberfläche einHärteabfall in der Schicht beobachtet wird.

During hardness measurements the indentation depth should not exceed 10% of the layer thickness====<!--13. Depth of up to 30% can be accepted only if the hardness values of the layer and substrate are in a similar range2. For layers of pure metals the hardness of the base material can influence the one for the coating in the immediate boundary area.A decrease in hardness can then be observed towards the layer's surface1.4-->Duktilität====

====<!--13Die Duktilität gibt an, inwieweit eine Schicht plastisch verformt werden kann,ohne dabei aufzureißen.2Sie ist somit ein wichtiges Qualitätsmerkmal einesgalvanischen Überzuges.1Bei geringer Duktilität besteht die Gefahr, dass in demgalvanischen Niederschlag Risse auftreten. Diese Rissbildung kann entwederunmittelbar nach der Schichtabscheidung aufgrund hoher innerer Spannungenentstehen, oder durch eine nachfolgende mechanische Beanspruchung bei derWeiterverarbeitung ausgelöst werden.4-->Ductility====

The ductility indicates how much a coating layer can be plastically deformed without crackingZur Prüfung der Duktilität von Goldschichten wird i. Therefore it is d.R. eine Biegeprüfung inAnlehnung an important measure for the quality of electroplated coatingsDIN 50 153 durchgeführt.Für bestimmte Einsatzfälle beruht dieIf the ductility is too low, cracks can develop Prüfmethode auf einer Vereinbarung zwischen Schichthersteller und Anwender.Nach dem Biegen der beschichteten Probe um einen bestimmten Radius wirdunter dem Mikroskop die Schichtoberfläche in the layerder Biegezone betrachtet. This crack formation can occur due to internal stresses right after the deposition or develop from mechanical stressing during subsequent mechanical deformationSinddabei Risse oder gar Ablösungen festzustellen, so ist dies ein Hinweis auf einezu geringe Duktilität.

To evaluate the ductility of gold layers, a bending test according to DIN 50 153 is usually employed===<!--13. For certain applications the testing method is agreed upon between the coating manufacturer and the user2. After bending the test sample over a pre2-defined radius the surface layer in the bend area is examined microscopically. The detection of cracks or even delaminating is an indication of insufficient ductility.->Funktionseigenschaften===

====<!--13.2.2.1-->Functional PropertiesReibverschleiß====

====<!--13Bei Kontaktteilen, die auf Reibung beansprucht werden, z.B. in Steckverbindernoder bei Gleitkontakten, bestimmt der mechanische Verschleiß der Kontaktschicht entscheidend die Lebensdauer und Zuverlässigkeit elektromechanischerBauelemente. Üblicherweise wird angenommen, dass härtereSchichten auch verschleißfester sind. Diese Aussage trifft für erschmolzeneLegierungen i.d.R. zu, ist jedoch bei galvanisch aufgebrachten Schichtenkeineswegs zwingend.2So weisen z.2B.1galvanisch aufgebrachte niederkarätigeAuCuCd-Schichten trotz hoher Härte (HV350) einen höheren mechanischenVerschleiß als hochkarätige AuCo->Frictional Wear====Schichten (HV120) auf, bei denen der bei dergalvanischen Abscheidung inkorporierte Kohlenstoff gewissermaßen alsSchmiermittel wirkt.

For contact parts which are subjected to frictional sliding between each other, such as for example connector or sliding contact parts, the frictional wear is the determining factor for contact life and reliabilityVergleichende Untersuchungen zur Beurteilung des Verschleißesvon Kontaktschichten werden zunächst in Modelleinrichtungendurchgeführt. Diese Untersuchungen ermöglichen eine Werkstoffvorauswahl. In general it is assumed that harder surfaces are more wear resistantDanach schließen sich Prüfungen z. This usually is true for molten alloys, but not necessarily the fact for electroplated surface layersB. As im Steckverbinder an example, low-carat molten AuCuCd layers exhibit despite a high hardness (HV 350) a higher mechanical wear than high-carat electroplated hard gold coatings (HV 120)die die Form derKontaktstellen und die konstruktive Ausführung des Steckverbinders berücksichtigen.

