EP0145924A2 - Werkstoffe für Schwachstromkontakte - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to materials for low-voltage contacts, in particular for plug-in connections and sliding contacts, which are applied in a thin layer over a nickel intermediate layer to a base metal material carrier.
- So-called connectors are available to a considerable extent in electronic devices. They ensure that defective assemblies are replaced quickly when contact is made safely. With the advancing performance of electronic devices, the demands on the quality of the materials of such connectors have changed. While only a few years ago considerable electrical loads flowed through the contacts, today only very small currents and voltages in the micro and nano range are often transmitted. In addition, the increasing miniaturization of the components and thus also the plug connector on the one hand and the increasing air pollution on the other hand have exacerbated the problem of the resistance to tarnishing of the contacts used.
- the contact materials In addition to good resistance to the formation of foreign layers, the contact materials must also have good wear resistance. While low-voltage contacts were massively manufactured in earlier years or the corresponding materials were at least used in thick layers, the price development for precious metals forced the use of increasingly thin layers down to layer thicknesses of 1 ⁇ m and less. The material of such thin layers must therefore have special wear resistance.
- high gold content alloys can meet high requirements with regard to resistance to foreign layers. Alloys of gold and silver with more than 70% by weight of gold have proven particularly useful. High-quality alloys are also known which contain copper and / or nickel in addition to gold and silver, but even these are alloys Despite their high gold content, they are often not sufficiently corrosion-resistant, since the copper tends to form both sulfide and oxide. In addition, given the high gold prices, the high proportion of gold is a significant economic shortage.
- Contact materials based on gold-silver-palladium have become known from DE-OS 26 37 807 and from DE-OS 29 40 772, which are characterized by good tarnish resistance with a simultaneously reduced gold content.
- gold-silver-palladium they also contain a few percent of base metals such as copper, nickel, indium and tin.
- a gold content of more than 35% by weight is always required for these materials, which was previously regarded as the lowest limit for sufficient resistance of such contact materials to foreign layer formation.
- the wear resistance of these materials is not yet optimal.
- Low gold contact materials for low current contacts are known from DE-PS 1089491. These contain 25 to 35% by weight of gold, 35 to 45% by weight of silver and 25 to 35% by weight of palladium. However, these materials also form foreign layers in today's air pollution and are also not resistant to abrasion.
- This object has been achieved according to the invention in that it contains 33 to 50% by weight of palladium, 18 to 48% by weight of silver, 19 to 33% by weight of gold, 0.01 to 1% by weight of iridium and / or osmium and either 0.5 contain up to 5% by weight of lead or 0.5 to 3% by weight of lead and 0.1 to 3% by weight of tin.
- the materials preferably contain 33 to 45% by weight of palladium, 25 to 40% by weight of silver, 20 to 30% by weight of gold, 0.01 to 1% by weight of iridium and / or osmium and either 0.5 to 4% by weight.
Landscapes
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Abstract
Schwachstromkontakte mit dünner Kontaktschicht auf einem Träger sollen bei möglichst geringem Goldgehalt gute Anlaufbeständigkeit und Verschleißfestigkeit aufweisen. Solche Werkstoffe bestehen aus 33 bis 50 Gew.% Palladium, 18 bis 48 Gew.% Silber, 19 bis 33 Gew.% Gold, 0,01 bis 1 Gew.% Iridium und/oder Osmium und entweder 0,5 bis 5 Gew.% Blei oder 0.5 bis 3 Gew.% Blei und 0,1 bis 3 Gew.% Zinn.
Description
- Die Erfindung betrifft Werkstoffe für Schwachstromkontakte, insbesondere für Steckverbindungen und Schleifkontakte, die in dünner Schicht über eine Nickelzwischenschicht auf einen Träger aus Unedelmetallwerkstoff aufgebracht sind.
