EP2791395A1 - Kontaktelement und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Kontaktelement und verfahren zu seiner herstellung

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EP2791395A1
EP2791395A1 EP12779021.0A EP12779021A EP2791395A1 EP 2791395 A1 EP2791395 A1 EP 2791395A1 EP 12779021 A EP12779021 A EP 12779021A EP 2791395 A1 EP2791395 A1 EP 2791395A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact element
contact
surface coating
tin
silver
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12779021.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred Moser
Richard Gueckel
Stefan Rysy
Erik Biehl
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2791395A1 publication Critical patent/EP2791395A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/0009—Details relating to the conductive cores
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
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    • C25D3/02—Electroplating: Baths therefor from solutions
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    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
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    • C25D5/48—After-treatment of electroplated surfaces
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/02—Contact members
    • H01R13/03—Contact members characterised by the material, e.g. plating, or coating materials

Definitions

  • the invention relates to a contact element according to claim 1 and a method for its production according to claim 12.
  • connection techniques such as insulation displacement, crimping or crimping, spring contacts, rivet contacts, screw contacts, caulking, folding and bending of lead frames and / or the encapsulation of
  • the invention is based on the recognition that surfaces of pure tin or surfaces of tin with a low silver content at a mechanical load of the surfaces with regard to the Whisker Struktur represent a high risk. It is therefore the object of the invention to minimize the risk of whisker formation in contact elements, such as those used in a motor vehicle. This object is achieved by the galvanic surface coating according to the invention.
  • the surface coating according to the invention is distinguished by a very high silver content of the tin-silver alloy of between 15 and 73
  • the silver content is preferably at least 30
  • Mass percent more preferably between 45 and 60 mass percent.
  • Contact elements with the surface coating of the invention show a significantly reduced compared to conventional coatings
  • Wh isker waxing m.
  • the surface coating according to the invention is in the
  • connection techniques are used contact elements, for example, to make electrical contact between an electrical circuit on a circuit board and a contact wire. All these different joining techniques have in common that act at the contact elements used in each case by the contact forces and or bending forces very high surface pressures and layer stresses on or in the surface of the contact element. In the areas of high
  • Another advantage of the surface coating according to the invention is that a controlled proportion of the addition of silver, the targeted optimization of contact resistance and the current carrying capacity of the electrical contact is possible.
  • the higher the silver content in the surface coating the better the conductivity and current carrying capacity of the electrical contact. This is particularly advantageous for plug contacts.
  • the choice of the silver content the influence of the
  • Connector area arise can be reduced.
  • the respective contact element are provided with the surface coating of the invention from a tin-silver alloy. It is also possible to completely or largely completely coat the surface of the contact element. It is preferable to provide the surface layering at least in the areas in which the production of the electrical contact, the largest mechanical
  • a contact element according to the invention which is designed as an insulation displacement element, has, in a known manner, a wire receptacle which is designed to contact and retain a longitudinal section of a contact wire during insertion into the wire receptacle in a penetrating and / or press-fitting manner. Due to the deformation is the area
  • the surface coating according to the invention which has a tin-silver alloy with a silver content of 15 to 73 percent by mass, is therefore preferred at least in the region of the wire receptacle of
  • a contact element according to the invention which is designed to produce an electrical contact by crimping, has areas that are plastically deformed, thereby forming into a mating contact, such as e.g. pressed a wire and thereby produce a non-detachable electrical contact.
  • a surface coating comprising a tin-silver alloy having a silver content of 15 to 73% by mass is provided at least in the areas where high surface pressures result from the plastic deformation.
  • a contact element according to the invention which has a spring contact
  • the regions which are designed to resiliently press on the mating contact and thus to achieve an electrical contact, are high
  • the contact element consists essentially of copper, iron or aluminum or an alloy having at least one of these metals as an essential component.
  • the contact element is formed as a stamped grid. This is understood to mean a contact element that is formed by stamping from a metal sheet. It is preferably arranged to produce an electrical contact by folding and / or bending the stamped grid. In these areas, the contact element is exposed to high mechanical loads, which is why preferably there
  • the contact element is at least partially encapsulated in plastic, for example to represent a plug part or to protect the contact element.
  • plastic for example to represent a plug part or to protect the contact element.
  • a surface coating comprising a tin-silver alloy having a silver content of 15 to 73 mass% is provided.
