DE102005005926A1

DE102005005926A1 - Kontaktstecker

Info

Publication number: DE102005005926A1
Application number: DE200510005926
Authority: DE
Inventors: Yasushi Yokkaichi Saitoh
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2004-02-10
Filing date: 2005-02-09
Publication date: 2005-09-15
Also published as: US7922545B2; CN1674359A; JP2005226089A; CN100397718C; JP4302545B2; US20050176267A1

Abstract

Ein Kontaktstecker bzw. Bananenstecker ist so angepasst, dass er in ein Durchgangsloch einer Platine eingepresst werden kann, um diese elektrisch mit dem Kontaktstecker zu verbinden. Der Kontaktstecker weist einen Anschlussbasisabschnitt und einen in die Platine einzufügenden Abschnitt auf, die zumindest teilweise mit Zinn beschichtet sind. Die Zinnschicht weist eine Dicke von 0,1 bis 0,8 µm einschließlich auf.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kontaktstecker bzw. Bananenstecker, bei welchem eine Zinnbeschichtung nicht abgeschabt wird.

Es wurden bereits Kontaktstecker vorgeschlagen, die eine spezielle Form aufweisen, um das Abblättern (Abschaben) von Beschichtungen im Durchgangsloch während des Einsteckens zu verhindern (siehe z.B. JP-A-2001-148261).

Weiterhin wurde ein Kontaktstecker vorgeschlagen, der an einem Abschnitt mit Zinn beschichtet ist, der nicht der eingepresste bzw. geklemmte Abschnitt ist, um die Montagekraft zu verringern (siehe, z.B., JP-A-2000-67943).

Ein mit Zinn beschichteter Kontaktstecker weist eine ausgezeichnete Verlässlichkeit der Verbindung zu einem elektrisch leitfähigen Durchgangsloch in der Platine auf, hat jedoch den Nachteil, dass die Zinnabscheidung während des Einfügens in das Durchgangsloch in der Platine abblättern kann, was zu Abplatzungen führt, die umgebende Schaltkreise usw. nachteilig beeinflussen können.

Es kann daher vorgeschlagen werden, dass der Kontaktstecker anstelle von Zinn mit Nickel beschichtet wird, das härter als Zinn ist. Eine Nickelbeschichtung ist jedoch im Vergleich zu einer Zinnbeschichtung nachteiliger bezüglich der Verlässlichkeit der Verbindung.

Die Erfindung wurde erarbeitet, um die vorstehend erwähnten Probleme zu lösen.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Kontaktstecker zu schaffen, der eine speziell gewählte Dicke der abgeschie denen Schichten aufweist, um das Abschaben der Zinnabscheidung zu vermeiden.

Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Kantaktstecker geschaffen, der dazu angepasst ist, in ein Durchgangsloch einer Platine eingesteckt bzw. eingepresst zu werden, um diese elektrisch mit dem Kantaktstecker zu verbinden, wobei der Kantaktstecker Folgendes aufweist: Einen Anschlussbasisabschnitt und einen in die Platine einzufügenden Abschnitt, der zumindest teilweise mit Zinn beschichtet bzw. verzinnt ist, wobei eine Dicke der Zinnschicht zwischen 0.1 μm und 0.8 μm einschließlich liegt.

Durch diesen Aufbau ist der Kontaktstecker mit Zinn in einer Dicke von 0,1 bis 0,8 μm zumindest in dem Abschnitt versehen, der in die Platine eingesteckt wird. Da die Zinnabscheidung eine äußerst dünne Schicht ist, kann in dieser Anordnung der Effekt der Härte der Matrix bzw. des Grundmaterials (z.B. einer Kupferlegierung) des Kontaktsteckers genutzt werden, um ein Abschaben des Zinns beim Einstecken in das Durchgangsloch einzuschränken bzw. zu verhindern.

Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird auf einen mit dem Zinn zu beschichtenden Abschnitt eine Zwischenschicht aus Kupfer in einer Dicke von 0,5 bis 1,0 μm einschließlich aufgetragen.

Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird auf einen mit dem Zinn zu beschichtenden Abschnitt eine Zwischenschicht aus Nickel in einer Dicke von 1 bis 1,3 μm einschließlich aufgetragen.

Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird auf den mit dem Zinn zu beschichtenden Abschnitt die Zwischenschicht aus Kupfer aufgetragen und der mit dem Zinn zu beschichtende Abschnitt erhält darunter eine Grundierung aus dem Nickel.

