DE10222271A1

DE10222271A1 - Method for increasing mechanical/chemical resistibility in an electric contact connection between two contact parts uses thermal spraying to coat one part with a layer to form a contact surface.

Info

Publication number: DE10222271A1
Application number: DE10222271A
Authority: DE
Inventors: Knuth Goetz; Gerhard Reichinger
Original assignee: Leoni AG
Current assignee: Leoni AG
Priority date: 2002-05-18
Filing date: 2002-05-18
Publication date: 2003-06-26

Abstract

Several electronic components (4) fit on a printed circuit board (PCB) (2) pushed into a plug-in slot (6), in which springy contacts (8) make electrical contact with the PCB and each form a contact part for making contact with a strip conductor (10) on the PCB. A layer (12) forming a contact surface is generated by flame spraying and has a thickness of between 10 mu m and 200 mu m. An Independent claim is also included for an electric contact connection with two parts.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der mechanischen und/oder chemischen Widerstandsfähigkeit einer elektrischen Kontaktverbindung zwischen zwei Kontaktteilen und eine Kontaktverbindung. The invention relates to a method for increasing the mechanical and / or chemical resistance of an electrical contact connection between two contact parts and a contact connection.

Für eine hohe Kontaktsicherheit zwischen zwei Kontaktteilen einer elektrischen Kontaktierung und im Hinblick auf möglichst geringe Kontaktwiderstände ist von entscheidender Bedeutung, dass die Kontaktteile gegen äußere Einflüsse widerstandsfähig und/oder geschützt sind. Die äußeren Einflüsse können dabei chemischer, physikalischer oder auch mechanischer Natur sein. So sind beispielsweise im Kraftfahrzeugbereich eine Vielzahl von elektrischen Kontaktverbindungen aufgrund der auftretenden Vibrationen hohen Belastungen ausgesetzt. Durch die Vibrationen kann es zum einen zu einem Reiben der beiden Kontaktteile aneinander führen, wodurch die Kontaktfläche beansprucht wird. Auch wirken Korrosionseffekte, insbesondere die sogenannte Spaltkorrosion, negativ auf die Kontaktsicherheit und den Kontaktwiderstand ein. For high contact reliability between two contact parts of an electrical Contacting and with regard to the lowest possible contact resistance is of crucial that the contact parts against external influences are resistant and / or protected. The external influences can be of a chemical, physical or mechanical nature. For example in the automotive field a variety of electrical contact connections exposed to high loads due to the vibrations that occur. Through the On the one hand, vibrations can cause the two contact parts to rub against one another lead, whereby the contact surface is claimed. Also work Corrosion effects, especially the so-called crevice corrosion, negatively affect the Contact security and the contact resistance.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Kontaktverbindung zwischen zwei Kontaktteilen mit hoher Widerstandsfähigkeit zu ermöglichen. The invention has for its object an electrical contact connection between two contact parts with high resistance.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindungen gelöst, indem zumindest eines der Kontaktteile mit Hilfe eines thermischen Spritzverfahrens mit zumindest einer die Kontaktfläche bildenden Schicht beschichtet wird. The object is achieved according to the inventions by at least one of the Contact parts using a thermal spray process with at least one die Contact surface forming layer is coated.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, die Oberfläche der Kontaktteile zu vergüten, um eine hohe Kontaktsicherheit und eine geeignete Widerstandsfähigkeit zu erzielen. Durch den Einsatz eines thermischen Spritzverfahrens ist dabei in vorteilhafter Weise ein sehr zielgerichtetes, also ein ortsselektives, und insbesondere ein chemiefreies Auftragen möglich. Denn anders als beispielsweise beim herkömmlichen galvanischen Beschichten werden bei dem thermischen Spritzen keine gesundheitsbedenkliche oder umweltbelastende Chemikalien eingesetzt und es ist die Ausbildung einer lokal begrenzten Beschichtung problemlos möglich. The invention is based on the consideration of the surface of the contact parts to compensate for a high level of contact security and a suitable To achieve resilience. By using a thermal spray process in this case advantageously a very targeted, that is, a location-selective, and in particular, chemical-free application is possible. Because different than, for example with conventional galvanic coating with thermal Do not spray chemicals that are harmful to health or the environment used and the formation of a locally limited coating is easy possible.

