DE112017005378B4 - Elektrischer Kontaktpunkt, Verbinderanschlusspaar und Verbinderpaar - Google Patents

Abstract

Elektrischer Kontaktpunkt, der aus einem ersten Kontaktpunkt (10) und einem zweiten Kontaktpunkt (20) besteht, die in der Lage sind, einen elektrischen Kontakt miteinander zu bilden, wobei:
der erste Kontaktpunkt (10) eine legierungshaltige Schicht (14) enthält, aufweisend Legierungsteile (14a), die aus einer Zinn und Palladium enthaltenden Legierung bestehen, und einen Zinnteil (14b), der aus Zinn oder einer Legierung mit einem höheren Verhältnis von Zinn zu Palladium besteht als die Legierungsteile (14a), wobei sowohl die Legierungsteile (14a) als auch der Zinnteil (14b) an einer äußersten Oberfläche freiliegen; und
der zweite Kontaktpunkt (20) eine der legierungshaltigen Schicht (14) unähnliche Metallschicht (22) enthält, die aus Metall mit einer höheren Härte als die legierungshaltige Schicht (14) besteht und die weder Zinn noch Palladium an einer äußersten Oberfläche enthält, wobei die der legierungshaltigen Schicht (14) unähnliche Metallschicht (22) aus Nickel oder einer Nickellegierung besteht.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Kontaktpunkt mit einer legierungshaltigen Schicht, die Palladium enthält, auf einer Oberfläche eines Paares von Kontaktpunkten, die konfiguriert sind, einander elektrisch zu kontaktieren, und ein Verbinderanschlusspaar und ein Verbinderpaar mit solchen elektrischen Kontaktpunkten.
• Ein Kontaktabschnitt eines Verbinderanschlusses zum Verbinden einer elektrischen Komponente eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen muss einen geringen Kontaktwiderstand aufweisen. Im Allgemeinen wird häufig eine Zinnplattierungsschicht auf einer Oberfläche eines Verbinderanschlusses gebildet. Die Zinnplattierungsschicht stellt einen sehr geringen Kontaktwiderstand bereit und kann eine gute elektrische Verbindung bilden. Da Zinn jedoch sehr weich ist und die Eigenschaft der leichten Adhäsion aufweist, wird ein Reibungskoeffizient an dem Kontaktabschnitt des Verbinderanschlusses, auf den Zinnplattierung aufgebracht ist, hoch, und eine Einsetzkraft, die zum Einsetzen und Passen des Verbinderanschlusses erforderlich ist, wird groß. Insbesondere ist eine elektronische Steuerung eines Kraftfahrzeugs in den letzten Jahren aufgrund der Technik des Selbstfahrens kompliziert geworden, und die Anzahl von Anschlüssen, die einen Verbinder bilden, nimmt tendenziell zu. Wenn die Anzahl von Anschlüssen, die einen Verbinder bilden, zunimmt, erhöht sich eine Einsetzkraft des gesamten Verbinders. Somit nimmt die Bedeutung der Verringerung einer Einsetzkraft in jedem Anschluss zu.
• Ein Verbinderanschluss, der zum Kombinieren einer geringen Einsetzkraft und eines geringen Kontaktwiderstandes durch Verringern eines Reibungskoeffizienten ausgelegt ist, ist beispielsweise in Patentliteratur 1 offenbart. Patentliteratur 1 offenbart eine Verbindungskomponente vom Passtyp, bei der eine Kupfer-Zinn-Legierungsüberzugsschicht und eine Zinnüberzugsschicht in dieser Reihenfolge als Oberflächenplattierungsschichten auf einem Kupferplattenmaterial mit darauf aufgebrachter Oberflächenaufrauhung gebildet werden und bei der die Kupfer-Zinn-Legierungsüberzugsschicht und die Zinnüberzugsschicht in einem vorbestimmten Muster auf einer äußersten Oberfläche auf einer Kontaktseite mit einer zusammenpassenden Komponente gemischt werden. Dabei trägt die Zinnüberzugsschicht zu einem geringen Kontaktwiderstand bei, und die Kupfer-Zinn-Überzugsschicht trägt zu einer Verringerung einer Anschlusseinsetzkraft durch Verringerung des Reibungskoeffizienten bei. Ein plattierter Anschluss für einen Verbinder sowie ein Anschlusspaar sind beispielsweise auch in Patentliteratur 2 beschrieben. Ferner beschreibt Patentliteratur 3 einen Anschluss sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
• Patentliteratur 1: JP 2011 - 202 266 A
• Patentliteratur 2: DE 11 2013 002 435 B4
• Patentliteratur 3: US 2015 / 0 333 425 A1
• Wie in Patentliteratur 1 beschrieben, sind Zinn, das einen geringen Kontaktwiderstand bereitstellt, und ein weiterer Typ von Metall, das einen niedrigen Reibungskoeffizienten durch eine hohe Härte wie Kupfer-Zinn-Legierung bereitstellt, an der äußersten Oberfläche des Kontaktabschnitts des Verbinderanschlusses auf gemischte Weise freigelegt, wodurch es möglich ist, eine Verbesserung der Verbindungszuverlässigkeit durch Verringern des Kontaktwiderstandes und eine Verringerung der Einsetzkraft durch Verringern des Reibungskoeffizienten in einem bestimmten Maße zu kombinieren. In Patentliteratur 1 wird bei der Bewertung des Reibungskoeffizienten eine Überzugsschicht, bei der Zinn und Kupfer-Zinn-Legierung, wie oben beschrieben, auf gemischte Weise freigelegt sind, auf einer Oberfläche eines von einem Paar Kontaktpunkten gebildet, die konfiguriert sind, einander elektrisch zu kontaktieren, und ein mit Kupfer und Zinn-plattiertes Material, auf das ein Reflow-Prozess angewandt wird, wird als weiterer Kontaktpunkt verwendet. Dann werden die beiden Kontaktpunkte gegeneinander verschoben. In diesem Fall kontaktieren sich Teile des Zinns, die an den äußersten Oberflächen der beiden Kontaktpunkte freigelegt sind. Zinn weist die oben beschriebene Eigenschaft der leichten Adhäsion auf, und der Reibungskoeffizient zwischen den Kontaktpunkten nimmt möglicherweise aufgrund der gegenseitigen Adhäsion von Zinn zwischen den Kontaktpunkten zu. Da ein tatsächlicher Verbinderanschluss eingesetzt und gepasst wird, während ein Paar Kontaktpunkte gegeneinander gleiten, nimmt insbesondere der Reibungskoeffizient zwischen den Kontaktpunkten aufgrund der fortschreitenden Adhäsion von Zinn in diesem Gleitprozess stärker zu.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrischen Kontaktpunkt, der in der Lage ist, einen niedrigen Reibungskoeffizienten und einen geringen Kontaktwiderstand selbst nach einer Gleitbewegung zu kombinieren, und ein Verbinderanschlusspaar und ein Verbinderpaar mit solch einem elektrischen Kontaktpunkt bereitzustellen.
• Um die obige Aufgabe zu lösen, besteht ein elektrischer Kontaktpunkt gemäß der vorliegenden Erfindung aus einem ersten Kontaktpunkt und einem zweiten Kontaktpunkt, die in der Lage sind, einen elektrischen Kontakt miteinander zu bilden, wobei der erste Kontaktpunkt eine legierungshaltige Schicht enthält, aufweisend Legierungsteile, die aus einer Zinn und Palladium enthaltenden Legierung bestehen, und einen Zinnteil, der aus Zinn oder einer Legierung mit einem höheren Verhältnis von Zinn zu Palladium besteht als die Legierungsteile, wobei sowohl die Legierungsteile als auch der Zinnteil an einer äußersten Oberfläche freiliegen, und wobei der zweite Kontaktpunkt eine der legierungshaltigen Schicht unähnliche Metallschicht enthält, die aus Metall mit einer höheren Härte als die legierungshaltige Schicht besteht und die weder Zinn noch Palladium an einer äußersten Oberfläche enthält, wobei die der legierungshaltigen Schicht unähnliche Metallschicht aus Nickel oder einer Nickellegierung besteht.
• Ferner können die Legierungsteile im Zinnteil in der Schicht diffundiert sein. Der Gehalt an Palladium an einer Gesamtmenge von Zinn und Palladium kann in der legierungshaltigen Schicht 7 Atom-% oder weniger betragen. Ein Volumenverhältnis der Legierungsteile, welche die gesamte legierungshaltige Schicht einnehmen, kann 1,0 Vol.-% oder mehr und 95 Vol.-% oder weniger betragen. Ein Flächenverhältnis der Legierungsteile, welche die äußerste Oberfläche des ersten Kontaktpunkts einnehmen, kann 1,0% oder mehr und 95% oder weniger betragen.
