ES2935178T3 - Cinta de cobre para hacer contactos eléctricos y procedimiento para hacer una cinta de cobre y un conector por enchufe - Google Patents
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Abstract
La presente invención se refiere a una tira de cobre (1) para producir contactos eléctricos, que comprende un material base (2) de cobre o una aleación de cobre, y un recubrimiento (3, 4) de estaño, donde el recubrimiento (3, 4) de el estaño tiene una proporción de elementos formadores de precipitados insolubles de 0,003 a 1,0, preferiblemente de 0,5, preferiblemente de 0,05, de manera particularmente preferida de 0,01 por ciento en peso. La invención también se refiere a un método para producir una tira de cobre (1) para producir contactos eléctricos y también a un conector enchufable. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Cinta de cobre para hacer contactos eléctricos y procedimiento para hacer una cinta de cobre y un conector por enchufe
Cinta de cobre para hacer contactos eléctricos y procedimiento para hacer una cinta de cobre y un conector por enchufe. La presente invención se refiere a una cinta de cobre para hacer contactos eléctricos con un revestimiento de estaño que tiene las características del preámbulo de la reivindicación 1 y a un procedimiento para hacer una cinta de cobre que tiene las características del preámbulo de la reivindicación 9 y a un conector por enchufe que tiene las características del preámbulo de la reivindicación 13.
Las tiras de cobre sirven para hacer contactos eléctricos en conexiones de contactos enchufables. Este tipo de conexiones de contactos enchufables se emplean en diferentes campos de aplicación como, por ejemplo, en la electricidad de vehículos a motor, en la ingeniería de comunicaciones o en la electrónica de plantas industriales. Los contactos eléctricos en las conexiones de contactos enchufables sirven para realizar la conexión conductora de electricidad y forman así el componente esencial de la conexión de contactos enchufables. Por esta razón, los contactos eléctricos están sujetos a mayores requisitos con respecto a la fiabilidad de la conexión eléctrica hasta una vida útil predeterminada y después de un número predeterminado de ciclos de conexión en diferentes condiciones de temperatura, humedad y carga. Además, los fabricantes de automóviles principalmente exigen que las fuerzas de inserción de las conexiones enchufables no excedan los valores máximos especificados.
Las cintas de cobre y los contactos eléctricos hechos con ellas están hechos de cobre o una aleación de cobre como material base, lo que ha demostrado ser ventajoso debido a la conductividad eléctrica especialmente buena. Para proteger contra la corrosión y el desgaste y para reducir la resistencia de traspaso y reducir las fuerzas de inserción también ha demostrado ser ventajoso dotar a los contactos eléctricos de un revestimiento de estaño, lo que puede conseguirse, por ejemplo, estañando por inmersión las cintas de cobre.
Luego, los contactos eléctricos normalmente se troquelan a partir de las cintas de cobre revestidas prefabricadas y se les da la forma predeterminada en una matriz de conformado múltiple en un procedimiento de conformado en frío.
Debido a las altas exigencias de los fabricantes de vehículos de motor en cuanto a la vida útil y la funcionalidad de los contactos eléctricos en general, incluso en condiciones extremas, puede resultar problemático cumplir los requisitos exigidos en cuanto a la resistencia a la temperatura, la resistencia a la relajación, la resistencia a la corrosión y la adherencia del revestimiento. En este caso, la fuerza adhesiva del revestimiento es especialmente importante, ya que la superficie de contacto necesaria para la conexión eléctricamente conductora se reduce o incluso puede interrumpirse por completo debido al desprendimiento del revestimiento (peeling off). El desprendimiento del revestimiento puede aumentarse o causarse mediante procedimientos de difusión entre el material base de cobre y el revestimiento de estaño y los poros de Kirkendall generados por estos.
Tales cintas de metal o incluso de cobre revestido son conocidas, por ejemplo, por las publicaciones EP 0443 291 A2, EP 1288321 B1, EP 1158618 B1 y EP 1157820 B1.