Das thermische Spritzen ist beispielsweise in der DIN 32530 aufgeführt. Unter thermischem Spritzen wird ein strahlgebundenes thermisch-kinetisches Auftragsverfahren verstanden, bei dem allgemein ein Teilchenstrom, nämlich das aufzubringende Material, mit kinetischer Energie und nach Wärmezufuhr auf das zu beschichtende Kontaktteil gerichtet wird. Der Begriff thermisch ist dabei insbesondere dahingehend zu verstehen, dass die Teilchen des Teilchenstroms insbesondere erweichen, anschmelzen oder schmelzen, oder dass sie zumindest so weit erwärmt werden, dass sie eine thermische Veränderung der Oberfläche des Kontaktteils hervorrufen. Die thermische Veränderung kann in einer Reduzierung der Oberflächenhärte, einem Erweichen oder einem Anschmelzen der Oberfläche bestehen. Der Begriff kinetisch ist dahingehend zu verstehen, dass der Impuls der Teilchen ausreichend hoch ist, so dass sie beim Auftreffen auf die Oberfläche in diese - gegebenfalls zuvor erweichte Oberfläche - zumindest teilweise eingepresst werden. Durch das thermische Spritzverfahren wird dadurch eine sehr gute Verbindung des aufgespritzten Materials mit dem Kontaktteil oder einer bereits aufgebrachten Beschichtung erhalten, da die aufgespritzten Partikel quasi einen mikroskalischen Formschluss bilden. Thermal spraying is listed, for example, in DIN 32530. Under thermal spraying becomes a beam-bound thermal-kinetic Understanding application process, in which a particle stream, namely that material to be applied, with kinetic energy and after supplying heat to the material coating contact part is directed. The term thermal is included in particular to understand that the particles of the particle stream especially soften, melt or melt, or that they at least so far to be heated that they have a thermal change in the surface of the Cause contact part. The thermal change can result in a reduction in Surface hardness, softening or melting of the surface consist. The term kinetic is to be understood to mean that the momentum of the Particle is high enough so that when it hits the surface in this - if necessary previously softened surface - at least partially be pressed in. The thermal spraying process makes it a very good one Connection of the sprayed material with the contact part or one already get applied coating, because the sprayed particles quasi one Form microscale form fit.

Ein wesentlicher Vorteil des thermisch-kinetischen Auftragsverfahrens besteht in seiner hohen Flexibilität sowie seiner einfachen und kostengünstigen Handhabung. Mit dem Spritzverfahren lassen sich nahezu beliebige Materialien, wie Kunststoff, Keramik oder Metall, spritzen. Durch geeignete Einstellung von Verfahrensparametern lassen sich zudem die elektrischen, chemischen, physikalischen und mechanischen Eigenschaften der erzeugten Schichten, wie beispielsweise Leitfähigkeit, Dicke, geometrische Struktur und Dichte, über einen sehr weiten Bereich variieren. Insbesondere lassen sich auch sehr dünne Schichten erreichen. Zur Ausbildung einer geometrischen Struktur kann der Teilchenstrahl durch Blenden, elektromagnetische Strahlen oder durch ummantelte Strömungen zielgerichtet geführt werden. Durch diese hohe Variabilität lassen sich daher mit diesem Verfahren auf einfache und kostengünstige Weise die gewünschten elektrischen, chemischen und/oder mechanischen Eigenschaften einstellen. A major advantage of the thermal-kinetic application process is its high flexibility as well as its simple and inexpensive Handling. With the spray process, almost any materials, such as Plastic, ceramic or metal, spray. By appropriate setting of Process parameters can also be electrical, chemical, physical and mechanical properties of the layers produced, such as Conductivity, thickness, geometric structure and density, over a very wide range Range vary. In particular, very thin layers can also be achieved. The particle beam can be formed through to form a geometric structure Apertures, electromagnetic radiation or through coated currents be led in a targeted manner. This high variability means that this procedure in a simple and inexpensive manner Set electrical, chemical and / or mechanical properties.

