DE10129648C2 - Verfahren und Anordnung zum elektromechanischen Beschichten von Metallelementen - Google Patents
Verfahren und Anordnung zum elektromechanischen Beschichten von MetallelementenInfo
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Description
Seit langem werden in der Elektrotechnik längliche Metallele
mente verwendet, die z. B. an ihrem einen Ende eine lötbare
Schicht und an ihrem anderen Ende eine steck-/schalt-kontakt
geeignete Schicht aufweisen. Solche Metallelemente bilden
elektrische Verbindungsteile, wie sie beispielsweise bei
Steckverbindern, so genannten Lead-Frames oder als Relais
kontakte verwendet werden. Die lötbaren Schichten sind in der
Regel bleihaltige Zinnlegierungsschichten, die auf
elektrochemischem Wege auf das jeweilige Metallelement aufge
bracht wurden. Die kontaktgeeigneten Schichten werden als
Edelmetallschichten ebenfalls auf elektrochemischen Wege
aufgebracht und stellen zum Beispiel Gold-, Gold/Nickel-, Ko
balt-, Gold/Palladium- und Gold/Palladium/Nickel-Schichten
dar. Das elektrochemische Aufbringen dieser bekannten
Schichten ist verhältnismäßig aufwendig, weil sowohl die löt
bare Schicht für sich als auch die steck-
/schaltkontaktgeeignete Schicht für sich in jeweils einem be
sonderen Beschichtungsverfahren elektrochemisch aufgebracht
werden müssen. Dadurch ist der Aufwand für das Beschichten
verhältnismäßig groß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum
Herstellen mindestens einer lötbaren Schicht und mindestens
einer kontaktgeeigneten Schicht auf Metallelementen durch
elektrochemisches Beschichten anzugeben, bei dem mindestens
ein Bereich der Metallelemente mittels eines Zinnlegierungs
elektrolyten in einem Abscheideprozess mit der lötbaren
Schicht aus einer Zinnlegierung und in einem weiteren Abscheideprozess
mindestens ein weiterer Bereich mit der kon
taktgeeigneten Schicht versehen wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß mindestens ein
Bereich der Metallelemente mittels eines Zinn/Silber-Elek
trolyten in einem Abscheideprozess mit der lötbaren Schicht
aus einer Zinn/Silber-Legierung versehen und mindestens ein
weiterer Bereich mittels eines Zinn/Silber-Elektrolyten mit
der kontaktgeeigneten Schicht aus einer Zinn/Silber-Legierung
mit einer von der eutektischen Zusammensetzung abweichenden
Legierungszusammensetzung versehen, wobei der Abscheidepro
zess der kontaktgeeigneten Schicht mit einer im Vergleich zum
Abscheidungsprozess der lötbaren Schicht veränderten Zinn/
Silber-Elektrolyt-Zusammensetzung und/oder Abscheidestrom
dichte, Hydrodynamik, Temperatur durchgeführt wird.
Vorteilhaft ist an dem erfindungsgemäßen Verfahren vor allem,
dass unter Verwendung eines Zinnlegierungselektrolyten beide
Schichten aufgebracht werden können; dadurch entfällt nicht
nur die Bevorratung unterschiedlicher Elektrolyten, sondern
es können beide Schichten aufgebracht werden, ohne dass zwi
schen dem Aufbringen der lötbaren Schicht und dem Auftragen
der kontaktgeeigneten Schicht Spühlschritte und dergleichen
durchgeführt werden müssen. Dabei ist auch sichergestellt,
dass die steck-/schaltkontaktgeeignete Schicht beim Löten im
Bereich der lötbaren Schicht keinen Schaden nimmt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können kontaktgeeignete
Schichten verschiedener Art hergestellt werden. Zum Herstel
len einer steck-/schaltkontaktgeeigneten Schicht als kontakt
geeigneter Schicht wird in dem Abscheideprozess für die kon
taktgeeignete Schicht eine Schicht mit einem Silberanteil
zwischen 5 und 95 Gewichtsprozent und einem Zinnanteil zwi
schen 95 und 5 Gewichtsprozent abgeschieden.
Zum Herstellen einer bondkontaktgeeigenten Schicht als kon
taktgeeigneter Schicht in dem weiteren Abscheideverfahren
wird eine Schicht mit einem Silberanteil größer als etwa 90
Gewichtsprozent abgeschieden.
