DE2540999A1

DE2540999A1 - Elektrischer steckkontakt

Info

Publication number: DE2540999A1
Application number: DE19752540999
Authority: DE
Inventors: Nils Dipl Ing Dr Harmsen; Franz Dipl Chem Dr Kummer
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: DE2540999B2; DE2540999C3

Description

"Elektrischer Steckkontakt"
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Steckkontakt mit einer besonders aufgebauten Kontaktschicht, die auf einem Träger, gegebenenfalls über einer Zwischenschicht, aufgebracht ist.
Als Werkstoff für elektrische Steckkontakte in der Elektronik und Nachrichtentechnik hat sich wegen seiner guten elektrischen Leitfähigkeit und chemischen Beständigkeit besonders Gold ausgezeichnet und wird auch in großem Umfange eingesetzt. Infolge des hohen Goldpreises wurde schon relativ früh nach einem preisgünstigeren Ersatz gesucht, wobei sich das Silber wegen seiner besonders guten elektrischen Leitfähigkeit anbietet. In reinem Zustand neigt es Jedoch ae nach Atmosphäre bzw. Umwelt zu mehr oder weniger starker Sulfidbildung. Solche Oberflächenschichten sind Jedoch schlecht leitend und erhöhen den Kontaktwiderstand erheblich, so daß sich die Anwendung von Reinsilber allein für elektrische Steckkontakte, bei denen besonderer Wert auf gleichbleibend niedrigen Widerstand gelegt wird, verbietet.
Es ist seit langem bekannt, daß die Neigung des Silbers, Anlaufschichten zu bilden, durch Zulegierung von Palladium stark vermindert, bei genügend hohem Palladiumgehalt sogar vollständig verhindert werden kann. Silber-Palladium-Legierungen (AgPd 30 oder AgPd 50) werden deshalb in großem Umfang verwendet.
Aus wirtschaftlichen Grtinden werden elektrische Steckkontakte nur selten aus massivem Edelmetall hergestellt, sondern die Edelmetalle werden in dünner Schicht auf die Oberfläche einer Unterlage aus Unedelmetall aufgebracht. Als Aufbringungsverfahren sind z. B. Walzplattieren, Vakuumaufdampfen, Aufstäuben oder Galvanisieren bekannt. Das galvanische Aufbringen von Kontaktschichten hat sich besonders für kleine Teile, deren Oberfläche allseitig iibCrZogOr werden zoll, bewährt.
Die unmittelbare Abscheidung von Silber-Palladium-Legierungen mit definierter und gleichbleibender Zusammensetzung auf galvanischem Wege ist bisher nicht möglich. Es ist bekannt, in solchen Fällen die gewünschte Legierung dadurch herzustellen, daß man die Schichten der einzelnen Legierungskomponenten nacheinander aufbringt und anschließend durch Diffusion die Legierung bildet. Bei dem bekannten Verfahren wird auf diese Weise infolge der langen Glühdauer eine homogene Silber- Palladium-Legierung erreicht.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektrischen Steckkontakt mit einer Kontaktschicht aus einer Silber-Palladium-Legierung zu schaffen, der sowohl eine hohe chemische Beständigkeit als auch eine hohe Leitfähigkeit aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß sich die Legierungszusammensetzung über die Dicke der Kontaktschicht ändert in der Weise, daß wenigstens an der kontaktgebenden Oberfläche die Palladiumkonzentration größer ist als in einer sich anschließenden Zone der Legierungsschicht und in dieser Oberflächenschicht etwa 50 Gewichtsprozent beträgt. Weitere Ausgestaltungen des Aufbaus der Kontaktschicht sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Steckkontaktes der vorstehenden Art ist dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Träger eine Silberschicht von 0,5 bis 10/um Dicke und auf dieser eine Palladiumschicht von 0,5 bis 4/wen Dicke aufgebracht wird und der so beschichtete Träger in inerter Atmosphäre 1 bis 30 Minuten bei einer Temperatur von etwa 350 bis 5000 C wärmebehandelt wird. Ausgestaltungen des Verfahrens zur Bildung einer Kontaktschicht sind den weiteren Unteransprtichen zu entnehmen.
Es zeigt sich, daß bereits bei Temperaturen von 350 bis 5000 C bei einer Diffusionszeit von 1 bis 30 Minuten beträchtliche Diffusion zwischen einer Ag-Schicht und einer darauf abgeschiedenen Pd-Schicht eintritt. Unter diesen Bedingungen können Schichten erhalten werden, bei denen die Pd-Konzentration an der Oberfläche höher liegt als in tieferen Schichten. Eine derartige ungleichmäßige Verteilung, bei der das Pd an der Oberfläche angereichert ist, ist besonders günstig für elektrische Steckkontakte, da man insbesondere an der Oberfläche eine hohe Korrosionsbeständigkeit benötigt, während in tieferen Schichtbereichen ein höherer Ag-Gehalt bis zu etwa 70 % nicht nachteilig wirkt.
