CH717789B1 - Verfahren zur galvanischen Vergoldung von Kontaktelementen für Steck­verbinder und mit Hilfe dieses Verfahrens vergoldete Kontaktelemente. - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zur galvanischen Vergoldung eines Kontaktelements für Steckverbinder. Das Verfahren umfasst ein Entfetten des Kontaktelements und ein Aktivieren des entfetteten Kontaktelements. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Vernickeln des aktivierten Kontaktelements mittels galvanischem Vernickeln mithilfe eines galvanischen Vernickelungsbads und/oder mittels chemischem Vernickeln mithilfe eines chemischen Vernickelungsbads. Das Verfahren umfasst weiterhin ein galvanisches Vergolden des vernickelten Kontaktelements mithilfe eines Vergoldungsbads unter Bildung des vergoldeten Kontaktelements, wobei das Vergoldungsbad Goldionen in Form eines cyanidischen Komplexes, vorzugsweise [Au(CN) 2 ] - , beispielsweise in Form von K[Au(CN) 2 ], umfasst. Die Offenbarung betrifft weiterhin mithilfe dieses Verfahrens hergestellte vergoldete Kontaktelemente.

Description

TECHNISCHES GEBIET

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur galvanischen Vergoldung von Kontaktelementen für Steckverbinder und mit Hilfe dieses Verfahrens vergoldete Steckverbinder.

STAND DER TECHNIK

[0002] Verschiedene Verfahren zur galvanischen Vergoldung von Massenware, insbesondere Steckverbinder, sind bekannt. Ein wesentliches Anwendungsgebiet für die Vergoldung von Massenware ist insbesondere die Vergoldung von Kontaktelementen für Steckverbinder. Als Kathode wird in solchen Verfahren häufig eine Trommelelektrode verwendet. Neben der Kathode, einer Anode und einer ein Goldsalz enthaltenden Elektrolytlösung werden häufig verschiedene Additive für verschiedene Zwecke verwendet: Es sind beispielsweise Additive für eine Beschleunigung der Goldabscheidung, Additive zur Regelung der Metallabscheidung und des Schichtaufbaus, Additive zur Regulierung der Glanzeigenschaften des vergoldeten Produkts, Additive zur Regulierung der Leitfähigkeit der Elektrolytlösung und Additive zur Regulierung des pH-Werts der Elektrolytlösung bekannt. Die Additive können, je nach Funktion, beispielsweise anorganischer oder organischer Natur sein. Als Additive zur Regulierung des pH-Werts der Elektrolytlösung sind beispielsweise Puffersalze bekannt.

[0003] Es ist ebenfalls bekannt, der Elektrolytlösung neben einem Goldsalz zusätzlich ein oder mehrere andere Metallsalze beizumischen. Zur Bildung von Hartgold (z.B. AuCo, AuFe, AuNi) ist beispielsweise die Beimischung von Cobalt-, Eisen- und/oder Nickel-enthaltenden Salzen bekannt. Durch die Beimischung anderer Metalle bzw. Salze anderer Metalle können verschiedene Legierungen gebildet werden.

[0004] Die Wahl des genauen Verfahrens und der verwendeten Prozessparameter zur galvanischen Vergoldung von Kontaktelementen sowie die genaue Zusammensetzung der Elektrolytlösung haben einen erheblichen Einfluss auf die Qualität, die Eigenschaften und die Beschaffenheit der erhaltenen vergoldeten Kontaktelemente. Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur galvanischen Vergoldung von Kontaktelementen haben jedoch zahlreiche Nachteile. Einige dieser Nachteile betreffen das Verfahren an sich und einige Nachteile betreffen die erhaltenen vergoldeten Kontaktelemente.

[0005] Die mithilfe von aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren herstellbaren vergoldeten Kontaktelemente weisen insbesondere die folgenden Nachteile auf: Häufig ist die Goldbeschichtung unregelmässig über die Oberfläche der Kontaktelemente verteilt und weist insbesondere eine unregelmässige Dicke auf. Zudem vermögen viele vorbekannte Verfahren die Kontaktelemente nicht durchgängig zu vergolden, sodass die vergoldeten Kontaktelemente teilweise noch unbeschichtete Oberflächenabschnitte aufweisen. Die Goldbeschichtung ist weiterhin häufig chemisch nicht beständig, nicht bondbar, nicht lötbar, nicht abriebfest und/oder verschleissanfällig.

[0006] Zudem kommt es häufig zu einem inhomogenen Verlauf der Abscheiderate und der Abscheidegeschwindigkeit. Eine mögliche Ursache für den inhomogenen Verlauf der Abscheiderate ist, dass diese teilweise von der Stromdichte abhängt.

[0007] Viele vorbekannte Verfahren zur galvanischen Vergoldung von Kontaktelementen für Steckverbinder führen zu einer inhomogenen Verteilung der Schichtdicke. Die Schichtdicke kann sich beispielsweise zwischen verschiedenen Kontaktelementen derselben Charge teilweise erheblich unterscheiden. Ebenso haben die vorbekannten Verfahren den Nachteil, dass auch die einzelnen vergoldeten Kontaktelemente über ihre Oberfläche hinweg erheblich inhomogen verteilte Schichtdicken aufweisen. Die inhomogene Verteildung der Schichtdicke ist in einigen Verfahren zumindest teilweise darauf zurückzuführen, dass die genaue Geometrie des zu vergoldenden Objekts einen Einfluss auf die Verteilung der galvanischen Goldbeschichtung hat („Knocheneffekt“). Die inhomogene Verteilung der Schichtdicke führt in Kombination mit geforderten Mindestschichtdicken der Goldbeschichtung zu einem erhöhten Verbrauch an Gold.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0008] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur galvanischen Vergoldung von Kontaktelementen für Steckverbinder zu schaffen, welches einige der Nachteile des Stands der Technik vermeidet. Es ist insbesondere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur galvanischen Vergoldung von Kontaktelementen für Steckverbinder zu schaffen, welches die Erzeugung besonders dünner Goldbeschichtungen erlaubt.