Durch diesen Aufbau kann der Effekt der Härte der darunter liegenden Schicht oder Grundierung verwendet werden, um ein Abschaben der Zinnschicht noch besser einzuschränken bzw. zu verhindern.

Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird durch Wärmebehandlung eine Zinn-Kupfer-Diffusionsschicht zwischen der Zinnschicht und der Kupferschicht gebildet.

In diesem Aufbau kann der Effekt der Härte der Diffusionsschicht verwendet werden, um das Abschaben der Zinnabscheidung noch besser einzuschränken bzw. zu verhindern.

1A bis 1D sind jeweils Ansichten von vorn, die den Vorgang des Einsteckens eines Kontaktsteckers nach einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen;
2A bis 2E sind jeweils vergrößerte Ausschnitte des beschichteten Abschnitts des Kontaktsteckers;
3 ist ein Schaubild, welches die Ergebnisse eines Alterungstests bei hoher Temperatur bei einem Produkt nach einer Ausführungsform der Erfindung und bei einem Produkt aus dem Stand der Technik veranschaulicht; und
4 zeigt einen Zustand der Zinnabscheidung bzw. Verzinnung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung abhängig von ihrer zwischen 0 und 1 μm einschließlich liegenden Dicke.
Nun werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genau beschrieben.
Wie in 1A gezeigt, weist der Kontaktstecker 1 einen Anschlussbasisabschnitt 1a und einen in die Platine einzufügenden Abschnitt 1b auf. Auf dem in die Platine einzufügenden Abschnitt 1b sind ein vorderer Endeinfügeabschnitt 1d, der ein Durchgangsloch 2a in einer Platine 2 durchstößt, und ein Kontakteinfügeabschnitt 1c ausgebildet, der mit dem Durchgangsloch 2a in Kontakt steht. Ein ausgehöhlter Schlitzabschnitt 1e wird so gebildet, dass er sich zwischen dem Kontakteinfügeabschnitt 1c und dem vorderen Endeinfügeabschnitt 1d erstreckt. Das Beschichtungsverfahren ist nicht darauf beschränkt, dass der Kontaktstecker die beispielhaft in 1 gezeigte Form aufweist, sondern kann auf Kontaktstecker mit unterschiedlichsten Formen angewendet werden.
An den beiden Außenseiten des Anschlussbasisabschnitts 1a des Kontaktsteckers sind jeweils Schultern 1f zum Einpressen mittels eines Werkzeugs vorgesehen. In dieser Anordnung wird der in die Platine einzufügende Abschnitt 1b durch gleichzeitiges Niederdrücken der beiden Schultern 1f mittels eines Werkzeugs in das elektrisch leitfähige Durchgangsloch 2a in der Platine 2 eingepresst, wie in den 1B und 1C gezeigt (siehe Pfeile a).
Obwohl dies nicht gezeigt ist, ist das Durchgangsloch in der Platine mit Kupfer (Cu) beschichtet bzw. verkupfert.
Der Kontaktstecker 1 wird aus einer Kupferlegierung hergestellt und ist mit Zinn 1g zumindest an dem in die Platine einzufügenden Abschnitt 1b in einer Dicke zwischen 0,1 und 0,8 μm einschließlich beschichtet, wie in 2A gezeigt. Die Zinnschicht 1g kann sich über die gesamte Oberfläche des Kontaktsteckers 1 oder nur über den Bereich des in die Platine einzufügenden Abschnitts 1b, der mit dem Durchgangsloch 2a in Kontakt steht, erstrecken.
Der in die Platine einzufügende Abschnitt 1a des Kontaktsteckers 1 ist somit mit Zinn 1g in einer Dicke zwischen 0,1 bis 0,8 μm einschließlich beschichtet. Da die Zinnabscheidung in dieser Anordnung eine äußerst dünne Schicht ist, kann der Effekt der Härte des Grundmaterials des Kontaktsteckers 1 (z.B. einer Kupferlegierung) eingesetzt werden, um ein Abschaben der Zinnabscheidung 1g während des Einfügens in das Durchgangsloch 2a zu verhindern.
4 zeigt eine Beschaffenheit der Zinnabscheidung 1g in ihrer Dicke von 0 bis 1 μm. Wie in 4 gezeigt, ist die Dicke der Zinnabscheidung 1g zu gering, wenn sie unter 0,1 μm fällt, was es wahrscheinlicher macht, dass die Verläßlichkeit der Verbindung beeinträchtigt werden kann. wenn andererseits die Dicke der Zinnabscheidung 1g 0,8 μm übersteigt, ist die Dicke der Zinnabscheidung 1g zu groß, was es wahrscheinlicher macht, dass der Oberflächenabschnitt abgeschabt werden kann. Es ist zu bevorzugen, dass die Dicke der Zinnabscheidung 1g zwischen 0,3 und 0,5 μm einschließlich liegt.