  • Contact element before depositing the tin-silver surface coating be at least partially nickel-plated, so have a coating of nickel or a nickel layer on which the tin-silver surface of the invention.
  • the nickel layer improves the surface properties in terms of hardness and abrasion resistance. Furthermore, the contact element is protected against corrosion. To protect and / or improve the sliding properties, the SnAg
  • a protective layer which in particular has a lubricant or a lubricant to be covered.
  • This protective layer further causes a passivation of the tin-silver surface coating.
  • Possible materials for the protective layer are, for example, thiol, paraffin or a contact oil such as Optimol® in question.
  • the surface coating of tin-silver is preferably deposited on the contact element galvanically, in particular from an acidic or strongly acidic tin-silver plating alloy electrolyte.
  • the galvanic coating has the advantage that a finely crystalline and uniform alloy of tin and silver is formed.
  • the coating has a thickness between 0.1 ⁇ and 12 ⁇ , more preferably between 0.20 and 1.8 ⁇ .
  • the galvanic coating is preferably carried out in a continuous system (Bandgalvanikstrom) with multiple cells.
  • the contact element is guided by cells in series, wherein the cells are filled with methanesulfonic acid, in which tin ions and silver ions are dissolved, and wherein the cell contents are circulated during the electroplating in the cell.
  • the contact element is in the cells by means of nozzles which are arranged within the cells, with methanesulfonic acid in which tin ions and silver ions are dissolved, is flown. This ensures that even contact elements with complicated geometries can be reliably coated.
  • the coating in such a strip galvanic plant is particularly advantageous when the contact element is present as a stamped grid component.
  • Contact element is preferably moved as part of a band-shaped punched grid through the cell. After the band-shaped stamped grid has passed through the Bandgalvanikstrom, the individual contact elements can be separated. This simplifies handling.
  • the coating according to the invention of contact elements can also be effected by means of a so-called bulk material electroplating, also referred to as drum electroplating.
  • the cell is constructed drum-like and, as with
  • Methanesulfonic acid filled in which tin and silver ions are dissolved The drum is filled with the components to be coated and rotates slowly.
  • This coating method is especially for contact elements suitable, which are not present as part of a stamped grid, such as screws or rivets.
  • a reflow or tempering treatment of the contact element can be carried out in a known manner after or before the galvanic coating, whereby the surface properties are further improved as required or adapted to the application.
  • Figure 1 shows an inventive contact element for connecting a lead wire with a contact pin.
  • FIG. 2 shows a crimp connection in a spatial view as well as in FIG
  • FIG. 3 shows a contact element according to the invention for a
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a cell of FIG
  • Figure 1 illustrates a contact element 10 according to the invention, which produces an electrical contact between a contact pin 18, which is designed as a blade contact and a connecting wire 50, which is designed as a stranded wire.
  • the contact element has a first portion, which as
  • the legs 13a and 13b thereby press from two sides on the contact pin 18 and hold it firmly and make an electrical contact.
  • a separate component 14 is provided in stainless steel in this example, which is clasped over the spring contact 12 and applies pressure to the legs 13a and 13b.
  • the contact element 10 has a second portion which acts as a crimp contact
  • the section 16 is formed. The first portion and the second portion are connected by an intermediate portion 11.
  • the section has a wire receptacle 15 with a substantially U-shaped cross-section, in which a wire 50 is inserted.
  • the section 16 has two wing-like extensions 17a and 17b.
  • the extensions 17a and 17b are bevelled blade-like at their free ends.
  • the projections 17a and 17b are bent by a suitable tool and cut with their free ends in the wire 50.
  • Figure 2B which shows a cross section through the crimp contact 16
  • the wire 50 the consists of individual strands 52 is compressed.
  • the contact element 10 is at least in the sections 12 and 16 with a surface coating 30 provided.
  • the layer thickness of this coating is in this example between 0.25 and 0.6 ⁇ .
  • the coating consists in the shown
  • FIG. 3 shows a contact element 20 for an insulation displacement contact 42.
  • the contact element 20 has a wire receptacle 48 which is designed to contact and hold a longitudinal section of a contact wire 50 during insertion into the wire receptacle 48 in a cutting and / or press-fitting manner.
