DE2540944A1

DE2540944A1 - Elektrischer steckkontakt

Info

Publication number: DE2540944A1
Application number: DE19752540944
Authority: DE
Inventors: Nils Dipl Ing Dr Harmsen; Horst Markhof; Walter Dr Reichelt; Klaus-Ludwig Dr Schiff; Horst Thiede
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1975-09-13
Filing date: 1975-09-13
Publication date: 1977-03-24
Also published as: DE2540944B2; DE2540944C3

Description

"Elektrischer Steckkontakt
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Steckkontakt mit einer Kontaktschicht aus einer Silberlegierung, die gegebenenfalls über einer Zwischenschicht auf einen Träger aufgebracht ist.
Für die Verwendung in der Nachrichtentechnik und Datenverarbeitung sind nur solche elektrischen Steckkontakte geeignet, die einen möglichst niedrigen und über längere Lebensdauer möglichst gleichbleibenden Kontaktübergangswiderstand aufweisen.
Ein niedriger Kontaktübergangswiderstand ist gleichbedeutend mit hoher elektrischer Leitfähigkeit. Von den Metallen mit besonders hoher elektrischer Leitfähigkeit, wie Silber, Kupfer, Gold und Aluminium, sind Kupfer und Aluminium deshalb ungeeignet, weil sie sich leicht mit Oxid- oder anderen Reaktionsschichten überziehen und infolgedessen der Kontaktwiderstand um mehrere Größenordnungen anwächst.
Während Gold, zumindest für Steckkontakte, praktisch ohne Einschränkung brauchbar ist, sind die Anwendungsmöglichkeiten für Silber beschränkt. Silber bildet bei Anwesenheit von Schwefelwasserstoff oder elementarem Schwefel isolierende Silbersulfidschichten an der Kontaktoberfläche.
Da Gold um ein Vielfaches teurer ist als Silber, hat es nicht an Versuchen gefehlt, Silber gegen Schwefel und Schwefelwasserstoff anlaufbeständer zu machen, z. B. wurde Silber mit Gold überzogen. Da Gold besonders anfällig gegen ein aufkriechendes Silbersulfid ist, wurden porenfreie Schichten einer Dicke ab etwa 2 bis 3/um angewandt. Man hat geglaubt, daß dünne, porige n-oldschichten auf der Ag-Oberfläche von StCckkntkter 1toine-.
Anlaufschutz bilden (vergleiche Buch von Reid und Goldie: "Gold Plating Technology", 1974, Seite 492).
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Steckkontakt zu schaffen, der einen niedrigen KontaktüberansLderstand, vergleichbar mit reinem Gold, einenmit mit Silber wenigstens in etwa vergleichbar besitzt, dessen Anlaufbeständigkeit jedoch um Größenordnungen besser ist als die reinen Silbers. Gelöst wird diese Aufgabe bei einem elektrischen Kontakt der eingangs beschriebenen Gattung erfindungsgemäß dadurch, daß die Kontaktschicht aus einer anlaufbeständigen Silberlegierung besteht in einer Dicke von 0,5 bis 10/um, vorzugsweise 1 bis 5/um, und darauf eine poröse Goldschicht in einer Dicke zwischen 0,05 und 0,8/um, vorzugsweise 0,1 bis 0,2/um, angeordnet ist.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Bewährt hat sich als extrem dünne Goldschicht eine solche aus Hartgold.
Bewährt hat sich für die Kontaktschicht eine Legierung mit 20 bis 85 Gewichtsprozent Silber, Rest Palladium, vorzugsweise mit 50 bis 70 Gewichtsprozent Silber, Rest Palladium.
Bewährt hat sich aber auch, daß die Kontaktschicht aus mindeste 80 Gevichtsprosent Silber, Rest wenifflstens eines der Metalle aus der Gruppe Aluminium, Zinn, Zink, Zirkonium, Indium oder deren Legierungen besteht.
Es hat sich gezeigt, daß die vorerwähnten Silberlegierungen ers nach Aufbringen der dünnen porösen, unzusammenhängenden Goldschicht die in der Aufgabe der Erfindung gestellten Forderungen erfüllen und deshalb für die eingangs genannten Anwendungen gut geeignet sind.
Wa7nrscheinnich er!.l^-en sich die überraschend guten Eigens.hGften des erfindungsgemäßen elektrischen Steckkontaktes dadurch, daß die inselförmige, unzusammenhängende Goldschicht für den guten Kontaktübergangswiderstand im Neuzustand verantwortlich ist. Während des Gebrauchs wird an der kontaktgebenden Oberfläche aus den Inseln durch Verschmieren des Goldes dieses verteilt und eine zusammenhängende Goldschicht erreicht. Obwohl die Goldschicht noch dümer ist als die ursprünglich aufgebrachte Schicht, konnte festgestellt werden, daß selbst bei geringen Kontaktkräften während der Lebensdauer der Kontakte überraschenderweise kein merkliches Ansteigen des Kontaktwiderstandes erfolgt, sondern sogar gleich gute Ergebnisse erzielt werden wie bei Massivgoldkontakten oder elektrischen Kontakten mit dicken Goldschichten. Im Gebrauch der erfindungsgemäßen elektrischen Steckkontakte hat es sich gezeigt, daß sich selbst in schwefelhaltigen Atmosphären nur ganz dünne, aber harte Sulfidschichten bilden, welche nicht in der Lage sind, auf die dünne Goldschicht aufzukriechen.
