CN103987879A - 接触元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于非焊接型电连接的接触元件。所述接触元件具有至少一个接触部段，所述接触部段被设计为尤其是通过切割钳夹持和/或弹簧接触和/或压接和/或铆接和/或螺栓连接和/或填密和/或冲压式板栅的折叠和/或折弯来建立的电触点。本发明还说明了一种至少局部地覆盖所述接触元件且含锡的表面涂层。为了提供一种具有避免晶须生长或者在很大程度上使其生长最小化的无铅的表面涂层的接触元件，所述表面涂层含有15至73质量百分比之间的银。

Description

接触元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1所述的接触元件以及一种根据权利要求12所述的、用于制造所述接触元件的方法。
背景技术
持久、非焊接型的电接触在建造和连接技术中得到了持续广泛应用。由现有技术已知由纯锡构成的无铅表面涂层，其通过电镀或者通过热镀锡制成。
在已知的连接技术，例如在切割钳夹持、压接或者说卷边、弹簧接触、铆钉接触、螺栓接触、填密、冲压式板栅的折叠以及折弯和/或以塑料对金属件进行包封的情况下，由于所出现的接触力和/或弯曲力而在纯锡表面上或者在其中形成很高的表面压力和涂层应力。通过这个较高的负荷，就在通过电镀而被涂覆的纯锡表面上出现了晶须生长的现象。晶须指的是可从涂层中生长出来并一直长到几毫米长的锡单晶体。在电连接中，这可能导致短路。晶须通常要到工作数年后才会形成，在没有任何预警的情况下出现由于晶须所引起的短路。晶须的形成例如通常会引起机动车电子元件的突发性失灵。
由专利文献US2009/0239398A1已知一种压入式触点，为了避免晶须，要在其上涂覆银含量为0.5至15质量百分比的锡-银涂层。针对如何能够涂覆该涂层，提出了各种各样的方法，其中还提到了电镀。已经表明，通过电镀所涂覆的涂层-如专利文献US2009/0239398A1中所述-相对于纯锡涂层而言尽管显示出更小的晶须生长率，但是这种晶须生长率对于很多应用而言、尤其是在汽车制造中仍然是不可接受地高。
发明内容
本发明是基于这样一种认识，即：由纯锡构成的表面或者由含有极少量银的锡构成的表面在该表面受到机械负荷时会在晶须形成方面构成高风险。因此，本发明的目的在于，使得在接触元件、例如应用于机动车的接触元件中构成晶须的风险降到最小化。上述目的通过根据本发明所述的、电镀的表面涂层得以实现。
与已知的电镀的锡-银(SnAg)涂层相反，根据本发明的表面涂层的特点在于所述锡-银合金极高的在15至73质量百分比之间的银含量。银含量优选至少为30质量百分比，尤其优选在45至60质量百分比之间。相对于传统涂层而言，具有根据本发明的表面涂层的接触元件显示出明显更低的晶须生长率。
根据本发明的表面涂层被应用于以下连接技术中，例如切割钳夹持、弹簧接触、铆钉接触、螺栓接触、压接、卷边、填密、冲压式板栅的折叠以及折弯或者是以塑料完全或者部分对金属制接触元件进行包封。在所有这些连接技术中，均使用了连接元件，例如用于在电路板上的电路与接触引线之间建立起电接触。
所有这些不同的连接技术的共同点在于，在各自所采用的接触元件中，均会由于接触力和/或弯曲力而有很高的表面压力以及涂层应力作用在所述接触元件的表面之上或之中。在机械负荷较高的区域中，晶须形成的风险特别大。通过根据本发明所述的、其接触元件的锡-银合金所含的银含量在15至73质量百分比之间的表面涂层有效地避免了晶须的形成，所述表面涂层至少被设置在那些接触元件的机械负荷或者说表面压力相对较大的区域内。
根据本发明的表面涂层的另一个优点在于，由于添加银的含量可配量，就能够有效地优化接触电阻以及电接触的载流容量。其中，表面涂层中的银含量越高，电接触的导电性和载流容量越好。这尤其是利于插拔式连接。此外，通过选择银含量，就能够影响表面硬度，进而有针对性地调节插拔力以及滑移性能，由此还能够有效地调节耐磨性。其中，银含量越高，接触元件的表面越坚硬、越耐磨。更高的锡含量也引起了一定的固体润滑，由此降低了插拔力。因此，通过根据应用来相应地选择所述表面涂层中的银含量或者锡含量，就能够减少在温度改变和/或机械负荷条件下由于插拔连接器区域内的振动所产生的摩擦腐蚀。