• Einer der ersten und zweiten Kontaktpunkte kann ein gewölbter Kontaktpunkt sein, der auf einer Oberflächenseite eine gewölbte Form aufweist, und der andere kann ein plattenartiger Kontaktpunkt sein, der eine plattenartige Form aufweist und so konfiguriert ist, dass er einen oberen Teil des gewölbten Kontaktpunkts elektrisch kontaktiert.
• Ein Verbinderanschlusspaar gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein Paar Verbinderanschlüsse, die konfiguriert sind, sich an Kontaktabschnitten elektrisch zu kontaktieren, wobei die Kontaktabschnitte den elektrischen Kontaktpunkt, wie oben beschrieben, enthalten.
• Ein Verbinderpaar gemäß der vorliegenden Erfindung enthält das Verbinderanschlusspaar, wie oben beschrieben.
• Bei dem elektrischen Kontaktpunkt gemäß der vorliegenden Erfindung wird die legierungshaltige Schicht, bei der sowohl die Legierungsteile aus der Zinn und Palladium enthaltenden Legierung als auch der Zinnteil an der äußersten Oberfläche freigelegt sind, an einer Oberfläche des ersten Kontaktpunkts gebildet. Somit werden gleichzeitig ein Effekt der Verringerung eines Reibungskoeffizienten durch die Legierungsteile mit einer hohen Härte und ein Effekt der Verringerung des Kontaktwiderstandes durch den Zinnteil auf der Oberfläche des ersten Kontaktpunkts erhalten. Da die der legierungshaltigen Schicht unähnliche Metallschicht, die eine Metallschicht mit einer höheren Härte als die legierungshaltige Schicht des ersten Kontaktpunkts ist, auf einer Oberfläche des zweiten Kontaktpunkts gebildet wird, wird an einer Kontaktposition mit der legierungshaltigen Schicht, insbesondere an Kontaktpositionen mit den Legierungsteilen, ein besonders starker Effekt der Verringerung des Reibungskoeffizienten erzielt. Da ferner diese Metallschicht mit einer hohen Härte die der legierungshaltigen Schicht unähnliche Metallschicht ist, die weder Zinn noch Palladium enthält, bei denen es sich um Metalle handelt, welche die legierungshaltige Schicht des ersten Kontaktpunkts bilden, kommt Adhäsion, die tendenziell zwischen Metallen des gleichen Typs, insbesondere einschließlich Zinn, auftritt, kaum zwischen dem ersten und dem zweiten Kontaktpunkt vor. Auf diese Weise wird ein besonders hoher Effekt der Verringerung des Reibungskoeffizienten erzielt. Da ein Phänomen, bei dem die Adhäsion zwischen Metallen des gleichen Typs fortschreitet, selbst nach Gleitbewegungen zwischen dem ersten und zweiten Kontaktpunkt nicht auftritt, wird ein niedriger Reibungskoeffizient aufrechterhalten.
• Wenn die der legierungshaltigen Schicht unähnliche Metallschicht aus Nickel oder einer Nickellegierung besteht, wie dies gemäß der vorliegenden Erfindung der Fall ist, wird der Reibungskoeffizient zwischen dem ersten und dem zweiten Kontaktpunkt leicht niedrig gehalten, da Nickel und Nickellegierung eine hohe Härte aufweisen. Oxidfilme, die schwer abzulösen sind, werden auf Oberflächen aus Nickel und Nickellegierung gebildet, diese Oxidfilme können jedoch während einer Gleitbewegung abgelöst werden, da die an der äußersten Oberfläche des ersten Kontaktpunkts freigelegten Legierungsteile eine hohe Härte aufweisen. Somit wird leicht ein guter elektrischer Kontakt mit einem geringen Kontaktwiderstand zwischen dem ersten und zweiten Kontaktpunkt gebildet.
• Wenn die Legierungsteile in dem Zinnteil in der legierungsenthaltenden Schicht diffundiert werden, werden sowohl die Legierungsteile als auch der Zinnteil leicht an der äußersten Oberfläche des ersten Kontaktpunkts freigelegt und werden leicht mit der unterschiedlichen Metallschicht des zweiten Kontaktpunkts in Bereichen von Kontaktabschnitten zwischen dem ersten und dem zweiten Kontaktpunkt in Kontakt gebracht.
• Wenn der Gehalt an Palladium an der Gesamtmenge an Zinn und Palladium in der legierungshaltigen Schicht 7 Atom-% oder weniger betragen kann, wird der Effekt der Verringerung des Reibungskoeffizienten, der durch das Freilegen der Legierungsteile auf der äußersten Oberfläche des ersten Kontakts bewirkt wird, leicht ausgenutzt, während der Palladiumgehalt niedrig gehalten wird.
• Wenn das Volumenverhältnis der Legierungsteile, welche die gesamte legierungshaltige Schicht einnehmen, 1,0 Vol.-% oder mehr und 95 Vol.-% oder weniger beträgt oder wenn das Flächenverhältnis der Legierungsteile, die die äußerste Oberfläche des ersten Kontaktpunkts einnehmen, 1,0% oder mehr und 95% oder weniger beträgt, werden der Effekt der Verringerung des Reibungskoeffizienten durch die Legierungsteile und der Effekt der Verringerung des Kontaktwiderstandes durch den Zinnteil leicht kombiniert.
• Wenn einer des ersten und zweiten Kontaktpunkts der gewölbte Kontaktpunkt ist, der die gewölbte Form auf der Oberflächenseite aufweist, und der andere der plattenartige Kontaktpunkt ist, der die plattenartige Form aufweist und so konfiguriert ist, dass er den oberen Teil des gewölbten Kontaktpunkts elektrisch kontaktiert, können ein niedriger Reibungskoeffizient und ein geringer Kontaktwiderstand in Kontaktabschnitten kombiniert werden, die eine kleine Fläche aufweisen und zwischen dem oberen Teil des gewölbten Kontaktpunkts und dem plattenartigen Kontaktpunkt gebildet sind, und eine hohe Verbindungszuverlässigkeit und eine geringe Einsetzkraft können bei Verbinderanschlüssen eines allgemeinen Passtyps oder dergleichen kombiniert werden.
• Da das Verbinderanschlusspaar gemäß der vorliegenden Erfindung den elektrischen Kontaktpunkt, aufgebaut aus dem ersten und dem zweiten Kontaktpunkt, welche spezifische Metallschichten auf der Oberfläche einschließen, wie oben beschrieben, enthält, können ein geringer Kontaktwiderstand und ein niedriger Reibungskoeffizient kombiniert werden, indem eine Adhäsion zwischen Metallen desselben Typs, einschließlich Zinn, an Kontaktabschnitten vermieden wird. Auf diese Weise können eine hohe Verbindungszuverlässigkeit und eine geringe Einsetzkraft bei den Verbinderanschlüssen kombiniert werden.
• Da das Verbinderpaar gemäß der vorliegenden Erfindung das Verbinderanschlusspaar, wie oben beschrieben, enthält, können ein geringer Kontaktwiderstand und ein niedriger Reibungskoeffizient kombiniert werden, indem eine Adhäsion zwischen Metallen des gleichen Typs, einschließlich Zinn, an den Kontaktabschnitten jedes Verbinderanschlusspaares vermieden wird. Auf diese Weise kann, selbst wenn die Anzahl der Verbinderanschlusspaare, die das Verbinderpaar bilden, zunimmt, eine Zunahme der Einsetzkraft unterbunden werden, während eine hohe Verbindungszuverlässigkeit sichergestellt wird.
• Figurenliste
• 1 sind Schnitte, die schematisch Schichtstrukturen durch zwei Arten von Materialien zeigen, die einen elektrischen Kontaktpunkt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bilden, wobei (a) eine Struktur zeigt, bei der eine legierungshaltige Schicht an einem ersten Kontaktpunkt freigelegt ist, und (b) eine Struktur zeigt, bei der eine der legierungshaltigen Schicht unähnliche Metallschicht an einem zweiten Kontaktpunkt freigelegt ist,
• 2 ist ein Schnitt, der schematisch ein Verbinderanschlusspaar gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und
• 3 ist ein Graph, der die Reibungskoeffizienten-Messergebnisse für Beispiel 1 und Vergleichsbeispiele 1 und 2 zeigt.
• Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Verwendung der Figuren detailliert beschrieben.
• Elektrischer Kontaktpunkt
• Ein elektrischer Kontaktpunkt gemäß der vorliegenden Erfindung besteht aus einem Paar aus einem ersten Kontaktpunkt 10 und einem zweiten Kontaktpunkt 20. Der erste und der zweite Kontaktpunkt 10, 20 können einander an ihren Oberflächen elektrisch kontaktieren.