[0009] Diese Aufgabe wird gelöst durch das erfindungsgemässe Verfahren zur galvanischen Vergoldung, wie es im unabhängigen Anspruch definiert ist, sowie durch die mithilfe dieses Verfahrens hergestellten vergoldeten Kontaktelemente. Einige bevorzugte Ausführungsformen folgen aus den abhängigen Ansprüchen und der gesamten Offenbarung.

[0010] In einem ersten Aspekt wird die allgemeine Aufgabe durch ein Verfahren zur galvanischen Vergoldung eines Kontaktelements für Steckverbinder gelöst, welches ein Entfetten des Kontaktelements und ein Aktivieren des entfetteten Kontaktelements umfasst. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Vernickeln des aktivierten Kontaktelements mittels galvanischem Vernickeln mithilfe eines galvanischen Vernickelungsbads und/oder mittels chemischem Vernickeln mithilfe eines chemischen Vernickelungsbads. Das Verfahren umfasst weiterhin ein galvanisches Vergolden des vernickelten Kontaktelements mithilfe eines Vergoldungsbads unter Bildung des vergoldeten Kontaktelements. Das Vergoldungsbad umfasst Goldionen in Form eines cyanidischen Komplexes, vorzugsweise [Au(CN)2]<->, beispielsweise in Form von K[Au(CN)2].

[0011] Ein Vorteil einiger Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass es die zuverlässige Erzeugung dünner Goldschichten, insbesondere im Bereich von bis zu 3 µm Dicke, beispielsweise 0.1 µm - 0.3 µm Dicke, erlaubt. Ein weiterer Vorteil einiger Ausführungsformen ist die hohe Reproduzierbarkeit des Verfahrens für unterschiedliche Massenwaren, insbesondere für unterschiedliche Kontaktelemente für Steckverbinder, welche beispielsweise unterschiedliche Geometrien aufweisen können und/oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen können.

[0012] Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht in einer Ausführungsform zudem die Bildung durchgehender und homogener Oberflächenbeschichtungen, auch für Kontaktelemente mit anspruchsvollen dreidimensionalen Strukturen, die beispielsweise Kavitäten und/oder Überstände umfassen.

[0013] Die durch das erfindungsgemässe Verfahren gebildeten vergoldeten Kontaktelemente sind zudem lötbar und/oder abriebfest. Sie sind ebenfalls resistent gegenüber Verschleiss und weisen einen hervorragenden Korrosionsschutz auf. Insbesondere für Ströme im Kleinlastbereich führen die Goldschichten, die vorzugsweise homogen und porendicht sind, nicht zu Strom- oder Spannungsdifferenzen.

[0014] Aufgrund ihrer inerten und porenfreien Goldoberfläche weisen die durch das erfindungsgemässe Verfahren gebildeten vergoldeten Kontaktelemente zudem eine langfristige Lagerfähigkeit auf.

[0015] In einigen Ausführungsformen wird das offenbarte Verfahren zur galvanischen Vergoldung eines Kontaktelements für Steckverbinder mittels Schwingförderern, etwa Vibrationsfördereinheiten, durchgeführt.

[0016] Das offenbarte Verfahren zur galvanischen Vergoldung eines Kontaktelements für Steckverbinder wird vorzugsweise mittels Trommelgalvanisierung durchgeführt. In dieser Ausführungsform ist das offenbarte Verfahren zur gleichzeitigen Vergoldung einer Vielzahl von Kontaktelementen für Steckverbinder geeignet, beispielsweise bis zu 50000 Kontaktelementen. Wie der Fachmann weiss, bezeichnet Trommelgalvanisierung ein Verfahren zur Galvanisierung von Massenware mithilfe eines Trommelgalvanisier-Apparats. Massenware umfasst insbesondere Kleinteile mit einem Volumen bis zu 20 cm<3>, insbesondere bis zu 10 cm<3>, und/oder einem Gewicht bis zu 300 g, insbesondere bis zu 20 g. Massenware und auch Kleinteile umfassen beispielsweise Schrauben, Nieten, Muttern und Kontaktelemente für Steckverbinder.

[0017] Ein Trommelgalvanisier-Apparat umfasst eine Trommel, die mit der zu galvanisierende Massenware befüllt wird. Die Trommel umfasst vorzugsweise einen Trommelkörper und einen Trommeldeckel zum Verschliessen der Trommel. Der Trommelkörper und optional auch der Trommeldeckel definieren Löcher, die kleiner als die Massenware sind. Die Löcher ermöglichen es Flüssigkeiten, frei in die Trommel hineinfliessen und aus der Trommel hinausfliessen zu können. Die Trommel wird während der Trommelgalvanisierung typischerweise um eine Rotationsachse gedreht. Die Trommel hat vorzugsweise einen polygonalen Querschnitt, kann aber auch zylinderförmig sein.

[0018] Die Trommel umfasst weiterhin mindestens ein Kontaktierungsglied zur Herstellung einer Kontaktierung mit der zu galvanisierenden Massenware. Das mindestens eine Kontaktierungsglied kann beispielsweise in eine Innenwand der Trommel integriert sein und Kontaktierungsflächen umfassen. Das mindestens eine Kontaktierungsglied kann zusätzlich oder alternativ beispielsweise eine innerhalb der Trommel angeordnete Kontaktierungsstange und/oder einen innerhalb der Trommel angeordneten Kontaktierungsklöppel umfassen. Die Kontaktierungsstange kann beispielsweise der Rotationsachse der Trommel entsprechen. Das Kontaktierungsglied ist elektrisch leitfähig und besteht vorzugsweise aus einem Kontaktierungsklöppel.

[0019] In einigen Ausführungsformen wird der Schritt des galvanischen Vergoldens mittels Trommelgalvanisierung durchgeführt.

