EP0088220B1 - Kontaktelement und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

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EP0088220B1
EP0088220B1 EP83100717A EP83100717A EP0088220B1 EP 0088220 B1 EP0088220 B1 EP 0088220B1 EP 83100717 A EP83100717 A EP 83100717A EP 83100717 A EP83100717 A EP 83100717A EP 0088220 B1 EP0088220 B1 EP 0088220B1
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EP
European Patent Office
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layer
rhodium
contact member
silver
contact
Prior art date
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EP83100717A
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English (en)
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EP0088220A3 (en
EP0088220A2 (de
Inventor
Cornelia Dipl.-Phys. Albert
Ulf Dipl.-Phys. Rauterberg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication of EP0088220A3 publication Critical patent/EP0088220A3/de
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Expired legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/02—Contacts characterised by the material thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H11/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches
    • H01H11/04—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches of switch contacts
    • H01H11/041—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches of switch contacts by bonding of a contact marking face to a contact body portion
    • H01H2011/046—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches of switch contacts by bonding of a contact marking face to a contact body portion by plating

Definitions

  • the invention relates to a contact element as prior art, which has on a preferably ferromagnetic carrier material at least two contact layers electroplated one above the other, of which the outer layer consists of rhodium and the underlying second layer of a noble metal.
  • the invention relates to a method for producing such contact elements.
  • the object of the invention is therefore to provide a contact element with a noble metal contact layer and a rhodium coating, which maintains a low contact resistance even at high switching numbers and does not tend to cold welding.
  • the noble metal layer consists of silver and the rhodium protective layer has a thickness between 0.2 ⁇ m and 2 ⁇ m.
  • the wafer-rhodium-plated contact elements coated with silver according to the invention do not tend to cold welding or gluing even after a long service life and thereby maintain a largely constant low contact resistance.
  • the contact resistance is even more constant than with correspondingly thin rhodium-plated contact layers made of gold or gold alloys.
  • the contacts according to the invention have the additional advantages that result from the use of the contact material silver. Silver is much cheaper than gold and also more resilient as a contact material.
  • rhodium-plated silver contacts Up to a layer thickness of approximately 2 pm rhodium, rhodium-plated silver contacts have lower resistance than pure rhodium contacts. Particularly good results can be achieved with a rhodium layer thickness between 0.3 pm and 1 pm.
  • the thickness of the silver layer is advantageously between 1 and 10 ⁇ m, preferably 2 to 5 ⁇ m.
  • a nickel layer with a thickness of about 2 to 4 pm and, if appropriate, a copper layer with a thickness of 2 to 10 ⁇ m is expediently provided below the silver layer in order to achieve a diffusion barrier between the preferably ferromagnetic carrier material and the silver contact layer.
  • Table 1 shows the development of the contact resistance for the different contact layers:
  • the silver contact layer For the application of the silver contact layer, an electrolyte is expediently used which is largely free of additions of gloss and wetting agents and is advantageously deposited using wave plating technology.
  • the rhodium layer which expediently has a sulfur content of 4 to 7% by weight, is advantageously produced using spray electroplating technology (“jet ptating”).
  • jet ptating spray electroplating technology
  • the layer thickness of the protective layer can be achieved particularly precisely. It is also advantageous to anneal the contact element after the contact layers have been applied.

