DE102012109057B3 - Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktelements und elektrisches Kontaktelement - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung elektrischen Kontaktelements, wobei das Kontaktelement im Wesentlichen aus einem Grundkörper gebildet ist, wobei der Grundkörper folgende Verfahrensschritte in der aufgelisteten Reihenfolge durchläuft: a. eine Entfettung der Oberfläche, beispielsweise durch eine elektrolytische Entfettung, b. eine Spülung zur Befreiung von eventuell vorhandenen chemischen Rückständen, c. eine Aktivierung der Oberfläche, d. eine Abscheidung einer Nickelschicht, e. eine weitere Spülung zur Befreiung von eventuell vorhandenen chemischen Rückständen, f. eine Abscheidung einer Nickellegierung, g. eine weitere Spülung zur Befreiung von eventuell vorhandenen chemischen Rückständen, h. eine Abscheidung einer Goldschicht oder einer Goldlegierung.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kontaktelement nach dem Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktelements und elektrisches Kontaktelement solchen Kontaktelements nach Anspruch 1.
  • Derartige Kontaktelemente werden häufig in Isolierkörpern von Steckverbindern eingesetzt. An das Kontaktelement wird ein elektrischer Leiter elektrisch angeschlossen, beispielsweise durch die so genannte Crimptechnik. Kontaktelemente können als Stift- oder Buchsenkontakte ausgeführt sein.
  • Die DE 196 17 488 C2 offenbart ein Kontaktelement, umfassend einen Grundkörper aus Wolfram oder einer Wolfram- Legierung, wobei der Grundkörper (zumindest teilweise mit einer nickelhaltigen Grundschicht und einer diese überdeckenden gold-, silber- oder kupferhaltigen Kontaktschicht versehen ist.
  • Die EP 1 421 651 B1 zeigt einen elektrischen Kontakt, welcher einen Grundkörper aus einer Kupferbasislegierung oder aus Edelstahl und eine Kontaktschicht aus einer Goldbasislegierung hat. Die Kontaktschicht ist wenigstens 0,3 μm dick und besteht im Wesentlichen aus Gold.
  • Die DE 699 17 7620 T2 zeigt ein wässriges Elektrolytbad für die elektrolytische Abscheidung einer Metallionen-Wolfram-Legierung. Auf eine solche Legierung kann grundsätzlich Gold oder eine Goldlegierung abgeschieden werden.
  • Die DE 699 17 620 T2 zeigt ein wässriges Elektrolytbad für die Goldbeschichtung von vorbehandelten Metallkörpern. Beim Verfahren wird ein Pulsstrom verwendet, um das Bilden von Passivschichten auf den Metallkörpern zu vermeiden.
  • Ein galvanisches Verfahren mit Pulsstrom ist sehr kompliziert zu steuern und birgt eine hohe Fehlerquelle. Unter Umständen kann viel Ausschuss produziert werden.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein galvanisches Goldbeschichtungsverfahren vorzuschlagen, dass einfach durchführbar ist und hoch qualitative Beschichtungen liefert.
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Kontaktelemente bestehen aus einem metallischen Grundkörper, der entweder aus Vollmaterial ausgefräst sein kann oder in Stanztechnik aus einem flachen Metallblech ausgestanzt wurde. Die Grundkörper liegen häufig entweder als Schüttgut oder Bandmaterial vor.
  • Es hat sich gezeigt, dass Messing oder Bronze als Grundkörpermaterial besonders vorteilhaft ist und sich auf diesen Körpern gut verschiedene Schichten galvanisch abscheiden lassen.
  • Dem Fachmann ist bekannt wie er Grundkörper, die als Schüttgut oder Bandmaterial vorliegen, einem galvanischen Verfahren zur Beschichtung zuführt.
  • In einem ersten Verfahrensschritt (a) werden die Grundkörper entfettet. Dazu wird vorteilhafterweise eine elektrolytische Entfettung gewählt.
  • In einem nachfolgenden Verfahrensschritt (b) werden die elektrolytisch entfetteten Grundkörper, vorzugsweise mit destilliertem Wasser, gespült um eventuell vorhandene chemische Rückstände zu entfernen.