[0020] Das offenbarte Verfahren zur galvanischen Vergoldung wird mithilfe einer Galvanisierungsanlage durchgeführt. Die Galvanisierungsanlage umfasst ein Galvanisierungsbad, eine innerhalb des Galvanisierungsbads angeordnete erste Elektrode und eine innerhalb des Galvanisierungsbads angeordnete zweite Elektrode, welche über eine Stromquelle mit der ersten Elektrode leitend verbunden ist. Das zu vergoldende Kontaktelement kann beispielsweise als zweite Elektrode, insbesondere als Kathode, geschaltet werden. Bei der galvanischen Vergoldung von Massenwaren, beispielsweise mehrerer Kontaktelemente, werden die Massenwaren, beispielsweise die Kontaktelemente, gemeinsam als zweite Elektrode, insbesondere als Kathode, geschaltet. Beim Einsatz einer Trommelgalvanisierungsanalage sind die Massenwaren typischerweise während der galvanischen Vergoldung in Kontakt miteinander und in Kontakt mit dem Kontaktierungsglied und agieren somit als Kathode.

[0021] Die erste Elektrode ist typischerweise eine Anode. Die erste Elektrode umfasst typischerweise Titan und/oder Platin.

[0022] In einer Ausführungsform umfasst die Galvanisierungsanlage weitere Galvanisierungsbäder und weitere Elektroden, beispielsweise zur zusätzlichen galvanischen Beschichtung mit anderen Metallen. Die Galvanisierungsanlage kann ein Diaphragma, welches innerhalb des Galvanisierungsbads angeordnet ist und dieses in einen Kathodenraum und einen Anodenraum trennt, umfassen.

[0023] Ein Steckverbinder, wie hierin offenbart, dient zum Trennen und Verbinden von Leitungen, vorzugsweise elektrischen Leitungen. Steckverbinder sind typischerweise paarweise zueinander komplementär ausgebildet, wobei ein männlicher Steckverbinder mit einem komplementären weiblichen Steckverbinder verbunden werden kann, beispielsweise formschlüssig und/oder kraftschlüssig. Steckverbinder umfassen ein Kontaktelement. Das Kontaktelement eines Steckverbinders tritt in leitenden Kontakt mit dem Kontaktelement eines weiteren Steckverbinders, insbesondere eines komplementären Steckverbinders, um so die leitende Verbindung herzustellen. Das Kontaktelement kann beispielsweise als Kontaktstift ausgebildet sein, welcher vorzugsweise in einem männlichen Steckverbinder umfasst ist. Das Kontaktelement kann ebenfalls als Kontaktbuchse ausgebildet sein, welche vorzugsweise in einem weiblichen Steckverbinder umfasst ist. Der Kontaktstift ist komplementär zur Kontaktbuchse und kann vorzugsweise formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dieser verbunden werden. Ein Steckverbinder kann weiterhin ein Gehäuse umfassen, welches für männliche und weibliche Steckverbinder unterschiedlich oder identisch ausgebildet sein kann. Ein Steckverbinder kann weiterhin eine Kabelverschraubung zur Verschraubung eines eingehenden Kabels umfassen. Das eingehende Kabel ist leitend mit dem Kontaktelement verbunden.

[0024] Kontaktelemente sind typischerweise elektrisch leitfähig. Elektrisch leitfähig bedeutet, dass die elektrische Leitfähigkeit bei 20 °C mehr als 10<2>S/m, insbesondere mehr als 10<4>S/m, vorzugsweise mehr als 10<6>S/m beträgt. Ein Kontaktelement besteht vorzugsweise aus Kupfer oder einer Kupfer umfassenden Legierung.

[0025] Entfetten, wie in der vorliegenden Offenbarung verwendet, bezeichnet eine Behandlung eines Werkstücks, beispielsweise einer Massenware, insbesondere eines Kontaktelements, durch welche lipophile Verbindungen, insbesondere Öle und Fette, von der Oberfläche des Werkstücks zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, entfernt werden. Lipophile Verbindungen umfassen im technischen Kontext der vorliegenden Offenbarung insbesondere Tiefziehfette, Tiefziehöle, Korrosionsschutzöle, Flussmittel, Trennmittel, welche häufig Silikone umfassen, Bohrschleiföle, Gleitschleiföle, Öle zur temporären Auftragung eines Korrosionsschutzes und Öle zur spanenden Bearbeitung, beispielsweise zum Drehen.

[0026] Das Entfetten trägt zu einer homogenen galvanischen Oberflächenbeschichtung bei. Ohne Entfetten könnten auf der Oberfläche eines Werkstücks verbleibende Öle und Fette dazu führen, dass die fett- und ölbehafteten Oberflächenbereiche weniger gut oder sogar gar nicht galvanisch beschichtet würden. Da lipophile Verbindungen typischerweise kaum bis gar nicht von wässrigen Lösungen gelöst werden, Galvanisierungsbäder jedoch häufig wässrige Lösungen umfassen, werden die lipophilen Verbindungen während der Galvanisierung typischerweise nicht von der Oberfläche des zu galvanisierenden Werkstücks gelöst.

[0027] Das Entfetten wird typischerweise mithilfe eines Tensids durchgeführt. Das Tensid vermag die lipophilen Verbindungen zu binden und in Lösung zu bringen. Das Entfetten kann eine oder mehrere der folgenden Entfettungsmethoden umfassen: elektrolytische Entfettung, Abkochentfettung, alkalische Entfettung, beispielsweise starkalkalische oder schwachalkalische Entfettung. Die elektrolytische Entfettung umfasst eine kathodische Entfettung und/oder eine anodische Entfettung.

[0028] Bei der elektrolytischen Entfettung wird eine alkalische Elektrolytlösung verwendet, vorzugsweise eine wässrige Lösung von NaOH oder KOH. Bei der kathodischen Entfettung wird das zu entfettende Kontaktelement als Kathode geschaltet und bei der anodischen Entfettung wird das zu entfettende Kontaktelement als Anode geschaltet. Während der kathodischen respektive anodischen Entfettung entsteht an dem als Kathode respektive Anode geschalteten Kontaktelement Wasserstoff respektive Sauerstoff. Ohne auf eine Theorie beschränkt werden zu wollen, ist es eine Hypothese, dass der gebildete Wasserstoff respektive Sauerstoff die auf der Oberfläche haftenden lipophilen Verbindungen förmlich von der Oberfläche mechanisch absprengt.

