CH717790B1 - Verfahren zur galvanischen Versilberung von Kontaktelementen für Steckverbinder und mit Hilfe dieses Verfahrens versilberte Kontaktelemente. - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zur galvanischen Versilberung eines Kontaktelements für Steckverbinder. Das Verfahren umfasst ein Vorbehandeln des Kontaktelements umfassend ein Entfetten und ein Aktivieren. Das Verfahren umfasst weiterhin ein galvanisches Beschichten des Kontaktelements mit einer Silberbeschichtung. Das galvanische Beschichten umfasst einen galvanischen Strike-Beschichtungsschritt mithilfe eines Strike-Beschichtungsbads und einen galvanischen Schichtaufbauschritt mithilfe eines Schichtaufbaubads. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Nachbehandeln des silberbeschichteten Kontaktelements umfassend ein Passivieren mithilfe eines Passivierungsbads. Die Offenbarung betrifft weiterhin mithilfe dieses Verfahrens hergestellte versilberte Kontaktelemente.

Description

TECHNISCHES GEBIET

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

STAND DER TECHNIK

[0002] Verschiedene Verfahren zur galvanischen Versilberung von Massenware, insbesondere Steckverbinder, sind bekannt. Ein wesentliches Anwendungsgebiet für die Versilberung von Massenware ist insbesondere die Versilberung von Kontaktelementen für Steckverbinder. Als Kathode wird in solchen Verfahren häufig eine Trommelelektrode verwendet. Neben der Kathode, einer Anode und einer ein Silbersalz enthaltenden Elektrolytlösung werden häufig verschiedene Additive für verschiedene Zwecke verwendet: Es sind beispielsweise Additive für eine Beschleunigung der Silberabscheidung, Additive zur Regelung der Metallabscheidung und des Schichtaufbaus, Additive zur Regulierung der Glanzeigenschaften des versilberten 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 Silbersalz zusätzlich ein oder mehrere andere Metallsalze beizumischen. 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 Versilberung von Kontaktelementen sowie die genaue Zusammensetzung der Elektrolytlösung haben einen erheblichen Einfluss auf die Qualität, die Eigenschaften und die Beschaffenheit der erhaltenen versilberten Kontaktelemente. Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur galvanischen Versilberung von Kontaktelementen haben jedoch zahlreiche Nachteile. Einige dieser Nachteile betreffen das Verfahren an sich und einige Nachteile betreffen die erhaltenen versilberten Kontaktelemente.

[0005] Die mithilfe von aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren herstellbaren versilberten Kontaktelemente weisen insbesondere die folgenden Nachteile auf: Häufig ist die Silberbeschichtung unregelmässig über die Oberfläche der Kontaktelemente verteilt und weist insbesondere eine unregelmässige Dicke auf. Zudem vermögen viele vorbekannte Verfahren die Kontaktelemente nicht durchgängig zu versilbern, sodass die versilberten Kontaktelemente teilweise noch unbeschichtete Oberflächenabschnitte aufweisen. Die Silberbeschichtung 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 Versilberung 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 versilberten 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 versilbernden Objekts einen Einfluss auf die Verteilung der galvanischen Silberbeschichtung hat („Knocheneffekt“). Die inhomogene Verteilung der Schichtdicke führt in Kombination mit geforderten Mindestschichtdicken der Silberbeschichtung zu einem erhöhten Verbrauch an Silber.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0008] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur galvanischen Versilberung 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 Versilberung von Kontaktelementen für Steckverbinder zu schaffen, welches die Erzeugung besonders dünner Silberbeschichtungen erlaubt.

[0009] Diese Aufgabe wird gelöst durch das erfindungsgemässe Verfahren zur galvanischen Versilberung, wie es im unabhängigen Anspruch definiert ist, sowie durch die mithilfe dieses Verfahrens hergestellten versilberten 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 Versilberung eines Kontaktelements für Steckverbinder gelöst. Das Verfahren umfasst ein Vorbehandeln des Kontaktelements umfassend ein Entfetten und ein Aktivieren des Kontaktelements. Das Verfahren umfasst weiterhin ein galvanisches Beschichten des Kontaktelements mit einer Silberbeschichtung. Das galvanische Beschichten umfasst einen galvanischen Strike-Beschichtungsschritt mithilfe eines Strike-Beschichtungsbads und einen galvanischen Schichtaufbauschritt mithilfe eines Schichtaufbaubads. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Nachbehandeln des silberbeschichteten Kontaktelements, umfassend ein Passivieren mithilfe eines Passivierungsbads.

