DE202021001551U1 - Kontaktelement mit wenigstens einer darauf angebrachten leitfähigen Schicht - Google Patents
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Abstract
Kontaktelement, welches einen Grundkörper mit einem Einpresselement aufweist, auf dem zumindest in einem Teilbereich desselben mindestens eine leitfähige Schicht und mindestens eine darunter liegende Sperrschicht aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die oder mindestens eine der leitenden Schichten eine Schicht aus Bismut und die oder mindestens eine der Sperrschichten eine Schicht aus Nickel ist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kontaktelement, welches einen Grundkörper mit einem Einpresselement aufweist, auf dem zumindest in einem Teilbereich desselben mindestens eine leitfähige Schicht und mindestens eine darunterliegende Sperrschicht aufgebracht ist.
- Die
DE 10 2010 042 526 A1 beschreibt ein derartiges Kontaktelement. Diese Bauteile werden in elektrischen und elektronischen Apparaten und Geräten verwendet, um mittels einer Einpresstechnik elektrische Steckverbindungen zwischen vorgenannten Geräten und/oder Bestandteilen derselben herzustellen. - Hierzu wird ein vorzugsweise elastischer Einpressstift in eine Kontaktöffnung z. B. einer Leiterplatte eingepresst. Hierdurch wird eine Kaltverschweißung zwischen diesen beiden Bauteilen erreicht. Um dabei eine hinreichende elektrische Konnektierung zwischen einem Einpressstift als auch der diesen aufnehmenden Kontaktöffnung zu erreichen müssen diese beiden Komponenten mit einem geeigneten elektrisch leitfähigen Material beschichtet sein. In der Vergangenheit wurde hierzu eine Zinn-Blei-Beschichtung verwendet, da diese einerseits ausreichend weich ist, um eine ausreichende Verbindung der Kontaktelemente zu gewährleisten und andererseits aufgrund des Bleigehalts eine Whiskerbildung des Zinns zu verhindern, die zu elektrischen Kurzschlüssen bei einer durch eine Einpresstechnik hergestellten elektrischen Verbindung führen kann. Die Verwendung von Blei ist aber problematisch und deshalb heutzutage verboten.
- Die vorgenannte Druckschrift schlägt als Alternative zu den bekannten Zinn-Blei-Beschichtungen vor, dass auf dem Grundkörper des Kontaktelements als leitfähige Schicht oder eine dieser leitfähigen Schichten eine Schicht aus Indium aufgebracht ist. Es wird ebenfalls beschrieben, dass diese leitfähige Schicht als eine Schicht aus Indium mit einer Beimischung oder Legierung von wenigstens einem der Elemente aus der Gruppe von Elementen enthaltend Kupfer, Silber, Gold, Bismut, Nickel, Antimon, Palladium, Eisen, Kohlenstoff und Phosphor ausgebildet ist. Zwischen dem Basismaterial und der leitfähigen Schicht ist eine Zwischenschicht als Diffusionssperre aus wenigstens einem der Elemente aus der Gruppe von Elementen enthaltend Nickel, Kupfer, Eisen, Silber und Wolfram aufgebracht. Der Nachteil der vorgenannten Vorgehensweise ist, dass das Edelmetall Indium teuer und ein derartig hergestelltes Kontaktelement daher hohe Materialkosten mit sich bringt.
- Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kontaktelement mit einer Oberflächenbeschichtung vorzuschlagen, die bei einer geringen Whiskerneigung und geringen Kosten eine ausreichend gute Robustheit in der Anwendung zeigt.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass als die oder eine der leitenden Schichten eine Bismutschicht vorgesehen ist, und dass die oder eine der Sperrschichten eine Schicht aus Nickel ist.
- Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird ein Kontaktelement mit einer Oberflächenbeschichtung geschaffen, welches sich dadurch auszeichnet, dass eine geringe Whiskerneigung und eine ausreichend gute Robustheit auch durch die Verwendung von Bismut im Zusammenhang mit einer darunter angeordneten Nickel-Sperrschicht erreicht werden kann. Bismut besitzt im Vergleich zu Indium einen deutlich geringeren Materialpreis, so dass die Herstellung eines erfindungsgemäß ausgestalteten Kontaktelements deutlich kostengünstiger ist als unter Verwendung einer Indium-Beschichtung. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass bei einer Nickel-Sperrschicht die Neigung der Bismut-Oberfläche zu einer Kaltverschweißung mit der angrenzenden Oberfläche einer Kontaktöffnung, in welcher der Kontaktbereich des erfindungsgemäßen Kontaktelements eingepresst wurde, deutlich höher ausgeprägt ist als bei einem Kontaktelement, welches die Nickel-Sperrschicht nicht aufweist. Durch das Vorsehen einer durch eine Nickel-Sperrschicht ausgebildeten Diffusionssperre ist es in vorteilhafter Art und Weise möglich, bei dem erfindungsgemäßen Kontaktelement Bismut als Oberflächenschicht einzusetzen. Eine Bismut-Beschichtung zeichnet sich durch eine geringe Whiskerneigung aus, so dass das erfindungsgemäße Kontaktelement für eine Anwendung in der Elektrotechnik oder Elektronik prädestiniert ist. Das erfindungsgemäß mit Bismut und Nickel beschichtete Kontaktelement besitzt eine zumindest ausreichend Robustheit gegen mechanische Spannungen, welche beispielsweise durch Vibrationen und/oder Temperaturwechsel hervorgerufen werden, so dass das erfindungsgemäße Kontaktelement über einen großen Einsatzbereich verfügt. Das erfindungsgemäße Kontaktelement zeichnet sich also dadurch aus, dass die erfindungsgemäß vorgesehene Bi-Oberflächenbeschichtung in Verbindung mit einer Ni-Sperrschicht eine hinreichend gute Einpressverbindung zwischen einem Einpresselement, z. B. einem Einpressstift, und der dazugehörigen Kontaktöffnung ausbildet, so dass unter Einfluss von Feuchtigkeit, Sauerstoff und/oder aggressiven Gasen also auch unter mechanischen Belastungen wie Vibrationen und thermisch bedingten Materialspannungen eine Kontaktwiderstandserhöhung wenn nicht weitestgehend vermieden, sondern doch zumindest reduziert werden kann.
- Die erfindungsgemäßen Maßnahmen besitzen den Vorteil, dass neben einer Whiskerreduzierung auch in vorteilhafter Art und Weise die zur Herstellung einer Einpressverbindung erforderlichen Einpresskräfte aufgrund der weichen Materialeigenschaften der verwendeten Materialien reduziert werden können, sich aber dennoch eine gute, durch Materialaustausch erfolgende gasdichte Verbindung zwischen der Oberfläche des erfindungsgemäßen Kontaktelements und derjenigen des mit dieser zusammenwirkenden Kontaktöffnung ausbildet.
- Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Ein derartiges Kontaktelement ist bekannt und muss daher nicht mehr näher beschrieben werden. Es weist einen Grundkörper mit einem Einpresselement wie einem Einpressstift auf, dessen Einpresszone oder Kontaktzone zumindest teilweise und vorzugsweise vollständig mit einer Oberflächenbeschichtung versehen ist.
- Die Oberflächenbeschichtung weist eine oder mehrere elektrisch leitenden Schichten und eine oder mehrere darunter angeordnete Sperrschichten, die als Diffusionssperre fungieren, auf.
- Es wird vorgeschlagen, die oder mindestens eine der leitenden Schichten, bei mehreren Schichten vorzugsweise die äußere leitende Schicht, als eine Schicht aus Bismut und die oder mindestens eine der darunter liegenden Sperrschichten als eine Schicht aus Nickel auszubilden. Bevorzugt wird, dass die leitende Schicht aus Bismut unmittelbar über die Sperrschicht aus Nickel aufgetragen ist. Hierbei ist anzumerken, dass die entsprechenden Schichten außer Indium oder Nickel auch Spurenelemente weiterer Metalle und/oder unvermeidbare Verunreinigung von anderen Metallen als Bismut bzw. Nickel enthalten können. Derartige Verunreinigungen sind in der Praxis schon allein aufgrund von Badverunreinigungen nie ganz zu vermeiden.