[0029] Abkochentfettung umfasst ein Erhitzen des Kontaktelements bei mindestens 60 °C, vorzugsweise 70 °C - 90 °C. Zur Abkochentfettung wird vorzugsweise eine wässrige Lösung verwendet, wobei die wässrige Lösung beispielsweise Natriumgluconat umfassen kann. In einigen Ausführungsformen ist die wässrige Lösung basisch.

[0030] Das Aktivieren des entfetteten Kontaktelements bewirkt, dass allfällige Metalloxide auf der Oberfläche des Kontaktelements zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, entfernt werden. Metalloxide lagern sich auf der Oberfläche vieler Metalle im Laufe der Zeit ab, insbesondere durch Oxidation des Metalls durch Luftsauerstoff. Je nach Metall kann sich sogar eine die gesamte Oberfläche bedeckende Metalloxidschicht bilden. Die Ablagerung von Metalloxiden wird als Passivierung bezeichnet.

[0031] Das Aktivieren bewirkt, dass die anschliessend gebildete galvanische Beschichtung besser auf der Oberfläche des Kontaktelements haftet. Das Aktivieren trägt zudem zur Bildung einer homogenen galvanischen Beschichtung bei. Die gebildete galvanische Beschichtung ist insbesondere gleichmässig über die Oberfläche des Kontaktelements verteilt.

[0032] Das Aktivieren des Kontaktelements umfasst eine Behandlung des entfetteten Kontaktelements mit einer Aktivierungslösung. Die Aktivierungslösung umfasst vorzugsweise eine saure wässrige Lösung mit einem pH-Wert unter 5, vorzugsweise unter 4.

[0033] Das offenbarte Verfahren zur galvanischen Vergoldung eines Kontaktelements kann weiterhin einen oder mehrere Spülschritte umfassen. Ein Spülschritt umfasst das Spülen des Kontaktelements mit einer Spülflüssigkeit. Die Spülflüssigkeit umfasst typischerweise Wasser, insbesondere demineralisiertes Wasser. Ein Spülschritt kann beispielsweise eine Kaskadenspülung, eine Kreislaufwasserspülung oder eine Standspülung umfassen. Eine Kaskadenspülung umfasst eine in zwei oder drei Schritten stattfindende Spülung, in der der Prozessfluss von kontaminiert zu sauber stattfindet, die Nachdosierung der Spülen jedoch kaskadenartig, von sauber zu kontaminiert erfolgt. Eine Kreislaufwasserspülung enthält im Kreislauf geführtes und aufbereitetes Wasser mit niedrigem Kontaminationsgehalt. Aufbereitetes Wasser hat nach Aufbereitung vorzugsweise einen Leitwert von weniger als 20 Mikrosiemens. Eine Standspülung erfolgt in einer statisch befüllten Spülwanne, deren Kontamination sich im Laufe der Nutzung aufakkumuliert und welche am Ende der Badlebenszeit verworfen und neu angesetzt wird.

[0034] In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das offenbarte Verfahren zur galvanischen Vergoldung eines Kontaktelements vor dem Aktivieren, vor dem Vernickeln und vor dem galvanischen Vergolden jeweils mindestens einen Spülschritt. Dies bewirkt, dass die Oberfläche des Kontaktelements vor dem Aktivieren, Vernickeln und galvanischen Vergolden jeweils von Fremdstoffen befreit wird, welche beispielsweise von einem vorhergehenden Behandlungsschritt stammen können. Das Spülen nach dem Aktivieren bewirkt beispielsweise, dass die Aktivierungslösung von der Oberfläche des Kontaktelements heruntergespült wird.

[0035] Galvanisches Vergolden bezeichnet die galvanische Beschichtung zumindest eines Teils der Oberfläche, vorzugsweise der gesamten Oberfläche, des vernickelten Kontaktelements mit einer Goldschicht. Die Goldschicht umfasst mindestens 90 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 95 Gew.-% Gold.

[0036] In einigen Ausführungsformen weist das Vergoldungsbad einen Goldgehalt von 1 g/L - 12 g/L, vorzugsweise 2 g/L - 5 g/L, auf. Der Goldgehalt bezeichnet die Masse an Gold, die in der Badlösung enthalten ist. Gold ist in der Badlösung typischerweise in Form eines cyanidischen Komplexes, vorzugsweise [Au(CN)2]<->, beispielsweise in Form von K[Au(CN)2], vorhanden. Die genannten Bereiche beziehen sich auf den Goldgehalt des Vergoldungsbads zu Beginn des galvanischen Vergoldungsschritts, das heisst vor Spannungsanlegung beziehungsweise vor Schliessung des Stromkreises. Ohne gegenteiligen Hinweis gilt dies in entsprechender Weise für sämtliche Parameter, die sich auf die Zusammensetzung des Vergoldungsbads oder eines anderen galvanischen Bads beziehen.

[0037] Der genannte Goldgehalt ermöglicht eine vorteilhafte Balance, weil er einerseits ausreichend niedrig ist, um eine homogene Schichtdickenverteilung zu ermöglichen, aber gleichzeitig nicht so niedrig ist, dass die Sollschichtdicke nicht erreicht würde oder der Prozess limitiert würde, etwa durch eine zu lange Taktzeit.

[0038] In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Dichte des Vergoldungsbads 0.9 g/cm<3>- 1.5 g/cm<3>, insbesondere 1.1 g/cm<3>.