[0011] Ein Vorteil einiger Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass es die zuverlässige Erzeugung dünner Silberschichten, beispielsweise im Bereich von bis zu 30 µm Dicke, insbesondere bis zu 10 µm beispielsweise 1 µm - 8 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 versilberten Kontaktelemente sind zudem lötbar und/oder abriebfest. Sie sind ebenfalls resistent gegenüber Verschleiss und weisen einen guten Korrosionsschutz auf.

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

[0015] In einigen Ausführungsformen wird das offenbarte Verfahren zur galvanischen Versilberung eines Kontaktelements für Steckverbinder mittels Schwingförderern, etwa Vibrationsfördereinheiten, durchgeführt. In einer weiteren Ausführungsform wird das offenbarte Verfahren zur galvanischen Versilberung eines Kontaktelements für Steckverbinder mittels Trommelgalvanisierung durchgeführt. Insbesondere kann der Schritt des galvanischen Beschichtens des Kontaktelements mittels Trommelgalvanisierung durchgeführt werden. In weiteren Ausführungsformen wird lediglich der galvanische Strike-Beschichtungsschritt und/oder der galvanische Schichtaufbauschritt mittels Trommelgalvanisierung durchgeführt.

[0016] Die Durchführung mittels Trommelgalvanisierung sowie die Verwendung von Vibrationsfördereinheiten ermöglichen jeweils die gleichzeitige Versilberung einer Vielzahl von Kontaktelementen für Steckverbinder, 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] Das offenbarte Verfahren zur galvanischen Versilberung 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 versilbernde Kontaktelement kann beispielsweise als zweite Elektrode, insbesondere als Kathode, geschaltet werden. Bei der galvanischen Versilberung 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 Versilberung in Kontakt miteinander und in Kontakt mit dem Kontaktierungsglied und agieren somit als Kathode.

[0020] Die erste Elektrode ist typischerweise eine Anode. Die erste Elektrode umfasst typischerweise Titan und/oder Platin.

[0021] 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.

[0022] 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.

[0023] 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.

[0024] 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.

[0025] 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 durch 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.

[0026] 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.

[0027] 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 absprengt.

[0028] 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.

[0029] 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. 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.

[0030] 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.

[0031] Das offenbarte Verfahren zur galvanischen Versilberung 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.

[0032] In einer Ausführungsform umfasst das Vorbehandeln des Kontaktelements weiterhin mindestens einen Spülschritt. In einer bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Verfahren zur galvanischen Versilberung vor dem Entfetten, vor dem Aktivieren und vor dem galvanischen Strike-Beschichtungsschritt jeweils mindestens einen Spülschritt. Vorzugsweise wird zwischen dem galvanischen Strike-Beschichtungsschritt und dem galvanischen Schichtaufbauschritt kein Spülschritt durchgeführt.

[0033] In einer Ausführungsform umfasst der Schritt des Nachbehandelns des silberbeschichteten Kontaktelements ein Dekapieren und/oder ein Aktivieren. Das Dekapieren und/oder Aktivieren wird vorzugsweise vor dem Passivieren mithilfe des Passivierungsbads vorgenommen. Vorzugsweise umfasst das Verfahren weiterhin vor dem Dekapieren und/oder dem Aktivieren weiterhin einen Spülschritt. Die beschriebenen Ausführungsformen bewirken, dass die Oberfläche des Kontaktelements vor dem galvanischen Beschichten mit einer Silberbeschichtung 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.

[0034] Galvanisches Beschichten des Kontaktelements mit einer Silberbeschichtung bezeichnet das galvanische Aufbringen einer Beschichtung auf zumindest einem Teil der Oberfläche, vorzugsweise der gesamten Oberfläche, des Kontaktelements. Die Silberbeschichtung umfasst mindestens 90 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 95 Gew.-% Silber, weiterhin bevorzugt mindestens 98 Gew.-% Silber, insbesondere mindestens 99 Gew.-% Silber.