• Der erste und der zweite Kontaktpunkt 10, 20 können eine beliebige Form aufweisen. Als ein Beispiel kann einer dieser Kontakte als ein gewölbter Kontaktpunkt konfiguriert sein, der eine gewölbte Form aufweist, wie zum Beispiel eine geprägte Form. Der andere kann als ein plattenartiger Kontaktpunkt, wie ein flacher plattenartiger Kontaktpunkt konfiguriert sein. In diesem Fall kontaktiert der gewölbte Kontaktpunkt elektrisch eine Oberfläche des plattenartigen Kontaktpunkts an einem oberen Teil der gewölbten Form. Eine Kombination solcher Kontaktpunkte wird häufig in Stecker- und Buchsenanschlusspassstücken verwendet, wie es auf der Basis von 2 später beschrieben wird. Welcher des ersten und zweiten Kontaktpunkts 10, 20 zu einem gewölbten Kontaktpunkt geformt ist und welcher des ersten und zweiten Kontaktpunkts 10, 20 zu einem plattenartigen Kontakt geformt ist, kann willkürlich ausgewählt werden, jedoch ist der Fall, in dem der erste Kontaktpunkt 10 der gewölbte Kontakt ist und der zweite Kontaktpunkt 20 der plattenartige Kontakt ist, als ein Beispiel unten beschrieben.
• Wie in 1(a) gezeigt, ist eine Zinn-Palladium-Legierungsüberzugsschicht, im Folgenden in einigen Fällen lediglich als legierungshaltige Schicht 14 bezeichnet, die aus Zinn-Palladium-Legierungsteilen, im Folgenden in einigen Fällen nur als Legierungsteile 14a bezeichnet, und einem Zinnteil 14b besteht, an einer äußersten Oberfläche des ersten Kontaktpunkts 10 freigelegt. Wie in 1(b) gezeigt, ist eine der legierungshaltigen Schicht unähnliche Metallschicht, im Folgenden in einigen Fällen lediglich als Metallschicht 22 bezeichnet, auf einer äußersten Oberfläche des zweiten Kontaktpunkts 20 freigelegt. Der erste und der zweite Kontaktpunkt 10, 20 kontaktieren sich auf Oberflächen der legierungshaltigen Schicht 14 und der Metallschicht 22 davon. Bei dem ersten Kontaktpunkt 10 liegen sowohl die Legierungsteile 14a als auch der Zinnteil 14b an der äußersten Oberfläche in einer tatsächlichen Kontaktfläche frei, die ein Bereich ist, der tatsächlich den zweiten Kontaktpunkt 20 kontaktiert. Materialien, die den ersten und den zweiten Kontaktpunkt 10, 20 bilden, werden nachfolgend detailliert beschrieben.
• (Materialzusammensetzung des ersten Kontaktpunkts)
• Wie in 1(a) gezeigt, ist die legierungshaltige Schicht 14 auf einer Oberfläche eines Trägermaterials 11 über eine Unterschicht 12 in dem ersten Kontaktpunkt 10 geeignet ausgebildet.
• Das Trägermaterial 11 dient als ein Basismaterial des ersten Kontaktpunkts 10 und ist beispielsweise Kupfer, Aluminium, Eisen oder eine Legierung, die hauptsächlich eines dieser Metalle enthält. Von diesen sind Kupfer oder eine Kupferlegierung, die im Allgemeinen als Trägermaterial von Verbindungsanschlüssen verwendet werden, besonders bevorzugt, da sie eine hohe Leitfähigkeit aufweisen.
• Die legierungshaltige Schicht 14 besteht aus den Legierungsteilen 14a aus einer Legierung, die hauptsächlich Zinn und Palladium enthält, und dem Zinnteil 14b aus reinem Zinn oder einer Legierung mit einem höheren Zinnanteil als die Legierungsteile 14a. Die Legierungsteile 14a und der Zinnteil 14b sind beide an der äußersten Oberfläche der legierungshaltigen Schicht 14 freigelegt. Bei der legierungshaltigen Schicht 14 können die Legierungsteile 14a und der Zinnteil 14b in einem beliebigen Muster verteilt sein, solange diese beide auf der äußersten Oberfläche freigelegt sind. Es ist jedoch bevorzugt, dass die Legierungsteile 14a in dem Zinnteil 14b verteilt sind, d. h. die Legierungsteile 14a sind in Form von Partikeln getrennt und auf Sea-Island-Weise in dem Zinnteil 14b verteilt.
• Wie oben beschrieben, kontaktieren auf der äußersten Oberfläche der legierungshaltigen Schicht 14 sowohl die Legierungsteile 14a als auch der Zinnteil 14b der legierungshaltigen Schicht 14 des ersten Kontaktpunkts 10 die Metallschicht 22 auf der äußersten Oberfläche des zweiten Kontaktpunkts 20. Zu dieser Zeit fungieren in der legierungshaltigen Schicht 14 die Legierungsteile 14a mit einer hohen Härte dahingehend, einen Reibungskoeffizienten zwischen der legierungshaltigen Schicht 14 und der Metallschicht 22 zu verringern. Andererseits fungiert der Zinnteil 14b, der weich ist und eine hohe Leitfähigkeit aufweist, dahingehend, einen Kontaktwiderstand mit der Metallschicht 22 zu verringern.
• Die Legierungsteile 14a bestehen aus einer intermetallischen Verbindung (Zinn-Palladium-basierte Legierung), die Zinn und Palladium enthält. Die intermetallische Verbindung kann eine binäre Legierung, die nur aus Zinn und Palladium besteht, oder eine Mehrkomponentenlegierung sein, die neben Zinn und Palladium andere Metalle enthält. In dem Fall der binären Legierung weist die intermetallische Verbindung eine Zusammensetzung von PdSn₄ auf. Beispiele für Metallelemente, die eine andere Mehrkomponentenlegierung als Zinn und Palladium bilden, umfassen Metallelemente, die in dem Trägermaterial 11 und/oder der Unterschicht 12 enthalten sind. Wenn die Unterschicht 12 aus Nickel oder einer Nickellegierung besteht, bildet sich tendenziell eine ternäre Legierung mit einer Zusammensetzung aus (Ni_0,4Pd_0,6)Sn₄. Es ist zu beachten, dass unabhängig davon, ob die intermetallische Verbindung die binäre Legierung oder die Mehrkomponentenlegierung ist, die Legierungsteile 14a eine kleine Menge an Metallelementen, die das Trägermaterial 11 und/oder die Unterschicht 12 bilden, unvermeidbare Verunreinigungen, Palladiumphasen, die nicht in die Legierung inkorporiert sind, und dergleichen zusätzlich zu der intermetallischen Verbindung enthalten können.
• Die Unterschicht 12 besteht vorzugsweise aus Nickel oder einer Nickellegierung. Die aus Nickel oder einer Nickellegierung bestehende Unterschicht 12 dient dazu, die legierungshaltige Schicht 14 in engerem Kontakt mit dem Trägermaterial 11 zu halten und die Diffusion von Metallatomen von dem Trägermaterial 11 zu der legierungshaltigen Schicht 14 zu unterdrücken. Ein Teil der Unterschicht 12 auf der Seite der legierungshaltigen Schicht 14 kann eine Nickel-Zinn-Legierungsschicht 13 durch Erwärmen in einem Schritt des Bildens der legierungshaltigen Schicht 14 werden. Die Nickel-Zinn-Legierungsschicht 13 weist eine Zusammensetzung von Ni₃Sn₄ auf. Ein verbleibender Teil der Unterschicht 12 ist in einem Zustand, in dem Nickel oder eine Nickellegierung nicht mit Zinn legiert ist. Durch Ausbilden der Nickel-Zinn-Legierungsschicht 13 wird die Diffusion von Metallatomen von dem Trägermaterial 11 zu der legierungshaltigen Schicht 14 selbst bei hoher Temperatur fest unterbunden, wodurch unterbunden wird, dass Metallatome bei hoher Temperatur von dem Trägermaterial 11 zu der legierungshaltigen Schicht 14 diffundieren und ein Kontaktwiderstand auf der oxidierten äußersten Oberfläche aufgrund von Oxidation zunimmt. Teilbereiche der Partikel der Legierungsteile 14a auf der Seite der Unterschicht 12 sind in die Nickel-Zinn-Legierungsschicht 13 eingepasst und von einer Nickel-Zinn-Legierung umgeben.
• Im Hinblick auf einen ausreichenden Effekt der Verringerung des Reibungskoeffizienten beträgt der Gehalt an Palladium an der Gesamtmenge an Zinn und Palladium (Pd / (Sn+Pd) x 100%) vorzugsweise 1 Atom-% oder mehr, insbesondere 2 Atom-% oder mehr und ferner 4 Atom-% oder mehr in der gesamten legierungshaltigen Schicht 14, d. h. der gesamten legierungshaltigen Schicht 14 als Summe der Legierungsteile 14a und des Zinnteils 14b. Andererseits ist, wie oben beschrieben, eine stabile Zusammensetzung der binären Legierung zwischen Zinn und Palladium PdSn₄. Im Hinblick auf die stabile Bildung eines Zustandes, in dem die Legierungsteile 14a und der Zinnteil 14b koexistieren, liegt der Palladiumgehalt vorzugsweise unter 20 Atom-%. Wenn die Legierungsteile 14a aus einer Mehrfachverbindungslegierung bestehen, ist es besser, eine obere Grenze für den Palladiumgehalt unter Berücksichtigung der Zusammensetzung dieser Mehrfachverbindungslegierung zu bestimmen, so dass Zinn als Zinnteil 14b koexistiert, ohne vollständig die Legierungsteile 14a zu werden. Im Hinblick auf ein ausreichendes Sicherstellen des Zinnteils 14b und ein effektives Verringern des Kontaktwiderstandes durch den Zinnteil 14b beträgt der Palladiumgehalt besonders bevorzugt 7 Atom-% oder weniger.
