DE2540944B2

DE2540944B2 - Kontaktkoerper fuer einen elektrischen steckkontakt

Info

Publication number: DE2540944B2
Application number: DE19752540944
Authority: DE
Inventors: Nils Dipl.-Ing. Dr.; Markhof Horst; 6454 Bruchköbel; Reichelt Walter Dr 6450 Hanau; Schiff Klaus-Ludwig Dr.; Thiede Horst; 6454 Bruchköbel Harmsen
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: 1978-01-26
Also published as: DE2540944A1; DE2540944C3

Description

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Die Erfindung betrifft einen Kontaktkörper für einen elektrischen Steckkontakt, bestehend aus einer auf einem Träger aufgebrachten metallischen Kontaktschicht und einer darüber angeordneten dünnen, nicht porenfreien Goldschicht. Eine derartige Kontaktanordnung ist aus dem Buch »Gold Plating Technology« von Reid und G ο 1 d i e (Electrochemical Publications Limited 1974), und zwar auf Seite 492, bekannt.

Für die Verwendung in der Nachrichtentechnik und Datenverarbeitung sind nur solche elektrischen Steckkontakte geeignet, die einen möglichst niedrigen und b5 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 Gröbenordnungeri anwächst.

Aus der DT-AS 10 78 774 ist ein elektrischer Schaltkontakt, insbesondere für Telefonrelais, bekannt mit einer Edelmetallunterlage und mit einem relativ dicken Überzug aus einer Goldlegierung, dessen Kosten entsprechend hoch sind.

Während Gold zumindest für Steckkontakte praktisch ohne Einschränkung brauchbar ist, sind die Anwendungsmöglichkeiten von Silber beschränkt. Silber bildet bei Anwesenheit von Schwefelwasserstoff oder elementarem Schwefel isolierende Silbersulfidschichten an der Kontaktoberfläche.

Man kennt bereits Silberlegierungen, insbesondere die aus der Zeitschrift »NTZ«, 1961, Heft 4, Seite 178, bekannten Silber-Palladium-Legierungen mit etwa 30 bis 50% Palladium für Sprechverbindungen, und weiß, daß diese gegen atmosphärische Einflüsse (Schwefelwasserstoff) den dort geforderten Bedingungen entsprechen.

Ein weiterer Versuch, Silber gegen Schwefel und Schwefelwasserstoff anlaufbeständiger zu machen, bestand z. B. darin, daß man das Silber mit einer GoldscMchi überzogen hat. Da Gold besonders anfällig gegen ein Aufkriechen des Silbersulfids ist, wurden porenfreie Schichten einer Dicke ab etwa 2 bis 3 μιη angewandt. Man hat jedoch geglaubt, daß dünne porige Goldschichten auf der Silberoberfläche von Steckkontakten in aggressiver, insbesondere schwefelhaltiger Atmosphäre, keinen Anlaufschutz bieten (vgl. Buch von Reid und G ο I d i e »Gold Plating Technology«, 1974, Seite 492, und »Proceeding of the Holm Seminar on Electrical Contact Phenomena«, Chicago 1968, S. 67/84).

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Kontaktkörper der eingangs genannten Art für Steckkontakte dahingehend zu verbessern, daß sie einen niedrigen Kontaktübergangswiderstand, vergleichbar mit demjenigen von reinem Gold, und einen Preis wenigstens in etwa vergleichbar mit demjenigen von Silber aufweisen, deren Anlaufbeständigkeit dagegen, insbesondere auch in schwefelhaltiger Atmosphäre, um Größenordnungen besser ist als die reinen Silbers.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Kontaktkörper der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß durch die Kombination der Merkmale, daß die Kontaktschicht aus einer anlaufbeständigen Silberlegierung in einer Dicke von 0,5 bis 10 μσι besteht und die poröse Goldschicht nur eine Dicke zwischen 0,05 und 0,8 μιτι besitzt.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Es hat sich gezeigt, daß die vorerwähnten Silberlegierungen erst 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.