Vorteilhafterweise wird zunächst der Abscheideprozess der
kontaktgeeigneten Schicht an den Metallelementen und danach
der Abscheideprozess der lötbaren Schicht auf den mindestens
einen Bereich der Metallelemente durchgeführt.
Hinsichtlich der Abfolge in der Aufbringung der lötbaren und
der kontaktgeeigneten Schicht auf die Metallelemente kann das
erfindungsgemäße Verfahren in unterschiedlicher Weise durch
geführt werden. Als vorteilhaft wird es angesehen, wenn zu
nächst in einem Abscheideprozess die Metallelemente mit der
kontaktgeeigneten Schicht versehen werden und danach in einem
anderen Abscheideprozess auf den mindestens einen Bereich der
Metallelemente die lötbare Schicht gebildet wird. Diese Aus
führungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hat den Vor
teil, dass zunächst auch das gesamte Metallelement mit der
kontaktgeeigneten oder der bondkontaktgeeigneten Schicht ver
sehen werden kann und anschließend gezielt nur der Bereich
mit der lötbaren Schicht versehen wird, der dazu vorgesehen
ist. Dabei wird in vorteilhafter Weise eine Maskierung ge
spart.
Bei einer besonders vorteilhaften Form des erfindungsgemäßen
Verfahrens werden die lötbare Schicht und die steck-
/schaltkontaktgeeignete oder bondkontaktgeeignete Schicht
gleichzeitig aufgebracht, indem die Metallelemente so angeordnet
werden, dass ihr einer Bereich in einem ersten Be
schichtungsraum zur Durchführung des Abscheideprozesses der
lötbaren Schicht und ihr weiterer Bereich in einem zweiten
Beschichtungsraum zur Durchführung des Abscheideprozesses der
kontaktgeeigneten Schicht liegen. Ein besonderer Vorteil die
ser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird
darin gesehen, dass die Metallelemente schnell in einem ein
zigen Durchgang sowohl mit der lötbaren als auch mit der kon
taktgeeigneten Schicht versehen werden können, wodurch die
Durchlaufzeiten in der Fertigung erheblich verkürzt werden.
Bei einer ebenfalls als besonders vorteilhaft erachteten Aus
führungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Zinn/
Silber-Elektrolyt mit Zinn- und Silber-Ionen und organischen
Zusätzen sowie Wasser und einem pH-Wert kleiner als 2 verwen
det.
Ein solcher Elektrolyt ist an sich aus der US-Patentschrift
5,911,866 bekannt; die Verwendung eines solchen Elektrolyten
bringt den besonderen Vorteil mit sich, dass er das Aufbrin
gen von bleigehaltfreien Zinnlegierungsschichten erlaubt, de
ren Verwendung in zunehmenden Maße wegen der Toxizität des
Bleis als kritisch erachtet wird.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Anordnung zum e
lektrochemischen Beschichten von Metallelementen mit einer
mit einem Zinnlegierungselektrolyten gefüllten elektrochemi
schen Zelle, in der sich in einem Aufnahmebereich das mit dem
Minuspol einer Stromversorgungseinrichtung verbundene Me
tallelement und außerhalb des Aufnahmebereichs eine an den
Pluspol der Stromversorgungseinrichtung angeschlossene flä
chenhafte Elektrode befinden.
Eine solche Anordnung ist anhand der Verfahrensbeschreibung
der oben bereits genannten US-Patentschrift 5,911,866 eben
falls entnehmbar. Mit dieser bekannten
Anordnung lassen sich längliche Metallelemente mit
Zinn/Silber-Schichten versehen, die frei von Blei sind und
als Kontaktmaterial in der Elektrotechnik geeignet sind.
Um eine solche Anordnung so weiterzuentwickeln, dass mit ihr
in vorteilhaft kurzer Zeit Metallelemente sowohl mit einer
lötbaren Schicht als auch mit einer kontaktgeeigneten Schicht
versehen werden können, besteht erfindungsgemäß die flächen
hafte Elektrode aus einer Zinnlegierung, und es ist in dem
Aufnahmebereich für das Metallelement mindestens eine weitere
flächenhafte Elektrode aus einer Zinnlegierung als Anode
angeordnet.