[0039] In einigen Ausführungsformen umfasst das Vergoldungsbad ein gelöstes Cobaltsalz, beispielsweise Cobalthydroxid. Die Menge an Cobaltsalz, beispielsweise Cobalthydroxid, beträgt vorzugsweise 20 g/L. Das Cobaltsalz wird vorzugsweise in Form einer Ergänzungs- bzw. Korrekturlösung verwendet. Das Vergoldungsbad weist vorzugsweise einen Cobaltgehalt von 0.3 g/L - 0.6 g/L, insbesondere 0.5 g/L, auf. Der Cobaltgehalt bezeichnet die maximale Masse von elementarem Cobalt, die theoretisch, das heisst bei quantitativer Reduktion und Abscheidung, abgeschieden werden kann. Die genannten Bereiche beziehen sich auf den Cobaltgehalt des Vergoldungsbads zu Beginn des galvanischen Vergoldungsschritts, das heisst vor Spannungsanlegung beziehungsweise vor Schliessung des Stromkreises.

[0040] In einigen Ausführungsformen beträgt der pH-Wert des Vergoldungsbads 3.8 - 4.6, vorzugsweise 4 - 4.4, insbesondere 4.2. Dieser pH-Wert bewirkt eine optimale Abscheiderate und Zusammensetzung der AuCo Schicht. Das Vergoldungsbad kann optional einen Puffer umfassen, welcher den pH-Wert in einem Bereich von 3.8 - 4.6, vorzugsweise 4 - 4.4, insbesondere 4.2, puffert.

[0041] In einigen Ausführungsformen wird das galvanische Vergolden bei 0.1 A/dm<2>- 0.2 A/dm<2>durchgeführt. In einigen Ausführungsformen wird das galvanische Vergolden für bis zu 2 Stunden durchgeführt. Diese Dauer ist besonders für grosse Schichtdicken geeignet. In weiteren Ausführungsformen wird das galvanische Vergolden für 4 Minuten - 8 Minuten, insbesondere 6 Minuten, durchgeführt. Diese Dauer ist besonders für Vergoldung mittels Trommelgalvanisierung geeignet. Das galvanische Vernickeln wird in einigen Ausführungsformen für 0.5 h - 3 h, vorzugsweise 1 h, bei 0.1 A/dm<2>- 0.7 A/dm<2>, vorzugsweise 0.2 A/dm<2>, durchgeführt.

[0042] Vernickeln bezeichnet die Beschichtung zumindest eines Teils der Oberfläche, vorzugsweise der gesamten Oberfläche, des Kontaktelements mit einer Nickelschicht. Die Nickelschicht besteht zu mindestens 95 Gew.% aus Nickel, vorzugsweise zu 100 Gew.%. In einer Ausführungsform hat die Nickelschicht eine Nickelschichtdicke von 1 µm - 10 µm, vorzugsweise 2 µm - 6 µm. Diese Schichtdicke ist einerseits relativ dünn und führt somit zu einem geringen Materialverbrauch und einem geringen Gesamtgewicht, und ist andererseits ausreichend, um eine homogene und vollflächige anschliessende Beschichtung mit einer Goldschicht zu ermöglichen. Die Nickelschicht bewirkt weiterhin eine Trennung des Kontaktelementgrundkörpers von der Goldbeschichtung und erhöht die Abriebfestigkeit. Die Nickelschicht dient als Sperrschicht. Sie verhindert, dass Bestandteile des Materials des Kontaktelementgrundkörpers, beispielsweise Kupfer, in die Goldschicht gelangen, etwa durch Diffusion, denn dies würde die Eigenschaften der Goldbeschichtung beeinträchtigen. Zudem weist die Nickelschicht eine hohe Härte auf, was beispielsweise im Fall von Kontaktelementen mit vorteilhaftem Durchriebverhalten verbunden ist. Insbesondere Nickelbeschichtungen, die Nickel-Phosphor-Legierungen umfassen, weisen eine hohe Härte auf.

[0043] Das Auftragen einer Goldschicht auf einer Nickelschicht bewirkt eine hohe Korrosionsbeständigkeit und eine gute Leitfähigkeit. Die gebildete Oberfläche ist zudem typischerweise bondbar und geeignet für Mehrfachlötprozesse.

[0044] Galvanisches Vernickeln umfasst die Galvanisierung des aktivierten Kontaktelements in einem galvanischen Vernickelungsbad. Das Kontaktelement wird typischerweise als Kathode geschaltet. Als Anode kann beispielsweise Nickelgranulat oder Nickelbarren dienen. Das galvanische Vernickelungsbad umfasst typischerweise eine wässrige Lösung eines Nickelsalzes. Chemisches Vernickeln umfasst die Behandlung des aktivierten Kontaktelements in einem chemischen Vernickelungsbad. Das chemische Vernickelungsbad umfasst neben einem Nickelsalz ein Reduktionsmittel. Das chemische Vernickelungsbad ist typischerweise eine wässrige Lösung. Das Reduktionsmittel kann beispielsweise Natriumhypophosphit umfassen.

[0045] In einigen Ausführungsformen umfasst das galvanische Vernickelungsbad und/oder das chemische Vernickelungsbad ein gelöstes Nickelsalz, vorzugsweise Nickelsulfamat.

[0046] In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren zur galvanischen Vergoldung weiterhin ein Verkupfern des aktivierten Kontaktelements, wobei das Verkupfern zwischen dem Schritt b) des Aktivierens des entfetteten Kontaktelements und dem Schritt c) des Vernickelns durchgeführt wird. In Schritt c) wird in diesen Ausführungsformen somit das verkupferte Kontaktelement vernickelt. Das Verkupfern wird mithilfe eines Verkupferungsbads unter Bildung des verkupferten Kontaktelements durchgeführt. Das Verkupferungsbad umfasst vorzugsweise eine Lösung von Kupfercyanid. Das Verkupferungsbad kann weiterhin Kaliumcyanid und/oder NaOH umfassen. Als Anode wird bei der Verkupferung vorzugsweise eine Kupferanode verwendet, beispielsweise eine Kupferstabanode oder eine Kupferplattenanode. Das Verkupferungsbad hat vorzugsweise einen basischen pH-Wert.

[0047] Der zusätzliche Verkupferungsschritt bewirkt eine verbesserte Anbindung der Nickelschicht auf das Substrat und dient als Haftvermittler.

[0048] In einigen Ausführungsformen umfasst das Vergoldungsbad ein oder mehrere Additive. Das Additiv kann beispielsweise ein Beschleunigungsadditiv umfassen, welches beispielsweise eine wässrige Lösung sein kann. Das Beschleunigungsadditiv ist für die Beschleunigung der galvanischen Vergoldung, insbesondere für die Beschleunigung des Abscheideprozesses geeignet. In einer Ausführungsform umfasst das Beschleunigungsadditiv Anionen von Mono- und Dicarbonsäure. In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Beschleunigungsadditiv ein Thalliumsalz, insbesondere ein Thallium(I)-Salz, beispielsweise Thallium(I)-Sulfat. Die dem Elektrolyten, beispielsweise dem Vergoldungsbad, zugefügte Menge an Beschleunigungsadditiv wird vorzugsweise so gewählt, dass die Konzentration des Thalliumsalzes, vorzugsweise des Thallium(I)-Sulfats, 0.1 mg/L - 100 mg/L, insbesondere 1 mg/L - 20 mg/L, beträgt. Das Beschleunigungsadditiv kann zudem Fluoride und/oder Boride umfassen.

[0049] In einer Ausführungsform wird das Beschleunigungsadditiv in einer Menge von 10 g - 500 g, insbesondere 30 g - 100 g, pro Liter Vergoldungsbad eingesetzt.

[0050] Das Beschleunigungsadditiv beschleunigt die galvanische Abschiebung. Ohne auf eine Theorie beschränkt sein zu wollen, könnte diese Beschleunigung auf eine Aktivierung von Hypophosphitionen zurückzuführen sein.

[0051] In weiteren Ausführungsformen umfasst das Additiv ein Grundadditiv. Das Grundadditiv umfasst Basisbestandteile des Goldbades, vorzugsweise Cyanidsalze und/oder Dinatriumhydrogenphosphat.

[0052] In weiteren Ausführungsformen umfasst das Additiv ein Glanzadditiv. Das Glanzadditiv bewirkt einen erhöhten Glanz der galvanisch erzeugten Goldschicht. Das Glanzadditiv kann beispielsweise Thiomilchsäure umfassen. In einer Ausführungsform liegt der pH-Wert bei Einsatz des Glanzadditivs zwischen 3 und 6.

[0053] In einem zweiten Aspekt wird die allgemeine Aufgabe durch ein vergoldetes Kontaktelement gelöst, welches mithilfe des offenbarten Verfahrens zur galvanischen Vergoldung hergestellt wurde. Das vergoldete Kontaktelement umfasst einen Kontaktelementgrundkörper, welcher mindestens 95% des Volumens des vergoldeten Kontaktelements ausmacht. Das vergoldete Kontaktelement umfasst weiterhin eine auf der Oberfläche des Kontaktelementgrundkörpers angeordnete Nickelbeschichtung. Das vergoldete Kontaktelement umfasst weiterhin eine auf der Oberfläche der Nickelbeschichtung angeordnete Goldbeschichtung mit einer Goldschichtdicke, wobei die Goldbeschichtung mindestens 90 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 95 Gew.-%, Gold umfasst.

[0054] Die Nickelbeschichtung hat eine Nickelschichtdicke. In einer Ausführungsform beträgt die Nickelschichtdicke 1 µm - 10 µm, vorzugsweise 3 µm - 6 µm.

[0055] Wie der Fachmann versteht, hängt die genaue Zusammensetzung der Nickelbeschichtung von der verwendeten Vernickelungsmethode ab. Die Nickelbeschichtung kann beispielsweise aus reinem Nickel bestehen oder eine Nickel-Legierung umfassen. Mögliche Nickel-Legierungen, die in der Nickelschicht umfasst sein können, sind Nickel-Phosphor-Legierungen, Nickel-Palladium-Legierungen und Nickel-Wolfram-Legierungen. Eine aus reinem Nickel bestehende Nickelbeschichtung kann beispielsweise mithilfe von galvanischer Vernickelungsmethoden gebildet werden. Eine Nickel-Phosphor-Legierung kann beispielsweise mithilfe von galvanischen Vernickelungsmethoden gebildet werden. Die Nickel-Phosphor-Legierung kann beispielsweise einen hohen (10%-14%), mittleren (9%-12%) oder niedrigen (3%-7%) Phosphorgehalt aufweisen.

[0056] Eine Nickelbeschichtung ist eine Beschichtung, die Nickel umfasst. Die Nickelbeschichtung umfasst vorzugsweise mindestens 80 Gew.-% Nickel. In einigen Ausführungsformen umfasst die Nickelbeschichtung mindestens 90 Gew.-% Nickel, beispielsweise mindestens 95 Gew.-%, insbesondere mindestens 98 Gew.-%. In weiteren Ausführungsformen umfasst die Nickelbeschichtung einen Phosphorgehalt von weniger als 15%, beispielsweise weniger als 10%.

[0057] In einigen Ausführungsformen umfasst das vergoldete Kontaktelement weiterhin eine auf der Oberfläche des Kontaktelementgrundkörpers angeordnete Kupferbeschichtung mit einer Kupferschichtdicke. In dieser Ausführungsform ist die Nickelbeschichtung auf der Oberfläche der Kupferbeschichtung angeordnet. Die Kupferbeschichtung befindet sich also zwischen dem Kontaktelementgrundkörper und der Nickelbeschichtung.

[0058] Die Kupferschichtdicke beträgt vorzugsweise 0.001 µm - 0.8 µm, insbesondere 0.02 µm - 0.3 µm. In einigen Ausführungsformen umfasst die Kupferbeschichtung mindestens 95 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 98 Gew.-%, insbesondere 100 Gew.-%, Kupfer.

