ES2370184T3

ES2370184T3 - Elemento de contacto eléctrico y procedimiento de producción del mismo.

Info

Publication number: ES2370184T3
Application number: ES08836386T
Authority: ES
Inventors: Walter Müller; Helge Schmidt; Hannes Wendling; Jochen Horn
Original assignee: Tyco Electronics AMP GmbH
Current assignee: TE Connectivity Germany GmbH
Priority date: 2007-10-01
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2011-12-13
Anticipated expiration: 2028-09-25
Also published as: PT2195885E; EP2195885A1; WO2009043536A8; DE102007047007A1; US20170149191A1; JP2010541139A; CN101821906A; EP2195885B1; CN105226481A; US20100311288A1; WO2009043536A1; PL2195885T3; ATE522955T1; MX2010003459A

Abstract

Un procedimiento para producir un elemento de contacto eléctrico, en el que se forma una estructura (2b; 2c; 2d) de múltiples capas mediante La aplicación de una capa (4) de barrera de difusión sobre un material (6) de base, La aplicación de una pluralidad de una combinación de al menos dos capas metálicas (14a, 14b; 16a, 16c) fabricadas de distintos metales sobre la capa (4) de barrera de difusión, en el que una capa (14b; 16c) de dichas al menos dos capas metálicas (14a, 14b; 16a, 16c) está formada de estaño y en el que las capas metálicas (14a, 14b; 16a, 16c) están aplicadas de forma alterna una sobre la otra, y tratando térmicamente la estructura (2b; 2c; 2d) de múltiples capas de tal forma que los elementos de la pluralidad de la combinación de al menos dos capas metálicas (14a, 14b; 16a, 16c) están mezclados mediante difusión, en el que una capa externa tratada térmicamente (8a) formada de esta manera de la estructura (2b; 2c; 2d) de múltiples capas comprende estaño y en el que dicha capa externa (8a) está aleada completamente con dichos elementos hasta la propia superficie (10) de los mismos.

Description

Elemento de contacto eléctrico y procedimiento de producción del mismo

La presente invención versa acerca de un procedimiento para producir un elemento de contacto eléctrico según el preámbulo de la reivindicación 1. La invención versa, además, acerca de un elemento de contacto eléctrico según el preámbulo de la reivindicación 9.

Los requerimientos de los elementos de contacto eléctrico son muchos y variados. Por lo tanto, los elementos de contacto pueden ser utilizados, por ejemplo, como contactos de clavija. En este caso, los elementos de contacto eléctrico necesitan ser capaces de ser conectados y desconectados de forma reiterada con fuerzas de inserción lo más bajas posibles, sin que la resistencia de contacto cambie de forma considerable. Sobre todo, los elementos de contacto eléctrico utilizados en la producción de sistemas eléctricos, tal como un sistema de antibloqueo de frenos (ABS), necesitan garantizar de forma fiable el contacto eléctrico y evitar malas conexiones.

Se conoce un elemento de contacto por el documento DE 103 49 584 A1. El elemento de contacto dado a conocer en el mismo comprende un contacto de encaje a presión y este documento propone evitar la formación de rebabas tras apretar un conector de encaje a presión en un enchufe al proporcionar un elemento de contacto eléctrico con una capa externa que tiene un grosor de capa de entre 0,1 µm y 0,8 µm.

El documento US 2003091855 A1 da a conocer un procedimiento para producir un elemento de contacto eléctrico, en el que se forma una estructura de múltiples capas al aplicar una capa de barrera de difusión a un material de base y al menos una capa metálica fabricada de metal sobre la capa de barrera de difusión, siendo aplicada al menos una capa formada de estaño como la capa metálica, la estructura de múltiples capas es tratada térmicamente de tal forma que al menos un elemento de la capa ubicado bajo la capa externa de la estructura de múltiples capas se difunde en dicha capa externa y la capa externa tratada térmicamente comprende estaño.

Es conocido que los elementos de contacto eléctrico con una superficie de contacto formada, por ejemplo, de estaño puro tienen una tendencia a formar rebabas de estaño. Las rebabas de estaño pueden dar lugar a un funcionamiento defectuoso en conjuntos electrónicos.

Sin embargo, la reducción del grosor de la capa no siempre detiene la formación de rebabas. Una ligera abrasión y una acumulación de estaño abradido pueden dar lugar a la formación de rebabas.

Teniendo en cuenta los anteriores problemas conocidos como base, un objeto de la presente invención es proporcionar un procedimiento mediante el cual se evite la formación de rebabas de estaño. Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un elemento de contacto sin ningún riesgo de formación de rebabas de estaño.