[0035] Galvanisches Strike-Beschichten bezeichnet ein Beschichtungsverfahren, das dem Fachmann auch als „silver strike“ bekannt ist. Es bezeichnet ein Verfahren zur Ablagerung einer typischerweise sehr dünnen Silberbeschichtung aus einem Elektrolyten, der typischerweise eine geringe Silberionenkonzentration und eine hohe Konzentration an freien Cyaniden umfasst. Galvanisches Strike-Beschichten wird typischerweise bei einer hohen Stromdichte durchgeführt. Eine mögliche, dem Fachmann jedoch eher weniger geläufige deutsche Übersetzung für den Begriff „Strike-Beschichtungsschritt“ respektive „Strike-Beschichten“ wäre „Blitzbeschichtungsschritt“ respektive „Blitzbeschichten“.

[0036] Galvanischer Schichtaufbau bezeichnet ein Verfahren zum galvanischen Aufbau einer Aufbaubeschichtung ausgehend von einer Grundbeschichtung. Die Aufbaubeschichtung wird auf der Grundbeschichtung gebildet. Im vorliegenden Fall umfassen die beiden Schichten Silber und sind am Ende typischerweise nicht mehr voneinander unterscheidbar, sondern werden typischerweise als eine einheitliche Silberschicht mit einer bestimmten Schichtdicke wahrgenommen. Die Aufbaubeschichtung kann entweder kontinuierlich oder schrittweise durchgeführt werden. Bei einer schrittweisen Aufbaubeschichtung kann die gebildete Aufbaubeschichtung beispielsweise schrittweise um eine bestimmte Schichtdicke erweitert werden. In einigen Ausführungsformen umfasst die Aufbaubeschichtung 1-20, insbesondere 2-8 Aufbaubeschichtungsschritte. Während dieser Aufbaubeschichtungsschritte wird die Aufbaubeschichtung beispielsweise jeweils um eine Schichtdicke von 0.5 µm - 20 µm, insbesondere von 1 µm - 8 µm, erweitert. In einigen Ausführungsformen wird jeder Aufbaubeschichtungsschritt für 5 Minuten - 45 Minuten durchgeführt.

[0037] In einigen Ausführungsformen weist das Strike-Beschichtungsbad einen Silbergehalt von 0.2 g/L - 10 g/L, vorzugsweise 1.5 g/L - 3 g/L, auf. Das Aufbaubeschichtungsbad weist in einigen Ausführungsformen einen Silbergehalt von 5 g/L - 60 g/L, vorzugsweise 15 g/L - 40 g/L, auf. Der Silbergehalt bezeichnet die Masse an Silber, die in der jeweiligen Badlösung enthalten ist. Silber ist in der jeweiligen Badlösung typischerweise in Form eines cyanidischen Komplexes, vorzugsweise [Ag(CN)2]<->, beispielsweise in Form von K[Ag(CN)2], vorhanden. Die genannten Bereiche beziehen sich auf den Silbergehalt des Strike-Beschichtungsbads respektive Schichtaufbaubads jeweils zu Beginn des galvanischen Strike-Beschichtungsschritts respektive Schichtaufbauschritts, 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 eines galvanischen Bads beziehen.

[0038] Die genannten Silbergehalte ermöglicht eine vorteilhafte Balance, weil sie 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.

[0039] In einigen Ausführungsformen umfasst das Strike-Beschichtungsbad und/oder das Schichtaufbaubad Silberionen in Form eines cyanidischen Komplexes, vorzugsweise [Ag(CN)2]<->, beispielsweise in Form von K[Ag(CN)2].

[0040] Der galvanische Strike-Beschichtungsschritt und der galvanische Schichtaufbauschritt werden jeweils bei einer bestimmten Stromstärke und für eine bestimmte Dauer durchgeführt. Der galvanische Strike-Beschichtungsschritt führt zur Bildung einer Grundbeschichtung. Der galvanische Schichtaufbauschritt führt zur Bildung einer Aufbaubeschichtung. Die Grundbeschichtung und die Aufbaubeschichtung umfassen beide Silber. Die Silberbeschichtung, die durch den übergeordneten Schritt b) des galvanischen Beschichtens gebildet wird, umfasst die Grundbeschichtung und die Aufbaubeschichtung.