- In elektronischen Geräten sind sogenannte Steckverbinder in erheblichem Umfang vorhanden. Sie gewährleisten bei sicherer Kontaktgabe ein schnelles Auswechseln defekter Baugruppen. Mit fortschreitendem Leistungsvermögen elektronischer Geräte haben sich die Anforderungen an die Qualität der Werkstoffe derartiger Steckverbinder gewandelt. Während noch vor wenigen Jahren teilweise beträchtliche elektrische Lasten über die Kontakte flossen, werden heute oftmals nur noch sehr kleine Ströme und Spannungen im Mikro- und Nanobereich übertragen. Darüberhinaus hat die zunehmende Miniaturisierung der Bauteile und damit auch der Steckverbinder einerseits und die steigende Luftverschmutzung andererseits, das Problem der Anlaufbeständigkeit der eingesetzten Kontakte in erheblichem Maße verschärft. Während früher eventuell auf den Kontaktstücken vorhandene Fremdschichtfilme infolge der angelegten Spannungen durch sogenanntes Fritten leicht zerstört oder durch die hohen Kontaktkräfte mühelos mechanisch durchbrochen werden konnten, reichen die heute angelegten Spannungen bzw. die durch die fortschreitende Miniaturisierung erheblich reduzierten Kontaktkräfte für eine derartige Selbstreinigung der Kontakte nicht mehr aus. Die Beständigkeit gegenüber einer oftmals optisch gar nicht sichtbaren Fremdschichtbildung ist daher zum wichtigsten Kriterium moderner Kontaktwerkstoffe für Steckverbinder geworden.
- Neben einer guten Resistenz gegen Fremdschichtbildung müssen die Kontaktwerkstoffe auch eine gute Verschleißbeständigkeit aufweisen. Während in füheren Jahren Schwachstromkontakte massiv gefertigt oder die entsprechenden Werkstoffe zumindest in dicken Schichten eingesetzt wurden, erzwingt die Preisentwicklung bei den Edelmetallen den Einsatz immer dünnerer Schichten bis zu Schichtdicken von 1 um und weniger. Das Material solcher dünner Schichten muß daher eine besondere Verschleißfestigkeit aufweisen.
- Durch Zulegieren von Unedelmetallen zu Edelmetallen kann man im allgemeinen zwar die Verschleißfestigkeit der Werkstoffe verbessern, erhöht aber dadurch die Neigung zu Fremdschichtenbildung. Andererseits zeigen Fremdschichtresistente Werkstoffe normalerweise schlechte Verschleißfestigkeiten.
- Hohe Anforderungen in bezug auf Fremdschichtenresistenz können naturgemäß Legierungen mit hohem Goldgehalt erfüllen. Dabei haben sich insbesondere Legierungen aus Gold und Silber mit mehr als 70 Gew.% Gold bewährt. Es sind auch hochkarätige Legierungen bekannt, die neben Gold und Silber noch Kupfer und/oder Nickel enthalten, jedoch sind selbst diese Legierungen trotz ihres hohen Goldgehaltes oftmals nicht ausreichend korrosionsbeständig, da das Kupfer sowohl zur Sulfid- als auch zur Oxidbildung neigt. Darüberhinaus ist der hohe Goldanteil angesichts der hohen Goldpreise ein erheblicher wirtschaftlicher Mangel.
- Aus der DE-OS 26 37 807 und aus der DE-OS 29 40 772 sind Kontaktwerkstoffe auf Gold-Silber-Palladium-Basis bekannt geworden, die sich durch eine gute Anlaufbeständigkeit bei gleichzeitig vermindertem Goldgehalt auszeichnen. Sie enthalten neben Gold-Silber-Palladium noch einige Prozente an Unedelmetallen, wie Kupfer, Nickel, Indium und Zinn. Dabei wird bei diesen Werkstoffen stets ein Goldanteil von mehr als 35 Gew.% benötigt, was bisher als unterste Grenze für eine ausreichende Resistenz solcher Kontaktmaterialien gegenüber Fremdschichtbildung angesehen wurde. Außerdem ist die verschleißfestigkeit dieser Werkstoffe noch nicht optimal.
- Goldarme Kontaktwerkstoffe für Schwachstromkontakte sind aus der DE-PS 1089491 bekannt. Diese enthalten 25 bis 35 Gew.% Gold, 35 bis 45 Gew.% Silber und 25 bis 35 Gew.% Palladium. Diese Werkstoffe bilden aber bei den heutigen Schadstoffbelastungen in der Luft ebenfalls Fremdschichten und sind außerdem nicht abriebbeständig.
- Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Werkstoffe für Schwachstromkontakte zu entwickeln, insbesondere für Steckverbindungen und Schleifkontakte, die in dünner Schicht über eine Nickelzwischenschicht auf einen Träger aus einem Unedelmetallwerkstoff aufgebracht sind und die bei möglichst geringem Goldgehalt eine gute Anlaufbeständigkeit und eine gute Verschleißfestigkeit aufweisen. Außerdem sollten sie sich gut auf die Trägerwerkstoffe aufbringen lassen und auch bei längerer Auslagerung bei Temperaturen von I25° C keine Erhöhung des Kontaktwiderstandes zeigen.
- Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sie 33 bis 50 Gew.% Palladium 18 bis 48 Gew.% Silber, 19 bis 33 Gew.% Gold, 0,01 bis 1 Gew.% Iridium und/oder Osmium und entweder 0,5 bis 5 Gew.% Blei oder 0,5 bis 3 Gew.% Blei und 0,1 bis 3 Gew.% Zinn enthalten.
- Vorzugsweise enthalten die Werkstoffe 33 bis 45 Gew.% Palladium, 25 bis 40 Gew.% Silber, 20 bis 30 Gew.% Gold, 0,01 bis 1 Gew.% Iridium und/oder Osmium und entweder 0,5 bis 4 Gew.% Blei oder 0,5 bis 2 Gew.% Blei und 0,2 bis 2 Gew.% Zinn.
- Diese Werkstoffe zeigen überraschenderweise eine sehr gute Anlaufbeständigkeit, d.h. sie sind resistent gegen Fremdschichtenbildung, trotz eines Goldgehaltes unter 33 Gew.%, besitzen eine sehr hohe Verschleißbeständigkeit und erfahren keine Erhöhung des elektrischen Übergangswiderstandes bei längerer Auslagerung bei 1250 C. Außerdem lassen sie sich leicht auf Unedelmetallträger mit einer Nickelzwischenschicht aufplattieren.
- Folgende beispielhafte Legierungszusammensetzungen zeigten diese günstigen Eigenschaften:
Claims (2)
1. Werkstoffe für Schwachstromkontakte, insbesondere für Steckverbindungen und Schleifkontakte, die in dünner Schicht über eine Nickelzwischenschicht auf einen Träger aus einem Unedelmetallwerkstoff aufgebracht sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie 33 bis 50 Gew.% Palladium, 18 bis 48 Gew.% Silber, 19 bis 33 Gew.% Gold, 0,01 bis 1 Gew.% Iridium und/oder Osmium und entweder 0,5 bis 5 Gew.% Blei oder 0,5 bis 3 Gew.% Blei und 0,1 bis 3 Gew.% Zinn enthalten.
dadurch gekennzeichnet,
daß sie 33 bis 50 Gew.% Palladium, 18 bis 48 Gew.% Silber, 19 bis 33 Gew.% Gold, 0,01 bis 1 Gew.% Iridium und/oder Osmium und entweder 0,5 bis 5 Gew.% Blei oder 0,5 bis 3 Gew.% Blei und 0,1 bis 3 Gew.% Zinn enthalten.
2. Werkstoffe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie 33 bis 45 Gew.% Palladium, 25 bis 40 Gew.% Silber, 20 bis 30 Gew.% Gold, 0,01 bis 1 Gew.% Iridium und/oder Osmium und entweder 0,5 bis 4 Gew.% Blei oder 0,5 bis 2 Gew.% Blei und 0,2 bis 2 Gew.% Zinn enthalten.
dadurch gekennzeichnet,
daß sie 33 bis 45 Gew.% Palladium, 25 bis 40 Gew.% Silber, 20 bis 30 Gew.% Gold, 0,01 bis 1 Gew.% Iridium und/oder Osmium und entweder 0,5 bis 4 Gew.% Blei oder 0,5 bis 2 Gew.% Blei und 0,2 bis 2 Gew.% Zinn enthalten.
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