  • the wire is in the illustrated by the arrow 22
  • a wire receptacle 48 is formed as a solid or elastic V-shaped notch and is also referred to as a cutting clamp. This cutting clamp 48 and the wire 50 deform during the Pressing the wire 50 into the V-shaped notch of the
  • Cutting clamp 48 plastic and elastic and adapt to each other in terms of their contour. In this way, the wire 50 directly contacts the insulation displacement terminal 48. The deformation exposes the region of the insulation displacement terminal 48 to high mechanical stresses. In the area of the cutting clamp
  • a surface coating 30 made of a tin-silver alloy having a silver content of preferably 55 to 60 mass% is provided.
  • FIG. 4 shows a schematic view of such a cell in a top view.
  • Band-shaped punched grids (not shown) are placed on a belt 210 in FIG.
  • an electrolyte 220 In the cell is an electrolyte 220.
  • the electrolyte 220 in this example is an aqueous one
  • Methanesulfonic acid in which the tin and the silver ions are dissolved.
  • the electrolyte is pumped in the cell in a circulatory manner, with delivery into the cell 200 via nozzles 260 which apply to the belt 210, but obliquely in the direction of movement of the belt 220, as indicated by the arrows 270.
  • a suitable material for the plate-shaped anodes 240 is pure tin.
  • the silver ions are preferably in liquid and / or dissolved form, the
  • Tin ions are preferably added in the form of stannous methanesulfonate and / or by the solubility of the tin anodes.
  • the composition of the resulting tin-silver surface coating depends on the concentration of silver and tin ions, as well as on the current density. According to the invention, the operating parameters are adjusted so that a

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Abstract

Es wird ein Kontaktelement für eine lotfreie elektrische Verbindung beschrieben. Das Kontaktelement weist zumindest einen Kontaktabschnitt auf, der ausgebildet ist, einen elektrischen Kontakt, insbesondere durch Schneidklemmen und/oder einen Federkontakt und/oder Crimpen und/oder Nieten und/oder Schrauben und/oder Verstemmung und/oder Falten und/oder Biegen eines Stanzgitters, herzustellen. Es ist eine das Kontaktelement zumindest abschnittsweise bedeckende, zinnhaltige Oberflächenbeschichtung beschrieben. Um ein Kontaktelement mit einer bleifreien Oberflächenbeschichtung zur Verfügung zu stellen, welche ein Whiskerwachstum vermeidet oder weitgehend minimiert, enthält die Oberflächenschichtung zwischen 15 und 73 Massenprozent Silber.

Description

Beschreibung Titel
Kontaktelement und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung betrifft ein Kontaktelement nach Anspruch 1 und ein Verfahren zu seiner Herstellung nach Anspruch 12.
Stand der Technik
Dauerhafte, lotfreie elektrische Kontakte sind in der Aufbau und
Verbindungstechnik weiter verbreitet. Aus dem Stand der Technik sind bleifreie Oberflächenbeschichtungen aus Reinzinn bekannt, die galvanisch oder durch Feuerverzinnen hergestellt werden.
Bei bekannten Verbindungstechniken wie dem Schneidklemmen, Crimpen bzw. Bördeln, Federkontakten, Nietkontakten, Schraubkontakten, dem Verstemmen, dem Falten und Biegen von Stanzgittern und/oder der Umspritzung von
Metallteilen mit Kunststoff ergeben sich durch die auftretenden Kontaktkräfte und/oder Biegekräfte sehr hohe Flächenpressungen und Schichtspannungen auf bzw. in die Reinzinnoberflächen. Durch diese hohen Belastungen tritt bei galvanisch aufgebrachten Reinzinnoberflächen das Phänomen der
Whiskerbildung auf. Whisker sind Zinn- Einkristalle welche aus der Beschichtung herauswachsen und bis zu einigen Millimetern lang werden können. Bei elektrischen Verbindungen kann dies zu Kurzschlüssen führen. Whisker bilden sich oft erst nach Jahren des Betriebs und ein durch einen Whisker verursachter Kurzschluss tritt ohne Vorwarnung auf. Whiskerbildung ist beispielsweise häufig für den plötzlichen Ausfall der Elektronik eines Kraftfahrzeugs verantwortlich.