El aspecto del procedimiento de la presente invención se consigue mediante un procedimiento según la reivindicación 1. Según la invención, se aplica una capa de barrera de difusión a un material de base, evitando de ese modo que el material de base se difunde en la capa externa. En consecuencia, la capa de barrera de difusión según la invención sirve como una barrera de difusión y evita que la capa externa sea aleada con el o los elementos del material de base. Se aplica al menos una capa metálica sobre la capa de barrera de difusión, aplicándose al menos una capa formada de estaño como la capa metálica. En consecuencia, por ejemplo, se aplica bien solo una capa de estaño puro sobre la capa de barrera de difusión o bien se aplica una capa de estaño puro y una capa metálica adicional.

Según la invención, la estructura de múltiples capas que comprende la capa de barrera de difusión y la al menos una capa metálica es tratada térmicamente, es decir, es sometida, preferentemente, a un procedimiento de templado. Este tratamiento térmico de la estructura de múltiples capas provoca que al menos un elemento se difunda en la capa externa. Como resultado del tratamiento térmico según la invención, la capa externa de la estructura de múltiples capas es infiltrada casi por completo por el al menos un elemento de la capa bajo la misma y, por lo tanto, está formada de al menos dos elementos metálicos. Preferentemente, la capa externa está tratada térmicamente de tal forma que está formada únicamente o casi únicamente de al menos dos elementos metálicos, es decir, como resultado de la difusión el elemento de la capa ubicada bajo la capa externa se infiltra por completo o casi por completo en la capa externa hasta la propia superficie de la capa. Como resultado de la mezcla asociada de los al menos dos elementos metálicos, se evita de forma fiable la formación de rebabas de estaño. La aleación que está sobre la capa externa ofrece adicionalmente la posibilidad de aumentar la resistencia al desgaste de la superficie de los elementos de conexión por medio de una composición adecuada de aleación. La temperatura y la duración del tratamiento térmico son dependientes de los metales utilizados para formar las capas metálicas y del grosor de la capa que debe conseguirse.

El elemento difundido en la capa externa puede provenir de la capa de barrera de difusión, por ejemplo.

Preferentemente, se obtiene una difusión acelerada térmicamente por completo en toda la estructura de múltiples capas. De esta manera, se forma una capa externa tratada térmicamente, que comprende una mezcla de estaño

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con al menos un elemento metálico adicional. En consecuencia, la capa externa tratada térmicamente no es una capa de estaño puro, evitando de forma eficaz el riesgo de una formación de rebabas de estaño.

Según una realización ejemplar preferente del procedimiento según la invención, la capa externa es aleada completamente con al menos un elemento hasta la propia superficie. Preferentemente, el tratamiento térmico se lleva a cabo de tal forma que el elemento presente en la capa subyacente es difundido hasta la propia superficie de la capa externa, es decir, por todo el grosor de la capa externa. La capa resultante de aleación de estaño puede estar constituida por una mezcla de cristal, un cristal mixto o un compuesto intermetálico.

Un desarrollo adicional preferente del procedimiento según la invención tiene al menos dos capas metálicas formadas de distintos metales aplicados a la capa de barrera de difusión y los elementos de las capas son mezclados entre sí mediante difusión. Además de una capa de estaño, según esta realización preferente se aplica en consecuencia una capa metálica adicional sobre la capa de barrera de difusión. La capa de estaño no tiene que ser aplicada como la capa externa. El factor crucial es simplemente que la capa externa tratada térmicamente comprende estaño y al menos un elemento metálico adicional. Las diversas capas metálicas son aplicadas de forma individual sobre la capa de barrera de difusión. Esto puede tener lugar, por ejemplo, como resultado de una deposición física de vapor (PVD), una deposición química de vapor (CVD), una electrodeposición inversa periódica o similar. Preferentemente, las diversas capas están formadas en una estructura interlaminar con capas planas mutuamente paralelas. El número de capas metálicas distintas aplicadas de forma alterna está determinado por la aplicación prevista deseada o por el grosor deseado de la capa. Por medio del tratamiento térmico subsiguiente, las capas metálicas son aleadas por completo, preferentemente, para proporcionar una capa externa formada en la capa de barrera de difusión al mezclar estaño con al menos un elemento metálico adicional. Dependiendo de los elementos utilizados, se puede formar una capa intermedia, por ejemplo, entre la capa externa obtenida y la capa de barrera de difusión, capa intermedia que está formada de una mezcla de los elementos de las capas metálicas y del elemento de la capa de barrera de difusión.

Según una realización preferente, la capa externa está formada de estaño. La capa externa aplicada de estaño, en particular estaño puro, está mezclada mediante difusión con al menos un elemento adicional por medio del tratamiento térmico llevado a cabo. Como resultado del tratamiento térmico, la capa de estaño es aleada completamente con al menos un elemento adicional, por lo que se obtiene una capa externa que no consiste en estaño puro, que no tiene una tendencia a formar rebabas.