• Um den Reibungskoeffizienten effektiv zu verringern, beträgt ein Volumenverhältnis der Legierungsteile 14a, die die gesamte legierungshaltige Schicht 14 einnehmen, 1,0 Vol.-% oder mehr, bevorzugter 50 Vol.-% oder mehr. Andererseits kann im Hinblick auf das Sicherstellen eines Verhältnisses des Zinnteils 14b und das ausreichende Erzielen eines Effekts der Verringerung des Kontaktwiderstandes ein Volumenverhältnis der Legierungsteile 14a 95 Vol.-% oder weniger betragen. Es ist anzumerken, dass das Volumenverhältnis der Legierungsteile 14a, die die gesamte legierungshaltige Schicht 14 einnehmen, berechnet wird durch (Volumen, das von den Legierungsteilen 14a in der legierungshaltigen Schicht 14 eingenommen wird) / (Gesamtvolumen der legierungshaltigen Schicht 14) x 100%.
• Um den Reibungskoeffizienten effektiv zu verringern, kann ein Flächenverhältnis (Verhältnis der freigelegten Fläche) der Legierungsteile 14a, die die äußerste Oberfläche der legierungshaltigen Schicht 14 einnehmen, 1,0% oder mehr, bevorzugter 20% oder mehr betragen. Andererseits kann im Hinblick auf das Sicherstellen des Verhältnisses des Zinnteils 14b und das ausreichende Erzielen des Effekts der Verringerung des Kontaktwiderstandes das Flächenverhältnis der Legierungsteile 14a, die die äußerste Oberfläche einnehmen, 95% oder weniger betragen. Es ist anzumerken, dass das Flächenverhältnis der Legierungsteile 14a, die die äußerste Oberfläche einnehmen, berechnet wird durch (Fläche der auf der Oberfläche freigelegten Legierungsteile 14a) / (Fläche der gesamten Oberfläche der legierungsenthaltenden Schicht 14) x 100%.
• Im Hinblick auf das ausreichende Aufweisen einer Eigenschaft der legierungshaltigen Schicht 14, eine Verringerung des Reibungskoeffizienten auf der Oberfläche und eine Verringerung des Reibungskoeffizienten zu kombinieren, beträgt die Dicke der gesamten legierungshaltigen Schicht 14 vorzugsweise 0,8 µm oder mehr.
• Die Oberflächenhärte der legierungshaltigen Schicht 14 liegt im Allgemeinen im Bereich von 50 bis 200 Hv. Dabei ist die Härte der legierungshaltigen Schicht 14 eine Härte, die im gesamten Bereich der tatsächlichen Kontaktfläche gemessen wird, wo der erste Kontaktpunkt 10 tatsächlich den zweiten Kontaktpunkt 20 kontaktiert, d. h. eine Härte, die für die Oberfläche gemessen wird, die sowohl die Legierungsteile 14a als auch den Zinnteil 14b koexistierend und freigelegt enthält. Es sei angemerkt, dass eine Härte nur des Zinnteils 14b etwa 10 bis 50 Hv beträgt.
• Wie oben beschrieben, müssen bei der legierungshaltigen Schicht 14 sowohl die Legierungsteile 14a als auch der Zinnteil 14b auf der äußersten Oberfläche in der tatsächlichen Kontaktfläche freigelegt sein, wo sich der erste und der zweite Kontaktpunkt 10, 20 tatsächlich kontaktieren. Somit weisen die Partikel der Legierungsteile 14a auf der freiliegenden Oberfläche vorzugsweise geeignete Durchmesser im Vergleich zu der Fläche der tatsächlichen Kontaktfläche auf. Wenn die Partikeldurchmesser zu klein sind, besteht die Möglichkeit, dass nur zusammenhängende Bereiche des Zinnteils 14b in der tatsächlichen Kontaktfläche freigelegt werden. Wenn andererseits die Partikeldurchmesser zu groß sind, besteht die Möglichkeit, dass nur die Legierungsteile 14a in der tatsächlichen Kontaktfläche freigelegt werden. Insbesondere betragen die Partikeldurchmesser vorzugsweise 0,5 µm oder mehr und 1,5 µm oder weniger.
• Die legierungshaltige Schicht 14 kann zum Beispiel durch Laminieren einer Palladiumschicht und einer Zinnschicht in dieser Reihenfolge auf die Oberfläche des Trägermaterials 11, das in geeigneter Weise mit der Unterschicht 12 ausgebildet ist, und Bilden einer Legierung durch Erhitzen gebildet werden. Alternativ kann eine Plattierungslösung, die sowohl Zinn als auch Palladium enthält, verwendet werden, um die legierungshaltige Schicht 14 durch Eutektoid zu bilden. Im Hinblick auf die Bequemlichkeit ist das erste Legierungsverfahren nach dem Laminieren der Palladiumschicht und der Zinnschicht bevorzugt. Parameter wie das Volumenverhältnis, das Flächenverhältnis auf der äußersten Oberfläche und die Partikeldurchmesser der Legierungsteile 14a in der legierungshaltigen Schicht 14 können durch Einstellen der Dicke der Palladiumschicht und der Zinnschicht vor der Bildung der Legierung und einer Erwärmungstemperatur und einer Erwärmungszeit während der Bildung der Legierung gesteuert werden. Beispielhaft kann ein Einstellen der Dicke der Palladiumschicht in einem Bereich von 0,01 bis 0,03 µm genannt werden. In diesem Fall kann die Dicke der Zinnschicht auf etwa 1 µm festgelegt werden.
• (Materialzusammensetzung des zweiten Kontaktpunkts)
• Bei dem zweiten Kontaktpunkt 20 ist die der legierungshaltigen Schicht 14 unähnliche Metallschicht 22 so ausgebildet, dass sie eine Oberfläche eines Trägermaterials 21 bedeckt und auf der äußersten Oberfläche freiliegt, wie in 1(b) gezeigt.
• Das Trägermaterial 21 dient als ein Basismaterial des zweiten Kontaktpunkts 20 und kann ähnlich dem Trägermaterial 11 des ersten Kontaktpunkts 10 aus einem beliebigen Metallmaterial bestehen. Als geeignetes Beispiel ist Kupfer oder eine Kupferlegierung genannt. Alternativ kann das Trägermaterial 21 aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Eisen oder einer Eisenlegierung bestehen.
• Die Metallschicht 22 besteht aus Metall, das weder Zinn noch Palladium enthält. Weder Zinn noch Palladium enthaltend bedeutet hier nicht nur einen Fall, in dem Zinn und Palladium überhaupt nicht enthalten sind, sondern auch einen Fall, in dem eines oder beide von ihnen in einer solchen Konzentration enthalten sind, dass sie als unvermeidbare Verunreinigungen angesehen werden.
• Die Metallschicht 22 weist eine höhere Härte als die legierungshaltige Schicht 14 des ersten Kontaktpunkts 10 auf. Dabei ist die zu vergleichende Härte der legierungshaltigen Schicht 14 eine Härte, die für die gesamte tatsächliche Kontaktfläche gemessen wird, an der der erste Kontaktpunkt den zweiten Kontaktpunkt 20 tatsächlich kontaktiert, d. h. eine Härte, die für die Oberfläche gemessen wird, die sowohl die Legierungsteile 14a als auch den Zinnteil 14b enthält, die, wie oben beschrieben, koexistieren und freigelegt sind. Wie oben beschrieben, liegt die Härte der legierungshaltigen Schicht 14 vorzugsweise im Bereich von etwa 50 bis 200 Hv und die Härte der Metallschicht 22 liegt vorzugsweise im Bereich von 200 bis 1000 Hv. Da die Härte der Metallschicht 22 in einem solchen Bereich liegt, kann der Reibungskoeffizient mit der legierungshaltigen Schicht 14 des ersten Kontaktpunkts 10, insbesondere mit den Legierungsteilen 14a, ausreichend niedrig gemacht werden. Ferner wird eine Erhöhung des Kontaktwiderstandes aufgrund der Bildung eines Oxidfilms mit einer hohen Härte auf der Oberfläche des zweiten Kontaktpunkts 20 leicht vermieden.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht die Metallschicht 22 aus Nickel oder einer Nickellegierung. Zum Beispiel weist Nickel eine hohe Härte von etwa 500 bis 600 Hv auf. Nickel und Nickellegierungen haben unter verschiedenen Metallen eine vergleichsweise hohe Leitfähigkeit. Obwohl Nickel oder eine Nickellegierung an einer Oberfläche oxidiert wird, wird das Fortschreiten der Oxidation bis in die Nähe einer Oberflächenschicht unterbunden. Wenn also nur ein vergleichsweise dünner Oxidfilm auf der Oberfläche abgelöst wird, kann ein guter elektrischer Kontakt gebildet werden. Bevorzugte Beispiele für die Zusammensetzung der Nickellegierung umfassen eine Nickel-Phosphor-Legierung und eine Nickel-Bor-Legierung.