Aus der US 2009/0239398 AI ist ein Einpresskontakt bekannt, auf welchem zur Vermeidung von Whiskern eine Zinn-Silber-Schicht mit einem Silberanteil von 0,5 bis 15 Massenprozent aufgebracht ist. Es werden verschiedene Verfahren vorgeschlagen, wie diese Schicht aufgebracht werden kann, unter anderem wird das Galvanisieren erwähnt. Es hat sich herausgestellt, dass eine galvanisch aufgetragene Schicht, wie sie in der US 2009/0239398 A 1 beschrieben ist, gegenüber einer reinen Zinnbeschichtung zwar ein reduziertes
Whiskerwachstum zeigt, dass dieses für viele Anwendungen, insbesondere im Automobilbau, jedoch immer noch inakzeptabel hoch ist.
Gegenstand der Erfindung
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass Oberflächen aus Reinzinn oder Oberflächen aus Zinn mit einem geringen Silberanteil bei einer mechanischen Belastung der Oberflächen hinsichtlich der Whiskerbildung ein hohes Risiko darstellen. Es ist somit die Aufgabe der Erfindung das Risiko der Whiskerbildung bei Kontaktelementen, wie sie in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz kommen, zu minimieren. Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße galvanische Oberflächenbeschichtung gelöst.
Im Gegensatz zu bekannten galvanischen Zinn-Silber (SnAg)-Beschichtungen zeichnet sich die erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung durch einen sehr hohen Silber-Anteil der Zinn-Silberlegierung von zwischen 15 und 73
Massenprozent aus. Bevorzugt beträgt der Silberanteil mindestens 30
Massenprozent, besonders bevorzugt zwischen 45 und 60 Massenprozent. Kontaktelemente mit der erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung zeigen gegenüber herkömmlichen Beschichtungen ein deutlich reduziertes
Wh iskerwachstu m .
Die erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung wird bei den
Verbindungstechniken Schneidklemmen, Federkontakten, Nietkontakten, Schraubkontakten, Crimpverbindungen, Bördelungen, Verstemmung, Falten und
Biegen von Stanzgittern, oder bei vollständiger oder teilweiser Umspritzung des metallischen Kontaktelements mit Kunststoff eingesetzt. Bei all diesen
Verbindungstechniken werden Kontaktelemente verwendet, beispielsweise um einen elektrischen Kontakt zwischen einer elektrischen Schaltung auf einer Leiterplatte und einem Kontaktdraht herzustellen. All diesen unterschiedlichen Verbindungstechniken ist gemein, dass bei den jeweils eingesetzten Kontaktelementen durch die Kontaktkräfte und oder Biegekräfte sehr hohe Flächenpressungen und Schichtspannungen auf oder in der Oberfläche des Kontaktelements wirken. In den Bereichen hoher
mechanischer Belastung ist die Gefahr der Whiskerbildung besonders groß. Durch die erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung mit einer Zinn- Silberlegierung mit einem Silberanteil von 15 bis 73 Massenprozent der
Kontaktelemente, die zumindest in den Bereichen vorgesehen ist, in denen die mechanische Belastung bzw. Flächenpressung des Kontaktelements
vergleichsweise groß ist, wird die Bildung von Whiskern wirkungsvoll vermieden.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung besteht darin, dass durch einen dosierbaren Anteil der Zulegierung von Silber, die gezielte Optimierung von Kontaktwiderständen und der Stromtragfähigkeit des elektrischen Kontakts möglich wird. Dabei gilt, je höher der Silberanteil in der Oberflächenbeschichtung, desto besser die Leitfähigkeit und Stromtragfähigkeit des elektrischen Kontakts. Dies ist insbesondere bei Steckkontakten vorteilhaft. Weiterhin ist durch die Wahl des Silberanteils die Beeinflussung der
Oberflächenhärte und damit das gezielte Einstellen von Steckkräften sowie und der Gleiteigenschaften möglich, und somit auch das gezielte Einstellen der Verschleißfestigkeit. Dabei gilt, je höher der Silberanteil, desto härter und verschleißfester ist die Oberfläche des Kontaktelements. Ein höherer Zinnanteil bewirkt eine gewisse Feststoffschmierung und senkt somit die Steckkräfte. Durch eine der Anwendung angepasste Wahl des Silber- bzw. Zinnanteils in der Oberflächenbeschichtung kann somit die Reiboxidation bei Temperaturwechseln und/oder mechanische Belastungen, die durch Schwingungen im
Steckverbinderbereich entstehen, verringert werden.