Según un desarrollo adicional preferente, la al menos una capa metálica formada bajo la capa externa está fabricada de plata, oro, bismuto, hierro, indio, cinc, cadmio, paladio y/o estaño. Por ejemplo, se aplica una combinación de capas de estaño/plata a la capa de barrera de difusión, en la que se puede aplicar una pluralidad de capas de estaño y una pluralidad de capas de plata de forma alterna una sobre la otra, para conseguir una capa externa uniforme de un grosor relativamente grande después de un tratamiento térmico durante un tiempo razonable de tratamiento. De esta forma, se puede producir una capa externa con grosores relativamente grandes de capas superiores a 2 µm. Esto conlleva, en particular, la ventaja de que las superficies de contacto pueden estar dotadas de contactos de conexión que tienen características tribológicas ventajosas.

Dependiendo de los requerimientos que deban ser satisfechos, también se puede aplicar una capa de fósforo en combinación, por ejemplo, con capas de estaño o de plata, de forma que el fósforo se difunde en la capa contigua como resultado del tratamiento térmico.

El problema relacionado con el dispositivo en el que está basada la invención se soluciona mediante un componente eléctrico en el que la capa externa del revestimiento es una capa mezclada mediante difusión de estaño y al menos un elemento metálico adicional. De forma particularmente preferente, la capa externa es una mezcla casi completa de los al menos dos elementos distintos. Un elemento de contacto, para los fines de la descripción de la invención, puede ser por ejemplo, un terminal conector de encaje a presión o un contacto de conexión. La capa externa aleada completamente según la invención se proporciona al menos en el área de un elemento de contacto que hace contacto con un elemento adicional de contacto. Por ejemplo, la capa externa aleada completamente forma una superficie de contacto de un contacto de conexión, de un conector de encaje a presión o similar.

Según una realización particularmente preferente, la capa externa es una capa aleada completamente, es decir, una capa completamente infiltrada por estaño y al menos un elemento adicional. En particular, los elementos son mezclados entre sí hasta la propia superficie de la capa externa.

Serán evidentes detalles, ventajas y características adicionales de la presente invención a partir de la siguiente descripción de las realizaciones ejemplares junto con los dibujos, en los que:

Las Figuras 1 a y 1 b son una primera representación esquemática en corte transversal de una realización ejemplar de una estructura de múltiples capas de un elemento de conexión eléctrica según la invención antes y después de un tratamiento térmico;

la Fig. 2 muestra un ejemplo comparativo, que muestra una estructura de múltiples capas no según la invención de un elemento de conexión; y

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las Figuras 3a-3d muestran realizaciones ejemplares adicionales de un elemento de conexión según la invención.

La Figura 1a muestra una estructura 2 de múltiples capas de un conector de encaje a presión, en el que se ha aplicado una capa 4 de barrera de difusión formada de níquel sobre un material 6 de base. Hay formada una capa externa 8 con un grosor de 2 µm formada de estaño sobre la capa 4 de barrera de difusión de níquel.

Después de aplicar la capa 4 de barrera de difusión de níquel y la capa externa 8, que es una capa de estaño puro, la estructura 2 de múltiples capas es tratada térmicamente a 90°C durante 4 horas.

La duración y la temperatura del tratamiento térmico dependen de los materiales utilizados y del grosor deseado de la capa. Sin embargo, dado que la capa externa 8 está formada de estaño la temperatura de tratamiento térmico no debería superar la temperatura de fusión del estaño, es decir, 232°C.

Una vez que se ha completado el tratamiento térmico, la estructura resultante tratada térmicamente 2a de múltiples capas comprende una capa externa recristalizada tratada térmicamente 8a (cf. la Fig. 1 b). Esta capa 8a está constituida por una mezcla de elementos de estaño y níquel. Debido al tratamiento térmico llevado a cabo, los elementos de níquel han salido por difusión de la capa 4 de barrera de difusión a la capa externa 8 ubicada sobre la misma. Como es evidente a partir de la Figura 1b, el tratamiento térmico llevado a cabo ha producido una mezcla total completa de la capa externa 8. La capa externa tratada térmicamente 8a comprende tanto elementos de estaño como de níquel. El tratamiento térmico tiene el efecto, en particular, de que los elementos de níquel se difundan hasta la propia superficie 10 de la capa externa 8, de forma que se garantice que la capa externa tratada térmicamente 8a no contenga ningún estaño puro incluso cerca de la superficie 10. De esta forma, se proporciona un conector de encaje a presión con una superficie de contacto que no tiene ningún riesgo de formación de rebabas de estaño.

A diferencia de la realización ejemplar anterior según la invención, la Figura 2 muestra un ejemplo comparativo, en el que la capa externa tratada térmicamente 8b es una capa de estaño puro.

Debido a un tratamiento térmico incompleto, la capa externa 8b según el ejemplo comparativo mostrado en la Figura 2 no es una capa aleada completamente que comprende una mezcla de elementos de estaño y de níquel. En particular, debido al tratamiento térmico incompleto, no se ha producido ninguna difusión de los elementos de níquel hasta la superficie 10 de la capa externa 8b. Aunque se ha conseguido la mezcla de elementos de estaño y de níquel (como se ilustra mediante la capa intermedia 12), este ejemplo comparativo tiene un riesgo de formación de rebabas, dado que la capa externa 8b es una capa de estaño puro.

Las Figuras 3a-3d muestran una realización ejemplar adicional según la invención, en la que se ha aplicado una pluralidad de capas sobre la capa 4 de barrera de difusión de níquel.

La Figura 3a muestra una capa 14a formada de plata, que ha sido formada sobre la capa 4 de barrera de difusión. Dependiendo del grosor deseado de la capa, también se puede aplicar una pluralidad de capas 14a de plata, como se muestra en la Figura 3b. En ella, se ha aplicado la capa 14a de plata a la capa 4 de barrera de difusión de forma alterna con una capa 14b de estaño. La aplicación alterna de capas 14a, 14b de plata y de estaño forma una estructura interlaminar, en la que la capa externa 8 es una capa 14b de estaño.

Entonces, la estructura resultante 2b de múltiples capas es sometida a un procedimiento de tratamiento térmico según la invención, por lo que las diversas capas 14a, 14b son aleadas completamente para formar una capa externa tratada térmicamente 8a que está constituida por elementos de estaño y de plata. Por lo tanto, se evita una capa de estaño puro como un constituyente de la capa externa 8a (cf. la Fig. 3c).

Dependiendo de las características metalúrgicas de las capas formadas, es posible, como se muestra en la Figura 3d, formar una capa intermedia 12a entre la capa externa tratada térmicamente 8a y la capa 4a de barrera de difusión. A diferencia del ejemplo comparativo según la Figura 2, la estructura 2c de múltiples capas según la Figura 3d no tiene ningún riesgo de formación de rebabas, dado que la capa externa 8a es una capa externa aleada completamente 8a.

Como se muestra en la Fig. 4, se puede formar una capa 2d de múltiples capas que está producida de tres elementos distintos. La Figura 4 muestra una estructura 2d de múltiples capas en la que hay formadas de manera alterna una capa 16a de plata, una capa 16b de fósforo y una capa 16c de estaño sobre la capa 4 de barrera de difusión de tal forma que la capa externa 8 está formada de una capa 16c de estaño.

Esta estructura 2d de múltiples capas está tratada térmicamente según la invención de tal forma que la pluralidad de capas 16a, 16b, 16c están aleadas completamente, como se ha descrito anteriormente con respecto a la Figura 3c.

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Claims

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento para producir un elemento de contacto eléctrico, en el que se forma una estructura (2b; 2c; 2d) de múltiples capas mediante

La aplicación de una capa (4) de barrera de difusión sobre un material (6) de base,

5 La aplicación de una pluralidad de una combinación de al menos dos capas metálicas (14a, 14b; 16a, 16c) fabricadas de distintos metales sobre la capa (4) de barrera de difusión, en el que una capa (14b; 16c) de dichas al menos dos capas metálicas (14a, 14b; 16a, 16c) está formada de estaño y en el que las capas metálicas (14a, 14b; 16a, 16c) están aplicadas de forma alterna una sobre la otra, y tratando térmicamente la estructura (2b; 2c; 2d) de múltiples capas de tal forma que los elementos de la pluralidad de la combinación de

10 al menos dos capas metálicas (14a, 14b; 16a, 16c) están mezclados mediante difusión, en el que una capa externa tratada térmicamente (8a) formada de esta manera de la estructura (2b; 2c; 2d) de múltiples capas comprende estaño y en el que dicha capa externa (8a) está aleada completamente con dichos elementos hasta la propia superficie (10) de los mismos.
2. Un procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se lleva a cabo una difusión acelerada 15 térmicamente por completo por toda la estructura (2b; 2c; 2d) de múltiples capas.
3.

Un procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque una capa externa (8) de la pluralidad de una combinación de al menos dos capas metálicas (14a, 14b; 16a, 16c) está formada de estaño.
4.

Un procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque una capa externa (8) de la pluralidad de

una combinación de al menos dos capas metálicas (14a, 14b; 16a, 16c) está formada de un metal distinto de 20 estaño.
5.

Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la otra de las al menos dos capas metálicas (14a; 16a) está seleccionada del grupo de: plata, oro, bismuto, hierro, indio, cinc, cadmio y/o paladio.
6.

Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se forma

25 adicionalmente una capa (16b) de fósforo bajo la capa externa (8), difundiéndose dicha capa (16b) en la capa externa (8).
7. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la capa (4) de barrera de difusión está formada de níquel.

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