Beim Auftragen einer Schicht auf das Kontaktteil oder auf eine bereits aufgebrachte Schicht kann zudem vorgesehen sein, zunächst eine Keim- oder Haftvermittlerschicht aufzutragen, und erst auf diese dann die Schicht aufzubringen. Durch diese Maßnahme wird eine besonders gute Haftung zwischen den zwei aufeinander folgenden Schichten ausgebildet. Zudem können durch eine geeignete Materialwahl der Keimschicht die elektrischen Eigenschaften, wie beispielsweise der Übergangswiderstand zwischen den beiden Schichten, eingestellt werden. Zur Erzeugung der Keimschicht werden beispielsweise mit dem Spritzverfahren Pulverpartikel aus einem geeigneten Material aufgetragen. Auf diese Keimschicht wird dann die eigentlich aufzutragende Schicht aufgebracht. Zur Erzeugung der Keimschicht kann alternativ auch ein zusätzlicher Zwischenschritt vorgesehen sein, bei dem die Oberfläche der unteren Schicht behandelt wird, so dass sie in den behandelten Bereichen eine erhöhte Haftung aufweist. Die Veränderung der Hafteigenschaft der Oberfläche der unteren Schicht wird beispielsweise durch Auftragen eines geeigneten Lacks erzielt. Zur Ausbildung der Keimschicht werden dabei insbesondere die Maßnahmen ergriffen, wie sie in der internationalen Patentanmeldung PCT/EP02/01896 vom 22.02.2002 beschrieben sind. When applying a layer on the contact part or on one already applied layer can also be provided, initially a seed or Apply adhesion promoter layer, and only then apply the layer to this. This measure ensures particularly good adhesion between the two successive layers are formed. In addition, a suitable choice of material of the seed layer the electrical properties, such as for example, the contact resistance between the two layers become. To generate the seed layer, for example, with the Spray process powder particles applied from a suitable material. To this The layer to be applied is then applied to the seed layer. to Alternatively, an additional intermediate step can also be used to generate the seed layer be provided in which the surface of the lower layer is treated so that it has increased adhesion in the treated areas. The For example, changing the adhesive property of the surface of the lower layer achieved by applying a suitable paint. To form the germ layer in particular, the measures taken as in the international patent application PCT / EP02 / 01896 from 02.22.2002 are described.

Als Auftragsverfahren eignet sich insbesondere das so genannte Flammspritzen. Bei diesem Spritzverfahren wird das aufzubringende Material zumindest teilweise aufgeschmolzen, so dass aufgrund des Wärmeeintrags das Trägermaterial, auf das aufgespritzt wird, vorzugsweise zumindest teilweise anschmilzt, so dass eine innige und vorzugsweise stoffschlüssige Verbindung erzeugt wird. Mit dem Flammspritzen ist ein besonders schnelles und wirtschaftliches Auftragen der Leiterbahn mit vergleichsweise geringem technischen Aufwand möglich. So-called flame spraying is particularly suitable as the application method. In this spraying process, the material to be applied is at least partially melted, so that due to the heat input, the carrier material that is sprayed on, preferably at least partially melts, so that a intimate and preferably cohesive connection is generated. With the Flame spraying is a particularly quick and economical application of Conductor path possible with comparatively little technical effort.