Wahrscheinlich erklären sich die überraschend guten Eigenschaften 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 dünner ist als die ursprünglich aufgebrachte Schicht, konnte festgestellt werden, daß selbst bei geringen Kontaktkräften während der Lebensdauer der Kontakte überraschenderweise kein merkliches Ansieigen des Kontaktwiderstandes erfolgt, sondern sogar gleich gute Ergebnisse erzielt werden wie bei Massivgoldkontakten oder elektrischen Kontakten mit dicken Goldschichten. Im Gebrauch der erfindungsgemäßen elektrischen Steckkontakic 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 Zeichnung eines Ausführungsbeispiels ist mit 1 der Träger, mit 2 die Kontaktschicht und mit 3 die extrem dünne Goldschicht bezeichnet. Gegebenenfalls kann zwischen der Schicht 2 und dem Träger eine an sich bekannte gut lot- 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 μηι dicken Goldschicht wurden alternativ auf einen Träger aus üblichem Steckerrnaterial aufgebracht. Zunächst wurde ein Reibverschleißtest durchgeführt. Mit einem AuAgCu-Niet wurde bei einer Belastung von 15OcN durch 500maliges Hin- und Herreiben eine Reibspur verursacht. Als erstes wurde der Kontaktwiderstand 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 gemessen, 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 20OcN lagen die Widerstandswerte noch im Bereich von 10 bis 100 πιΩ. Die Probe aus Silber-Palladium 30 mit der 0,2 μπι 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 Kontnktrnaterial, während ein anderer Teil mit Silber-Palladium 50 plattiert war. Auf die Ag-Pd-Schicht wurde wieder eine dünne Goldschicht von 0,2 μπι aufgebracht. Für beide Versuchsgruppen wurde als Gegenkontakt ein mit Gold beschichtetes Messer verwandt. Beide Versuchsgruppen wurden nach DIN 41 612 zweihundertmal gesteckt. Vor und nach den Steckungen wurde der Durchgangswiderstand bestimmt, danach wurden die Versuchsgruppen in HiS-Klima oder in SO2-Klima je 4 Tage lang ausgelagert. Nach jedem Tag wurde der 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 ZnI

Ein Teil der Plättchen wurde mit einer ca. 0,2 μπι dicken, porösen Goldschicht überzogen. Es wurden jeweils Plättchen mit und ohne Goldüberzug einem Schadgasklima mit 1 Vol. ppm H₂S (bei 40°C und 50% 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 Kontaktmatte 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kontaktkörper für einen elektrischen Steckkontakt, bestehend aus einer auf einem Träger aufgebrachten metallischen Kontaktschicht und einer darüber angeordneten dünnen nicht porenfreien Goldschicht, gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale, daß die Kontaktschicht (2) aus einer anlaufbeständigen Silberlegierung in einer Dicke von 0,5 bis 10 μπι besteht und daß die poröse Goldschicht (3) nur eine Dicke zwischen 0,05 μίτι und 0,8 μιη besitzt

2. Kontaktkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht (2) 1 bis 5 μιη und die Goldschicht (3) 0,1 bis 0,2 μιη dick ist.

3. Elektrischer Kontakt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die extrem dünne Goldschichi (3) aus Hartgold besteht.

4. Elektrischer Kontakt nach einem der Ansprüehe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht (2) aus einer Legierung mit 20 bis 85 Gewichts-% Silber, Rest Palladium, vorzugsweise 50 bis 70 Gewichts-% Silber, besteht

5. Elektrischer Kontakt nach einem der Ansprüehe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht (2) aus mindestens 80 Gewichts-% Silber, Rest wenigstens eines der Metalle aus der Gruppe Aluminium, Zinn, Zink, Zirkonium, Indium oder deren Legierungen besteht.

6. Elektrischer Kontakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Goldschicht (3) durch galvanisches Abscheiden oder durch Vakuumabscheiden, wie Aufdampfen, Aufstäuben oder lonenplattierung, aufgebracht ist.

7. Elektrischer Kontakt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht (2) durch Walzplattieren, Rollnahtschweißen, Aufdampfen, Aufstäuben oder galvanisch aufgebracht ist.

8. Elektrischer Kontakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgebrachte dünne Goldschicht (3) die Kontaktschicht (2) und den Träger (1) teilweise bedeckt oder vollständig umhüllt.