Zur Lösung der oben angegebenen Aufgabe ist bei einer weite
ren Ausführung der Erfindung die Anordnung so ausgebildet,
dass die flächenhafte Elektrode aus einem inerten Werkstoff
besteht und in dem Aufnahmebereich für das Metallelement
mindestens eine weitere flächenhafte Elektrode aus einem
inerten Werkstoff als Anode angeordnet ist.
Vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Anordnung beiderlei
Ausführungsformen ist vor allem, dass sie in sich gewisser
maßen zwei Beschichtungseinrichtungen vereinigt, weil au
ßerhalb des Bereichs der weiteren flächenhaften Elektrode
eine Beschichtung eines Metallelementes mit einer lötbaren
Schicht aus einer Zinnlegierung und im Bereich der weiteren
flächenhaften Elektrode durch entsprechende Stromdichte-Ver
änderung eine Beschichtung mit der kontaktgeeigneten Schicht
erzeugbar ist. Beide Beschichtungsprozesse verlaufen zeitlich
parallel, was nicht nur zur Einsparung an Fertigungszeiten
führt, sondern auch den apparativen Aufwand zum Aufbringen
der beiden Schichten relativ klein hält.
Um das Beschichten zwar zeitlich parallel aber räumlich ge
trennt in der einen Anordnung durchführen zu können, ist vor
teilhafter Weise der Teil des Aufnahmebereichs mit der weite
ren flächenhaften Elektrode von einem Gehäuse mit Schlitz zum
Hindurchführen des Metallelementes umgeben.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfin
dungsgemäßen Anordnung ist die Stromversorgungseinrichtung
derart eingestellt ist, dass über die eine flächenhafte
Elektrode und die weitere flächenhafte Elektrode unterschied
lich große, konstante Ströme derart fließen, dass mit der
weiteren flächenhaften Elektrode eine relativ geringe Strom
dichte erzeugt wird.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist in der Figur ein
Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Durchführung des er
findungsgemäßen Verfahrens wiedergegeben.
Die Figur zeigt eine elektrochemische Zelle 1, in der eine
flächenhafte Elektrode 2 untergebracht ist, die bei einer zy
lindrischen Zelle ebenfalls zylindrisch ausgebildet ist. Die
flächenhafte Elektrode 2 ist an einen Pluspol 4 einer
Stromversorgungseinrichtung 5 angeschlossen.
Innerhalb der flächenhaften Elektrode 2 endet eine in der Fi
gur nur schematisch dargestellte Halteeinrichtung 6 für ein
Metallelement 7, das zu beschichten ist. Die Halteeinrichtung
6 bildet gleichzeitig eine elektrische Verbindung 8 zu einem
Minuspol 9 der Stromversorgungseinrichtung 5.
Der zur Aufnahme des Metallelementes 7 vorgesehene Raum in
der Zelle 1 weist einen Aufnahmebereich 10 auf, der von einem
Gehäuse 11 mit Schlitzen 12 und 13 zum Hindurchführen des
Metallelementes 7 gebildet ist. Innerhalb dieses Gehäuses 11
befindet sich eine weitere flächenhafte Elektrode, die als
Anode 14 mit einem weiteren Pluspol 15 der Stromversorgungs
einrichtung 5 verbunden ist.
Das zu beschichtende Metallelement 7 liegt mit seinem mittle
ren Teil 16 innerhalb des Gehäuses 11, weil es dort mit einer
kontaktgeeigneten Schicht versehen werden soll. Dies ge
schieht mit einem in der Zelle 1 befindlichen Zinn/Silber-
Elektrolyten 17 in der Weise, dass mit der weiteren
flächenhaften Elektrode 14 innerhalb des Gehäuses 11 durch
entsprechende Einstellung der Stromversorgungseinrichtung 5
mit einer relativ kleinen Stromdichte gearbeitet wird,
wodurch sich auf dem Teil 16 des Metallelements 7 eine steck-
/schaltkontaktgeeignete Schicht aus einer Zinn/Silber-Le
gierung mit mindestens sieben Gewichtsprozenten Silber nie
derschlägt, die eine von der eutektischen Zusammensetzung
abweichende Legierungszusammensetzung mit erhöhten Schmelz
punkt aufweist.
