DE4013627A1 - Electric switch contact element - with contact layer surface of silver- or gold- contg. palladium alloy - Google Patents

Electric switch contact element - with contact layer surface of silver- or gold- contg. palladium alloy

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DE4013627A1 DE19904013627 DE4013627A DE4013627A1 DE 4013627 A1 DE4013627 A1 DE 4013627A1 DE 19904013627 DE19904013627 DE 19904013627 DE 4013627 A DE4013627 A DE 4013627A DE 4013627 A1 DE4013627 A1 DE 4013627A1
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Abstract

A contact element for an electric switch contact, used esp. in an electromagnetic relay, consists of a non-porous metal support bearing a 2-6 microns thick electroplated or cathodically sputtered Pd-contg. contact deposit, at least the outer layer of which is formed by an at least 0.1 micron thick Pd-Ag or Pd-Au alloy layer. The novelty is that this outer layer has an Ag or Au content of 40-90 (pref. 60-80, esp. 70) wt.%. ADVANTAGE - The contact element makes cost-effective use of expensive precious metals over an extremely large switching power range, is reliable and durable at very low to very high switching currents and voltages, and is less sensitive to organic vapours and similar contaminants.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kontaktelement für elektrische Schaltkontakte, insbesondere für die Verwendung in elektroma­ gnetischen Relais, wobei auf einem Träger aus unedlem Metall eine Palladium enthaltende, galvanisch oder durch Kathodenzer­ stäubung erzeugte Kontaktauflage aufgebracht ist, welche eine Gesamtdicke von 3 bis 6 µm aufweist und von der zumindest eine äußere Kontaktschicht aus einer Palladium-Silber- oder Palla­ dium-Gold-Legierung mit einer Schichtdicke von mindestens 0,1 µm gebildet ist.The invention relates to a contact element for electrical Switch contacts, especially for use in electroma magnetic relay, being on a base made of base metal a palladium containing, galvanic or by cathode dust generated contact pad is applied, which a Has a total thickness of 3 to 6 microns and of which at least one outer contact layer made of a palladium-silver or palla dium-gold alloy with a layer thickness of at least 0.1 µm is formed.

Die Verwendung von Palladium für Schaltkontakte ist bekannt (Electronik 15/1981, Seiten 53 bis 61). Dabei werden galvani­ sche Palladium-Schichten von 1 bis 2 µm als besonders abrieb­ fest geschildert. Außerdem wird darauf hingewiesen, daß Palla­ dium-Schichten meist mit einer Hauchgoldschicht überzogen wer­ den. Derartige Schichten aus reinen Edelmetallen, wie Palladium und Gold, sind jedoch sehr teuer. Daneben sind beispielsweise Legierungen von Palladium für Kontaktzwecke, beispielsweise PdCu oder AgPd30 lediglich in Form von Kontaktprofilen bekannt, die wegen ihrer Materialdicken nicht in allen Fällen angewendet werden können. Außerdem sind solche Kontaktprofile mit hohen Edelmetallanteilen ebenfalls teuer.The use of palladium for switch contacts is known (Electronics 15/1981, pages 53 to 61). Thereby, galvanic special palladium layers of 1 to 2 µm as particularly abraded firmly described. It is also pointed out that Palla dium layers mostly covered with a gold layer the. Such layers of pure precious metals, such as palladium and gold, however, are very expensive. Next to it are, for example Alloys of palladium for contact purposes, for example PdCu or AgPd30 only known in the form of contact profiles, which are not used in all cases due to their material thickness can be. In addition, such contact profiles are high Precious metal shares also expensive.