Es ist vorgesehen, dass zumindest Bereiche des jeweiligen Kontaktelements mit der erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung aus einer Zinn-Silberlegierung versehen sind. Es ist auch möglich die Oberfläche des Kontaktelements vollständig oder weitestgehend vollständig zu beschichten. Es ist bevorzugt, die Oberflächenschichtung zumindest in den Bereichen vorzusehen, in denen nach der Herstellung des elektrischen Kontakts, die größten mechanischen
Belastungen der Oberfläche des jeweiligen Kontaktelements erwartet werden.
Ein erfindungsgemäßes Kontaktelement, das als Schneidklemmelement ausgebildet ist, weist in bekannter Weise eine Drahtaufnahme auf, welche ausgebildet ist, einen Längsabschnitt eines Kontaktdrahtes während eines Einführens in die Drahtaufnahme einschneidend und/oder einpressend zu kontaktieren und festzuhalten. Durch die Verformung ist der Bereich
Drahtaufnahme des Schneidklemmelements hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Die erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung, die eine Zinn- Silberlegierung mit einem Silberanteil von 15 bis 73 Massenprozent aufweist, ist demnach bevorzugt zumindest im Bereich der Drahtaufnahme des
Schneidklemmelements vorgesehen, um eine Whiskerbildung zu vermeiden.
Ein erfindungsgemäßes Kontaktelement das ausgebildet ist, einen elektrischen Kontakt durch Crimpen bzw. Bördeln herzustellen, weist Bereiche auf, die plastisch verformt werden, dadurch in einen Gegenkontakt, wie z.B. einen Draht gedrückt werden und dadurch einen nicht lösbaren elektrischen Kontakt herstellen. Gemäß der Erfindung ist bei einem derartigen Kontaktelement eine Oberflächenbeschichtung, die eine Zinn-Silberlegierung mit einem Silberanteil von 15 bis 73 Massenprozent aufweist, zumindest in den Bereichen vorgesehen, in denen durch das plastische Verformen hohe Flächenpressungen entstehen.
Bei einem erfindungsgemäßen Kontaktelement, das einen Federkontakt aufweist sind die Bereiche, die ausgebildet sind, federnd auf den Gegenkontakt zu drücken und so eine elektrische Kontaktierung zu erreichen, hohen
mechanischen Belastungen ausgesetzt, weshalb ein derartiges Kontaktelement bevorzugt in diesen federnden Kontaktbereichen die erfindungsgemäße
Oberflächenbeschichtung aufweist.
Kontaktelemente die als Schrauben oder Nieten ausgebildet sind, sind vorzugsweise komplett mit der erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung versehen. Bevorzugt besteht das Kontaktelement im Wesentlichen aus Kupfer, Eisen oder Aluminium oder einer Legierung, die mindestens eines dieser Metalle als wesentlichen Bestandteil aufweist. In einer bevorzugten Ausführung ist das Kontaktelement als Stanzgitter ausgebildet. Darunter wird ein Kontaktelement verstanden, dass durch Stanzen aus einem Metallblech gebildet ist. Es ist bevorzugt eingerichtet, einen elektrischen Kontakt durch Falten und/oder Biegen des Stanzgitters herzustellen. In diesen Bereichen ist das Kontaktelement hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt, weshalb bevorzugt dort die
erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung mit einer Zinn-Silberlegierung mit einem Silberanteil von 15 bis 73 Massenprozent eingesetzt wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Kontaktelement zumindest teilweise mit Kunststoff umspritzt, etwa um ein Steckerteil darzustellen oder zum Schutz des Kontaktelements. Durch die Umspritzung mit Kunststoff können, beispielsweise aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungsverhalten bei
Temperaturänderung, Kräfte auf das Kontaktelement ausgeübt werden, die zu hohen mechanischen Belastungen und damit zu einem Erhöhten Whiskerrisiko führen. Daher wird erfindungsgemäß eine Oberflächenbeschichtung, die eine Zinn-Silberlegierung mit einem Silberanteil von 15 bis 73 Massenprozent aufweist, vorgesehen.