Neben dem Flammspritzen eignet sich auch das so genannte Kaltgasspritzen. Dieses Verfahren ist auch unter dem Begriff Strahlplattieren bekannt. Bei dem Verfahren prallen Teilchen mit sehr hoher kinetischer Energie auf das Trägerbauteil auf. Die Teilchen werden dabei teilweise bis auf Schallgeschwindigkeit oder darüber beschleunigt. Der Durchmesser der Teilchen liegt beispielsweise im Bereich zwischen 10 und 100 µm. Mit dem Kaltgasspritzen ist ein Masseauftrag mit einer hohen Rate möglich. Aufgrund der hohen kinetischen Energie sind vergleichsweise niedrige Temperaturen ausreichend, so dass die Temperaturbelastung des Trägermaterials, auf das aufgespritzt wird, sowie des Spritzwerkstoffs, also der Teilchen, gering ist. In addition to flame spraying, so-called cold gas spraying is also suitable. This process is also known as beam plating. In which Processes hit particles with very high kinetic energy Carrier component on. The particles become partially up to the speed of sound or accelerated above. The diameter of the particles is, for example Range between 10 and 100 µm. With cold gas spraying is a bulk order possible at a high rate. Because of the high kinetic energy comparatively low temperatures sufficient so that the Thermal load of the carrier material onto which spraying is carried out and of the spray material, so the particle is small.

Vorzugsweise wird auf dem zumindest einen Kontaktteil eine Schichtenfolge mit mehreren Schichten erzeugt. Die einzelnen Schichten bestehen dabei aus unterschiedlichen Materialien. Durch die Verwendung unterschiedlicher Materialien können die Eigenschaften des gesamten Schichtaufbaus geeignet eingestellt werden. Beispielsweise kann die außenliegende Schicht als eine besondere Schutzschicht ausgebildet sein, und die darunter liegenden Schichten eine besonders gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen. A layer sequence is preferably carried out on the at least one contact part multiple layers. The individual layers consist of different materials. By using different materials can adjust the properties of the entire layer structure appropriately become. For example, the outer layer can be a special one Protective layer can be formed, and the underlying layers one have particularly good electrical conductivity.

Vorteilhafterweise werden die einzelnen Schichten mit einer Dicke zwischen etwa 10 µm und 200 µm ausgebildet, sind also vergleichsweise dünn und tragen nur wenig auf. The individual layers are advantageously of a thickness between approximately 10 µm and 200 µm are formed, so they are comparatively thin and only wear little on.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet des Verfahrens ist dabei die Beschichtung eines Kontaktbereichs einer Leiterplatte oder Platine. Derartige Leiterplatten sind oftmals als sogenannte Steckkarten ausgebildet, die als Ganzes mit auf ihnen integrierten elektronischen Bauteilen in einen Steckschlitz mit einer Vielzahl von elektrischen Kontakten eingesteckt werden. Üblicherweise sind die elektrischen Kontakte durch Federkontakte gebildet, die gegen den jeweiligen Kontaktbereich der Leiterplatte gepresst werden. Beim Einschieben der Leiterplatte in den Steckschlitz gleitet der Federkontakt über den Kontaktbereich und belastet ihn damit mechanisch. Auch aufgrund von Vibrationen kann eine mechanische Belastung auftreten. A preferred application of the method is coating a contact area of a printed circuit board. Such circuit boards are often designed as so-called plug-in cards, which are on them as a whole integrated electronic components in a slot with a variety of electrical contacts. Usually the electrical ones Contacts formed by spring contacts against the respective contact area printed circuit board. When inserting the circuit board into the The slot contact slides over the contact area and loads it with it mechanically. Mechanical stress can also result from vibrations occur.

Ein weiteres bevorzugtes Einsatzgebiet ist die Beschichtung der Schleifkontaktfläche eines Schleifkontakts. Gerade bei Schleifkontakten, bei denen üblicherweise Kontaktbürsten über einen Schleifring gleiten, ist die Belastung für den Schleifring sehr hoch. Durch die Beschichtung mit dem thermischen Spritzverfahren kann in einfacher und effektiver Weise die Kontaktoberfläche des Schleifrings vergütet werden. Another preferred area of application is the coating of Sliding contact surface of a sliding contact. Especially with sliding contacts, where usually Sliding contact brushes over a slip ring is the load on the slip ring very high. Due to the coating with the thermal spray process, in the contact surface of the slip ring is coated in a simple and effective manner become.