En el caso de las cintas de cobre de allí, para mejorar la fuerza adhesiva del revestimiento, al cobre, que se denomina material base, se agregan varios componentes de aleación que influyen en el comportamiento de difusión en la fase intermetálica entre el cobre y el revestimiento hasta tal punto que se reduce la formación de la fase de Cu3Sn que causa el desprendimiento, o incluso de la fase £ de la fase Cu6Sn5 o también de la fase r|.
Sin embargo, una desventaja de esta solución es que, en casos extremos, no se pueden cumplir las normas de materiales existentes para el material base debido a la modificación del material base. Además, las propiedades del material base como, por ejemplo, la conductividad eléctrica, pueden verse afectadas negativamente. Además, esta solución no se puede utilizar cuando se utiliza cobre puro como material base como, por ejemplo, Cu-ETP o Cu-OFE.
En este contexto, la invención se basa en el objetivo de proporcionar una cinta de cobre para la fabricación de contactos eléctricos con un revestimiento de estaño, la cual debe tener una fuerza adhesiva mejorada y principalmente duradera en el revestimiento y también ha de ser económica de fabricar. Además, la invención se basa en el objetivo de proporcionar un procedimiento para fabricar una cinta de cobre con una fuerza adhesiva mejorada y duradera en el revestimiento. Además, la invención se basa en el objetivo de proporcionar un conector por enchufe mejorado, hecho de tal cinta de cobre.
Para lograr el objetivo se propone una cinta de cobre con las características de la reivindicación 1. Otros desarrollos preferidos adicionales se pueden encontrar en las reivindicaciones dependientes, la figura y la descripción asociada.
Según la invención, para lograr el objetivo se propone una cinta de cobre para la fabricación de contactos eléctricos, con un material base de cobre o una aleación de cobre y un revestimiento de estaño, en cuyo caso el revestimiento de estaño presenta preferentemente una proporción de elementos insolubles, formadores de precipitados, de 0,003 a 1,0, preferiblemente a 0,5, preferiblemente a 0,05, más preferiblemente a 0,01 por ciento en peso, y en cuyo caso el elemento plata insoluble, formador de precipitados está presente en el revestimiento plata en una proporción de 0,08 a 0,5 por ciento en peso en forma de una fase de Ag3 Sn.
La ventaja de la solución propuesta puede verse inicialmente en el hecho de que los elementos insolubles, formadores de precipitados se proporcionan deliberadamente en el revestimiento o en la capa de estaño y no en el material base, como es el caso en el estado de la técnica. Dado que el revestimiento, o la capa de estaño, es considerablemente más delgado que el material base, es suficiente una cantidad considerablemente menor de los elementos formadores de precipitado insolubles que la necesaria para añadir al material base con el fin de provocar el efecto deseado. El efecto de mejorar la fuerza adhesiva se basa en el hecho de que los elementos insolubles, formadores de precipitados forman deliberadamente una fase intermetálica con el estaño o forman ellos mismos los precipitados, lo que reduce o suprime la formación de la fase de Cu3Sn (fase £). Este efecto reduce el riesgo de formación de los llamados poros de Kirkendall, lo que reduce el efecto de desprendimiento y mejora la fuerza adhesiva del revestimiento al material base. Dado que los elementos insolubles que forman precipitados se proporcionan deliberadamente en el revestimiento o en la capa de estaño, el efecto provocado deliberadamente por esto se produce específicamente en el área y cerca de la capa límite, particularmente importante para la fuerza adhesiva, entre el material base y el revestimiento, y los elementos se utilizan particularmente bien para lograr el efecto que se desea provocar. Como resultado, el propio revestimiento prácticamente evita el proceso de su desprendimiento del material base. Otra ventaja puede verse en el hecho de que el material base, es decir, el cobre o la aleación de cobre, no necesita cambiarse por la solución según la invención. Prácticamente se puede usar cobre o cualquier aleación de cobre sin ninguna adición especial de elementos, siempre que se satisfagan los requisitos de conductividad eléctrica. Además, la aleación de cobre no se modifica por los elementos a añadir, por lo que no se modifica negativamente en cuanto a sus propiedades eléctricas o tecnológicas.