[0059] Der Kontaktelementgrundkörper entspricht dem Kontaktelement, bevor dieses mithilfe des hierin offenbarten Verfahrens galvanisch vergoldet wird. In einer Ausführungsform ist der Kontaktelementgrundkörper frei von Gold. Frei von Gold bedeutet, dass der Kontaktelementgrundkörper weniger als 0.5 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 0.005 Gew.-%, insbesondere 0 Gew.-% Gold umfasst.

[0060] In einer Ausführungsform macht der Kontaktelementgrundkörper mindestens 95%, beispielsweise mindestens 98%, insbesondere mindestens 99% des Volumens des vergoldeten Kontaktelements aus. In einer weiteren Ausführungsform hat der Kontaktelementgrundkörper eine Kontur, welche einer Kontur des vergoldeten Kontaktelements bis auf ±40 µm entspricht. Die Kontur eines Körpers bezeichnet die dreidimensionale, äussere Form des Körpers.

[0061] In einer Ausführungsform ist der Kontaktelementgrundkörper leitfähig. in einer bevorzugten Ausführungsform weist der Kontaktelementgrundkörper eine Leitfähigkeit von mindestens 0.1 MS/m, vorzugsweise mindestens 3 MS/m, auf.

[0062] In einigen Ausführungsformen hat der Kontaktelementgrundkörper ein Volumen von bis zu 20 cm<3>, insbesondere bis zu 10 cm<3>, und/oder einem Gewicht bis zu 300 g, insbesondere bis zu 20 g. In weiteren Ausführungsformen besteht der Kontaktelementgrundkörper aus Kupfer oder einer Kupfer umfassenden Legierung oder umfasst eine Kuper enthaltende Legierung.

[0063] In einer Ausführungsform umfasst die Goldbeschichtung maximal 5 Gew.-%, vorzugsweise 0.1 Gew.-% - 3 Gew.-%, Cobalt. In einer weiteren Ausführungsform besteht die Goldbeschichtung aus Gold und Cobalt. In einer weiteren Ausführungsform beträgt die Goldschichtdicke 0.05 µm - 0.5 µm, insbesondere 0.2 µm - 0.3 µm.

[0064] In einer Ausführungsform ist das vergoldete Kontaktelement ein vergoldeter Steckverbinder und der Steckverbinder umfasst einen Steckverbindergrundkörper.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN

[0065] Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figur und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert. Fig. 1 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des offenbarten Verfahrens zur galvanischen Vergoldung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN

[0066] Die vorliegende detaillierte Beschreibung legt im Zusammenhang mit der begleitenden Figur Ausführungsformen der Erfindung dar und soll zu einem besseren Verständnis der Erfindung beitragen. Die in der detaillierten Beschreibung benutzten Bezeichnungen der in der Figur illustrierten Ausführungsformen der Erfindung sollen nicht die Erfindung beschränken. Die Figur ist schematisch gezeichnet.

[0067] Figur 1zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des offenbarten Verfahrens zur galvanischen Vergoldung. In dieser Ausführungsform werden mehrere, beispielsweise mehr als 50, Kontaktelemente für Steckverbinder mithilfe eines Trommelgalvanisier-Apparats galvanisch vergoldet.

[0068] Zunächst wird die Trommel eines Trommelgalvanisier-Apparats mit den Kontaktelementen beladen. In einem anschliessenden chemischen Abkochentfetten werden die Kontaktelemente entfettet. Das chemische Abkochentfetten umfasst eine Behandlung mit alkalischen Reinigungsmitteln unter Zusetzung von Tensiden. Nach einem anschliessenden Spülschritt werden die Kontaktelemente elektrolytisch entfettet. In dieser elektrolytischen Entfettung werden die Kontaktelemente über die Trommel zunächst als Kathode und anschliessend als Anode in einem NaOH-enthaltenden Elektrolyten geschaltet. Danach schliesst sich ein weiterer Spülungsschritt an, gefolgt von einer Aktivierung der entfetteten Kontaktelemente. Diese Aktivierung umfasst ein Eintauchen in eine säurehaltige Lösung, beispielsweise 3.5-6 Vol.-% H2SO4, bei Raumtemperatur für 1 Minute. Nach der Aktivierung werden die Kontaktelemente erneut gespült.

[0069] Anschliessend werden die Kontaktelemente galvanisch verkupfert. Die galvanische Verkupferung wird für 5-10 Minuten bei 0.15 A/dm<2>mithilfe eines Kupfercyanid-enthaltenden Verkupferungsbads durchgeführt. Es entsteht eine Kupferschicht mit einer Schichtdicke von ungefähr 0.02 µm. Das Verkupferungsbad hat folgende Zusammensetzung: Kupferionen (40 g/L - 65 g/L), (Nachdosierung durch Kupfercyanid), Kaliumcyanid (15 g/L - 50 g/L) und Glanzbildner. Als Anode wird Kupfergranulat eingesetzt.

[0070] Auf eine anschliessende Spülung folgt ein Aktivieren durch Behandlung mit säurehaltiger Lösung, beispielsweise H2SO4(3.5 Vol.-% - 6 Vol.-%).

[0071] Nach anschliessender Spülung werden die Kontaktelemente galvanisch vernickelt. Die galvanische Vernickelung wird für 1 h bei 0.5 A mithilfe eines Nickelsulfamatenthaltenden Vernickelungsbads durchgeführt, sodass eine Nickelschicht mit einer Schichtdicke von 2 µm entsteht. Für die galvanische Vernickelung wird ein Nickel-Sulfamat Bad verwendet. Dieses Vernickelungsbad enthält die Zusammensetzung: Borsäure: 30-70 g/l, Chlorid-Gehalt: 2-8 g/l, Nickelgehalt: 65-95 g/l. Der pH-Wert des Vernickelungsbads beträgt 2.4-3.5. Die Temperatur des Vernickelungsbads wird auf 57 °C - 63 °C eingestellt. Als Anode werden Nickelbarren verwendet.