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  • Contacts (AREA)
  • Manufacture Of Switches (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Kontaktelement als Stand der Technik, welches auf einem vorzugsweise ferromagnetischen Trägermaterial mindestens zwei übereinander galvanisch aufgebrachte Kontaktschichten besitzt, wovon die äussere Schicht aus Rhodium und die darunter liegende zweite Schicht aus einem Edelmetall besteht. Ausserdem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung solcher Kontaktelemente.
  • Bei Mehrschichtkontakten für Relais und dergleichen ist es bekannt, die eigentliche Kontaktschicht aus Gold oder einer Goldlegierung zu fertigen und diese dann zur Verminderung der Kaltschweissneigung mit einer dünnen Rhodiumschicht zu überziehen (<Elektronik> 15/1981, Seite 58/59). Um durch die Rhodiumschicht den Kontaktwiderstand nicht allzu sehr zu erhöhen, wird diese Schutzschicht kleiner 1 µm, meist in der Grössenordnung von 0,1 µm Dicke gewählt. Die bisher bekannten rhodinierten Gold- oder Goldlegierungsschichten zeigen zwar in den meisten Anwendungsfällen befriedigende Ergebnisse, bezüglich des Kontaktwiderstandes und der Kaltschweissneigung, aber auch wegen der Kosten sind Verbesserungen wünschenswert.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Kontaktelement mit einer Edelmetall-Kontaktschicht und einem Rhodiumüberzug zu schaffen, welches auch bei hohen Schaltzahlen einen geringen Kontaktwiderstand beibehält und nicht zum Kaltschweissen neigt.
  • Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Edelmetallschicht aus Silber besteht und die Rhodium-Schutzschicht eine Dicke zwischen 0,2 µm und 2 µm besitzt. Die erfindungsgemäss mit Silber beschichteten und hauchrhodinierten Kontaktelemente neigen auch nach langer Lebensdauer noch nicht zum Kaltschweissen bzw. Kleben und behalten dabei einen weitgehend konstant niedrigen Kontaktwiderstand bei. Überraschenderweise ist der Kontaktwiderstand sogar konstanter als bei entsprechend hauchrhodinierten Kontaktschichten aus Gold oder Goldlegierungen. Darüber hinaus haben die erfindungsgemässen Kontakte die zusätzlichen Vorteile, die sich aus der Verwendung des Kontaktmaterials Silber ergeben. So ist Silber wesentlich billiger als Gold und als Kontaktwerkstoff auch belastbarer.
  • Bis zu einer Schichtdicke von etwa 2 pm Rhodium sind rhodinierte Silberkontakte niederohmiger als reine Rhodiumkontakte. Besonders gute Ergebnisse lassen sich erzielen bei einer Rhodiumschichtdicke zwischen 0,3 pm und 1 pm. Die Dicke der Silberschicht beträgt zweckmässigerweise zwischen 1 und 10 pm, vorzugsweise 2 bis 5 µm. Unterhalb der Silberschicht wird zweckmässigerweise eine Nickelschicht mit einer Dicke von etwa 2 bis 4 pm und darunter gegebenenfalls noch eine Kupferschicht in einer Dicke von 2 bis 10 µm vorgesehen, um eine Diffusionssperre zwischen dem vorzugsweise ferromagnetischen Trägermaterial und der Silber-Kontaktschicht zu erzielen.
  • Nachfolgend werden anhand der Tabellen 1 und 2 einige Versuchsergebnisse dargestellt, die einen Vergleich zwischen den erfindungsgemässen rhodinierten Silberschichten von Relaiskontakten und entsprechend rhodinierten Goldkobaltschichten hinsichtlich ihres Kontaktwiderstandes und ihrer Klebneigung zeigen.
  • In Tabelle 1 ist die Entwicklung des Kontaktwiderstandes bei den verschiedenen Kontaktschichten gezeigt:
    Figure imgb0001
  • Im Neuzustand lagen die Kontaktwiderstände aller Schichten, also sowohl der rhodinierten Silberschichten als auch der rhodinierten Gold-Kobaltschichten unter 40 mΩ. Die rhodinierten Silberschichten blieben mit ihrem Kontaktwiderstand bis zum Ende der Messung bei 108 Schaltspielen immer unter 50 mQ, während bei den Gold-Kobaltschichten dieser Wert ab 105 Schaltspielen sporadisch überschritten wurde.
  • Zur Untersuchung der Klebneigung (Kaltschweissneigung) wurden die gleichen Chargen wie in Tabelle 1 verwendet. In der Tabelle ist in
    Figure imgb0002
    der zweiten Spalte der jeweils verwendete Kontaktwerkstoff und in der dritten Spalte die Zahl der klebenden Kontakte im Neuzustand dargestellt. Für die Messung wurde der Begriff <Kleber> bzw. ,klebender Kontakt> so definiert, dass der Ansprechwert der Relais beim ersten Ansprechen gegenüber dem normalen Betrieb um 15% oder mehr überhöht ist.
  • Aus Tabelle 2 ergibt sich, dass die hauchrhodinierten Silberschichten im Neuzustand bei keinem einzigen Kontakt Klebneigung zeigten, während dies bei den hauchrhodinierten Gold-Kobaltschichten bei einem Relais der Fall war. Bei den hauchrhodinierten Silberschichten trat bis zum Versuchsende nach 108 Schaltspielen kein Kleben auf, während bei den hauchrhodinierten Gold-Kobaltschichten über 2,5 106 Schaltspielen - insbesondere bei geringer Rhodiumschichtdicke - verstärkt Kontaktkleben festgestellt wurde. Insgesamt zeigt sich aufgrund der Versuchsergebnisse, dass die erfindungsgemässen hauchrhodinierten Silberkontaktschichten, auch bei hohen Schaltspielzahlen sowohl konstant niedrige Übergangswiderstände als auch eine äusserst geringe Klebneigung im Vergleich zu den untersuchten Gold-Kobaltschichten zeigen.
  • Für das Aufbringen der Silberkontaktschicht wird zweckmässigerweise ein Elektrolyt verwendet, der weitgehend frei von Glanzzusätzen und Netzmitteln ist und vorteilhafterweise in Schwallgalvaniktechnik abgeschieden wird. Die Rhodiumschicht, die zweckmässigerweise einen Schwefelanteil von 4 bis 7 Gew. % besitzt, wird dagegen vorteilhafterweise in Spritzgalvaniktechnik (,Jet-Ptating>) erzeugt. Dadurch lässt sich die Schichtdicke der Schutzschicht besonders genau erzielen. Von Vorteil ist es ausserdem, das Kontaktelement nach dem Aufbringen der Kontaktschichten zu tempern.