Se propone además que los elementos formadores de precipitados estén formados adicionalmente por uno o más de los siguientes elementos: germanio, níquel, cobalto respectivamente en una proporción de 0,003 a 0,5 por ciento en peso. Incluso las cantidades más pequeñas de plata (Ag) son insolubles en estaño (Sn) y forman una fase intermetálica de Ag3Sn con el estaño, lo que inhibe la formación de la fase de Cu3Sn. También se puede lograr un efecto comparable usando germanio (Ge), níquel (Ni) y cobalto (Co), que forman fases intermetálicas comparables o precipitados, que a su vez inhiben la formación de la fase de Cu3Sn. Dado que los elementos como la plata son muy caros, es especialmente ventajoso que los elementos se proporcionen deliberadamente solo en el revestimiento y no en el material base. El revestimiento de la cinta de cobre tiene un volumen significativamente menor que el material base, por lo que para lograr el efecto deseado se requiere una cantidad significativamente menor del elemento agregado que la que se requeriría si el elemento se usara en el material base. Como resultado, los costes de fabricación de la cinta de cobre pueden reducirse significativamente. Si se proporcionan varios de los elementos propuestos, la suma de las partes en peso de los elementos individuales no debe exceder ni caer por debajo de los valores límite propuestos según la reivindicación 1.
Según la invención, el elemento plata insoluble, formador de precipitados está presente en el revestimiento en una proporción de 0,08 a 0,5 por ciento en peso en forma de una fase de Ag3Sn. La plata ha resultado ser especialmente preferida como elemento insoluble, formador de precipitados, ya que la plata forma una fase de Ag3Sn, que inhibe particularmente bien la difusión del cobre de la fase de Cu6Sn5 y con ello la formación de la desventajosa fase de Cu3Sn. Principalmente se influye en la difusión de cobre y estaño en el área de la fase intermetálica y, por lo tanto, se inhibe la formación de la fase de Cu3Sn desventajosa. La proporción propuesta de plata ha resultado ser particularmente efectiva al mismo tiempo que una menor cantidad posible de plata costosa. La fase de Ag3Sn que contiene plata se forma preferentemente en el área de las partículas de Cu6Sn5 o alrededor de estas y de esta manera inhibe de manera particularmente eficaz el crecimiento de la fase de Cu3Sn y, por lo tanto, el riesgo de formación de poros de Kirkendall.
La fase de Ag3Sn en el revestimiento está presente preferiblemente en partículas con un valor de área promedio de 0,01 a 0,03 |jm2, preferiblemente de 0,0140 a 0,0180 pm2, lo que ha demostrado ser suficiente para inhibir el crecimiento de Cu3Sn. Este valor de área se puede establecer tanto midiendo la proporción de plata en el revestimiento como también eligiendo la forma de enfriamiento de la cinta de cobre. La fase de Ag3Sn puede estar presente en la microestructura tanto en una estructura acicular como también en forma de plaquetas, en cuyo caso el valor del área promedio respectivamente es válido para una sección cerrada de la fase de Ag3Sn en la estructura.
Además, la fase de Ag3Sn en el revestimiento está preferentemente presente en tamaños de partículas con unas dimensiones medias de 0,2 a 0,8 jm , preferentemente de 0,4 a 0,6 jm , que han resultado ser suficientes para inhibir el crecimiento de Cu3Sn. Este valor de las dimensiones también se puede establecer midiendo la proporción de la plata en el revestimiento y también eligiendo la forma de enfriamiento de la cinta de cobre. Al igual que con el valor medio del área, aquí también es válido que la fase de Ag3Sn puede estar presente tanto en una estructura acicular, como también en una estructura de plaquetas. También en este caso, la fase de Ag3Sn está presente en la estructura acicular o la estructura de plaquetas en secciones cerradas, y el valor de las dimensiones que se ha sugerido es el valor de las dimensiones promedio de una aguja o una plaqueta en la estructura.