Aus der EP-A-02 47 541 ist bereits ein Kontaktelement der ein­ gangs genannten Art bekannt, wobei eine Zweischicht-Kontaktauf­ lage galvanisch aufgebracht ist und wobei beide Schichten durch Palladium-Legierungen gebildet sind. Die innere Schicht besitzt neben Palladium eine Zusatzkomponente von Nickel, Kobalt und/oder Kupfer, während die äußere Schicht eine Legierung aus Pal­ ladium-Silber oder Palladium-Gold mit einem Silber- bzw. Gold­ anteil von 10 bis 40 Gew.% gebildet ist. Diese bekannte Kon­ taktauflage ist über eine große Bandbreite von Schaltleistungen einsetzbar, wobei der Kontakt sowohl bei sehr kleinen als auch bei sehr hohen Schaltströmen und Schaltspannungen einsetzbar ist.From EP-A-02 47 541 there is already a contact element known type, with a two-layer contact layer is applied galvanically and with both layers through Palladium alloys are formed. The inner layer has in addition to palladium, an additional component of nickel, cobalt and / or Copper, while the outer layer is an alloy of Pal Ladium silver or palladium gold with a silver or gold proportion of 10 to 40% by weight is formed. This well-known Kon Clock pad is over a wide range of switching capacities  can be used, the contact being both very small and can be used with very high switching currents and switching voltages is.

Allerdings sind diese bekannten Schichten mit hohem Palladium- Anteil anfällig gegenüber organischen Dämpfen, so daß unter un­ günstigen Umweltbedingungen eine Erhöhung des Übergangswider­ standes zu befürchten ist. Mit der zunehmenden Verteuerung des Palladiums wirkt sich ein hoher Anteil dieses Metalls in der Kontaktschicht zunehmend auch in einer Erhöhung der Kosten aus, vor allem gegenüber Silber, aber auch mehr und mehr gegenüber Gold.However, these known layers with high palladium Share susceptible to organic vapors, so that under un favorable environmental conditions an increase in transition resistance is to be feared. With the increasing price increase of the A high proportion of this metal affects in the palladium Contact layer increasingly resulting in an increase in costs, especially towards silver, but also more and more towards Gold.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schaltkontakt der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei möglichst geringem bzw. ko­ stengünstigem Einsatz an teueren Edelmetallen über eine mög­ lichst große Bandbreite von Schaltleistungen verwendbar ist. Der Kontakt soll zuverlässig und mit hoher Lebensdauer sowohl bei sehr kleinen wie auch bei sehr hohen Schaltströmen und Schaltspannungen einsetzbar sein, insbesondere soll er auch we­ nig anfällig gegenüber organischen Dämpfen und ähnlichen Verun­ reinigungen sein.The object of the invention is to provide a switching contact at the beginning to create the type mentioned, which is as low or as low as possible cost-effective use of expensive precious metals over a possible wide range of switching capacities can be used. The contact should be both reliable and long-lasting with very small as well as with very high switching currents and Switching voltages can be used, in particular we should also susceptible to organic vapors and similar pollution be cleaning.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Kontaktelement der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zumindest die äußere Kontaktschicht einen Silber- bzw. Gold-Anteil zwischen 40 und 90 Gew.-% aufweist.According to the invention, this object is achieved with a contact element type mentioned solved in that at least the outer Contact layer a silver or gold content between 40 and 90% by weight.

Bei dem erfindungsgemäßen Kontaktelement wird also gegenüber der bekannten Zweischicht-Kontaktauflage der Palladium-Anteil der äußeren Kontaktschicht vermindert und durch einen entspre­ chend höheren Anteil an Silber bzw. Gold ersetzt. Dadurch er­ hält die Kontaktschicht eine bessere Beständigkeit gegenüber organischen Substanzen in der umgebenden Atmosphäre bei nach wie vor großer Bandbreite von Schaltleistungen, die bewältigt werden können. Wesentlich ist auch in diesem Fall, daß die Kon­ taktauflage galvanisch oder durch Kathodenzerstäubung aufge­ bracht wird, da solche Kontaktschichten in den hier vorgesehe­ nen relativ geringen Schichtstärken aufgrund des andersartigen Schichtaufbaus wesentlich härter und zuverlässiger sind als beispielsweise durch Walzplattieren aufgebrachte Kontaktschich­ ten. Bei einem geringen Gesamtverbrauch an Edelmetall kann so­ mit eine Kontaktauflage mit guter Qualität und hoher Lebens­ dauer erzeugt werden. Mit diesem erfindungsgemäßen Kontaktele­ ment können Schaltströme von wenigen µA bis etwa 5 A und Schaltspannungen von wenigen µV bis zu etwa 150 V einwandfrei und mit einer hohen Zahl von Schaltspielen geschaltet werden.The contact element according to the invention is therefore compared the known two-layer contact pad the palladium portion the outer contact layer diminished and by a correspond accordingly higher proportion of silver or gold replaced. Thereby he the contact layer holds better resistance to organic substances in the surrounding atmosphere after as before a wide range of switching capacities that copes with can be. It is also essential in this case that the Kon cycle support applied galvanically or by sputtering  is brought, since such contact layers are provided in the here NEN relatively thin layers due to the different Layer structure are much harder and more reliable than for example, contact layer applied by roll cladding With a low total consumption of precious metal can with a contact pad with good quality and high life duration are generated. With this Kontaktele invention switching currents from a few µA to about 5 A and Switching voltages from a few µV up to about 150 V are flawless and be switched with a high number of switching cycles.