Außerhalb des Gehäuses 11 werden an den beiden Enden 18 und
19 des Metallelementes 7 lötbare Silber/Zinnlegierungs-
Schichten mit nahe dem Eutektikum liegender Legierungszusam
mensetzung elektrochemisch aufgebracht, deren Silberanteil 7
oder weniger Gewichtsprozente, vorteilhaft 3,5 Gewichtspro
zente Silber beträgt.
Nach dem Beschichten wird das Metallelement 7 aus der Zelle 1
entnommen und nach weiteren Behandlungsschritten, wie zum
Beispiel spülen, in der Mitte durchtrennt, um elektrische
Kontaktstücke zu gewinnen, die an ihrem einen Ende eine löt
bare Schicht und an ihrem anderen Ende eine steck-
/schaltkontaktgeeignete Schicht aufweisen.
Claims (11)
1. Verfahren zum Herstellen einer lötbaren Schicht und einer
kontaktgeeigneten Schicht auf Metallelementen durch elekt
rochemisches Beschichten,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens ein Bereich der Metallelemente mittels eines Zinn/Silber-Elektrolyten in einem Abscheideprozess mit der lötbaren Schicht aus einer Zinn/Silber-Legierung versehen wird und mindestens ein weiterer Bereich mittels eines Zinn/Silber-Elektrolyten mit der kontaktgeeigneten Schicht aus einer Zinn/Silber-Legierung mit einer von der eutekti schen Zusammensetzung abweichenden Legierungszusammen setzung versehen wird,
wobei der Abscheideprozess der kontaktgeeigneten Schicht mit einer im Vergleich zum Abscheidungsprozess der lötba ren Schicht veränderten Zinn/Silber-Elektrolyt- Zusammensetzung und/oder veränderten Abscheidestromdichte, Hydrodynamik, Temperatur durchgeführt wird.
mindestens ein Bereich der Metallelemente mittels eines Zinn/Silber-Elektrolyten in einem Abscheideprozess mit der lötbaren Schicht aus einer Zinn/Silber-Legierung versehen wird und mindestens ein weiterer Bereich mittels eines Zinn/Silber-Elektrolyten mit der kontaktgeeigneten Schicht aus einer Zinn/Silber-Legierung mit einer von der eutekti schen Zusammensetzung abweichenden Legierungszusammen setzung versehen wird,
wobei der Abscheideprozess der kontaktgeeigneten Schicht mit einer im Vergleich zum Abscheidungsprozess der lötba ren Schicht veränderten Zinn/Silber-Elektrolyt- Zusammensetzung und/oder veränderten Abscheidestromdichte, Hydrodynamik, Temperatur durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
in dem Abscheideprozess für die kontaktgeeignete Schicht eine
Schicht mit einem Silberanteil zwischen 5 und 95 Gewichtspro
zent und einem Zinnanteil zwischen 95 und 5 Gewichtsprozent
abgeschieden wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
zum Herstellen einer bondkontaktgeeigenten Schicht in dem Ab
scheideprozess der kontaktgeeigneten Schicht eine Schicht mit
einem Silberanteil größer als etwa 90 Gewichtsprozent ab
geschieden wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
zunächst der Abscheideprozess der kontaktgeeigneten
Schicht an den Metallelementen und danach der Abschei
deprozess der lötbaren Schicht auf den mindestens einen
Bereich der Metallelemente durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die lötbare Schicht und die steck-/schaltkontaktgeeignete
Schicht gleichzeitig aufgebracht werden, indem die Metall
elemente so angeordnet werden, dass ihr einer Bereich in
einem ersten Beschichtungsraum zur Durchführung des Ab
scheideprozesses der lötbaren Schicht und ihr weiterer Be
reich in einem zweiten Beschichtungsraum zur Durchführung
des Abscheideprozesses der kontaktgeeigneten Schicht lie
gen.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Zinn/Silber-Elektrolyt mit Zinn- und Silber-Ionen und
organischen Zusätzen, Wasser und einem pH-Wert kleiner als
2 verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5
dadurch gekennzeichnet, dass
die steck-/schaltkontaktgeeignete Schicht mit einer
Zinn/Silber-Legierung mit mindestens 7 Gewichtsprozenten
Silber und die lötbare Schicht mit weniger als 7 Gewichts
prozenten Silber in seiner Zinn/Silber-Legierung erzeugt
wird.