Claims (9)

1. Kontaktelement, welches auf einem vorzugsweise ferromagnetischen Trägermaterial mindestens zwei übereinander galvanisch aufgebrachte Kontaktschichten besitzt, wovon die äussere Schicht aus Rhodium und die darunter liegende zweite Schicht aus einem Edelmetall besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Rhodiumschicht eine Dicke zwischen 0,2 µm und 2 µm besitzt und die darunter liegende Edelmetallschicht aus Silber besteht.
2. Kontaktelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rhodiumschicht eine Dicke zwischen 0,3 und 1 µm besitzt.
3. Kontaktelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rhodiumschicht einen Schwefelanteil von 4 bis 7 Gew. % besitzt.
4. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Silberschicht eine Dicke von 1 bis 10 pm, vorzugsweise . 2 bis 5 pm besitzt.
5. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Silberschicht eine Nickelschicht mit einer Dicke von 2 bis 4 µm liegt.
6. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Trägermaterial und der Edelmetallschicht eine zusätzliche Kupferschicht in einer Dicke von 2 bis 10 pm vorgesehen ist.
7. Verfahren zur Herstellung eines Kontaktelementes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf das gegebenenfalls mit Kupfer und/ oder Nickel beschichtete Trägermaterial nacheinander die Silberschicht in Bad- oder Schwallgalvaniktechnik und dann die Rhodiumschicht in Spritzgalvaniktechnik aufgebracht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für das Aufbringen der Silberschicht ein besonders reiner Elektrolyt, der weitgehend frei von Glanzzuständen und Netzmitteln ist, verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement nach dem Aufbringen der Kontaktschichten getempert wird.
EP83100717A 1982-01-29 1983-01-26 Kontaktelement und Verfahren zu dessen Herstellung Expired EP0088220B1 (de)

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EP0088220A2 EP0088220A2 (de) 1983-09-14
EP0088220A3 EP0088220A3 (en) 1985-05-15
EP0088220B1 true EP0088220B1 (de) 1987-06-03

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