In the latter the incorporated carbon content acts as a lubricant, reducing wear significantly====<!--13. Comparative tests of the mechanical wear of contact layers are After these additional testing will be performed, for example on actual connectors which then incorporate the real design characteristics in the connector contact area2.2.2-->Kontaktwiderstand====

====<!--13Der Kontaktwiderstand ist wohl die wichtigste Funktionsgröße, die die Zuverlässigkeiteiner Kontaktschicht bestimmt.2.2.2-->Contact Resistance====

The Zur Messung des Kontaktwiderstandes werden kommerziell erhältliche Prüfgerätemit entsprechenden Auswerteeinrichtungen eingesetzt (<xr id="fig:Computer controlled contact resistance is measuring device"/><!--(Fig. 13.2)-->). Dabei wird die Oberfläche der Kontaktschicht nach einem vorgegebenen Programm abgerastert.Als Gegenkontakt wird meist ein vorher sorgfältig gereinigter Kontaktniet mit Hartgoldbeschichtung verwendet.Messspannung und Messtrom liegen meist bei <20 mV bzw. <10 mA (Gleichstromoder Wechselstrom 1kHz). Die Kontaktkraft wird je nach Anwendung derKontaktschicht mit 2, 5 oder 10 cN gewählt. Die aus den einzelnen Messwertenermittelte und meist in Form eines Histogramms dargestellte Häufigkeitsverteilungdes Kontaktwiderstandes ist ein Abbild der Reinheit der Oberfläche. Derenge Streubereich und die nahezu symmetrische Verteilung der Kontaktwiderstandswerteist typisch für eine fremdschichtfreie Goldschicht (<xr id="fig:Frequency distribution of the most important functional property determining contact resistance of a clean contact surface"/><!--(Fig. 13.3)-->). Istdie Oberfläche ganz oder teilweise von Fremdschichten bedeckt, so ist hierfüreine asymmetrische Verteilung der Kontaktwiderstandswerte charakteristisch(<xr id="fig:Frequency distribution of the reliability contact resistance of a contaminated contact layersurface"/><!--(Fig. 13.4)-->). Aus der Häufigkeitsverteilung des Kontaktwiderstandes lassen sichHinweise auf das Vorhandensein von Fremdschichten entnehmen. Art undZusammensetzung der Fremdschicht können nur durch oberflächenanalytischeVerfahren bestimmt werden.

For the measurement of the contact resistance commercially available test instruments with applicable data analysis programs are used <xr iddiv class="fig:Computer controlled contact resistance measuring devicemultiple-images"/><!--(Fig. 13.2)-->. In a pre-set program the surface of a contact layer is scanned and probed. Most frequently a freshly cleaned contact rivet with a hard gold coated contact rivet is used as the probing contact.

[[File:Computer controlled contact resistance measuring device.jpg|right|thumb|Computer controlled contact resistance measuring device Figure 2: Rechnergesteuerter Prüfstand für Kontaktwiderstandsmessung (WSK Messtechnik)]]

[[File:Frequency distribution of the contact resistance of a clean contact surface.jpg|right|thumb|Frequency distribution of the contact resistance of a clean contact surface Figure 3: Häufigkeitsverteilung des Kontaktwiderstandes einer sauberen Kontaktoberfläche (Ag rivet with electroplated hard gold layer- Niet mit galvanisch aufgebrachter Feingoldschicht; test parametersMessbedingungen: 10 mV, ; 10 mA, ; 10 cN)]]

[[File:Frequency distribution of the contact resistance of a contaminated contact surface.jpg|right|thumb|Frequency distribution of the contact resistance of a contaminated contact surface Figure 4: Häufigkeitsverteilung des Kontaktwiderstandes einer verunreinigten Kontaktoberfläche (Ag rivet with electroplated hard gold layer- Niet mit galvanisch aufgebrachter Hartgoldschicht; test parametersMessbedingungen: 10 mV, ; 10 mA, ; 10 cN)]]