Enthält die Kontaktauflage zwei Schichten, so besitzt die äuße­ re Kontaktschicht zweckmäßigerweise einen Anteil zwischen 60 und 80%, vorzugsweise etwa 70% Silber bzw. Gold. Die innere Schicht ist zweckmäßigerweise als Palladium-Nickel-Legierung mit einem Nickelanteil von 10 bis 50%, vorzugsweise von 20 bis 30%, ausgebildet. In einer anderen zweckmäßigen Anwendungsform ist die innere Schicht als Palladium-Kobalt-Schicht mit einem Kobaltanteil von 10 bis 40%, vorzugsweise etwa 25%, ausgebil­ det. Eine weitere Ausführungsform enthält eine innere Schicht aus einer Palladium-Kupfer-Schicht mit einem Kupferanteil von 10 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise von annähernd 20 Gew.-%.If the contact pad contains two layers, the outer one re contact layer expediently a proportion between 60 and 80%, preferably about 70% silver or gold. The inner one Layer is expediently as a palladium-nickel alloy with a nickel content of 10 to 50%, preferably from 20 to 30%, trained. In another appropriate form of application is the inner layer as a palladium-cobalt layer with a Cobalt content of 10 to 40%, preferably about 25% det. Another embodiment includes an inner layer from a palladium-copper layer with a copper content of 10 to 40% by weight, preferably approximately 20% by weight.

Daneben kommen für die innere Kontaktschicht auch Dreistoff-Le­ gierungen in Betracht, beispielsweise Palladium-Nickel-Kupfer mit 10 bis 40 Gew.-% Nickel-Kupfer, vorzugsweise 20 Gew.-% Nickel und 5 Gew.-% Kupfer. Diese Dreistoff-Legierungen können neben den genannten Metallen auch zusätzlich Anteile von Wolfram oder Molybdän enthalten. So kann für die innere Kontaktschicht eine Palladium-Nickel-Wolfram-Legierung mit 10 bis 40 Gew.-% Nickel und Wolfram, vorzugsweise etwa 15% Nickel und 10% Wolfram oder eine Palladium-Nickel-Molybdän-Legierung mit 10 bis 40 Gew.-% Nickel + Molybdän, vorzugsweise etwa 15% Nickel und etwa 10% Molybdän, verwendet werden. Eine ähnliche Legierungszusam­ mensetzung kann auch mit Kobalt vorgesehen werden, also eine Palladium-Kobalt-Wolfram-Legierung mit 10 bis 40 Gew.-% Kobalt+ Wolfram, vorzugsweise etwa 15 Gew.-% Kobalt und etwa 10 Gew.-% Wolfram bzw. eine Palladium-Kobalt-Molybdän-Legierung mit 10 bis 40 Gew.-% Kupfer Molybdän, vorzugsweise etwa 15 Gew.-% Kobalt und etwa 10 Gew.-% Molybdän.In addition there are three-component Le for the inner contact layer alloys into consideration, for example palladium-nickel-copper with 10 to 40 wt .-% nickel-copper, preferably 20 wt .-% nickel and 5% by weight copper. These three-component alloys can be used in addition the metals mentioned also shares of tungsten or Contain molybdenum. So for the inner contact layer Palladium-nickel-tungsten alloy with 10 to 40% by weight of nickel and tungsten, preferably about 15% nickel and 10% tungsten or a palladium-nickel-molybdenum alloy with 10 to 40 % By weight nickel + molybdenum, preferably about 15% nickel and about 10% molybdenum. A similar alloy combination Composition can also be provided with cobalt, i.e. a Palladium-cobalt-tungsten alloy with 10 to 40% by weight cobalt + Tungsten, preferably about 15% by weight cobalt and about 10% by weight  Tungsten or a palladium-cobalt-molybdenum alloy with 10 up to 40% by weight copper molybdenum, preferably about 15% by weight Cobalt and about 10% by weight molybdenum.