设定为，各个接触元件至少部分区域设有根据本发明的由锡-银合金构成的表面涂层。也可能的是，所述接触元件的表面完全或者尽可能完全地涂覆有涂层。优选所述表面涂层至少被设置在那些在建立起电接触后每个接触元件的表面达到最大机械负荷的区域内。
根据本发明的、被构造为切割钳元件的接触元件以公知的方式具有引线存放架，所述引线存放架被构造为用于在接触引线被导入该引线存放架的过程中以切入和/或压入的方式接触该接触引线的纵向部段并加以固定。由于变形，切割钳元件的引线存放架的区域经受了较高的机械负荷。据此，根据本发明的、具有银含量为15至73质量百分比的锡-银合金的表面涂层优选至少设置在切割钳元件的引线存放架的区域内，以便避免晶须形成。
根据本发明所述的、被设计为通过压接或者说卷边建立电接触的接触元件具有塑性变形的区域，这些区域由此被挤入配对触点、例如引线中，并由此建立起不可分的电接触。根据本发明，在这种接触元件中，具有银含量为15至73质量百分比的锡-银合金的表面涂层至少被设置在那些会由于塑性变形而产生高表面压力的区域内。
在根据本发明的具有弹簧接触的接触元件中，被设计为用于弹性地压到配对触点上并且由此实现电接触的区域要承受着较高的机械负荷，因此，这种接触元件优选在这些有弹性的接触区域内具有根据本发明的表面涂层。
被设计为螺栓或者铆钉的接触元件优选完全地设有根据本发明的表面涂层。
所述接触元件优选主要由铜、铁或者铝或者一种含有上述其中至少一种金属作为主要成分的合金构成。在一种优选的实施方式中，所述接触元件被设计为冲压式板栅。这指的是这样一种接触元件，所述接触元件通过冲压由金属板构成。优选被设置为，通过所述冲压式板栅的折叠和/或折弯来建立电接触。所述接触元件在这些区域内承受着较高的机械负荷，因此，优选在该处采用根据本发明的、具有银含量为15至73质量百分比的锡-银合金的表面涂层。
在一种优选的设计中，所述接触元件至少部分地用塑料包封，以便构成插拔件或者以便保护接触元件。通过用塑料包封，作用力能够例如由于在温度改变的条件下不同的膨胀特性而作用于所述接触元件上，这种作用力导致较高的机械负荷，进而导致晶须风险增加。因此，根据本发明来设置具有银含量为15至73质量百分比的锡-银合金的表面涂层。
在本发明的一种尤其优选的实施方式中，所述接触元件可在离析出锡-银表面涂层之前至少部分地被镀镍，即具有由镍构成的镀层或者说镍层，根据本发明的锡-银表面涂层被涂覆到该镀层或镍层上。由于所述镍层，所述表面涂层在硬度和耐磨性方面得到了改进。此外，也由此防止所述接触元件受到腐蚀。
为了保护和/或为了改进滑移性能，SnAg表面涂层可被一个尤其是具有润滑剂或者说润滑油的保护层覆盖。此外，这个保护层还引起了所述锡-银表面涂层的钝化。例如考虑使用硫醇、石蜡或者一种接触润滑剂、例如作为可用作所述保护层的材料。
所述由锡-银构成的表面涂层可优选通过电镀、尤其是由一种酸性的或者强酸性的电镀的锡-银合金电解液被离析到所述接触元件上。所述电镀的涂层具有这样的优点，即：形成细晶质的、均匀的由锡和银构成的合金。所述涂层优选具有0.1μm至12μm之间、特别优选0.20至1.8μm之间的厚度。
优选在包含多个单元的流通式设备(带材电镀设备)中实现所述电镀的涂层。其中，所述接触元件被引导着穿过串联的单元，其中，这些单元填充有在其中溶解了锡离子和银离子的甲烷磺酸，并且，单元内的物质在单元内进行电镀的过程中被转移。
所述接触元件优选借助被布置在这些单元内的喷嘴利用其中溶解有锡离子和银离子的甲烷磺酸在这些单元中喷淋(anstroemen)。从而确保了，即便是具有复杂几何结构的接触元件也能够可靠地实现涂层。