In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung kann das
Kontaktelement vor dem Abscheiden der Zinn-Silber-Oberflächenbeschichtung zumindest teilweise vernickelt sein, also einen Überzug aus Nickel bzw. eine Nickelschicht aufweisen, auf der die erfindungsgemäße Zinn-Silber-
Oberflächenbeschichtung aufgebracht ist. Durch die Nickelschicht werden die Oberflächeneigenschaften im Bezug auf Härte und Abriebsfestigkeit verbessert. Weiterhin wird das Kontaktelement so vor Korrosion geschützt. Zum Schutz und/oder zur Verbesserung der Gleiteigenschaften kann die SnAg-
Oberflächenbeschichtung von einer Schutzschicht, die insbesondere ein Schmiermittel bzw. einen Lubrikant aufweist, bedeckt sein. Diese Schutzschicht bewirkt weiterhin eine Passivierung der Zinn-Silber- Oberflächenbeschichtung. Als mögliche Materialien für die Schutzschicht kommen beispielsweise Thiol, Parafin oder ein Kontaktöl wie z.B. Optimol® in Frage. Die Oberflächenbeschichtung aus Zinn-Silber wird vorzugsweise galvanisch, insbesondere aus einem sauren oder stark sauren galvanischen Zinn-Silber- Legierungselektrolyten auf dem Kontaktelement abgeschieden. Die galvanische Beschichtung weist den Vorteil auf, dass eine feinkristalline und gleichmäßige Legierung von Zinn und Silber entsteht. Vorzugsweise hat die Beschichtung eine Dicke zwischen 0,1 μηη und 12 μηη, besonders bevorzugt zwischen 0,20 und 1,8 μηη.
Die galvanische Beschichtung erfolgt bevorzugt in einer Durchlaufanlage (Bandgalvanikanlage) mit mehreren Zellen. Das Kontaktelement wird dabei durch in Reihe stehenden Zellen geführt, wobei die Zellen mit Methansulfonsäure, in welcher Zinnionen und Silberionen gelöst sind, befüllt sind und wobei der Zellinhalt wird während des Galvanisierens in der Zelle umgepumpt wird.
Bevorzugt wird das Kontaktelement in den Zellen mittels Düsen, die innerhalb der Zellen angeordnet sind, mit Methansulfonsäure, in der Zinnionen und Silberionen gelöst sind, angeströmt. Damit wird sichergestellt, dass auch Kontaktelemente mit komplizierten Geometrien zuverlässig beschichtet werden können.
Die Beschichtung in einer derartigen Bandgalvanikanlage ist besonders vorteilhaft, wenn das Kontaktelement als Stanzgitterbauteil vorliegt. Das
Kontaktelement wird bevorzugt als Teil eines bandförmigen Stanzgitters durch die Zelle bewegt. Nachdem das bandförmige Stanzgitter die Bandgalvanikanlage durchlaufen hat, können die einzelnen Kontaktelemente abgetrennt werden. Dadurch vereinfacht sich die Handhabung.
Alternativ kann die erfindungsgemäße Beschichtung von Kontaktelementen auch mittels einer sogenannten Schüttgutgalvanik, auch als Trommelgalvanik bezeichnet, erfolgen. Die Zelle ist trommelartig aufgebaut und, wie mit
Methansulfonsäure befüllt, in welcher Zinn und Silberionen gelöst sind. Die Trommel wird mit den zu beschichtenden Bauteilen befüllt und dreht sich langsam. Dieses Beschichtungsverfahren ist besonders für Kontaktelemente geeignet, die nicht als Teil eines Stanzgitters vorliegen, so wie beispielsweise Schrauben oder Nieten.
Zusätzlich kann nach oder vor der galvanischen Beschichtung in bekannter Weise eine Reflow- oder Temperbehandlung des Kontaktelements durchgeführt werden, wodurch die Oberflächeneigenschaften nach Bedarf weiter verbessert bzw. der Anwendung angepasst werden.
Die Erfindung wird nun anhand von mehreren Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren näher beschrieben.
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kontaktelement zur Verbindung eines Anschlussdrahtes mit einem Kontaktstift.
Figur 2 zeigt ein eine Crimpverbindung in räumlicher Ansicht sowie im
Querschnitt.
Figur 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Kontaktelement für eine
Schneidklemmverbindung.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Zelle einer
Bandgalvanikanlage.