Wie in 2B gezeigt, kann der Abschnitt des Kontaktsteckers 1, der mit Zinn 1g zu beschichten ist, mit einer Grundierung aus Kupfer 1h mit einer Dicke von 0,5 bis 1 μm beschichtet bzw. verkupfert sein. Alternativ kann, wie in 2C gezeigt, der Abschnitt des Kontaktsteckers 1, der mit Zinn 1g zu beschichten ist, mit einer Grundierung aus Nickel (Ni) 1i in einer Dicke von 1 bis 1,3 μm beschichtet bzw. vernickelt sein. Alternativ kann, wie in 2D gezeigt, der Abschnitt des Kontaktsteckers 1, der mit Zinn 1g zu beschichten ist, mit einer Grundierung aus Kupfer 1h in einer Dicke von 0,5 bis 1 μm und mit einer Grundierung aus Nickel in einer Dichte von 1 bis 1,3 μm beschichtet sein. Die Nickelabscheidung bzw. Vernickelung weist die größte Härte auf. Die Kupferabscheidung bzw. Verkupferung weist die zweitgrößte Härte auf. Die Zinnabscheidung bzw. Verzinnung weist die geringste Härte auf.
Indem der Kontaktstecker 1 so mit Kupfer oder etwas Ähnlichem als Grundierung beschichtet wird, kann der Effekt der Härte der abgeschiedenen Grundierung oder der abgeschiedenen Zwischenschicht verwendet werden, um ein Abschaben der Zinnschicht 1g noch besser einzuschränken bzw. zu verhindern.
Wie in 2E gezeigt, kann eine Zinn-Kupfer-Diffusionsschicht 1j zwischen der Verzinnung 1g und der Verkupferung 1h in den 2B und 2D durch Wärmebehandlung gebildet werden. Wenn die Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 150°C und 170°C durchgeführt wird, kann Kupfer aufgrund der Wärmebehandlung beginnend an dem Ort in der Umgebung der Grenzfläche zur Verkupferung 1h leicht in die Verzinnung eindiffundieren, um die Verzinnungsschicht 1g in eine Cu₆Sn₅-Diffusionsschicht 1j umzuwandeln, was die Legierungsbildung beschleunigt.
Indem so die Diffusionsschicht 1j gebildet wird, kann die sich ergebende Härte der Diffusionsschicht 1j genutzt werden, um das Abschaben der Zinnabscheidung 1g noch besser einzuschränken bzw. zu verhindern.
3 ist ein Schaubild, welches die Ergebnisse eines Hochtemperatur-Alterungstests zeigt. Der obere Teil dieses Schaubilds zeigt die Ergebnisse des Tests eines Kontaktsteckers 1 nach einer Ausführungsform der Erfindung, der an dem Abschnitt, an dem er mit Zinn 1g zu beschichten ist, mit einer Grundierung aus Nickel (Ni) 1i beschichtet ist. Der untere Teil dieses Schaubilds zeigt die Ergebnisse des Tests für einen Kontaktstecker nach dem Stand der Technik, der nur mit Nickel (Ni) beschichtet ist. Das Durchgangsloch 2a der Platine 2 ist lediglich mit Kupfer (Cu) beschichtet.
Die zwei beispielhaften Kontaktstecker wurden jeweils bei 105°C und 120°C für 500 Stunden dauergetestet. Die Temperatur von 105°C ist ein Wert, der auf Grund der Annahme vorgeschlagen wird, dass der Stecker in der Fahrgastzelle eingesetzt wird, wenn er in einem Automobil verwendet wird. Die Temperatur von 120°C ist ein wert, der auf Grund der Annahme vorgeschlagen wird, dass er im Motorraum usw. eingesetzt wird.
Das Produkt nach einer Ausführungsform der Erfindung, das in dem oberen Fall des Schaubilds gezeigt wird, zeigte selbst nach 300 Stunden der Alterung bei 105°C einen stabilen Kontaktwiderstand. Das Produkt nach der einen Ausführungsform der Erfindung zeigte zudem im Vergleich zum Widerstand bei 105°C einen leichten Anstieg des Kontaktwiderstands bei 120°C. Es ist jedoch deutlich, dass das Produkt nach der Ausführungsform der Erfindung einen geringen Anstieg des Kontaktwiderstands bei jeder der beiden Temperaturen zeigt. Diese Ergebnisse zeigen, dass das Produkt nach einer Ausführungsform der Erfindung als ein Kontaktstecker für einen Steckverbinder nicht nur in der Fahrgastzelle eines Automobils, sondern auch im Motorraum usw. genutzt werden kann.
Dagegen neigt das Produkt aus dem Stand der Technik, das im unteren Teil des Schaubilds gezeigt wird, dazu, eine instabile Änderung des Kontaktwiderstands bei jeder der beiden Temperaturen 105°C und 120°C zu zeigen. Es ist deutlich, dass das Produkt aus dem Stand der Technik einen plötzlichen Anstieg des Kontaktwiderstands auf das Tausendfache insbesondere bei 120°C zeigt. Diese Ergebnisse zeigen, dass das Produkt aus dem Stand der Technik nur schwerlich als ein Kontaktstecker für eine Verbindung bzw. einen Steckverbinder in einem Motorraum eines Automobils eingesetzt werden kann, wenn nicht Maßnahmen ergriffen werden, um die Kontaktbelastung bzw. den Druck auf die Kontaktstelle zu erhöhen.
Zusammenfassend leistet die Erfindung Folgendes:
Ein Kontaktstecker bzw. Bananenstecker ist so angepasst, dass er in ein Durchgangsloch einer Platine eingepresst werden kann, um diese elektrisch mit dem Kontaktstecker zu verbinden. Der Kontaktstecker weist einen Anschlussbasisabschnitt und einen in die Platine einzufügenden Abschnitt auf, die zumindest teilweise mit Zinn beschichtet sind. Die Zinnschicht weist eine Dicke von 0,1 bis 0,8 μm einschließlich auf.