===<!--13.2.3-->Technological PropertiesTechnologische Eigenschaften===

====<!--13.2.3.1-->Adhesion StrengthHaftfestigkeit====

Good adhesion of the electroplated layer on the substrate is mandatory for the reliable function of a contact systemEine gute Haftung der galvanischen Schicht auf dem Trägermetall ist für einezuverlässige Funktion des Kontaktsystems unerlässlich. The adhesion strength between the electroplated surface coating and the substrate depends on many factorsDie zwischen dergalvanischen Schicht und dem Träger auftretende Bindungskraft ist von vielen Faktoren abhängig, such as the surface roughness of the carrier metalwie Rauhigkeit des Trägermetalls, the surface preparationOberflächenbehandlung, thermal expansion propertiesthermischer Ausdehnung, ductility, and othersVerformbarkeit u. a.. A difference in formability of layer and substrate metal can easily lead to separation of the coating layerDie unterschiedliche Verformbarkeitvon Schicht- und Trägermetall kann bei starker mechanischer Beanspruchungleicht zum Abblättern der Schicht führen. Rapid temperature changes can also lead to delaminating if the thermal coefficients of expansion of the coating and the substrate differ substantiallyAuch bei raschen Temperaturänderungenkann es zum Lösen der Schicht kommen, falls sich die thermischenAusdehnungskoeffizienten von Schicht und Träger stark unterscheiden. A prerequisite for good adhesion is the careful surface preparation prior to the actual electroplatingVoraussetzung für eine gute Haftung ist eine sorgfältige Vorbehandlungder Trägeroberfläche, which is usually integrated into the electroplating process equipmentdie üblicherweise in Galvanisieranlagen integriert ist.

There is no nonFür eine zerstörungsfreie Prüfung der Haftung der Schicht gibt es kein Verfahren,das unter Praxixbedingungen angewandt werden kann. Zum Einsatzkommen mechanische Prüfverfahren, wie die Falt-destructive test method which can be applied under practical use conditionsbzw. The methods used are mechanical tests such as a fold and bend test, or the wrap testBiegeprobe oder derWickeltest. Often also an adhesive strip test according to Sehr häufig wird das Klebebandverfahren nach DIN IEC 326 Part Teil 2 is usedverwendet. A transparent adhesive tape is applied to the electroplated surface and removed again after 10s by a uniform pulling actionDas transparente Klebeband wird auf den zu prüfenden Überzugaufgebracht und nach 10 s unter gleichmäßigem Zug wieder abgezogen.

During this removal the coating layer is not allowed to come off the substrateDabei darf sich die Schicht nicht von dem Träger abheben, which means no substrate material is allowed to become visibly exposedd.h. das Trägermaterialnicht sichtbar werden.

Quite often temperature tests are also used to judge the adhesion strengthHäufig wird auch zur Beurteilung der Haftfestigkeit ein Wärmetest durchgeführt. For these samples are exposed to elevated temperatures between 120 and Dabei werden die beschichteten Proben bei Temperaturen zwischen 120°Cund 400°C over a defined time period über eine bestimmte Zeit (5 to bis 60 min)ausgelagert. At insufficient bonding strength bubbles are becoming visible and delaminating may occurBei ungenügender Haftung kommt es zu einer Blasenbildung oder zu einemAbblättern der Schicht.

====<!--13.2.3.2-->SolderabiltyLötbarkeit====

In this context soldering is defined as using low temperature tin or tin alloysUnter Löten wird hier ausschließlich das Weichlöten unter Verwendung von Zinnoder Zinn-Legierungen verstanden. Eine häufig angewandte Methode zur Bestimmungder Lötbarkeit stellt der Tauchtest dar. A freuquently used method to determine the solderability is the immersion testDabei wird das beschichteteMaterial in ein Lotbad abgesenkt und ca. The coated material is inserted into a bath of the liquid solder and tinned for about 5 s5s lang verzinnt. After this exposure Nach dieser Zeitmüssen 95% of the surface immersed must be wetted with the solderder Oberfläche mit Lot benetzt sein.Voraussetzung für eine guteBenetzung ist, dass die innige Berührung zwischen Schichtoberfläche und LotOne of the requirements for complete wetting is also that the interface area between the substrate metal and the coating layer is not interrupted by oxides or other foreign substancesnicht durch Oxid- oder Fremdschichten behindert wird.

Gold is known to be well solderablegilt zwar als lötfreudig, however problems can occur when soldering onto thin gold layersdennoch können sich beim Weichlöten auf dünnenGoldschichten Probleme ergeben. Since the gold quickly dissolves Da sich Gold in the soldering alloy the viscosity of the liquid solder is increased and can lead to reduced wettingder Lotlegierung rasch auflöst,wird die Viskosität des flüssigen Lotes erhöht, was zu einer Verschlechterungder Benetzung führen kann. Weiterhin können intermetallische Phasen ausGold and tin also form intermetallic compound phases which lead to embrittlement and thus reduce the mechanical strength of the solder bondund Zinn entstehen, die eine Versprödung verursachen und so die mechanischeFestigkeit der Lötverbindung verringern. In addition non-precious alloying components or co-deposited carbon can be problematic for good solderabilityDaneben können sich erhöhteAnteile an unedlen Legierungskomponenten und inkorporierter Kohlenstoffnachteilig auf die Lötbarkeit auswirken.

====<!--13.2.3.3-->BondabilityBondbarkeit====

The wire bonding – a welding process of fine wires onto flat semiconductors and metal surfaces – was developed for contacting semiconductorcomponents Das Drahtbonden - Aufschweißen von Feindrähten auf plane Halbleiter und Metallflächen - wurde zur Kontaktierung von Halbleitern entwickelt (see Chapter Kap. 9 [[Applications for Bonding TechnologiesAnwendungen_in_der_Aufbau_und_Verbindungstechnik|Applications for Bonding TechnologiesAnwendungen in der Aufbau und Verbindungstechnik]]) Depending on the application the reliability of the bond connections over extended time periods under difficult environmental conditions is of great importance. The quality of such connections can only be evaluated Fürdie jeweilige Anwendung ist die Zuverlässigkeit der durch Bonden hergestelltenVerbindungsstellen über einen längeren Zeitraum und unter erschwertenUmweltbedingungen von entscheidender Bedeutung. Die Qualität dieser Verbindungenkann nur mechanisch in destructive pull or shear testszerstörenden Abzugs- oder Schertestsgeprüft werden.

*Pull TestAbzugstest

During the pull test a hook is inserted into the bond wire loop and the pull force is slowly increased to an amount that destroys the connectionBeim Abzugstest wird ein Haken in die Bondschlaufe eingehängt und die Abzugskraftso weit gesteigert, bis die Verbindung zerstört ist. Bei dieser Prüfungwird die mechanisch schwächste Stelle der Bondschlaufe ermittelt. Dabei giltein „Bondabheber“, d. During this test the weakest spot of the bond loop is determinedh. The actual delaminating between bond wire and substrate is deemed the most serious defectdie Trennung zwischen Draht und beschichtetemLeiter, als schwerwiegendster Fehler. The transition between bond spot and wire is a weak point because of the high deformation stresses exerted onto the wire and can also lead to breakDer Übergang zwischen Bondstelle und Draht stellt wegen der hohen Verformungbeim Bondvorgang eine Schwachstelle dar, die zu einem Bruch führenkann. A break in the actual wire is the most desirable result condition during the pull testDer eigentliche Drahtriss ist der angestrebte Zustand für eine zuverlässigeBondverbindung.

Typical rupture pull forces measured are in the range of the rupture strength of the bond wire Die gemessenen Abreißkräfte liegen, abhängig von der Geometrieder Schlaufe, im Bereich der Reißlast des Bonddrahtes (iz.eB. 10 – -15 cN for a bei Au-Draht mit 25 μm diameter Au wireDurchmesser) and depend on the geometry of the loop.

*Shear TestSchertest

The shear test is used as an alternative to the pull testDer Schertest stellt eine Alternative zum Abzugstest dar. A shear force is excerted onto the bond areaDabei wird die Bondstelledurch Aufbringen einer Scherkraft beansprucht. Separation then occurs between the bond layer and bond wire, or for a good bond connection within the bond wireDie Trennung erfolgtdann zwischen Bondschicht und Bonddraht oder bei einer zuverlässigen Verbindungim verformten Draht.

*Aging TestAlterungstest

A higher difficulty for testing occurs if the initial bond test results from pulling or shearing were good at high forcesWesentlich schwerwiegender sind Fälle zu bewerten, but later the bond connections show early failures due to agingin denen zunächst guteBondergebnisse d.h. hohe Abzugs- oder Scherkräfte erzielt werden, die Bondverbindungenaber altern und dadurch vorzeitig ausfallen.

One of the most severe tests is an exposure at a humidity level of Eines der schärfsten Prüfverfahren stellt die Auslagerung bei 85% RH and at relativerFeuchte und 85°Cdar. At higher porosity levels in the coating the high humidity can lead to corrosion effects on the substrate material from corrosive gases in the atmosphereDie hohe Luftfeuchtigkeit kann bei Edelmetallschichtenmit hoher Porendichte zu Korrosionserscheinungen führen, wenn die darunterliegende Unedelmetallschicht mit Schadgasen aus der Atmosphäre reagiert. For the most severe requirements a simulation test at Eine typische Auslagerungsdauer zur Simulation besonders harter Bedingungenist 500 h bei 85°C and und 85% RH is performed over a 500 h exposure time periodrel. Feuchte.