EP0145924B1

EP0145924B1 - Werkstoffe für Schwachstromkontakte

Info

Publication number: EP0145924B1
Application number: EP84113310A
Authority: EP
Inventors: Horst Dr. Dipl.-Phys. Heidsiek; Hartmut Dipl.-Ing. Schmidt
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1983-12-14
Filing date: 1984-11-06
Publication date: 1987-04-29
Also published as: DE3345162C1; CA1218881A; EP0145924A2; JPS60146414A; US4579787A; EP0145924A3; DE3463425D1

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, bestehend aus einer Legierung aus Palladium, Gold, Silber, Iridium und/oder Osmium und Unedelmetallen.
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 µm 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, aus der DE-OS 29 40 772 und der DE-OS 25 40 956 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, bestehend aus einer Legierung aus Palladium, Gold, Silber, Iridium und/oder Osmium und Unedelmetallen, 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 125°C keine Erhöhung des Kontaktwiderstandes zeigen.
Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sie aus 33 bis 50 Gew.% Palladium 18 bis 40 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 bestehen.
Vorzugsweise bestehen die Werkstoffe aus 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 125° C. Außerdem lassen sie sich leicht auf Unedelmetallträger mit einer Nickelzwischenschicht aufplattieren.
Folgende beispielhafte Legierungszusammensetzungen zeigten diese günstigen Eigenschaften:

a) 33,7 % Pd, 44,6 % Ag, 20,0 % Au, 0,05 % Ir, 1,65 % Pb
b) 33,3 % Pd, 33,8 % Ag, 29,6 % Au, 0,05 % Os, 3,25 % Pb
c) 33,7 % Pd, 34,2 % Ag, 29,9 % Au, 0,05 % Ir, 1,65 % Pb, 0,5 % Sn
d) 43,1 % Pd, 33,1 % Ag, 21,1 % Au, 0,05 % Os, 1,25 % Pb, 1,4 % Sn
e) 39,1 % Pd, 30,6 % Ag, 28,5 % Au, 0,05 % Os, 0,8 % Pb, 0,95 % Sn
f) 42,8 % Pd, 27,7 % Ag, 27,0 % Au, 0,05 % Ir, 2,45 % Pb
g) 46,1 % Pd, 23,2 % Ag, 28,5 % Au, 0,05 % Os, 1,65 % Pb, 0,5 % Sn

Claims

1. Werkstoffe für Schwachstromkontakte, insbesondere für Steckverbindungen und Schleifkontakte, die in dünner Schicht über eine Nickelzwischenschicht auf einen Träger aus einem Unedelmetallwerkstoff aufgebracht sind, bestehend aus einer Legierung aus Palladium, Gold, Silber, Iridium und/oder Osmium und Unedelmetallen, dadurch gekennzeichnet,
daß sie aus 3 bis 50 Gew. % Palladium, 18 bis 40 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 bestehen.

2. Werkstoffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß sie aus 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 bestehen.