8. Anordnung zum elektrochemischen Beschichten von Metallele
menten mit einer mit einem Zinnlegierungselektrolyten gefüll
ten elektrochemischen Zelle (1), in der sich in einem Aufnah
mebereich (10) das mit dem Minuspol (9) einer Stromversor
gungseinrichtung (5) verbundene Metallelement (7) und au
ßerhalb des Aufnahmebereichs (10) eine an den Pluspol (4) der
Stromversorgungseinrichtung (5) angeschlossene flächenhafte
Elektrode (2) befinden,
dadurch gekennzeichnet, dass
die flächenhafte Elektrode (2) aus einer Zinnlegierung be steht und
in dem Aufnahmebereich (10) für das Metallelement (7) min destens eine weitere flächenhafte Elektrode (14) aus einer Zinnlegierung als Anode (14) angeordnet ist.
die flächenhafte Elektrode (2) aus einer Zinnlegierung be steht und
in dem Aufnahmebereich (10) für das Metallelement (7) min destens eine weitere flächenhafte Elektrode (14) aus einer Zinnlegierung als Anode (14) angeordnet ist.
9. Anordnung zum elektrochemischen Beschichten von Metallele
menten mit einer mit einem Zinnlegierungselektrolyten gefüll
ten elektrochemischen Zelle (1), in der sich in einem Aufnah
mebereich (10) das mit dem Minuspol (9) einer Stromversor
gungseinrichtung (5) verbundene Metallelement (7) und au
ßerhalb des Aufnahmebereichs (10) eine an den Pluspol (4) der
Stromversorgungseinrichtung (5) angeschlossene flächenhafte
Elektrode (2) befinden,
dadurch gekennzeichnet, dass
die flächenhafte Elektrode aus einem inerten Werkstoff be steht und
in dem Aufnahmebereich für das Metallelement mindestens eine weitere flächenhafte Elektrode aus einem inerten Werkstoff als Anode angeordnet ist.
die flächenhafte Elektrode aus einem inerten Werkstoff be steht und
in dem Aufnahmebereich für das Metallelement mindestens eine weitere flächenhafte Elektrode aus einem inerten Werkstoff als Anode angeordnet ist.
10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Teil des Aufnahmebereichs (10) mit der weiteren flä
chenhaften Elektrode als Anode (14) von einem Gehäuse (11)
mit Schlitzen (12, 13) zum Hindurchführen des Me
tallelements (7) umgeben ist.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Stromversorgungseinrichtung derart eingestellt ist,
dass über die eine flächenhafte Elektrode (2) und die wei
tere flächenhafte Elektrode (14) unterschiedlich große,
konstante Ströme derart fließen, dass mit der weiteren
flächenhaften Elektrode (14) eine relativ geringe Strom
dichte erzeugt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10129648A DE10129648C2 (de) | 2000-06-20 | 2001-06-14 | Verfahren und Anordnung zum elektromechanischen Beschichten von Metallelementen |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10030188 | 2000-06-20 | ||
DE10129648A DE10129648C2 (de) | 2000-06-20 | 2001-06-14 | Verfahren und Anordnung zum elektromechanischen Beschichten von Metallelementen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10129648A1 DE10129648A1 (de) | 2002-01-10 |
DE10129648C2 true DE10129648C2 (de) | 2003-06-26 |
Family
ID=7646268
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE10129648A Expired - Fee Related DE10129648C2 (de) | 2000-06-20 | 2001-06-14 | Verfahren und Anordnung zum elektromechanischen Beschichten von Metallelementen |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10129648C2 (de) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005055742A1 (de) * | 2005-11-23 | 2007-05-24 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum Herstellen einer kontaktgeeigneten Schicht auf einem Metallelement |
DE102011088211A1 (de) * | 2011-12-12 | 2013-06-13 | Robert Bosch Gmbh | Kontaktelement und Verfahren zu seiner Herstellung |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5911866A (en) * | 1997-01-20 | 1999-06-15 | Dipsol Chemicals Co., Ltd. | Acid tin-silver alloy electroplating bath and method for electroplating tin-silver alloy |
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2001
- 2001-06-14 DE DE10129648A patent/DE10129648C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5911866A (en) * | 1997-01-20 | 1999-06-15 | Dipsol Chemicals Co., Ltd. | Acid tin-silver alloy electroplating bath and method for electroplating tin-silver alloy |
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Publication number | Publication date |
---|---|
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