Überraschenderweise zeigt sich, daß bei dieser unvollständigen Diffusion zwischen den dünnen Schichten unter geeigneten Bedingungen nicht das erwartete kontinuierliche Konzentrationsgefällte sich einstellt, sondern daß sich bevorzugt an der Oberfläche eine Zone ausbildet, die Ag und Pd etwa im Molverhältnis 1 : 1 enthält. Dies ist umso überraschender, als bisher im System Silber/Palladium keine Phase der Zusammensetzung AgPd mit hinreichender Sicherheit nachgewiesen werden konnte. Man erhält also etwa den in Figur 1 graphisch und in Figur 2 im Querschnitt dargestellten Konzentrationsverlauf.
Für die Anwendung in elektrischen Steckkontakten ist die Ausbildung einer derartigen Zone mit näherungsweise konstanter Zusammensetzung Ag: Pd = 1.: 1 vorteilhaft. Es darf durch Abnutzung ein Teil der Schicht abgetragen werden, ohne daß sich die Zusammensetzung und damit Kontaktverhalten und Korrosionsfestigkeit der Schicht ändert.
Beispiel 1 Auf einem Träger aus Ni-Blech werden galvanisch ca 3/um Feinsilber abgeschieden und darauf eine Pd-Schicht von ca. 1,5/um Dicke. Anschließend wird das Blech 20 Minuten bei 4000 C in Formiergas (90 96 N2, 10,' H2) getempert, um Diffusion zu ermöglichen. Das so behandelte Blech liefert ein Röntgendiagramm (Goniometerauinahme), bei dem die stärksten Reflexe reinem Pd sowie einer Ag/Pd-Legierung mit 50,2 96 Pd zuzuordnen sind.
Beispiel 2 Ein wie in Beispiel 1 beschichtetes Blech wird in Formiergas auf 5000 C aufgeheizt und 1 Minute bei dieser Temperatur gehalten. Man findet im Röntgendiagramm nur noch schwache Reflexe des reinen Pd, aber einen intensiven Reflex, der einer Ag/Pd-Legierung mit 52 96 Pd entspricht.
Während die vorstehenden Beispiele 1-und 2 den bevorzugten Bereich der Zusammensetzung der Ag/Pd-Legierung angeben, beschreibt das nachstehende (nicht zur Erfindung gehörende) Beispiel 3 nur einen Vergleichsversuch, wobei versucht wird, durch länger andauernde Temperung eine gleichmäßige Legierungszusammensetzung zu erhalten.
BeisPiel 3 Ein wie in Beispiel 1 beschichtetes Blech wird in Formiergas auf 5000 C aufgeheizt und 10 Minuten auf dieser Temperatur gehalten. Man findet im Röntgendiagramm nur noch Reflexe, die einer Ag/Pd-Legierung mit 33 96 Pd entsprechen. Bei dieser Iängeren Zeitdauer ist*durch vollständige Diffusion eine einheitliche Legierung der erwarteten Zusammensetzung entstanden.
*bei der Temperatur von 5000 C BeisPiel 4 -Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird auf das Trägermaterial zunächst eine Pd-Schicht, dann eine Ag-Schicht und schließlich noch eine weitere Pd-Schicht aufgebracht. Diese, dreischichtige Aufbau hat einige Vorteile. So werden zwei Diffusionsfronten zwischen den Legierungspartnern gebildet und die erste Pd-Schicht kann bei vielen Träger und Zwischenschichtmaterialien zur Haftverbesserung und bei der zur Anwendung kommenden Glühbehändlung auch als Diffusionssperre dienen.
Auf Ni-Stifte wird galvanisch eine ca. 0,5/um dicke Pd-Schicht abgeschieden. Anschließend wird eine 1 um starke Ag-Schicht galvanisch aufgebracht und darauf erneut eine Pd-Schicht von 0,5gum Dicke. Die Stifte werden anschließend 20 Minuten auf 450 C unter Schutzgas (CO) erhitzt, um Diffusion zu bewirken.
Von den Stiften wird im Querschliff die Elementverteilung in der Ag-Pd-Legierungsschicht mit der Mikrosonde untersucht. Es zeigt sich, daß die Pd-Konzentration in der Oberfläche und an der Grenzfläche zum Nickel höher ist als in der Zone dazwischen. In der Ag-reichsten Zone tritt eine Zunammensetzung von etwa AgPd (70/30) auf.
Besonders bewährt hat es sich, die erfindungsgemäßen Kontakte mit einer Goldschicht mit einer Dicke im Bereich von 0,05 bis 0,8/um zu versehen. Durch eine solche Goldschicht wird erreicht, daß der Kontaktübergangswiderstand so neuem Zustand niedrig ist und demJenigen eines massiven Goldkontaktes gleichkommt. Leerseite