[0072] Auf eine anschliessende Spülung folgt ein Aktivieren durch Behandlung mit säurehaltiger Lösung. Als säurehaltige Lösung kann beispielsweise H2SO4, 3.5 Vol.-% - 6 Vol.-% und/oder eine Mischung von Natriumhydrogensulfat und Natriumfluorid dienen. Nach erneuter Spülung wird anschliessend eine chemische Vernickelung durchgeführt. Als Reduktionsmittel wird typischerweise Hypophosphit (H2PO2<->) eingesetzt. Als Elektrolyt kann Nickel-Sulfat eingesetzt werden. Der pH-Wert wird so eingestellt, dass er nicht derart niedrig ist, dass die Abscheidung zu langsam ist, aber auch nicht derart hoch, dass schwerlösliches Nickel-Hydroxid ausfallen würde. Die chemische Vernickelung führt zur einem Wachstum der Nickelschicht um weitere 2 µm, sodass die Nickelschichtdicke insgesamt 4 µm beträgt.

[0073] Die resultierenden vernickelten Kontaktelemente werden anschliessend gespült, bevor sie aktiviert werden. Das Aktivieren umfasst Behandlung mit einer Lösung, die Natriumhydrogencarbonat und Natriumfluorid enthält, und wird vorzugsweise bei ungefähr 27 °C für 1 Minute durchgeführt. Nach einer weiteren Spülung werden die vernickelten, aktivierten Kontaktelemente in einem Vergoldungsbad galvanisch vergoldet. Das Vergoldungsbad umfasst folgende Komponenten in folgenden Mengen: Auruna 5400 Ansatzkonzentrat 90.8 L Auruna Beschleuniger 3 11.35 kg Auruna Grundzusatz C 17.5 kg Kaliumgoldcyanid 1.34 g Wasser 70 L

[0074] Die Bestandteile Auruna 5400 Ansatzkonzentration, Auruna Beschleuniger 3 und Auruna Grundzusatz C stammen von der Firma Umicore.

[0075] Der pH-Wert des Vergoldungsbads wird nach Mischen der in der Tabelle genannten Komponenten auf 4.2 eingestellt und das Vergoldungsbad anschliessend auf 50 °C erhitzt. Die Gold- und Kobaltkonzentration im Vergoldungsbad wird anschliessend bestimmt und durch allfällige Zugabe von Kaliumgoldcyanid und/oder einer Ergänzungs- bzw. Korrekturlösung, umfassend 20 g/L Cobalthydroxid, so eingestellt, dass die Goldkonzentration 4 g/L und die Cobaltkonzentration 0.5 g/L beträgt. Die Gold- und Kobaltkonzentration kann beispielsweise mithilfe von Absorptionsspektroskopie bestimmt werden.

[0076] Die galvanische Vergoldung mithilfe des Vergoldungsbads wird für 8 Minuten bei 0.2 A/dm<2>durchgeführt, sodass eine Goldschicht mit einer Goldschichtdicke von 0.2 µm entsteht. Die Goldschicht besteht zu mehr als 97 Gew.-% aus Gold und zu weniger als 3 Gew.-% aus Cobalt. Nach einer Spülung der vergoldeten Kontaktelemente wird die Trommel des Trommelgalvanisier-Apparats entladen.

Claims (9)

1. Verfahren zur galvanischen Vergoldung eines Kontaktelements für Steckverbinder, umfassend: a. Entfetten des Kontaktelements; b. Aktivieren des entfetteten Kontaktelements; c. Vernickeln des aktivierten Kontaktelements mittels - galvanischem Vernickeln mithilfe eines galvanischen Vernickelungsbads und/oder - chemischem Vernickeln mithilfe eines chemischen Vernickelungsbads; und d. galvanisches Vergolden des vernickelten Kontaktelements mithilfe eines Vergoldungsbads unter Bildung des vergoldeten Kontaktelements, wobei das Vergoldungsbad Goldionen in Form eines cyanidischen Komplexes, vorzugsweise [Au(CN)2]<->, beispielsweise in Form von K[Au(CN)2], umfasst.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Vergoldungsbad einen Goldgehalt von 1 g/L - 1 2 g/L, vorzugsweise 2 g/L - 5 g/L, aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Vergoldungsbad ein gelöstes Cobaltsalz umfasst, beispielsweise Cobalthydroxid, und einen Cobaltgehalt von 0.3 g/L - 0.6 g/L, vorzugsweise 0.5 g/L, aufweist.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der pH-Wert des Vergoldungsbads 3.8 - 4.6, vorzugsweise 4 - 4.4, insbesondere 4.2 beträgt.

5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das galvanische Vergolden bei 0.1 A/dm<2>- 0.2 A/dm<2>durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Schritt des galvanischen Vergoldens mittels Trommelgalvanisierung durchgeführt wird.

7. Vergoldetes Kontaktelement, welches mithilfe des Verfahrens zur galvanischen Vergoldung gemäss einem der vorangegangenen Ansprüche hergestellt wurde, wobei das vergoldete Kontaktelement umfasst: a. einen Kontaktelementgrundkörper, welcher mindestens 95% des Volumens des vergoldeten Kontaktelements ausmacht, b. eine auf der Oberfläche des Kontaktelementgrundkörpers angeordnete Nickelbeschichtung und c. eine auf einer Oberfläche der Nickelbeschichtung angeordnete Goldbeschichtung mit einer Goldschichtdicke, wobei die Goldbeschichtung mindestens 90 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 95 Gew.-%, Gold umfasst.

8. Vergoldetes Kontaktelement gemäss Anspruch 7, wobei die Goldbeschichtung maximal 5 Gew.-%, vorzugsweise 0.1 Gew.-% - 3 Gew.-%, Cobalt umfasst.

9. Vergoldetes Kontaktelement gemäss Anspruch 7 oder 8, wobei die Goldschichtdicke 0.05 µm - 0.5 µm, insbesondere 0.2 µm - 0.3 µm, beträgt.