Ausführungen der Erfindung
Figur 1 stellt ein erfindungsgemäßes Kontaktelement 10 dar, das einen elektrischen Kontakt zwischen einem Kontaktstift 18, der als Messerkontakt ausgebildet ist und einem Anschlussdraht 50, der als Litzendraht ausgebildet ist, herstellt. Das Kontaktelement weist einen ersten Abschnitt auf, der als
Federkontakt 12 mit zwei Schenkeln 13a und 13b ausgebildet ist. Zur
Kontaktierung wird die Spitze des Kontaktstifts 18 zwischen die Schenkel 13a und 13b geschoben. Die Schenkel 13a und 13b werden dadurch
auseinandergebogen und elastisch und/oder plastisch verformt. Die Schenkel 13a und 13b drücken dadurch von zwei Seiten auf den Kontaktstift 18 und halten diesen fest und stellen einen elektrischen Kontakt her. Um den Anpressdruck dauerhaft bereitzustellen ist in diesem Beispiel ein separates Bauteil 14 aus Edelstahl vorgesehen, das klammerartig über den Federkontakt 12 gestülpt ist und auf die Schenkel 13a und 13b Druck ausübt. Das Kontaktelement 10 weist einen zweiten Abschnitt auf, der als Crimpkontakt
16 ausgebildet ist. Der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt sind durch einen Zwischenabschnitt 11 verbunden. Wie in Figur 2A im Detail dargestellt ist weist der Abschnitt dazu eine Drahtaufnahme 15 mit im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf, in den ein Draht 50 eingelegt ist. Der Abschnitt 16 weist zwei flügelartige Fortsätze 17a und 17b auf. Die Fortsätze 17a und 17b sind an ihren freien Enden klingenartig angeschrägt. Zu Herstellung des elektrischen Kontakts werden die Fortsätze 17a und 17b durch ein geeignetes Werkzeug umgebogen und schneiden mit ihren freien Enden in den Draht 50. Wie in Figur 2B, die einen Querschnitt durch den Crimpkontakt 16 darstellt, gezeigt ist, wird der Draht 50, der aus einzelnen Litzen 52 besteht dabei zusammengepresst. Dadurch wirkt vor allem in den Bereichen 25 eine sehr hohe Flächenpressung in dem Crimpkontakt 16. Um eine sichere, bleifreie und gasdichte elektrische Verbindung zu erzielen und gleichzeitig das Risiko der Whiskerbildung zu minimieren ist das Kontaktelement 10 zumindest in den Abschnitten 12 und 16 mit einer Oberflächenbeschichtung 30 versehen. Die Schichtdicke dieser Beschichtung beträgt in diesem Beispiel zwischen 0,25 und 0,6 μηη. Die Beschichtung besteht im gezeigten
Ausführungsbeispiel aus einer Zinn-Silberlegierung mit einem Silberanteil von mehr als 30 Massenprozent, vorzugsweise zwischen 40 und 55 Massenprozent.
In Figur 3 ist ein Kontaktelement 20 für einen Schneidklemmkontakt 42 gezeigt. Das Kontaktelement 20 weist ein eine Drahtaufnahme 48 auf, welche ausgebildet ist, einen Längsabschnitt eines Kontaktdrahtes 50 während eines Einführens in die Drahtaufnahme 48 einschneidend und/oder einpressend zu kontaktieren und festzuhalten. Der Draht wird dabei in der durch den Pfeil 22 dargestellten
Richtung eingepresst. Eine Drahtaufnahme 48 ist als eine massive oder elastische V-förmige Kerbe ausgebildet und wird auch als Schneidklemme bezeichnet. Diese Schneidklemme 48 und der Draht 50 verformen sich beim Einpressen des Drahtes 50 in die V-förmig konfigurierte Kerbe der
Schneidklemme 48 plastisch und elastisch und passen sich hinsichtlich ihrer Kontur aneinander an. Auf diese Weise kontaktiert der Draht 50 direkt die Schneidklemme 48. Durch die Verformung ist der Bereich der Schneidklemme 48 hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Im Bereich der Schneidklemme
48 ist eine Oberflächenbeschichtung 30 aus einer Zinn-Silberlegierung mit einem Silberanteil von vorzugsweise 55 bis 60 Massenprozent vorgesehen.
Wie in Figur 4 dargestellt ist, kann der Auftrag der Oberflächenbeschichtung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kontaktelements in einer
Bandgalvanikanlage erfolgen. Dabei wird ein bandförmiges Stanzgitter, in welchem die Kontaktelemente in einem noch nicht vollständig ausgestanzten Zustand gehalten sind durch mehrere hintereinander liegende Zellen 200 gezogen. Figur 4 stellt eine derartige Zelle schematisch in Draufsicht dar. Dass bandförmige Stanzgitter (nicht dargestellt) wird auf einem Band 210 in
Förderrichtung 230 durch die Zelle 200 gezogen. In der Zelle befindet sich ein Elektrolyt 220. Der Elektrolyt 220 ist in diesem Beispiel eine wässrige
Methansulfonsäure, in welcher die Zinn- und die Silberionen gelöst sind. Der Elektrolyt wird in der Zelle in einem Kreislauf gepumpt, wobei die Zuführung in die Zelle 200 über Düsen 260 erfolgt, welche auf das Band 210 zuweisen, jedoch schräg in Richtung der Bewegungsrichtung des Bandes 220, wie durch die Pfeile 270 dargestellt ist.