[0041] In einigen Ausführungsformen werden die Stromstärke und Dauer des galvanischen Strike-Beschichtungsschritts derart gewählt, dass die Grundbeschichtung eine Grundbeschichtungsdicke von 0.05 µm - 0.5 µm, insbesondere 0.05 µm - 0.3 µm, hat. In weiteren Ausführungsformen werden die Stromstärke und Dauer des galvanischen Schichtaufbauschritts derart gewählt werden, dass die Aufbaubeschichtung eine Aufbaubeschichtungsdicke von 0.5 µm - 10 µm, insbesondere 1 µm - 8 µm, beträgt. Der Fachmann versteht, dass die Dauer und die Stromstärke jeweils einen erheblichen Einfluss auf die Dicke einer galvanisch aufgetragenen Schicht haben. Beispielsweise kann eine gewünschte Schichtdicke durch verschiedene Kombinationen von Stromstärke und Dauer erreicht werden. Mit anderen Worten kann eine Erhöhung der Stromstärke bei gleichzeitiger Verkürzung der Dauer bewirken, dass eine ähnliche Schichtdicke erreicht wird.

[0042] In einigen Ausführungsformen wird der galvanische Strike-Beschichtungsschritt bei einer Stromdichte von 0.5 A/dm<2>- 10 A/dm<2>, vorzugsweise 2 A/dm<2>- 5 A/dm<2>, durchgeführt. In weiteren Ausführungsformen wird der galvanische Schichtaufbauschritt bei einer Stromdichte von 0.01 A/dm<2>- 2 A/dm<2>, vorzugsweise 0.1 A/dm<2>- 0.7 A/dm<2>, durchgeführt.

[0043] In einigen Ausführungsformen wird der galvanische Strike-Beschichtungsschritt für bis zu 5 Minuten durchgeführt. Diese Dauer führt zur Bildung einer homogenen Grundbeschichtung, die als Grundierung für die folgende Aufbaubeschichtung geeignet ist. In weiteren Ausführungsformen wird der galvanische Schichtaufbauschritt für bis zu 45 Minuten durchgeführt.

[0044] In einigen Ausführungsformen umfasst das Strike-Beschichtungsbad und/oder das Schichtaufbaubad ein oder mehrere Additive. Die Additive können beispielsweise ein Beschleunigungsadditiv umfassen, welches beispielsweise eine wässrige Lösung sein kann. Das Beschleunigungsadditiv ist für die Beschleunigung des Versilberungsprozesses, 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 Schichtaufbaubad, 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.

[0045] In einer Ausführungsform wird das Beschleunigungsadditiv in einer Menge von 10 g - 500 g, insbesondere 30 g - 100 g, pro Liter Schichtaufbaubad eingesetzt.

[0046] Das Beschleunigungsadditiv beschleunigt die galvanische Abscheidung. Ohne auf eine Theorie beschränkt sein zu wollen, könnte diese Beschleunigung auf eine Aktivierung von Hypophosphitionen zurückzuführen sein.

[0047] In weiteren Ausführungsformen umfasst das Additiv ein Grundadditiv. Das Grundadditiv umfasst Basisbestandteile des Schichtaufbaubads, vorzugsweise Cyanidsalze und/oder Dinatriumhydrogenphosphat.

[0048] In weiteren Ausführungsformen umfasst das Additiv ein Glanzadditiv. Das Glanzadditiv bewirkt einen erhöhten Glanz der galvanisch erzeugten Silberschicht. Das Glanzadditiv kann beispielsweise Thiomilchsäure umfassen. In einer Ausführungsform liegt der pH-Wert bei Einsatz des Glanzadditivs zwischen 3 und 6.

[0049] Dekapieren bezeichnet eine Behandlung des Kontaktelements zur Entfernung dünner Oberflächenfilme. Die dünnen Oberflächenfilme können beispielsweise Oxide, Carbonate, Sulfide oder Silikate umfassen. In einer Ausführungsform umfasst das Dekapieren eine Behandlung des Kontaktelements mit einer sauren Lösung, beispielsweise mit Salzsäure, vorzugsweise mit 0.5 Vol-% - 3 Vol.-% Salzsäure.