Claims

Ein Kontaktstecker bzw. Bananenstecker (1), der dazu angepasst ist, in ein Durchgangsloch (2a) einer Platine (2) eingepresst zu werden, um diese elektrisch mit dem Kontaktstecker zu verbinden, der Folgendes aufweist: Einen Anschlussbasisabschnitt (1a); und einen in die Platine einzufügenden Abschnitt (1b), der zumindest teilweise mit Zinn beschichtet ist, wobei eine Dicke der Zinnschicht (1g) zwischen 0.1 μm und 0.8 μm einschließlich liegt.
Der Kontaktstecker (1) nach Anspruch 1, wobei ein mit dem Zinn zu beschichtender Abschnitt mit einer Grundierung aus Kupfer (1h) in einer Dicke von 0,5 bis 1 μm einschließlich beschichtet ist.
Der Kontaktstecker nach Anspruch 1, wobei ein mit dem Zinn zu beschichtender Abschnitt mit einer Grundierung aus Nickel (1i) in einer Dichte von 1 bis 1,3 μm einschließlich beschichtet ist.
Der Kontaktstecker nach Anspruch 2, wobei durch Wärmebehandlung eine Zinn-Kupfer-Diffusionsschicht (1j) zwischen einer Zinnschicht (1g) und einer Kupferschicht (1h) gebildet wird.
Der Kontaktstecker nach Anspruch 1, wobei ein mit Zinn zu beschichtender Abschnitt mit Kupfer (1h) und Nickel (1i) beschichtet bzw. verkupfert und vernickelt ist.
Der Kontaktstecker nach Anspruch 5, wobei der mit dem Zinn zu beschichtende Abschnitt eine Zwischenschicht bzw. mittlere Schicht aus Kupfer (1h) aufweist, und der mit dem Zinn zu beschichtende Abschnitt mit einer Grundierung aus Nickel (1i) beschichtet bzw. vernickelt ist.
Der Kontaktstecker nach Anspruch 6, wobei die Kupferzwischenschicht (1h) eine Dicke von 0,5 bis 1 μm einschließlich aufweist, und die Nickelzwischenschicht (1i) eine Dicke von 1 bis 1,3 μm einschließlich aufweist.