Ein geeignetes Material für die plattenförmigen Anoden 240 ist Reinzinn. Die Silberionen werden vorzugsweise in flüssiger und/oder gelöster Form, die
Zinnionen werden vorzugsweise in Form von Zinnmethansulfonat und/oder durch die Löslichkeit der Zinnanoden zugegeben. Die Zusammensetzung der so entstehenden Zinn-Silber-Oberflächenbeschichtung hängt von der Konzentration der Silber- und Zinnionen, sowie von der Stromdichte ab. Erfindungsgemäß werden die Betriebsparameter so eingestellt, dass sich eine
Oberflächenbeschichtung ergibt, die einen Silberanteil von 15 bis 73
Massenprozent aufweist.

Claims

Ansprüche
1 . Kontaktelement (10, 20) für eine lotfreie elektrische Verbindung, das zumindest einen Kontaktabschnitt (12, 16, 48) aufweist, der ausgebildet ist, einen elektrischen Kontakt, insbesondere durch Schneidklemmen und/oder einen Federkontakt und/oder Crimpen und/oder Bördeln und/oder Nieten und/oder Schrauben und/oder Verstemmung und/oder Falten und/oder Biegen und/oder Einstecken und/oder Einpressen, herzustellen, wobei das Kontaktelement (10, 20) zumindest
abschnittsweise eine zinnhaltige Oberflächenbeschichtung (30) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass
die Oberflächenbeschichtung (30) 15 bis 73 Massenprozent Silber aufweist.
2. Kontaktelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement zumindest teilweise von einer Umspritzung aus
Kunststoff umgeben ist.
3. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung (30) galvanisch auf dem Kontaktelement abgeschieden ist.
4. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung (30) zwischen 30 und 65 Massenprozent Silber aufweist.
5. Kontaktelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung (30) zwischen 40 und 60 Massenprozent Silber aufweist.
6. Kontaktelement einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung (30) eine Dicke von mindestens 0,1 pm und höchstens 12 pm aufweist.
7. Kontaktelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung (30) eine Dicke zwischen 0,2 pm und 1 ,8 pm aufweist.
8. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass das Kontaktelement im Wesentlichen aus Kupfer oder Eisen oder Aluminium oder einer Legierung, die Kupfer oder Eisen oder Aluminium als Wesentlichen Bestandteil umfasst, ausgebildet ist.
9. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass das Kontaktelement als Stanzgitter ausgebildet ist, wobei der elektrische Kontakt durch Biegen oder Falten des Stanzgitters hergestellt wird.
10. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass das Kontaktelement eine Nickelschicht aufweist, wobei die zinnhaltige Oberflächenbeschichtung (30) auf der Nickelschicht abgeschieden ist.
11. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung (30) zumindest teilweise von einer Schutzschicht, insbesondere einer Lubrikantschicht, bedeckt ist.
12. Verfahren zur Herstellung eines Kontaktelements nach einem der
Ansprüche 1 bis 11, wobei zur Bildung der Oberflächenbeschichtung (30) Zinn und Silber aus einer sauren, insbesondere methansulfonsauren, Lösung galvanisch auf dem Kontaktelement abgeschieden werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das
Kontaktelement durch mehrere, in Reihe stehende Zellen (200) geführt wird, wobei die Zellen mit Methansulfonsäure, in welcher Zinnionen und Silberionen gelöst sind, befüllt sind und wobei der Zellinhalt wird während des Galvanisierens in der Zelle umgepumpt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das
Kontaktelement in den Zellen (200) mittels Düsen (260) mit
Methansulfonsäure, in welcher Zinnionen und Silberionen gelöst sind, angeströmt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement Teil eines bandförmigen Stanzgitters ist, welches durch die Zellen (200) bewegt wird.
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