  • Anschließend wird, in einem weiteren Verfahrensschritt (c), die Oberfläche der entfetteten und gespülten Grundkörper aktiviert. Dazu wird vorzugsweise das so genannte Nickel-Strike-Verfahren angewendet. Dieses Verfahren ist dem Fachmann hinlänglich bekannt. Eine Anleitung dazu wird beispielsweise im Internet von der Firma RIAG Oberflächentechnik AG bereitgestellt.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt (d) wird galvanisch eine Nickelschicht abgeschieden. In einem folgenden Verfahrensschritt (e) wird der erstmalig beschichtete Grundkörper nochmals gespült.
  • In einem folgenden Verfahrensschritt (f) wird galvanisch eine Nickellegierung auf die Nickelschicht abgeschieden. Vorteilhafterweise handelt es sich dabei um eine Nickel-Wolfram oder Nickel-Molybdän oder Nickel-Kobalt oder Nickel-Zinn Legierung. Diese Nickellegierungen sind besonders zur Abscheidung von Gold oder einer Goldlegierung geeignet. Anschließend wird der so behandelte Grundkörper in einem folgenden Verfahrensschritt (g) erneut gespült.
  • Auf den durch die Verfahrensschritte (a) bis (g) vorbereiteten Grundkörper wird nun – in einem Verfahrensschritt (h) – galvanisch eine Goldschicht oder eine Goldlegierung abgeschieden.
  • Es ist vorteilhaft die oben beschriebenen vergoldeten Kontaktelemente vor dem Einsatz letztmalig zu spülen (Verfahrensschritt (i)) und anschließend zu trocknen (Verfahrensschritt (j)).
  • Die galvanischen Beschichtungen werden in einem Gleichstromverfahren durchgeführt. Ein derartiges Verfahren ist einfach zu kontrollieren und liefert dementsprechend wenig Ausschuss.
  • Wenn die Nickellegierungsschicht im Gleichstromverfahren aufgebracht wird, wird eine besonders glatte Nickellegierungsschicht erzeugt, die wiederum Basis für eine besonders glatte Gold- oder Goldlegierungsschicht ist, auch wenn die Gold- oder Goldlegierungsschicht in einem so genannten Pulsstromverfahren aufgebracht wird.
  • Im hier vorgestellten Verfahren können Goldlegierungs-Oberflächen mit einer mittleren Rauigkeit von weniger als 0,1 Mikrometer (μm) erreicht werden. Kontaktelemente mit einer geringen Oberflächenrauigkeit ermöglichen eine hohe Anzahl von Steckzyklen. Außerdem wird durch die geringe Rauigkeit die Reibung reduziert und dadurch die Abnutzung der Kontaktoberfläche (Goldschicht oder Goldlegierungsschicht) verlangsamt.
  • Das im obigen Verfahren hergestellte, fertige Kontaktelement besteht aus einem metallischen Grundkörper, der vorzugsweise aus Messing oder Bronze gebildet ist. Auf den Grundkörper ist eine Nickelschicht aufgebracht, die eine Stärke von 1 Mikrometer (μm) bis maximal 3 Mikrometer (μm) besitzt. Diese Nickelschicht ist wiederum von einer Nickellegierung überzogen, die ebenfalls eine Stärke von 1 Mikrometer (μm) bis maximal 3 Mikrometer (μm) besitzt. Zuletzt ist eine Goldschicht oder Goldlegierungsschicht aufgebracht, die etwa 1 Mikrometer (μm) stark ist und eine mittlere Rauigkeit Ra von 0,1 Mikrometer (μm) oder weniger besitzt.
  • Vorzugsweise ist die Härte der Nickellegierungsschicht (zweite Schicht) größer ist als die Härte des Grundkörpermaterials und/oder der darauf aufgetragenen Nickelschicht (erste Schicht). Dadurch reicht eine sehr dünne Gold- oder Goldlegierungsschicht.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der elektrische Widerstand der zweiten Schicht kleiner ist als der elektrische Widerstand des Grundkörpers und/oder der ersten Schicht. Dadurch wird erst eine sehr dünne und glatte galvanische Goldabscheidung oder Goldlegierungsabscheidung erleichtert. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der elektrische Widerstand der zweiten Schicht zwischen 15 und 30 Milliohm (mΩ) liegt.
  • Ausführungsbeispiel
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert.
  • Die 1 zeigt eine Skizze eines mit verschiedenen galvanischen Schichten versehenen Körpers.
  • Der Grundkörper 1 besteht aus Messing oder Bronze. Die Form des Grundkörpers 1 entspricht bereits im Wesentlichen der Form eines fertigen Kontaktelements. Bei den Kontaktelementen kann es sich um Stift- oder Buchsenkontakte, aber auch um Schneidklemmen handeln.
  • Auf den Grundkörper ist galvanisch eine erste Schicht 2 abgeschieden. Es handelt sich dabei um eine Nickelschicht. Die erste Schicht hat eine Schichtdicke zwischen einem und drei Mikrometer (1–3 μm). Auf diese erste Schicht 2 ist eine zweite Schicht 3 abgeschieden. Dabei handelt es sich um eine Nickellegierung. Die Nickellegierung hat eine Stärke zwischen einem und drei Mikrometer (1–3 μm). Auf die Nickellegierungsschicht ist abschließend eine Goldschicht oder Goldlegierungsschicht 4 abgeschieden. Diese finale Beschichtung hat eine Stärke von einem Mikrometer (1 μm) oder weniger und eine mittlere Rauigkeit Ra von 0,1 Mikrometern (0,1 μm) oder weniger.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Grundkörper
    2
    Erste Schicht, Nickelschicht
    3
    Zweite Schicht, Nickellegierungsschicht
    4
    Finale Beschichtung, Goldschicht oder Goldlegierungsschicht

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktelements, wobei das Kontaktelement im Wesentlichen aus einem Grundkörper gebildet ist, wobei der Grundkörper folgende Verfahrensschritte in der aufgelisteten Reihenfolge durchläuft: a. eine Entfettung der Oberfläche, beispielsweise durch eine elektrolytische Entfettung, b. eine Spülung zur Befreiung von eventuell vorhandenen chemischen Rückständen, c. eine Aktivierung der Oberfläche, d. eine Abscheidung einer Nickelschicht, wobei die Nickelschicht in einem Gleichstromverfahren aufgebracht wird, e. eine weitere Spülung zur Befreiung von eventuell vorhandenen chemischen Rückständen, f. eine Abscheidung einer Nickellegierung, wobei die Nickellegierung in einem Gleichstromverfahren aufgebracht wird, g. eine weitere Spülung zur Befreiung von eventuell vorhandenen chemischen Rückständen, h. eine Abscheidung einer Goldschicht oder einer Goldlegierung.
  2. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktelements nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verfahrensschritt h folgende weitere Verfahrensschritte folgen: i. eine weitere Spülung zur Befreiung von eventuell vorhandenen chemischen Rückständen, j. eine Trocknung.
  3. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktelements nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung der Oberfläche im Verfahrensschritt c durch ein Nickel-Strike-Verfahren realisiert wird.
  4. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktelements nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Nickellegierung im Verfahrensschritt f eine Nickel-Wolfram oder Nickel-Molybdän oder Nickel-Kobalt oder Nickel-Zinn Legierung ist.
  5. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktelements nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper aus einer Kupferlegierung, beispielsweise aus Messing oder Bronze, besteht.
  6. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktelements nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt h in einem Gleichstromverfahren aufgebracht wird.
  7. Elektrisches Kontaktelement, • welches aus einem Grundkörper aus einer Kupferlegierung, wie beispielsweise Messing oder Bronze, gebildet ist, • wobei der Grundkörper mit einer ersten Schicht, einer Nickelschicht mit einer Schichtdicke zwischen 1 bis 3 μm, überzogen ist, • wobei die erste Schicht von einer zweiten Schicht, einer Nickellegierung mit einer Schichtdicke zwischen 1 bis 3 μm, überzogen ist, • wobei die zweite Schicht von einer Goldschicht oder einer Goldlegierung überzogen ist, • wobei die Goldschicht oder Goldlegierungsschicht eine mittlere Rauheit Ra von 0,1 μm oder kleiner 0,1 μm aufweist.
  8. Elektrisches Kontaktelement nach vorstehendem Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass die Härte der zweiten Schicht größer ist als die Härte des Grundkörpers und/oder der ersten Schicht.
  9. Elektrisches Kontaktelement nach einem der Ansprüche 7–8 dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Widerstand der zweiten Schicht kleiner ist als der elektrische Widerstand des Grundkörpers und/oder der ersten Schicht.
  10. Elektrisches Kontaktelement nach einem der Ansprüche 7–9 dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Widerstand der zweiten Schicht zwischen 15 und 30 mΩ liegt.
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