- Wenn als elektrisch leitende Schichten zwei oder mehr leitfähige Schichten, also eine Schicht aus Bismut und mindestens eine andere weitere leitfähige Schicht vorgesehen sind, so besteht diese weitere leitfähige Schicht nicht aus Indium oder enthält Indium. Bevorzugt wird, dass die mindestens eine weitere leitfähige Schicht, falls vorhanden, eine leitfähige Schicht aus Kupfer, Silber, Gold, Nickel, Antimon, Palladium und/oder Kohlenstoff oder eine Legierung aus mindestens zwei der vorgenannten Elemente ist.
- Als mindestens eine weitere Sperrschicht, also als eine zu der aus Nickel ausgebildeten Sperrschicht weitere Sperrschicht, kann mindestens eine Schicht aus mindestens einem der Elemente aus der Gruppe von Elementen enthaltend Kupfer, Eisen und/oder Wolfram oder eine Legierung aus mindestens zwei der vorgenannten Elemente aufgebracht sein.
- Auch ist es möglich, dass auf die leitende Schicht als Korrosionsschutzschicht eine organische Schutzschicht aufgebracht ist.
- Das Auftragen der mindestens einen Sperrschicht und der mindestens einen elektrisch leitenden Schicht erfolgt vorzugsweise auf galvanische, chemische oder schmelztechnische Weise oder auch durch molekulare oder gasförmige Abscheidung. Bevorzugt wird, dass über eine Wärmeeinwirkung eine stärker ausgeprägte intermetallische Phase zwischen der leitenden Schicht und der darunter liegenden Sperrschicht ausgebildet wird.
- Bevorzugt wird, dass der Grundkörper des Kontaktelements aus einem Metall wie Bronze, Messing, Kupfer, Nickel oder einer Legierung aus Kupfer-Nickel-Silizium oder Kupfer-Eisen oder CuCrAgFeTiSi oder CuCrSiTi ausgebildet ist. Vorstehende Aufzählung stellt aber nur eine Auswahl aus den für die Ausbildung des Grundkörpers zur Verfügung stehenden Basiswerkstoffen dar und erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit.
- Zusammenfassend ist festzuhalten, dass durch die beschriebenen Maßnahmen ein Kontaktelement geschaffen wird, welches sich durch seine kostengünstige Herstellung auszeichnet, da es auf eine Oberflächenbeschichtung aus Indium verzichtet, wobei aber die vorteilhaften Eigenschaften, die eine Indium-Oberflächenbeschichtung mit sich bringt, erhalten werden.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010042526 A1 [0002]
Claims (6)
- Kontaktelement, welches einen Grundkörper mit einem Einpresselement aufweist, auf dem zumindest in einem Teilbereich desselben mindestens eine leitfähige Schicht und mindestens eine darunter liegende Sperrschicht aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die oder mindestens eine der leitenden Schichten eine Schicht aus Bismut und die oder mindestens eine der Sperrschichten eine Schicht aus Nickel ist.
- Kontaktelement nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine weitere leitfähige Schicht vorgesehen ist, und dass diese weitere leitfähige Schicht aus der Gruppe, welche Kupfer, Silber, Gold, Nickel, Antimon, Palladium und/oder Kohlenstoff und/oder eine Legierung aus mindestens zwei der vorgenannten Element enthält, ausgebildet ist. - Kontaktelement nach einem der
Ansprüche 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine weitere Sperrschicht vorgesehen ist, und dass die mindestens eine weitere Sperrschicht aus einem Element aus der Gruppe enthaltend Kupfer, Eisen und/oder Wolfram und/oder eine Legierung aus mindestens zwei der vorgenannten Elemente ausgebildet ist. - Kontaktelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die leitende Schicht aus Bismut direkt über der Sperrschicht aus Nickel angeordnet ist.
- Kontaktelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper aus einem Metall wie Bronze, Messing, Kupfer, Nickel oder einer Legierung aus Kupfer-Nickel-Silizium oder Kupfer-Eisen oder CuCrAgFeTiSi oder CuCrSiTi ausgebildet ist.
- Kontaktelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf die leitende Schicht eine Korrosionsschutzschicht aufgebracht ist.
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Cited By (1)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: LEITNER KANZLEI FUER GEWERBLICHEN RECHTSSCHUTZ, DE |
|
| R207 | Utility model specification | ||
| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |