---

Galvanické pokovovanie je metóda nanášania trvalo priľnavých tenkých povlakov nanesením kovu na substrát. Cieľom je zlepšiť jeho úžitkové vlastnosti, ktoré sú dôležité pre konkrétne použitie. Galvanické pokovovanie okrem iného: zvyšuje odolnosť voči korózii, tvrdosť, znižuje trenie, zvyšuje odolnosť voči extrémnym teplotám, zlepšuje elektrickú vodivosť a spájkovateľnosť a zlepšuje estetiku. Je preto dôležitou technikou spracovania v mnohých priemyselných odvetviach vrátane elektronického priemyslu.

Galvanické pokovovanie je technika elektrolytického nanášania vrstvy kovu jeho prenosom elektrolýzou z anódy, ktorá je z neho vyrobená, na katódu, ktorá je ním pokrytá. Tieto elektródy ponorené do elektrolytu, ktorým je zvyčajne vodný roztok povlakovaného kovu, sú pripojené k zdroju energie - anóda s kladným pólom a katóda so záporným pólom. Na prvej z nich potom prebieha oxidačná reakcia a na druhej redukčná reakcia. Výsledkom je, že záporné ióny sa pohybujú smerom k anóde a kladné ióny sa pohybujú smerom ku katóde, ktorá sa nakoniec pokryje rovnomerným kovovým povlakom.

Galvanizácia nie je nová technika - naopak, primitívne metódy nanášania kovových povlakov sa vyvíjali už v starovekom Ríme a stredoveku. Avšak až s vynálezom galvanického článku, t. j. na začiatku 19. storočia, sa vytvoril základ pre metódy, ktoré sa praktizujú dodnes. Odvtedy popularita galvanického pokovovania neustále rastie. Spočiatku sa používalo najmä na dekoratívne účely, postupom času sa prispôsobilo profesionálnym aplikáciám. Skutočný rozmach však nastal až vtedy, keď sa o galvanické pokovovanie začal zaujímať elektronický priemysel.

Galvanické pokovovanie v elektronike

Pokovovanie je dôležitým krokom pri výrobe elektronických súčiastok a komponentov dosiek s plošnými spojmi. Je potrebné zlepšiť ich elektrickú vodivosť, spájkovateľnosť, odolnosť proti korózii a životnosť. Vzhľadom na jeho veľkosť však nie je jednoduché ho realizovať. Dôležitý je aj výber povlakovacieho materiálu.

Okrem iného je veľmi obľúbené zlato. Vzhľadom na cenu tohto kovu nie je možné vyrábať elektronické súčiastky výlučne z neho. Pokovovanie je preto najvýhodnejším spôsobom, ako využiť vlastnosti tohto materiálu - výhody, ktoré prinášajú, kompenzujú náklady na pozlátenie. Výsledkom je, že väčšina elektroniky obsahuje aspoň trochu zlata - pozlátenie sa okrem iného bežne používa pri výrobe konektorov, kontaktov, dosiek plošných spojov, polovodičov.

Kľúčovou vlastnosťou zlata pri galvanickom pokovovaní je jeho odolnosť voči korózii. Ako jeden z najmenej reaktívnych kovov nie je náchylné na oxidáciu, čím si zachováva hladký kontaktný povrch. To následne zabezpečuje spoľahlivé spojenie. Okrem toho neprítomnosť oxidov na povrchu kontaktov zaručuje ich nezmenenú elektrickú vodivosť. Zlato je tiež jedným z kujnejších a tvárnejších kovov - to uľahčuje nanášanie tenkých povlakov. Vďaka vysokému bodu tavenia chráni pred poškodením v dôsledku prehriatia. Dobre vedie teplo. Zvyšuje aj odolnosť proti opotrebovaniu, pretože odoláva poškodeniu spôsobenému trením alebo vibráciami.

Pred pozlátením sa zvyčajne nanáša vrstva niklu. Základný náter chráni pred koróziou v póroch zlatého povlaku a zabraňuje difúzii iných kovov, napríklad zinku a medi, ktoré môžu oxidovať. Zväčšením hrúbky povlaku sa tiež zvyšuje jeho trvanlivosť a umožňuje využiť výhody zlata pri nižších nákladoch. Napríklad v typickom spoji postačuje vrstva zlata s hrúbkou 0,8 μm na vrstve niklu s hrúbkou 1,3 μm. Takzvané tvrdé zlato, t. j. s prídavkom kobaltu alebo niklu, je tiež odolnejšie. To bez prídavkov (mäkké) funguje lepšie, ak sa vyžaduje plastickosť povlaku.

Strieborné pokovovanie

Obľúbeným kovom je aj striebro. Je to najlacnejší drahý kov - jeho cena je zvyčajne 1/60 ceny zlata. Strieborné pokovovanie je preto výrazne lacnejšou alternatívou k zlatému pokovovaniu, o to atraktívnejšou, že striebro má charakteristické vlastnosti.

Patrí k nim najvyššia elektrická a tepelná vodivosť spomedzi všetkých kovov a spomedzi drahých kovov najnižšia hustota a najnižší bod topenia. Potenciálnou nevýhodou môže byť jeho sklon k zmatneniu. Častým problémom je aj slabá priľnavosť a dutiny v pokovovaní. Strieborné pokovovanie sa používa pri výrobe konektorov, kontaktov a ložísk. Podobne ako pri zlate sa používajú niklové podklady, ktoré umožňujú vytvoriť tenší strieborný povlak. Znižujú tiež zmatnenie a zabraňujú tvorbe zlúčenín striebra s inými kovmi.

Povlaky platiny, ródia, paládia

Platina sa používa aj na pokovovanie. Je poddajnejšia ako zlato a striebro a poskytuje vynikajúcu odolnosť proti korózii. Pokovovanie zabraňuje zmatneniu. Vďaka veľmi vysokému bodu topenia platina chráni pred poškodením spôsobeným vysokými teplotami. V elektronike sa používa najmä ako ochranný povlak na kontakty.

Ďalší drahý kov, ródium, vytvára veľmi tvrdé a odolné povlaky a neoxiduje ani pri extrémnych teplotách. Má vyšší bod topenia ako platina. Vyznačuje sa aj odolnosťou voči kyselinám. Vďaka svojej vysokej elektrickej vodivosti je obľúbený v elektronike - používa sa napríklad na pokrytie kontaktov posuvných konektorov, aby sa znížilo ich opotrebovanie, ako aj vysokonapäťových a silnoprúdových konektorov, aby sa zabránilo oxidácii ich kontaktov.

Paládium a jeho zliatiny sú na druhej strane lacnejšou alternatívou k poťahovaniu konektorov zlatom. Keďže paládium má nižšiu hustotu ako zlato, umožňuje znížiť hmotnosť pri rovnakej hrúbke povlaku. Je to napríklad obľúbený materiál na povrchovú úpravu rámčekov pre montáž integrovaných obvodov.

Pokovovanie medi a pocínovanie

Meď je pomerne mäkký, kujný a tvárny kov. Vyznačuje sa vysokou tepelnou a elektrickou vodivosťou. Meď je veľmi priľnavá a neoddeľuje sa od materiálu, ani keď sa ňou potiahnutý predmet ohýba. Vďaka svojej priľnavosti je tiež veľmi účinným základom pre pocínovanie a poniklovanie. Pokovovanie meďou zvyšuje odolnosť materiálu voči korózii. Okrem toho takéto povlaky vykazujú mazacie vlastnosti pri vysokých teplotách. Okrem toho je pokovovanie meďou lacnejšie ako drahé kovy.

Pokovovanie cínom je nákladovo efektívne - cín je ľahko dostupný a lacnejší ako drahé kovy. Dôležitými vlastnosťami cínových povlakov sú ochrana proti korózii a vynikajúca spájkovateľnosť. Hlavnou nevýhodou pocínovania je tendencia vytvárať na takýchto povlakoch malé ostré výčnelky nazývané whiskers. Tie sú voľným okom neviditeľné, ale predstavujú nebezpečenstvo, pretože môžu spôsobiť skrat. Aby sa im zabránilo, používajú sa zliatiny cínu. Nie vždy je tiež možné dosiahnuť rovnomernú hrúbku povlaku, najmä v rohoch a výklenkoch.