Die Erfindung wird weiterhin gelöst durch eine elektrische Kontaktverbindung mit zwei Kontaktteilen, wobei zumindest eines der Kontaktteile mit Hilfe des beschriebenen thermischen Spritzverfahrens beschichtet ist. Die im Hinblick auf das Verfahren angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf die elektrische Kontaktverbindung zu übertragen. The invention is further achieved by an electrical contact connection with two contact parts, at least one of the contact parts using the thermal spray method described is coated. The with regard to that Advantages of the method and preferred configurations are analogous also transfer to the electrical contact connection.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischen und stark vereinfachten Darstellungen: Exemplary embodiments of the invention are described below with reference to the drawing explained in more detail. Each show in schematic and highly simplified representations:

Fig. 1 eine Seitendarstellung einer in einem Steckschlitz eingeschobenen Leiterplatte und Fig. 1 is a side view of a circuit board inserted in a slot and

Fig. 2 eine ausschnittsweise Darstellung eines Schleifkontakts. Fig. 2 is a partial representation of a sliding contact.

Nach Fig. 1 sind auf einer elektrischen Leiterplatte 2 mehrere elektronische Bauelemente 4 angeordnet. Die Leiterplatte ist in einem Steckschlitz 6 eingeschoben, in dem ein Federkontakt 8 zur elektrischen Kontaktierung mit der Leiterplatte 2 angeordnet ist. Üblicherweise sind über die Breite der Leiterplatte 2, die sich gemäß Fig. 1 senkrecht zur Papierebene erstreckt, mehrere Federkontakte 8 nebeneinander angeordnet. Die Federkontakte 8 bilden jeweils ein Kontaktteil, das eine jeweils zugeordnete und auf der Leiterplatte 2 angebrachte Leiterbahn 10 kontaktiert. Diese Leiterbahn 10 bildet ein zweites Kontaktteil. Im Kontaktbereich, also im Bereich der Leiterbahn 10, mit dem die Leiterplatte 2 in den Steckschlitz 6 eingeschoben wird, ist auf der Leiterbahn 10 als Beschichtung eine Schicht 12 mit einem thermischen Spritzverfahren, insbesondere mit dem sogenannten Flammspritzen aufgebracht. Alternativ zu der Ausbildung einer separaten Schicht 12 kann auch die gesamte Leiterbahn 10 vollständig mit dem Flammspritzen ausgebildet sein. Durch die Beschichtung ist die Kontaktfläche zwischen dem Federkontakt 8 und der Leiterbahn 10 sehr widerstandsfähig ausgebildet, so dass selbst ein mehrfaches Ein- und Ausstecken der Leiterplatte 2 entlang des Pfeils 14 die Kontaktsicherheit nicht beeinträchtigt. Hierzu besteht die Schicht 12 beispielsweise aus einer widerstandsfähigen Bronze-Legierung mit günstigen thermischen, elektrischen sowie mechanischen Eigenschaften. According to Fig. 1 a plurality of electronic components 4 are arranged on an electrical printed circuit board 2. The circuit board is inserted into a plug-in slot 6 , in which a spring contact 8 for electrical contact with the circuit board 2 is arranged. Usually, a plurality of spring contacts 8 are arranged next to one another across the width of the printed circuit board 2 , which extends perpendicular to the paper plane according to FIG. 1. The spring contacts 8 each form a contact part, which contacts a respectively assigned conductor track 10 attached to the printed circuit board 2 . This conductor track 10 forms a second contact part. In the contact area, that is to say in the area of the conductor track 10 , with which the circuit board 2 is inserted into the plug-in slot 6 , a layer 12 is applied to the conductor track 10 as a coating using a thermal spraying process, in particular using what is known as flame spraying. As an alternative to the formation of a separate layer 12 , the entire conductor track 10 can also be formed entirely by flame spraying. As a result of the coating, the contact surface between the spring contact 8 and the conductor track 10 is designed to be very resistant, so that even repeated plugging and unplugging of the printed circuit board 2 along the arrow 14 does not impair the reliability of the contact. For this purpose, the layer 12 consists, for example, of a resistant bronze alloy with favorable thermal, electrical and mechanical properties.