如果所述接触元件作为冲压式板栅部件而存在，则在这样一个带材电镀设备中进行涂层是非常有利的。所述接触元件优选是作为带状冲压式板栅的一部分而运动穿过这些单元。在带状冲压式板栅经过所述带材电镀设备之后，就可分隔成各个单独的接触元件。由此简化了处理过程。
替选方案是，还可借助所谓的分散电镀、也被称作滚筒电镀来实现接触元件的根据本发明所述的涂层。所述单元被构造为筒状，并且被填充有其中溶解了锡离子和银离子的甲烷磺酸。所述滚筒填充有要涂层的部件并且缓慢地旋转。这种涂层方法尤其适用于不是作为冲压式板栅的一部分的接触元件，例如螺栓或者铆钉。
此外，在以已知的方式进行电镀涂层之后或之前，可执行所述接触元件的回流处理或者温度处理，由此根据需要来进一步改进表面特性或者与应用匹配。
附图说明
现借助多个实施例参照附图进一步说明本发明。
图1示出根据本发明的、用于借助触销来连接接线的接触元件；
图2示出压接的立体图以及截面图；
图3示出根据本发明的用于切割夹持连接的接触元件；
图4示出带材电镀装置的一个单元的示意性图示。
具体实施方式
图1示出了一种根据本发明的接触元件10，其在被构造为闸刀式触点的触销18与被构造为绞合线的接线50之间建立起电接触。所述接触元件具有第一部段，其被构造为具有两个支腿13a和13b的弹簧触点12。为了实现接触，触销18的顶端被推进这两个支腿13a与13b之间。这两个支腿13a和13b由此弯曲开来并且弹性和/或塑性地变形。两个支腿13a和13b由此由两侧压到触销18上并且将其固定，建立起电接触。为了持续地提供压紧力，在这个实施例中，设置一个单独的由不锈钢构成的部件14，其呈腔室状地套到弹簧触点12上并且向两个支腿13a和13b施加压力。
所述接触元件10具有被设计为压接式触点16的第二部段。第一部段和第二部段通过中间部段11连接起来。如图2A中详细所示，该部段为此具有横断面基本呈U型的引线存放架15，引线50被置入其中。部段16具有两个翼状的凸出部17a和17b。所述凸出部17a和17b在其自由端上呈刀刃状地偏斜。为了建立电接触，通过适合的工具使得凸出部17a和17b折弯并且以其自由端切入引线50中。
如示出了穿过压接触点16的横断面的图2B中所示，由单个绞合线52构成的引线50在此被压到一起。由此，首先在区域25中，在压接接触16内形成了极高的表面压力。
为了实现可靠、无铅且气密的电连接并且同时将构成晶须的风险降到最小，接触元件10至少在部段12和16上设有表面涂层30。在本实施例中，这个涂层的层厚为0.25μm至0.6μm之间。在所示实施例中，所述涂层由一种银含量大于30质量百分比、优选在40至55质量百分比之间的锡-银合金构成。
在图3中示出了一种用于切割钳式触点42的接触元件20。接触元件20具有引线存放架48，所述引线存放架构造用于在接触引线50被导入该引线存放架48的过程中以切入和/或压入的方式接触该接触线的纵向部段并加以固定。其中，该引线在通过箭头22所示的方向上被压入。引线存放架48被构造为实心的或者有弹性的V型凹槽，并且也被称作切割钳。在引线50被压入该切割钳48的呈V型构造的凹槽中时，所述切割钳48和引线50会发生塑性变形和弹性变形并且其外形轮廓相互匹配。通过这种方式，引线50直接与切割钳48接触。通过变形，切割钳48的区域承受着较高的机械负荷。在切割钳48的区域内，设有由一种银含量优选为55至60质量百分比的锡-银合金构成的表面涂层30。
如图4所示，在一个带材电镀设备内进行根据本发明构造的接触元件的表面涂层的涂覆。其中，带状的冲压式板栅(其中的接触元件被维持在一种尚未被完全冲裁的状态)移动通过多个先后连续的单元200。图4示意性地以俯视图示出了一个这样的单元。所述带状的冲压式板栅(未示出)在带子210上以输送方向230移动穿过单元200。电解液220位于所述单元内。在本实施例中，电解液220为液态的甲烷磺酸，锡离子和银离子被溶解在其中。所述电解液在该单元中被泵入一个循环，其中，通过喷嘴260实现向单元200中的导入，这种导入是朝向带子210，但又倾斜地向着带子220的移动方向，如通过箭头270所示。