[0050] Der Schritt des Passivierens bewirkt, dass die Silberoberfläche gegen die Reaktion mit Schwefel geschützt wird. Das Passivieren umfasst vorzugsweise ein organisches Passivieren. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Passivieren ein metallisches Passivieren umfassen. Metallisches Passivieren bezeichnet die Abscheidung einer dünnen Schicht eines anderen Metalls, beispielsweise von Chrom, Chromat, Zinn oder Indium. Metallisches Passivieren kann beispielsweise galvanisch, d.h. unter Zuhilfenahme von Strom, oder chemisch bewirkt werden. Vorzugsweise umfasst das Passivieren jedoch organisches Passivieren. Organisches Passivieren bezeichnet das Aufbringen einer dünnen Schicht, vorzugsweise einer monomolekularen Schicht, eines Thiols auf der Oberfläche der Silberbeschichtung. Das Thiol umfasst typischerweise eine C4-C20Alkylkette mit mindestens einer, vorzugsweise terminalen, Thiolgruppe. Ein Beispiel ist Octanthiol. Das organische Passivieren umfasst in einer Ausführungsform das Eintauschen des silberbeschichteten Kontaktelements in eine Thiol-enthaltende Lösung. Das organische Passivieren wird vorzugsweise bei einer Temperatur von 40 °C - 60 °C, insbesondere 50 °C, durchgeführt. Diese Temperatur verhindert ein Ausrahmen der Thiolenthaltenden Lösung. Während des organischen Passivierens wird das organische Passivierungsbad, welches die Thiol-enthaltende Lösung enthält, vorzugsweise umgewälzt, insbesondere kontinuierlich umgewälzt. In einigen Ausführungsformen wird vor dem organischen Passivieren ein Aktivierungsschritt durchgeführt, welcher vorzugsweise eine Behandlung mit einer Säure, beispielsweise mit verdünnter Salzsäure, umfasst. Ohne auf eine Theorie beschränkt zu sein, wird vermutet, dass die Behandlung mit einer Säure bewirkt, dass alkalische und/oder cyanidische Ablagerungen, die vermutlich vom galvanischen Silberbeschichten stammen, von der Oberfläche des Kontaktelements entfernt werden.

[0051] Der pH-Wert des Passivierungsbads, insbesondere im Fall der organischen Passivierung, beträgt vorzugsweise 2-4, insbesondere 3. Das Passivieren wird in einigen Ausführungsformen bei 2 V - 4 V, insbesondere bei 2.5 V - 3.5 V, durchgeführt. In einigen Ausführungsformen wird das Kontaktelement im Anschluss an die Passivierung getrocknet. Die Trocknung erfolgt vorzugsweise bei 50 °C - 70 °C und bei 400 U/min - 800 U/min, insbesondere 600 U/min.

[0052] Ein Vorteil der Passivierung, insbesondere der organischen Passivierung, ist, dass sie die Lötfähigkeit und die Leiteigenschaften der elektrischen Kontakte nicht verringert. Zudem bewirkt sie eine Verringerung der Reibkräfte und ermöglicht so eine langanhaltenden und hohe Gleitfähigkeit. Die organische Passivierung erlaubt zudem kurze Behandlungszeiten und ist somit insbesondere für Durchlaufanlagen geeignet. Zudem bietet die Passivierung einen lang anhaltenden Schutz gegen Anlaufen der Silberbeschichtung. Wie der Fachmann versteht, führt das Passivierung zur Bildung einer dünnen Passivierungsschicht auf der Oberfläche der Silberbeschichtung.

[0053] In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren zur galvanischen Versilberung weiterhin ein Verkupfern des vorbehandelten Kontaktelements, wobei das Verkupfern zwischen dem Schritt a) des Vorbehandelns des Kontaktelements und dem Schritt b) des galvanischen Beschichtens des Kontaktelements mit einer Silberbeschichtung durchgeführt wird. In Schritt b) wird in diesen Ausführungsformen somit das verkupferte Kontaktelement versilbert. 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.

[0054] Der zusätzliche Verkupferungsschritt bewirkt eine verbesserte Anbindung der Silberbeschichtung auf das Substrat und dient als Haftvermittler.

[0055] In einem zweiten Aspekt wird die allgemeine Aufgabe durch ein versilbertes Kontaktelement gelöst, welches mithilfe des offenbarten Verfahrens zur galvanischen Versilberung hergestellt wurde. Das versilberte Kontaktelement umfasst einen Kontaktelementgrundkörper, welcher mindestens 95% des Volumens des versilberten Kontaktelements ausmacht. Das versilberte Kontaktelement umfasst weiterhin eine auf der Oberfläche des Kontaktelementgrundkörpers angeordnete Silberbeschichtung, wobei die Silberbeschichtung mindestens 90 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 95 Gew.-%, Silber umfasst. In einer Ausführungsform umfasst die Silberbeschichtung mindestens 98 Gew.-% Silber, beispielsweise mindestens 99 Gew.-%, vorzugsweise 100 Gew.-%.

[0056] Die Silberbeschichtung hat eine Silberschichtdicke. Die Silberschichtdicke beträgt in einer Ausführungsform 1 µm - 30 µm, insbesondere 1 µm - 10 µm, beispielsweise 1 µm - 8 µm. In weiteren Ausführungsformen beträgt die Silberschichtdicke 10 µm - 20 µm. Die Silberbeschichtung entsteht im offenbarten Verfahren durch den galvanischen Strike-Beschichtungsschritt und den galvanischen Schichtaufbauschritt.

[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 Silberbeschichtung auf der Oberfläche der Kupferbeschichtung angeordnet. Die Kupferbeschichtung befindet sich also zwischen dem Kontaktelementgrundkörper und der Silberbeschichtung.

[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 versilbert wird. In einer Ausführungsform ist der Kontaktelementgrundkörper frei von Silber. Frei von Silber bedeutet, dass der Kontaktelementgrundkörper weniger als 0.5 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 0.005 Gew.-%, insbesondere 0 Gew.-% Silber umfasst.

[0060] In einer Ausführungsform macht der Kontaktelementgrundkörper mindestens 95%, beispielsweise mindestens 98%, insbesondere mindestens 99% des Volumens des versilberten Kontaktelements aus. In einer weiteren Ausführungsform hat der Kontaktelementgrundkörper eine Kontur, welche einer Kontur des versilberten 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 ist das versilberte Kontaktelement ein versilberter Steckverbinder und der Steckverbinder umfasst einen Steckverbindergrundkörper.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN

[0064] Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figuren und der dazugehörigen Beschreibungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des offenbarten Verfahrens zur galvanischen Versilberung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN

[0065] Die vorliegende detaillierte Beschreibung legt im Zusammenhang mit den begleitenden Figuren Ausführungsformen der Erfindung dar und soll zu einem besseren Verständnis der Erfindung beitragen. Die in der detaillierten Beschreibung benutzten Bezeichnungen der in den Figuren illustrierten Ausführungsformen der Erfindung sollen nicht die Erfindung beschränken. Die Figuren sind schematisch gezeichnet.

[0066] Figur 1zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des offenbarten Verfahrens zur galvanischen Versilberung. In dieser Ausführungsform werden mehrere, beispielsweise mehr als 50, Kontaktelemente für Steckverbinder mithilfe eines Trommelgalvanisier-Apparats galvanisch versilbert.

[0067] 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 bei Raumtemperatur für 1 Minute. In einigen Ausführungsformen umfasst die säurehaltige Lösung H2SO4, beispielsweise in einer Konzentration von 3.5-6 Vol.-%. Nach der Aktivierung werden die Kontaktelemente erneut gespült.

[0068] Anschliessend werden die Kontaktelemente galvanisch mit einer Silberbeschichtung beschichtet. Das galvanische Beschichten umfasst zunächst ein galvanisches Strike-Beschichten, welches bei 2-5 A/dm<2>durchgeführt wird. Als Strike-Beschichtungsbad wird eine Lösung von Kaliumcyanid (ca. 100 g/L) und Kaliumsilbercyanid (ca. 2 g/L) in Wasser eingesetzt. Die Silber- und Kaliumcyanidkonzentrationen werden dabei analysiert und bei Bedarf wird nachdosiert. Als Anode wird Streckmetall eingesetzt. Es entsteht eine Grundbeschichtung aus Silber, welche eine ungefähre Schichtdicke von 0.05 µm - 0.3 µm aufweist.