Die äußere Schicht besitzt in diesem Fall eine Dicke zwischen 0,1 und 1 µm, wobei vorzugsweise eine Dicke von etwa 0,5 µm verwendet wird. Die innere Schicht weist dann eine Dicke von 3 bis 5 µm auf.The outer layer in this case has a thickness between 0.1 and 1 µm, preferably a thickness of about 0.5 µm is used. The inner layer then has a thickness of 3 up to 5 µm.

In einer anderen zweckmäßigen Ausführungsform kann jedoch auch vorgesehen werden, daß die Kontaktauflage nur aus der äußeren Schicht mit der angegebenen Zusammensetzung, in diesem Fall mit einer Dicke von 3 bis 6 µm, besteht.In another expedient embodiment, however, can also be provided that the contact pad only from the outer Layer with the specified composition, in this case with a thickness of 3 to 6 microns.

Für das Aufbringen der Kontaktschicht bzw. der Kontaktschichten werden übliche Galvanikverfahren oder auch Kathodenzerstäu­ bungsverfahren verwendet. Dabei werden die Kontaktschichten mit den bekannten Methoden gezielt nur dort aufgetragen, wo sie be­ nötigt werden, so daß auf diese Weise eine besonders sparsame Verwendung der Edelmetalle möglich ist.For applying the contact layer or layers become common electroplating processes or cathode sputtering exercise method used. The contact layers with the known methods only applied where they be are required, so that in this way a particularly economical Use of the precious metals is possible.

Claims (14)