一种适用于作为片状阳极240的材料是纯锡。银离子优选处于液态和/或溶解的状态，锡离子则优选以甲基磺酸锡的形式和/或通过锡阳极的可溶性被添加进来。由此形成的锡-银表面涂层的组成成分取决于银离子和锡离子的浓度，以及取决于电流密度。根据本发明，运行参数被调节成使得形成银含量为15至73质量百分比的表面涂层。

Claims (15)

1.一种用于非焊接型电连接的接触元件(10，20)，所述接触元件具有至少一个接触部段(12，16，48)，所述接触部段为尤其是通过切割钳夹持和/或弹簧接触和/或压接和/或卷边和/或铆接和/或螺栓连接和/或填密和/或折叠和/或折弯和/或插入和/或压入建立的电触点，其中，所述接触元件(10，20)至少局部地具有含锡的表面涂层(30)，其特征在于，所述表面涂层(30)含有15至73质量百分比的银。
2.根据权利要求1所述的接触元件，其特征在于，所述接触元件至少部分地通过包封而被塑料包绕。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的接触元件，其特征在于，所述表面涂层(30)以电镀的方式离析在所述接触元件上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的接触元件，其特征在于，所述表面涂层(30)含有30至65质量百分比之间的银。
5.根据权利要求4所述的接触元件，其特征在于，所述表面涂层(30)含有40至60质量百分比之间的银。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的接触元件，其特征在于，所述表面涂层(30)具有至少为0.1μm、最多为12μm的厚度。
7.根据权利要求6所述的接触元件，其特征在于，所述表面涂层(30)具有0.2μm至1.8μm之间的厚度。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的接触元件，其特征在于，所述接触元件主要由铜、或者铁、或者铝、或者一种包含铜或铁或铝作为主要成分的合金构成。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的接触元件，其特征在于，所述接触元件为冲压式板栅，其中，通过所述冲压式板栅的折弯或者折叠来建立电接触。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的接触元件，其特征在于，所述接触元件具有镍层，其中，含锡的表面涂层(30)被离析到所述镍层上。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的接触元件，其特征在于，所述表面涂层(30)至少部分地被保护层、尤其是润滑剂层所覆盖。
12.一种用于制造根据权利要求1至11中任一项所述的接触元件的方法，其中，为了构成所述表面涂层(30)，使锡和银从酸性的、尤其是甲基烷磺酸性的溶液中通过电镀的方式被离析到所述接触元件上。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，使所述接触元件引导穿过多个串联的单元(200)，其中，所述单元填充有锡离子和银离子被溶于其中的甲烷磺酸，并且，所述单元内的物质在单元内进行电镀的过程中被转移。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，使所述接触元件在所述单元(200)中借助喷嘴(260)随着锡离子和银离子被溶于其中的甲烷磺酸一起流动。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其特征在于，所述接触元件是运动穿过所述单元(200)的带状冲压式板栅的一部分。
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