Durch die Maßnahme des Beschichtens mit dem Flammspritzen können in einfacher und kostengünstiger Weise die entsprechenden Leiterbahnen 10 einer Leiterplatte 2 im Kontaktbereich mit relativ geringem technischem Aufwand vergütet werden, so dass eine hohe Kontaktsicherheit selbst bei widrigen äußeren Einflüssen gewährleistet ist. The measure of coating with flame spraying allows the corresponding conductor tracks 10 of a printed circuit board 2 to be coated in the contact area in a simple and cost-effective manner with relatively little technical effort, so that a high level of contact reliability is ensured even in the event of adverse external influences.

Gemäß Fig. 2 umfasst ein Schleifkontakt 16 ein erstes, in Richtung des Pfeils 14 rotierbares Kontaktteil 18 sowie ein feststehendes und nach Art einer Lagerschale ausgebildetes zweites Kontaktteil 20. Auf dieses zweite Kontaktteil 20 ist mit dem Flammspritzen eine widerstandsfähige Schicht 12 insbesondere aus einer geeigneten Bronze-Legierung mit einer hohen thermischen sowie mechanischen Widerstandsfähigkeit bei gleichzeitig hoher elektrischer Leitfähigkeit aufgebracht. Auch das erste Kontaktteil 18 kann zusätzlich mit einer weiteren (hier nicht dargestellten) Schicht versehen sein. Bezugszeichenliste 2 Leiterplatte
4 Bauelement
6 Steckschlitz
8 Federkontakt
10 Leiterbahn
12 Beschichtung
14 Pfeil
16 Schleifkontakt
18 Erstes Kontaktteil
20 Zweites Kontaktteil
According to FIG. 2, a sliding contact 16 comprises a first contact part 18, which can be rotated in the direction of arrow 14, and a fixed, second contact part 20 designed in the manner of a bearing shell. A flame-retardant layer 12, in particular made of a suitable bronze alloy with a high thermal and mechanical resistance combined with high electrical conductivity, is applied to this second contact part 20 by flame spraying. The first contact part 18 can also be provided with a further layer (not shown here). LIST OF REFERENCE NUMBERS 2 PCB
4 component
6 slot
8 spring contact
10 conductor track
12 coating
14 arrow
16 sliding contact
18 First contact part
20 Second contact part

Claims

1. A method for increasing the mechanical and / or chemical resistance of an electrical contact connection between two contact parts ( 8 , 10 ; 18 , 20 ), in which at least one of the contact parts ( 10 ; 20 ) using a thermal spraying process with at least one forming the contact surface Layer ( 12 ) is coated.

2. The method according to claim 1, wherein the layer ( 12 ) is produced by flame spraying.

3. The method according to claim 1 or 2, in which a layer sequence with multiple layers with the thermal spray process is generated.

4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the layer ( 12 ) is formed with a thickness between about 10 microns and 200 microns.

5. The method according to any one of the preceding claims, wherein a circuit board ( 2 ) is selectively coated in a contact area with the thermal spraying process.

6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the contact parts ( 18 , 20 ) form a sliding contact and the sliding contact surface of at least one of the contact parts ( 20 ) is coated with the thermal spraying method.

7. Electrical contact connection with two contact parts ( 8 , 10 ; 18 , 20 ), at least one of the contact parts ( 10 , 18 ) being coated using a thermal spraying process.