Techniky galvanického pokovovania

Účinné pokrytie substrátu kovovým povlakom si vyžaduje zohľadnenie niekoľkých otázok. Rozhodujúci je účel povlakovaného objektu - ten určuje, či má povlak chrániť pred koróziou a nadmerným opotrebovaním. Jeho tvar zasa ovplyvňuje, ako rovnomerne bude povlak rozložený. To sa oplatí zvážiť už vo fáze návrhu - v rohoch a na okrajoch bude spravidla hrubší ako vo výklenkoch. Tie môžu tiež zachytávať chemikálie počas čistenia a vzduch počas ponorenia do elektrolytu. Aby sa tomu zabránilo, je dobré v konštrukcii zabezpečiť odtokové otvory. Rozmerové tolerancie musia zohľadňovať aj vplyv hrúbky povlaku na konečné rozmery.

Je však nevyhnutné zvoliť správnu techniku pokovovania, aby sa dosiahli čo najlepšie výsledky a minimalizovalo sa riziko poškodenia konečného výrobku. V závislosti od veľkosti povlakovaných predmetov, ich pevnosti a počtu vo výrobnej dávke sú totiž niektoré metódy účinnejšie a bezpečnejšie ako iné. Vo všeobecnosti možno rozlíšiť dva typy.

Bubmová povrchová úprava vs. stojanová

Prvý spôsob je dávkové lakovanie, zvyčajne bubnová technika. Zahŕňa umiestnenie dielu do bubna vyrobeného napríklad z polypropylénu. Je vybavený tyčami, ktoré vedú elektrický prúd. Po ponorení do elektrolytu sa bubon pomaly otáča. To spôsobuje, že sa diely vo vnútri otáčajú, čím sa zabezpečí rovnomerné nanesenie povlaku. Táto metóda sa osvedčuje pri menších dieloch, ktoré sa nepoškodia kontaktom s inými, ako sú okrem iného konektory, a pri súčasnom nanášaní náteru na diely rôznych veľkostí a tvarov. Vo všeobecnosti ide o cenovo dostupnú a účinnú techniku. Treba však vziať do úvahy, že diely sú zvyčajne vystavené pôsobeniu náterového roztoku dlhšie a tenké a hladké diely sa môžu zlepiť.

Pri druhej metóde sa diely pripevnia na kovové stojany a ponoria sa do elektrolytu spolu s nimi. Počas nanášania povlaku zostávajú nepohyblivé. Táto technika je drahšia a niekedy môže byť potrebný vlastný záves. Odporúča sa však pre väčšie diely a diely, ktoré sa môžu poškodiť pri otáčaní v bubne. Funguje tiež dobre pri nanášaní povlaku na diely so zložitými tvarmi, umožňuje lepšiu kontrolu hrúbky povlaku a je účinnejšia pri dosahovaní priehlbín v objekte.

Uprednostňuje sa aj vtedy, keď sa vyžaduje najvyššia možná kvalita povrchovej úpravy, napríklad v elektronike. Okrem iného sa takto nanášajú medené povlaky na vonkajšie vrstvy a priechodné otvory dosiek plošných spojov. Na zlepšenie presnosti povlaku sa doska plošných spojov striedavo niekoľkokrát ponorí do pokovovacieho roztoku a do čistiaceho kúpeľa.

Selektívna metóda. Príprava povrchu

Ak sa vyžaduje lokálna metalizácia, používa sa selektívna (štetcová) technika. V tomto prípade sa elektrolyt prenáša na potiahnutý povrch pripojený k zápornému napájaciemu pólu pomocou kefky priloženej k elektróde pripojenej ku kladnému pólu. Táto metóda je rýchlejšia pri bodovom nanášaní, ale nie je nákladovo efektívna pri nanášaní veľkých sérií. Dobre sa osvedčuje pri pokovovaní dielov nevhodných na ponorenie do elektrolytu. Vyznačuje sa úspornosťou médií (chemikálie, elektrická energia). Štetcová technika je obľúbená pri opravách a obnove náterov. Využíva sa aj v elektronickom priemysle pri výrobe dosiek plošných spojov a konektorov.

Bez ohľadu na zvolenú techniku pokovovania je konečný výsledok závislý od prípravy povrchu, ktorý sa má povlakovať - neodstránenie nečistôt pred nanesením povlaku znižuje jeho priľnavosť. V tejto súvislosti sa používajú rôzne metódy. Zvyčajne ide o viacstupňový proces, ktorého ďalšie kroky závisia od špecifického charakteru podkladu a jeho znečistenia. Príkladmi sú: fúkanie stlačeným vzduchom, oplachovanie, elektrolytické čistenie. Posledný postup sa podobá galvanickému pokovovaniu s tým rozdielom, že do elektrolytického kúpeľa sa pridávajú čistiace prostriedky. Keď sa takáto lavica pripojí k elektrickému prúdu, prebieha elektrochemická reakcia. Tá je sprevádzaná tvorbou vzduchových bublín, ktoré oddeľujú nečistoty z povrchu materiálu. Táto metóda je vhodná najmä na odstraňovanie nečistôt z ťažko prístupných miest.

Nové trendy v galvanickom pokovovaní

Galvanické pokovovanie sa napriek svojej dlhej histórii a pevnému postaveniu stále vyvíja. Príkladom jej vývoja je bezprúdová technika, ktorá je alternatívou k tradičnej metóde založenej na prúde. Bezprúdová (autokatalytická, konverzná) metalizácia, ako už názov napovedá, nevyžaduje použitie zdroja elektrického prúdu. Namiesto toho zahŕňa umiestnenie potiahnutej súčiastky do vodného roztoku a nanesenie vrstvy kovu na ňu v rámci katalytickej reakcie na redukciu jeho iónov. Ide o čisto chemický proces. Bezprúdové povlakovanie má oproti elektrolytickej metóde niekoľko výhod.

Hoci povlaky vytvorené prvou metódou nemusia byť také hrubé ako pri prúdovej metóde, usadzujú sa rovnomernejšie, sú tvrdšie a menej porézne, a preto sú trvanlivejšie a odolnejšie voči korózii. Bezprúdové povlakovanie nevyžaduje vodivý povrch; akýkoľvek správne očistený povrch možno pokryť kovom autokatalytickým procesom. Je to tiež jednoduchší a bezpečnejší proces vďaka tomu, že nie je potrebný žiadny zdroj energie. Nevýhodou tejto metódy je obmedzená životnosť kúpeľa, v ktorom je ponorená potiahnutá časť. To zvyšuje náklady. Na druhej strane, keďže pri prúdovej metóde možno proces elektrodepozície urýchliť zmenou intenzity prúdu, povlakovanie môže prebiehať rýchlejšie ako pri čisto chemickom procese.

Metalizácia nekovových substrátov

Metalizácia nekovových substrátov je ďalším trendom, ktorý sa stále viac presadzuje - spopularizovala sa vďaka tomu, že týmto materiálom umožňuje prepožičať vlastnosti kovov. Medzi pokovované substráty patria: sklo, plasty a keramika. Tieto sa zvyčajne pokrývajú elektrolyticky naneseným niklovým zlatom (ENIG) a elektrolyticky naneseným niklovým paládiovým zlatom (ENEPIG), ako aj striebrom a meďou. Tie dodávajú keramickému povrchu vlastnosti, ako je elektrická vodivosť, tvrdosť, trvanlivosť, odolnosť proti korózii a spájkovateľnosť.

Možno uviesť príklady mnohých priemyselných odvetví, v ktorých sa používa keramika s kovovým povlakom. Patrí medzi ne medicína - ortopedické keramické implantáty sú potiahnuté zlatom a titánom na zlepšenie pevnosti, biokompatibility a odolnosti voči korózii. Ďalším príkladom je automobilový priemysel, kde sa zasa plasty pokrývajú kovovými povlakmi, aby sa znížila hmotnosť automobilu a zároveň sa zabezpečila kvalita povrchovej úpravy, ktorú očakávajú používatelia.

---

---

---