1. Kontaktelement für elektrische Schaltkontakte, insbesondere für die Verwendung in elektromagnetischen Relais, wobei auf ei­ nem Träger aus unedlem Metall eine Palladium enthaltende, gal­ vanisch oder durch Kathodenzerstäubung erzeugte Kontaktauflage aufgebracht ist, welche eine Gesamtdicke von 2 bis 6 µm auf­ weist und von der zumindest eine äußere Kontaktschicht aus ei­ ner Palladium-Silber- oder Palladium-Gold-Legierung mit einer Schichtdicke von mindestens 0,1 µm gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die äußere Kon­ taktschicht einen Silber- bzw. Gold-Anteil zwischen 40 und 90 Gew.-% aufweist.1. Contact element for electrical switch contacts, in particular for use in electromagnetic relays, a palladium-containing, galvanically or by cathode sputtering contact pad is applied to a carrier made of base metal, which has a total thickness of 2 to 6 microns and of which at least one outer contact layer is formed from a palladium-silver or palladium-gold alloy with a layer thickness of at least 0.1 µm, characterized in that at least the outer contact layer has a silver or gold content between 40 and 90 % By weight. 2. Kontaktelement nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die äußere Kontaktschicht einen Anteil an Silber bzw. Gold zwischen 60 und 80 Gew.-% enthält.2. Contact element according to claim 1, characterized ge indicates that the outer contact layer Contains silver or gold between 60 and 80 wt .-%. 3. Kontaktelement nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, deß die äußere Kontaktschicht einen Anteil an Silber bzw. Gold von etwa 70 Gew.-% enthält.3. Contact element according to claim 2, characterized ge denotes that the outer contact layer one Contains approximately 70% by weight of silver or gold. 4. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kontakt­ auflage unterhalb der äußeren Schicht mit einer Dicke von 0,1 bis 1 µm eine innere Schicht mit einer Dicke von 3 bis 5 µm aufweist, welche von einer Legierung aus Palladium und einer Zusatzkomponente gebildet ist, wobei die Zusatzkomponente einen Anteil von 10 bis 50 Gew.-% umfaßt und mindestens ein Element aus der Gruppe Nickel, Kobalt und Kupfer enthält.4. Contact element according to one of claims 1 to 3, there characterized by that the contact layer below the outer layer with a thickness of 0.1 up to 1 µm an inner layer with a thickness of 3 to 5 µm which consists of an alloy of palladium and a Additional component is formed, the additional component one Contains from 10 to 50 wt .-% and at least one element contains from the group nickel, cobalt and copper. 5. Kontaktelement nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die innere Schicht von einer Palladium-Nickel-Legierung gebildet ist, deren Nickel-Anteil 10 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 20 und 30 Gew.-%, be­ trägt. 5. Contact element according to claim 4, characterized ge indicates that the inner layer of one Palladium-nickel alloy is formed, its nickel content 10 to 50 wt .-%, preferably between 20 and 30 wt .-%, be wearing.   6. Kontaktelement nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die innere Schicht von einer Palladium-Kobalt-Legierung gebildet ist, deren Kobalt-Anteil zwischen 10 und 40 Gew.-%, vorzugsweise annähernd 25 Gew.-%, be­ trägt.6. Contact element according to claim 4, characterized ge indicates that the inner layer of one Palladium-cobalt alloy is formed, the cobalt content of which between 10 and 40% by weight, preferably approximately 25% by weight, be wearing. 7. Kontaktelement nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die innere Schicht als Palla­ dium-Kupfer-Legierung gebildet ist, deren Kupfer-Anteil zwi­ schen 10 und 40 Gew.-%, vorzugsweise annähernd 20 Gew.-%, be­ trägt.7. Contact element according to claim 4, characterized ge indicates that the inner layer as Palla dium-copper alloy is formed, the copper portion between rule 10 and 40 wt .-%, preferably approximately 20 wt .-%, be wearing. 8. Kontaktelement nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die innere Schicht durch eine Palladium-Nickel-Kupfer-Legierung gebildet ist, bei der der An­ teil von Nickel und Kupfer zusammen zwischen 10 und 40 Gew.% beträgt und bei der vorzugsweise der Nickel-Anteil etwa 20 Gew.-% und der Kupfer-Anteil etwa 5 Gew.-% betragen.8. Contact element according to claim 4, characterized ge indicates that the inner layer by a Palladium-nickel-copper alloy is formed, in which the An part of nickel and copper together between 10 and 40% by weight and in which the nickel content is preferably approximately 20 wt .-% and the copper content is about 5 wt .-%. 9. Kontaktelement nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die innere Schicht aus einer Dreistoff-Legierung gebildet ist, wobei neben Palladium eine Zusatzkomponente aus Nickel und Wolfram oder Nickel und Molybdän mit einem Gesamtanteil zwischen 10 und 40 Gew.-% ge­ bildet ist.9. Contact element according to claim 4, characterized ge indicates that the inner layer consists of a Three-component alloy is formed, with one in addition to palladium Additional component made of nickel and tungsten or nickel and Molybdenum with a total content between 10 and 40 wt .-% ge forms is. 10. Kontaktelement nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Legierung der inneren Schicht einen Anteil von etwa 15% Nickel und etwa 10% Wolfram oder Molybdän enthält.10. Contact element according to claim 9, characterized ge indicates that the alloy of the inner Layer a share of about 15% nickel and about 10% tungsten or contains molybdenum. 11. Kontaktelement nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zusatzkomponente Kobalt und zusätzlich Wolfram oder Molybdän mit einem Gesamtanteil an der Legierung von 10 bis 40 Gew.-% enthält.11. Contact element according to claim 4, characterized ge indicates that the additional component cobalt and additionally tungsten or molybdenum with a total share of the Contains alloy from 10 to 40 wt .-%. 12. Kontaktelement nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Legierung der inneren Schicht einen Anteil von etwa 15% Kobalt und von etwa 10% Wolfram oder Molybdän enthält.12. Contact element according to claim 11, characterized ge  indicates that the alloy of the inner Layer contains about 15% cobalt and about 10% Contains tungsten or molybdenum. 13. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 4 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die innere Schicht eine Dicke von annähernd 4 µm aufweist.13. Contact element according to one of claims 4 to 12, there characterized by that the inner Layer has a thickness of approximately 4 microns. 14. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kontakt­ auflage nur aus der äußeren Schicht mit einer Dicke von 3 bis 6 µm besteht.14. Contact element according to one of claims 1 to 3, there characterized by that the contact only from the outer layer with a thickness of 3 to 6 µm.
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