In der beigefügten Zeichnung eines Ausführungsbeispiels ist mit 1 der Träger, mit 2 die Kontaktschicht und mit 3 die extrem dünne Goldschicht zu bezeichnen. Gegebenenfalls kann zwischen der Schicht 2 und dem Träger eine an sich bekannte gut löt- und/oder schweißbare Zwischenschicht aufgebracht sein.
In den Versuchen wurden folgende Materialien verglichen: Beispiel 1 Gold, Silber-Palladium 30 und Silber-Palladium 30 mit einer 0,2/um dicken Goldschicht wurden alternativ auf einen Träger aus üblichem Steckermaterial aufgebracht. Zunächst wurde ein Reibverschleißtest durchgeführt. Mit einem AuAgCu-Niet wurde bei einer Belastung von 150 cN durch 500-maliges Hin- und Herreiben eine Reibspur verursacht. Als erstes wurde der Kontakt widerstand in der Reibspur gemessen. Danach wurden die Proben einem Schadgasklima, das H2S enthielt, ausgesetzt, und zwar 2 Tage 1 ppm H2S, danach 2 Tage mit 10 ppm H2S. Nach je einem Tag Auslagerung wurde der Kontaktwiderstand gemessen9 und zwar mit Kontaktkräften zwischen 5 und 200 cN. Während der Kontaktwiderstand der Goldprobe während des ganzen Versuches konstant war, zeigten die Meßwerte der Ag-Pd-Probe ohne Goldschicht mit wachsender Auslagerdauer eine ansteigende Tendenz; der Kontaktwiderstand war um so höher, je niedriger die Kontaktkraft war.
Aber selbst bei Kontaktkräften von 200 cN lagen die Widerstandswerte noch im Bereich von 10 bis 100 m-Ohm. Die Probe aus Silber-Palladium 30 mit der 0,2/um dicken Goldschicht ergab selbst bei geringen Kontaktkräften kein merkliches Ansteigen des Kontaktwiderstandes. Sie verhielt sich wie die Goldprobe.
Beispiel 2 Für einen weiteren Versuch wurden Stecker hergestellt. Ein Teil der Versuchscharge enthielt auf der Kontaktfeder eine Gold-Silber-Kupfer-Legierung als Kontaktmaterial, während ein anderer Teil mit Silber-Palladium 50 plattiert war. Auf die Ag-Pd-Schicht wurde wieder eine dünne Goldschicht von 0,2/um aufgebracht. Für beide Versuchsgruppen wurde als Gegenkontakt ein mit Gold beschichtetes Messer verwandt. Beide Versuchsgruppen wurden nach DIN 41612 zweihundertmal gesteckt. Vor und nach den Steckungen wurde der Durchgangswiderstand bestimmt, danach wurden die Versuchsgruppen in H2S-Klima oder in S02-Kliira je 4 Tage lang au-enagert. Nach jedflr. rn.rn wurde dcr Durchgangswiderstand gemessen. Es zeigte sich, daß keine Unterschiede in den Werten des Durchgangswiderstandes in den beiden Versuchsgruppen festgestellt werden konnten. Dagegen muß man bei Verwendung von Ag-Pd ohne die extrem dünne Goldschicht mit einem starken Anstieg des Durchgangswiderstandes rechnen.
Beispiel 3 Es wurden Proben in Plättchenform folgender Legierungen hergestellt: AgAl 5 AgZr 2 AgSn 6 In 3 Zn 1 Ein Teil der Plättchen wurde mit einer ca. 0,2/um dicken, porösen Goldschicht überzogen. Es wurden jeweils Plättchen mit und ohne Goldüberzug einem Schadgasklima mit 1 Vol. ppm H2S (bei 400 C und 50 P6 relativer Feuchte) ausgesetzt. Reine Gold- und Silberproben wurden zum Vergleich mitausgelagert.
Vor der Auslagerung und jeweils nach einem Tag Auslagerdauer wurde der Kontaktübergangswiderstand gemessen. Die Kontaktkräfte betrugen 5, 100 und 200 cN.
Ergebnis: Vor der Auslagerung haben Au, Ag, AgZr 2 und die vergoldeten Legierungen den niedrigsten Kontaktwiderstand. Mit zunehmender Auslagerdauer steigen die Kontaktwiderstandswerte des Silbers stark an, während die des Goldes unverändert bleiben. Die Kontaktwiderstandswerte der Silberlegierungen steigen deutlich langsamer an als die des Silbers, noch besser liegen die der vergoldeten Legierungen. Für hohe Kontaktkräfte nähern sich die Kontaktwiderstandswerte der letzteren denen des Goldes sehr stark an.
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Claims