Claims

PatentansprUche 1. Elektrischer Steckkontakt mit einer Kontaktschicht aus einer Silber-Palladium-Legierung, die auf einem Träger, gegebenenfalls über einer Zwischenschicht, aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Legierungszusammensetzung über die Dicke der Kontaktschicht ändert in der Weise, daß wenigstens im Bereich der kontaktgebenden Oberfläche die Palladius-konzentration größer ist als in der sich anschließenden Zone der Legierungsschicht und der Gehalt an Palladium in dieser Oberflächenschicht etwa 50 Gewichtsprozent beträgt.
2. Elektrischer Steckkontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Grenzfläche zwischen Kontaktschicht und Träger der Palladiumgehalt größer ist als in der sich anschließenden Zone der Kontaktschicht und etwa 30 Gewichtsprozent beträgt.
3. Elektrischer Steckkontakt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Palladiumgehalt der Kontaktschicht an der Grenzfläche zwischen Kontaktschicht und Träger und an der kontaktgebenden Oberfläche gleich groß ist.
4. Elektrischer Steckkontakt nach einem der AnsprUche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der gesamten Kontaktschicht der Palladiumgehalt nicht unter 30 Gewichtsprozent beträgt.
5. Elektrischer Steckkontakt nach einem oder mehreren der vorhergehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht mit einer Goldschicht einer Dicke im Bereich von 0,05 bis 0,81um bedeckt ist.
6. Verfahren zur Bildung der Kontaktschicht eines elektrischen Steckkontaktes nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Träger eine Silberschicht von 0,5 bis 10 #m Dicke und auf dieser eine Palladiumschicht von 0,5 bis 4 zum Dicke aufgebracht wird und der so beschichtete Träger in Inertgasatmosphäre 1 bis 30 Minuten bei einer Temperatur von 350 bis 5000 C wärmebehandelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor dam Aufbringen der Silberschicht eine PallaJissch cnt in einer Dicke von 0,5 bis 4/um aufgebracht wird.
8. Verfahren nach einem der Anspruche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Wärmebehandlung auf die Kontaktschicht eine Goldschicht in einer Dicke von 0,05 bis 0,8/um aufgebracht wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Silber-, Palladium-und die Goldschicht galvanisch abgeschieden werden.