• Eine Dicke der Metallschicht 22 kann gleich oder größer als eine Dicke festgelegt werden, bei der eine Verringerung des Reibungskoeffizienten durch die Härte effektiv erreicht werden kann. Es ist jedoch bevorzugt, die Dicke in einem solchen Ausmaß zu niedrig zu halten, dass aufgrund der Härte der Metallschicht 22 in einem Herstellungsprozess kein Bruch und dergleichen auftritt. Da die Metallschicht 22 aus Nickel oder einer Nickellegierung besteht, wird deren Dicke vorzugsweise auf 0,5 µm oder mehr festgelegt und auf 5 µm oder weniger niedrig gehalten.
• (Eigenschaften des elektrischen Kontaktpunkts)
• Wie oben beschrieben, besteht dieser elektrische Kontaktpunkt aus dem ersten Kontaktpunkt 10 einschließlich der legierungshaltigen Schicht 14, bei der die Legierungsteile 14a und der Zinnteil 14b auf der äußersten Oberfläche freigelegt sind, und dem zweiten Kontaktpunkt 20, bei dem die Metallschicht 22 auf der äußersten Oberfläche freigelegt ist. Die Metallschicht 22 des zweiten Kontaktpunkts 20 kontaktiert sowohl die Legierungsteile 14a als auch den Zinnteil 14b des ersten Kontaktpunkts 10, um die beiden Kontaktpunkte 10, 20 elektrisch zu kontaktieren.
• Bei dem ersten Kontaktpunkt 10 liegen die Legierungsteile 14a, die aus einer Legierung auf Zinn-Palladium-Basis bestehen, die eine hohe Härte aufweist und schwer anzuhaften ist, auf der äußersten Oberfläche frei. Somit wird ein niedriger Reibungskoeffizient mit dem zweiten Kontaktpunkt 20 erhalten. Da der Zinnteil 14b an der äußersten Oberfläche des ersten Kontaktpunkts 10 zusammen mit den Legierungsteilen 14a freigelegt ist, wird ein geringer Kontaktwiderstand mit dem zweiten Kontaktpunkt 20 aufgrund von Effekten erzielt, die durch die Weichheit und eine hohe Leitfähigkeit von Zinn und die Leichtigkeit, den Oberflächenoxidfilm zu brechen, hervorgerufen werden.
• Ferner liegt die Metallschicht 22 mit einer hohen Härte auf der äußersten Oberfläche des zweiten Kontaktpunkts 20 frei, wodurch der Reibungskoeffizient mit dem ersten Kontaktpunkt 10, insbesondere mit den Legierungsteilen 14a, effektiv verringert werden kann. Da die Metallschicht 22 weder Zinn noch Palladium enthält, bei denen es sich um Metallelemente handelt, die die legierungshaltige Schicht 14 bilden, die auf der Oberfläche des ersten Kontaktpunkts 10 freiliegt, tritt kaum Adhäsion auf, wenn die Metallschicht 22 gegen den ersten Kontaktpunkt 10 gleitet. Im Allgemeinen tritt eine Adhäsion leicht zwischen Metallen des gleichen Typs auf. Insbesondere wenn zwei Kontaktpunkte gegeneinander gleiten, erfolgt eine solche Haftung leicht. Indem das Metall, das auf der äußersten Oberfläche des zweiten Kontaktpunkts 20 freiliegt, von einem anderen Typ ist als die Metalle, die auf der äußersten Oberfläche des ersten Kontaktpunkts 10 freiliegen, werden eine Adhäsion zwischen Metallen des gleichen Typs und eine Erhöhung des Reibungskoeffizienten dadurch leicht vermieden. Insbesondere haftet weiches Zinn sehr leicht an der gleichen Art von Metall. Da jedoch die Metallschicht 22 des zweiten Kontaktpunkts 20 kein Zinn enthält, werden das Auftreten von Adhäsion an dem Zinnteil 14b des ersten Kontaktpunkts 10 und der mit einer Gleitbewegung verbundene Adhäsionsfortschritt leicht vermieden. Durch das Vermeiden des Auftretens und Fortschreitens der Adhäsion von Metallen des gleichen Typs zwischen den beiden Kontaktpunkten kann eine Verringerung des Reibungskoeffizienten erreicht werden.
• Da nicht nur Nickel und Nickellegierung, sondern auch die Metallschicht 22 eine höhere Härte als die legierungshaltige Schicht 14 des ersten Kontaktpunkts 10 aufweist, wird häufig ein schwer abzulösender harter Oxidfilm auf der Oberfläche der Metallschicht 22 gebildet. Dies liegt daran, dass hartes Übergangsmetall im Allgemeinen leicht oxidiert wird und je härter nicht-oxidiertes Metall ist, umso härter ist tendenziell ein Oxid dieses Metalls. Da jedoch die legierungshaltige Schicht 14 des ersten Kontaktpunkts 10, insbesondere die Legierungsteile 14a, eine vergleichsweise hohe Härte aufweisen, wird der auf der Oberfläche der Metallschicht 22 gebildete Oxidfilm leicht durch die legierungshaltige Schicht 14 des ersten Kontaktpunkts 10 abgelöst, insbesondere durch die Legierungsteile 14a, wenn der erste und der zweite Kontaktpunkt 10, 20 gegeneinander gleiten. Auf diese Weise wird eine Metalloberfläche der Metallschicht 22 freigelegt und ein guter elektrischer Kontakt kann mit dem ersten Kontaktpunkt 10 hergestellt werden. Wie ebenfalls oben beschrieben, kann ein hervorragender elektrischer Kontakt gebildet werden, wenn ein sehr dünner Oxidfilm abgelöst wird, insbesondere, wenn die Metallschicht 22 aus Nickel oder einer Nickellegierung besteht, wie dies gemäß der vorliegenden Erfindung der Fall ist.
• Wie oben beschrieben, kann durch Bilden eines elektrischen Kontaktpunkts durch Kombinieren des ersten Kontaktpunkts 10 einschließlich der legierungshaltigen Schicht 14, bei der sowohl die Legierungsteile 14a, die aus einer Zinn-Palladium-basierten Legierung bestehen, als auch der Zinnteil 14b auf der äußersten Oberfläche freigelegt sind, und des zweiten Kontaktpunkts 20, bei dem die Metallschicht 22 aus Nickel oder einer Nickellegierung auf der äußersten Oberfläche freigelegt ist, ein niedriger Reibungskoeffizient erreicht werden, indem eine Erhöhung des Reibungskoeffizienten insbesondere aufgrund des Auftretens von Adhäsion zwischen Metallen des gleichen Typs und des Adhäsionsfortschritts während einer Gleitbewegung an diesem elektrischen Kontaktpunkt vermieden wird. Gleichzeitig kann ein geringer Kontaktwiderstand erreicht werden und ein guter elektrischer Kontakt kann gebildet werden. Ein dynamischer Reibungskoeffizient an dem elektrischen Kontaktpunkt beträgt besonders bevorzugt 0,3 oder weniger, bevorzugter 0,25 oder weniger. Ferner beträgt der Kontaktwiderstand besondes bevorzugt 1,0 mΩ, bevorzugter 0,8 mΩ oder weniger.
• Wie oben beschrieben, sind die Formen des ersten und zweiten Kontaktpunkts 10, 20 nicht besonders eingeschränkt. In dem Fall einer Kombination aus einem gewölbten Kontaktpunkt und einem plattenartigen Kontaktpunkt kann ein beliebiger des ersten und zweiten Kontaktpunkts 10, 20 als der gewölbte Kontaktpunkt oder der plattenartige Kontaktpunkt verwendet werden.
• Verbinderanschlusspaar
• Ein Verbinderanschlusspaar 60 gemäß der vorliegenden Erfindung enthält den oben beschriebenen elektrischen Kontaktpunkt, bestehend aus dem ersten Kontaktpunkt 10 einschließlich der legierungshaltigen Schicht 14, bei der die Legierungsteile 14a und der Zinnteil 14b auf der äußersten Oberfläche freigelegt sind, und dem zweiten Kontaktpunkt 20, bei dem die Metallschicht 22 freigelegt ist, an Kontaktabschnitten, an denen ein Paar Verbinderanschlüsse einander elektrisch kontaktieren. Das Verbinderanschlusspaar 60 kann insgesamt von beliebiger Art und Form sein, solange es einen solchen elektrischen Kontaktpunkt enthält. Beispielsweise ist das Verbinderanschlusspaar 60 ein Passtyp und besteht aus einem Paar eines Buchsenverbinderanschlusses 40 und eines Steckerverbinderanschlusses 50, wie in 2 gezeigt. Der elektrische Kontaktpunkt, wie oben beschrieben, ist in den Kontaktabschnitten enthalten, wo der Buchsenverbinderanschluss 40 und der Steckerverbinderanschluss 50 einander elektrisch kontaktieren. Insbesondere ist der Kontaktabschnitt des Buchsenverbinderanschlusses 40 durch den ersten Kontaktpunkt 10 gebildet, bei dem die legierungshaltige Schicht 14 auf der Oberfläche freiliegt, und der Kontaktabschnitt des Steckerverbinderanschlusses 50 ist durch den zweiten Kontaktpunkt 20 gebildet, bei dem die Metallschicht 22 auf der Oberfläche freiliegt.
• Die Buchsen- und Steckerverbinderanschlüsse 40, 50 sind ähnlich zu Buchsen- und Steckerverbinderanschlüssen eines bekannten Passtyps geformt. Insbesondere ist der Buchsenverbinderanschluss 40 mit einem Pressabschnitt 43 in Form eines nach vorne offenen rechteckigen Rohrs ausgebildet, und ein rückstellfähiges Kontaktstück 41 ist an einer Innenseite einer Bodenfläche des Pressabschnitts 43 ausgebildet, indem es nach innen gefaltet ist, um sich nach hinten zu erstrecken. Andererseits enthält der Steckerverbinderanschluss 50 einen Kontaktstift 51 in Form einer flachen Platte an einer Vorderseite. Wenn der Kontaktstift 51 des Steckerverbinderanschlusses 50 in den Pressabschnitt 43 des Buchsenverbinderanschlusses 40 eingesetzt wird, kontaktiert das rückstellfähige Kontaktstück 41 des Buchsenverbinderanschlusses 40 den Steckerverbinderanschluss 50 an einem geprägten Abschnitt 41a, der sich einwärts des Pressabschnitts 43 wölbt, um eine aufwärts gerichtete Kraft auf den Steckerverbinderanschluss 50 auszuüben. Eine dem rückstellfähigen Kontaktstück 41 zugewandte Oberfläche eines Deckenteils des Pressabschnittes 43 dient als eine nach innen gerichtete Kontaktfläche 42, wodurch der Steckerverbinderanschluss 50 durch das rückstellfähige Kontaktstück 41 gegen die nach innen gerichtete Kontaktfläche 42 gepresst wird, um den Steckerverbinderanschluss 50 in den Pressabschnitt 43 zu drücken und zu halten. Das heißt, die elektrischen Kontaktpunkte sind zwischen dem geprägten Abschnitt 41a und der nach innen gerichteten Kontaktfläche 42 des Buchsenverbinderanschlusses 40 und den Oberflächen des Kontaktstifts 51 des Steckerverbinderanschlusses 50 ausgebildet.
• Dabei ist, wie in 2 gezeigt, die legierungshaltige Schicht 14 (und die Unterschicht 12 und die Nickel-Zinn-Legierungsschicht 13, nicht gezeigt) zumindest auf der Oberfläche des geprägten Abschnitts 41 a des rückstellfähigen Kontaktstücks 41 und der nach innen gerichteten Kontaktfläche 42 ausgebildet. Auf der Oberfläche des Trägermaterials 21, die den Steckerverbinderanschluss 50 bildet, ist die Metallschicht 22 auf Oberflächen ausgebildet, die mit dem geprägten Abschnitt 41a und der nach innen gerichteten Kontaktfläche 42 in Kontakt zu bringen sind. Das heißt, die elektrischen Kontaktpunkte sind zwischen dem geprägten Abschnitt 41a und der nach innen gerichteten Kontaktfläche 42 des Buchsenverbinderanschlusses 40 und den Oberflächen des Kontaktstifts 51 des Steckerverbinderanschlusses 50 ausgebildet.
• Auf diese Weise werden, wenn der Kontaktstift 51 des Steckerverbinderanschlusses 50 in den Pressabschnitt 43 des Buchsenverbinderanschlusses 40 eingesetzt und verschoben wird, sowohl ein niedriger Reibungskoeffizient als auch ein geringer Kontaktwiderstand in den Kontaktabschnitten zwischen dem Buchsenverbinderanschluss 40 und dem Steckerverbinderanschluss 50 kombiniert. Im Ergebnis werden eine hohe Verbindungszuverlässigkeit und die Unterdrückung einer erforderlichen Einsetzkraft zum Zeitpunkt des Verbindens in dem Verbinderanschlusspaar 60 kombiniert.
• Es ist anzumerken, dass die legierungshaltige Schicht 14 und die Metallschicht 22 in breiteren Bereichen der jeweiligen Verbinderanschlüsse 40, 50 ausgebildet sein können. Im weitesten Fall können diese Schichten die gesamten Oberflächen der Trägermaterialien 11, 21 bedecken, die die beiden Verbinderanschlüsse 40, 50 bilden. Ferner kann das Verbinderanschlusspaar 60 von beliebiger Art und Form sein. Eine Kombination eines Durchgangslochs, das in einer Leiterplatte ausgebildet ist, und eines Presspassanschlusses zum Presspassen und Verbinden mit diesem Durchgangsloch kann als ein Beispiel genannt werden.
• Verbinderpaar
• Das Verbinderpaar gemäß der vorliegenden Erfindung enthält das Verbinderanschlusspaar 60, wie oben beschrieben. Das heißt, das Verbinderpaar ist so ausgebildet, dass jeder Verbinderanschluss, der das Verbinderanschlusspaar 60, wie oben beschrieben, bildet, in einem Verbindergehäuse untergebracht und befestigt ist, das aus einem Isoliermaterial besteht. Beispielsweise können die Verbinderanschlüsse des Verbinderanschlusspaares 60 miteinander verbunden werden, indem ein Paar der Verbindergehäuse, die das Verbinderpaar bilden, miteinander verbunden werden. Das Verbinderpaar kann nur ein Verbinderanschlusspaar 60 oder eine Mehrzahl von Verbinderanschlusspaaren 60 enthalten. In dem Fall des Bereitstellens einer Mehrzahl von Verbinderanschlusspaaren 60 können alle Verbinderanschlusspaare 60 die Verbinderanschlusspaare 60 sein, die jeweils den ersten Kontaktpunkt 10 und den zweiten Kontaktpunkt 20 mit den spezifischen Materialzusammensetzungen, wie oben beschrieben, enthalten, oder nur einige von ihnen können solche Verbinderanschlusspaare 60 sein.
• Da das Verbinderpaar das Verbinderanschlusspaar 60 enthält, das den ersten Kontaktpunkt 10 und den zweiten Kontaktpunkt 20 mit den oben beschriebenen spezifischen Materialzusammensetzungen enthält, werden eine hohe Verbindungszuverlässigkeit durch einen geringen Kontaktwiderstand und eine geringe Einsetzkraft durch einen niedrigen Reibungskoeffizienten in dem Verbinderpaar kombiniert. Insbesondere wenn das Verbinderpaar eine Mehrzahl von Verbinderanschlusspaaren 60 enthält, wird die Bedeutung der Verringerung der Einsetzkraft groß. Wenn die Anzahl der Verbinderanschlusspaare 60 zunimmt, steigt im Allgemeinen die Gesamteinsetzkraft in dem Verbinderpaar. Dies liegt daran, dass die Einsetzkraft als ein gesamtes Verbinderpaar auf ein niedriges Niveau verringert werden kann, indem in jedem Verbinderanschlusspaar 60, das das Verbinderpaar bildet, eine geringere Einsetzkraft erzielt wird.
• Beispiele
• Die vorliegende Erfindung wird anhand von Beispielen detailliert beschrieben.
• Herstellung von plattierten Proben
• Eine Zinn-plattierte Probe, eine Zinn-Palladium-plattierte Probe und eine Nickel-plattierte Probe wurden durch Durchführen einer elektrolytischen Plattierung auf sauberen Oberflächen von Kupferplatten hergestellt. Eine Filmdicke jeder Plattierungsschicht ist in Tabelle 1 gezeigt. Für die Zinn-Palladium-plattierte Probe wurden eine Palladiumplattierungsschicht und eine Zinnplattierungsschicht in dieser Reihenfolge gebildet, um vorgeschriebene Filmdicken aufzuweisen, nachdem eine Nickelplattierungsschicht als Unterschicht gebildet wurde.
• Die Zinn-Palladium-plattierte Probe wurde weiter bei 300°C erhitzt, wodurch eine Legierung zwischen Zinn und Palladium gebildet wurde, um eine Zinn-Palladium-Legierungsprobe zu erhalten. Durch Beobachten eines Querschnitts und einer Oberfläche der erhaltenen Probe mittels eines Rasterelektronenmikroskops (SEM) wurde bestätigt, dass beide Legierungsteile und ein Zinnteil an einer äußersten Oberfläche der Zinn-Palladium-Legierungsprobe freigelegt waren und Partikeldurchmesser der Legierungsteile und Größen von durchgehenden Bereichen des Zinnteils auf der äußersten Oberfläche ausreichend kleiner waren als der Bereich einer tatsächlichen Kontaktfläche, die mit einem zusammenpassenden Kontaktpunkt in Kontakt zu bringen ist, wenn ein elektrischer Kontaktpunkt gebildet wurde. Ferner wurde auch bestätigt, dass ein Teil der Nickelplattierungsschicht, die als Unterschicht dient, eine Nickel-Zinn-Legierung bildete. Tabelle 1

  	Sn-Filmdicke	Pd-Filmdicke	Ni-Filmdicke
  Sn-Plattierung	1 µm	-	-
  Sn/Pd-Plattierung	1 µm	0,03 µm	1 µm (Unterschicht)
  Ni-Plattierung	-	---	1 µm

• Herstellung eines elektrischen Kontaktpunkts
• Gewölbte Kontaktpunkte und plattenartige Kontaktpunkte wurden unter Verwendung der jeweiligen oben erhaltenen Proben hergestellt. Der gewölbte Kontaktpunkt wurde gebildet, indem jede Probe in eine Form mit einem Krümmungsradius von 3 mm geprägt wurde. Ferner wurden die erhaltenen Proben direkt geschnitten, um die plattenartigen Kontaktpunkte zu bilden.
• Durch Kombinieren der gewölbten Kontaktpunkte und der plattenförmigen Kontaktpunkte wurden elektrische Kontaktpunkte gemäß Beispiel 1 und Vergleichsbeispielen 1 und 2 gebildet. Materialkombinationen des gewölbten Kontaktpunkts und des plattenartigen Kontaktpunkts sind in Tabelle 2 gezeigt.
• Testverfahren
• (Bewertung des Reibungskoeffizienten)
• Für jeden der elektrischen Kontaktpunkte gemäß Beispiel 1 und der Vergleichsbeispiele 1 und 2 wurde der gewölbte Kontaktpunkt mit dem plattenförmigen Kontaktpunkt in Kontakt gebracht und mit einer Geschwindigkeit von 10 mm/min um 5 mm entlang einer Oberfläche des plattenartigen Kontaktpunkts in einem Zustand verschoben, in dem eine Kontaktlast von 5 N angelegt wurde. Während dieser Gleitbewegung wurde eine dynamische Reibungskraft, die zwischen den Kontaktpunkten wirkt, unter Verwendung einer Kraftmessdose gemessen. Dann wurde ein Wert, der durch Teilen der dynamischen Reibungskraft durch die Last erhalten wurde, als (dynamischer) Reibungskoeffizient festgelegt.
• (Bewertung des Kontaktwiderstandes)
• Für die elektrischen Kontaktpunkte gemäß Beispiel 1 und Vergleichsbeispielen 1 und 2 wurde der Kontaktwiderstand in einem Zustand, nachdem die Gleitbewegung durchgeführt wurde, für die obige Bewertung des Reibungskoeffizienten gemessen. Die Messung wurde durch ein Vier-Anschlüsse-Verfahren durchgeführt, während eine Kontaktlast von 5 N angelegt wurde. Während dieser Zeit wurden eine offene Spannung auf 100 mV und ein Erregerstrom auf 10 mA festgelegt.
• Testergebnisse
• 3 zeigt die Ergebnisse der Reibungskoeffizientenmessergebnisse als Funktionen einer Gleitstrecke. Ferner zeigt die nachstehende Tabelle 2 Messergebnisse des Reibungskoeffizienten und des Kontaktwiderstandes zusammen mit einer Kombination von Plattierungsmaterialien, die jeden Kontaktpunkt bilden. Der Reibungskoeffizient wird als ein Durchschnittswert über die gesamte Gleitstrecke gezeigt, außer in einem sehr früh absteigenden Teil. Tabelle 2

  	Plattierungsmaterialien von Kontaktpunkten		Reibungskoeffizient (Durchschnittswert)	Kontaktwiderstand [mΩ]
  	Gewölbter Kontaktpunkt	Plattenartiger Kontaktpunkt
  Beispiel 1	Sn-Pd-Legierung	Ni-Plattierung	0,25	0,77
  Vgl.-Beispiel 1	Sn-Plattierung	Ni-Plattierung	0,32	1,03
  Vgl.-Beispiel 2	Sn-Plattierung	Sn-Plattierung	0,45	0,36

• Wie aus 3 und Tabelle 2 ersichtlich, wird in Beispiel 1, in dem der elektrische Kontaktpunkt durch Kombinieren eines Materials, enthaltend eine legierungshaltige Schicht (Sn-Pd-Legierung), die Zinn-Palladium-Legierungsteile auf einer äußersten Oberfläche enthält, und eines Materials, das eine Nickelschicht auf einer äußersten Oberfläche enthält, gebildet wird, ein merklich niedrigerer Reibungskoeffizient als bei den Vergleichsbeispielen 1 und 2 erhalten. In Vergleichsbeispiel 2, das eine Schicht aus weichem und leicht anhaftendem Zinn in beiden Kontaktpunkten umfasst, ist der Reibungskoeffizient besonders hoch und der Reibungskoeffizient steigt mit zunehmender Gleitstrecke an. Dies liegt an der Zinnadhäsion zwischen den beiden Kontaktpunkten. In Vergleichsbeispiel 1 wird die harte Nickelschicht in einem Kontaktpunkt verwendet, wodurch der Reibungskoeffizient niedriger ist als in dem Fall des Vergleichsbeispiels 2, jedoch zeigt sich aufgrund der Weichheit des Zinns und der Adhäsion zwischen Zinn und Nickel immer noch ein hoher Reibungskoeffizient von über 0,30. Im Gegensatz dazu ist in Beispiel 1 die Zinn-Palladium-Legierung enthaltende Schicht mit einer hohen Härte in einem Kontaktpunkt enthalten, und die Nickelschicht mit einer hohen Härte, bestehend aus dem Material, das weder Zinn noch Palladium enthält, ist in dem anderen Kontaktpunkt enthalten, wodurch interpretiert wird, dass ein sehr niedriger Reibungskoeffizient als ein Effekt der Härte der beiden Kontaktpunkte und ein Effekt der Beseitigung eines Adhäsionsphänomens zwischen Metallen des gleichen Typs erhalten wird.
• Als nächstes werden die Kontaktwiderstände verglichen. In Beispiel 1 wird ein niedrigerer Wert als in Vergleichsbeispiel 1 erhalten, obwohl er höher ist als in Vergleichsbeispiel 2. Zinn ist ein Metall, das aufgrund der Weichheit und dergleichen einen sehr geringen Kontaktwiderstand auf einer Oberfläche bereitstellt, und ein geringster Kontaktwiderstand wird in Vergleichsbeispiel 2 erhalten, bei dem die Schichten aus Zinn in dem elektrischen Kontaktpunkt in Kontakt sind. Andererseits ist in Vergleichsbeispiel 1 Zinn mit einer solchen Eigenschaft in einem Kontaktpunkt freigelegt, aber Nickel ist in dem anderen Kontaktpunkt freigelegt, weshalb der Kontaktwiderstand hoch ist. Es wird angenommen, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass ein harter Oxidfilm auf der Oberfläche von Nickel gebildet wird und es schwierig ist, diesen Oxidfilm durch eine Gleitbewegung gegen die Zinnschicht abzulösen. Im Gegensatz dazu wird in Beispiel 1 die Zinn-Palladium-Legierung enthaltende Schicht mit einer hohen Härte in der äußersten Oberfläche des Kontaktpunkts gebildet, der mit dem Kontaktpunkt, in dem die Nickelschicht freiliegt, in Kontakt zu bringen ist, und der Oxidfilm auf der Nickeloberfläche kann während einer Gleitbewegung abgelöst werden. Somit wird eine Metalloberfläche aus Nickel freigelegt und es wird ein guter elektrischer Kontakt mit der Zinn-Palladium-Legierung enthaltenden Schicht, insbesondere mit dem Zinnteil, gebildet. Im Ergebnis wird interpretiert, dass der Kontaktwiderstand geringer ist als in Vergleichsbeispiel 1. Es ist anzumerken, dass der Kontaktwiderstand von Beispiel 1 von 0,8 mΩ beispielsweise für die Verwendung in einem Verbinderanschluss für Kraftfahrzeuge als ausreichend niedrig bezeichnet werden kann.
• Bezugszeichenliste

10

erster Kontaktpunkt

11

Trägermaterial

12

Nickelschicht

13

Nickel-Zinn-Legierungsschicht

14

legierungshaltige Schicht

14a

Legierungsteil

14b

Zinnteil

20

zweiter Kontaktpunkt

21

Trägermaterial

22

der legierungshaltigen Schicht unähnliche Metallschicht

40

Buchsenverbinderanschluss

41

rückstellfähiges Kontaktstück

41a

geprägter Abschnitt

42

nach innen gerichtete Kontaktfläche

43

Pressabschnitt

50

Steckerverbinderanschluss

51

Kontaktstift

60

Anschlusspaar

Claims (8)

1. Elektrischer Kontaktpunkt, der aus einem ersten Kontaktpunkt (10) und einem zweiten Kontaktpunkt (20) besteht, die in der Lage sind, einen elektrischen Kontakt miteinander zu bilden, wobei: der erste Kontaktpunkt (10) eine legierungshaltige Schicht (14) enthält, aufweisend Legierungsteile (14a), die aus einer Zinn und Palladium enthaltenden Legierung bestehen, und einen Zinnteil (14b), der aus Zinn oder einer Legierung mit einem höheren Verhältnis von Zinn zu Palladium besteht als die Legierungsteile (14a), wobei sowohl die Legierungsteile (14a) als auch der Zinnteil (14b) an einer äußersten Oberfläche freiliegen; und der zweite Kontaktpunkt (20) eine der legierungshaltigen Schicht (14) unähnliche Metallschicht (22) enthält, die aus Metall mit einer höheren Härte als die legierungshaltige Schicht (14) besteht und die weder Zinn noch Palladium an einer äußersten Oberfläche enthält, wobei die der legierungshaltigen Schicht (14) unähnliche Metallschicht (22) aus Nickel oder einer Nickellegierung besteht.
2. Elektrischer Kontaktpunkt nach Anspruch 1, wobei die Legierungsteile (14a) in dem Zinnteil (14b) in der legierungshaltigen Schicht (14) diffundiert sind.
3. Elektrischer Kontaktpunkt nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Gehalt an Palladium an einer Gesamtmenge von Zinn und Palladium in der legierungshaltigen Schicht (14) 7 Atom-% oder weniger beträgt.
4. Elektrischer Kontaktpunkt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Volumenverhältnis der Legierungsteile (14a), welche die gesamte legierungshaltige Schicht (14) einnehmen, 1,0 Vol.-% oder mehr und 95 Vol.-% oder weniger beträgt.
5. Elektrischer Kontaktpunkt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Flächenverhältnis der Legierungsteile (14a), die die äußerste Oberfläche des ersten Kontaktpunktes (10) einnehmen, 1,0% oder mehr und 95% oder weniger beträgt.
6. Elektrischer Kontaktpunkt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei einer der ersten und zweiten Kontaktpunkte (10, 20) ein gewölbter Kontaktpunkt ist, der auf einer Oberflächenseite eine gewölbte Form aufweist; und der andere (20, 10) ein plattenartiger Kontaktpunkt ist, der eine plattenartige Form aufweist und so konfiguriert ist, dass er einen oberen Teil des gewölbten Kontaktpunkts elektrisch kontaktiert.
7. Verbinderanschlusspaar (60), umfassend ein Paar Verbinderanschlüsse (40, 50), die konfiguriert sind, sich an Kontaktabschnitten elektrisch zu kontaktieren, wobei die Kontaktabschnitte einen elektrischen Kontaktpunkt nach einem der Ansprüche 1 bis 6 enthalten.
8. Verbinderpaar, umfassend ein Verbinderanschlusspaar (60) nach Anspruch 7.

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