Pat entansprüche 1. Elektrischer Steckkontakt mit einer Kontakt schicht aus einer Silberlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht aus einer anlaufbeständigen Silberlegierung besteht in einer Dicke von 0,5 bis 10/um, vorzugsweise 1 bis 5/um, und darauf eine poröse Goldschicht in einer Dicke zwischen 0,05/um und 0,8/um, vorzugsweise 0,1 bis 0,2/um angeordnet ist.
2. Elektrischer Kontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeirhnet, daß die extrem dünne Goldschicht aus Hargold besteht.
3. Elektrischer Kontakt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht aus einer Legierung mit 20 bis 85 Gew.-0/o Silber, Rest Palladium, vorzugsweise 50 bis 70 Gew.-% Silber, besteht.
4. Elektrischer Kontakt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht aus mindestens 80 Gew.-% Silber, Rest wenigstens eines der Metalle aus der Gruppe Aluminium, Zinn, Zink, Zirkonium, Indium oder deren Legierungen besteht.
5. Elektrischer Kontakt nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Goldschicht durch galvanisches Abscheiden, Vakuumabscheiden, wie Aufdampfen Aufstäuben, lonenimplantierung, aufgebracht ist.
6. Elektrischer Kontakt nach einem oder mehreren der vorhergehenden AnsprUche, dadurch gekennzeichnet, daß die Silber-Legierungsschicht durch Walzplattieren, Rollnahtschweißen, Bedampfen, Bestäuben oder galvanisch aufgebracht ist.
7. Elektrischer Kontakt nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgebrachte dwnne Goldschicht die Kontaktschicht und den Träger teilweise bedeckt oder vollständig umhüllt.