[0069] Anschliessend folgt ein galvanisches Aufbaubeschichten, welches bei 0.1-0.7 A/dm<2>durchgeführt wird. Das Aufbaubeschichtungsbad umfasst mitunter folgende Komponenten in folgenden Mengen, wobei die Additive der Produktlinie Arguna von der Firma Umicore stammen: Kaliumcyanid 120 g/L Kaliumcarbonat 40 g/L Arguna Leitsalz 2 20 g/L Arguna 621 Glanzzusatz 1-1 25 mL/L Arguna 621 Glanzzusatz 2-1 15 mL

[0070] Es entsteht eine Aufbaubeschichtung aus Silber. Die sich ergebende Silberbeschichtung, welche die Grundbeschichtung und die Aufbaubeschichtung umfasst, hat typischerweise eine Dicke von 1 5 µm.

[0071] Auf eine anschliessende Spülung folgt ein Dekapieren der silberbeschichteten Kontaktelemente. Das Dekapieren umfasst eine Behandlung der Kontaktelemente mit Salzsäure. Nach anschliessender Spülung werden die Kontaktelemente in der beschriebenen Ausführungsform durch Behandlung mit säurehaltiger Lösung, beispielsweise 0.5%-ige - 3%-ige Salzsäure, aktiviert. Im Anschluss an das Aktivieren werden die Kontaktelemente passiviert. Für die Passivierung werden die Kontaktelemente in eine Thiol-enthaltende Lösung bei 50 °C für 3 Minuten bei einem pH-Wert von 3.0 bei 3 V Badspannung eingetaucht. Die Thiol-enthaltende Lösung kann beispielweise das Produkt Umicore Sealing 691 von Umicore sein.

[0072] Nach dem Passivieren werden die Kontaktelemente vorzugsweise bei 55 °C und 600 U/min getrocknet und schliesslich aus der Trommel des Trommelgalvanisier-Apparats entladen.

[0073] Optional werden die Kontaktelemente vor der galvanischen Silberbeschichtung 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.

Claims (9)

1. Verfahren zur galvanischen Versilberung eines Kontaktelements für Steckverbinder, umfassend: a. Vorbehandeln des Kontaktelements umfassend ein Entfetten und ein Aktivieren des Kontaktelements; b. Galvanisches Beschichten des Kontaktelements mit einer Silberbeschichtung, umfassend i. einen galvanischen Strike-Beschichtungsschritt mithilfe eines Strike-Beschichtungsbads und ii. einen galvanischen Schichtaufbauschritt mithilfe eines Schichtaufbaubads; und c. Nachbehandeln des silberbeschichteten Kontaktelements umfassend ein Passivieren mithilfe eines Passivierungsbads.

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

3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Strike-Beschichtungsbad einen Silbergehalt von 0.2 g/L - 10 g/L, vorzugsweise 1.5 g/L - 3 g/L, aufweist.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Aufbaubeschichtungsbad einen Silbergehalt von 5 g/L - 60 g/L, vorzugsweise 15 g/L - 40 g/L, aufweist.

5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Strike-Beschichtungsbad und/oder das Schichtaufbaubad Silberionen in Form eines cyanidischen Komplexes, vorzugsweise [Ag(CN)2]<->, beispielsweise in Form von K[Ag(CN)2], umfassen.

6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der galvanische Strike-Beschichtungsschritt bei einer Stromdichte von 0.5 A/dm<2>- 10 A/dm<2>, vorzugsweise 2 A/dm<2>- 5 A/dm<2>, durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der galvanische Schichtaufbauschritt bei einer Stromdichte von 0.01 A/dm<2>- 2 A/dm<2>, vorzugsweise 0.1 A/dm<2>- 0.7 A/dm<2>, durchgeführt wird.

8. Versilbertes Kontaktelement, welches mithilfe des Verfahrens zur galvanischen Versilberung gemäss einem der vorangegangenen Ansprüche hergestellt wurde, wobei das versilberte Kontaktelement umfasst: a. einen Kontaktelementgrundkörper, welcher mindestens 95% des Volumens des versilberten Kontaktelements ausmacht, und b. eine auf der Oberfläche des Kontaktelementgrundkörpers angeordnete Silberbeschichtung, wobei die Silberbeschichtung mindestens 90 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 95 Gew.-%, Silber umfasst.

9. Versilbertes Kontaktelement nach Anspruch 8, wobei die Silberbeschichtung eine Silberschichtdicke von 1 µm - 30 µm, insbesondere 1 µm - 10 µm hat.