También se propone que en el revestimiento y/o en una capa límite del revestimiento contigua al material base esté presente en una proporción del cobre en una fase de Cu6Sn5 y que la fase de Ag3Sn comprenda la fase de Cu6Sn5. De esta manera, la fase de Cu6Sn5 se aísla por la fase Ag3Sn frente al cobre que se difunde fuera de la capa límite, de modo que la generación de la fase Cu3Sn, que es la causa de los poros de Kirkendall, puede inhibirse particularmente bien.
Se propone además que los elementos formadores de precipitados estén formados por uno o más de los siguientes elementos: antimonio o bismuto en una proporción de 0,02 a 1,0 por ciento en peso. Si se proporcionan varios de los elementos propuestos, la suma de las proporciones en peso de los elementos individuales no debe exceder ni caer por debajo de los valores límite propuestos según la reivindicación 1. Usando bismuto y antimonio en la proporción en peso propuesta se puede lograr un efecto comparable al que se logra usando plata, germanio, cobalto y níquel, en cuyo caso, por supuesto, también es concebible una combinación de los elementos descritos.
Además de las correspondientes adiciones de elementos permitidas según la norma de materiales, la aleación de cobre no tiene otras adiciones de elementos que influyan en la interdifusión del cobre, por lo que el efecto a provocar es causado exclusivamente por el revestimiento. Además, como resultado, las propiedades positivas de la aleación de cobre con respecto al amperaje y a la conductividad eléctrica generalmente no se modifican negativamente.
Se propone además que el revestimiento tenga una mayor dureza que el material base. Debido a la mayor dureza del revestimiento, la cinta de cobre es más resistente a las influencias mecánicas externas y, principalmente, a la abrasión y al desgaste. El desarrollo de una mayor dureza está respaldado aquí por la adición de elementos insolubles que forman precipitados, de modo que la adición de estos elementos no solo tiene la ventaja de reducir la formación de poros de Kirkendall, sino que también tiene la ventaja adicional de propiedades mecánicas mejoradas. Además de agregar los elementos formadores de precipitado, la mayor dureza también se puede respaldar exponiendo la cinta de cobre a una temperatura específica y durante un período de tiempo específico. Dicha exposición puede tener lugar, por ejemplo, durante un período de 500 a 1500 horas, preferiblemente 1000 horas, a una temperatura de 80 a 150°C, preferiblemente a 130°C. La exposición hace posible que las fases de Cu-Sn crezcan hasta el punto de que ya no quede Sn libre en el revestimiento. Debido a esta transformación estructural causada por la presencia de la fase de Ag3Sn durante el procedimiento de exposición, la dureza del revestimiento aumenta deliberadamente en comparación con el estado inicial, de modo que la dureza del revestimiento es posteriormente particularmente superior a la dureza del material base. La transformación estructural incluye el crecimiento de la fase intermetálica en forma de un proceso de difusión, que depende de la temperatura y el tiempo. La transformación estructural hacia la dureza superior también tiene lugar en principio sin la presencia de la fase de Ag3Sn, pero se ve favorecida por la fase de Ag3Sn, de modo que la presencia de Ag3Sn también tiene un efecto favorable sobre el desarrollo de la dureza superior ventajosa. La exposición y la transformación estructural pueden llevarse a cabo no solo en las condiciones controladas mencionadas, sino adicionalmente también transportando la cinta de cobre por una distancia más larga, por ejemplo, mediante transporte marítimo o también utilizando la cinta de cobre en la forma procesada adicionalmente, por ejemplo, como un conector por enchufe, es decir, durante un período de tiempo comparativamente largo. Para la transformación estructural sólo es importante que la estructura en el revestimiento de la cinta de cobre o en el producto hecho a partir de ella se transforme correspondientemente en un tratamiento térmico, que también puede realizarse mediante una fase de enfriamiento suficientemente larga, y que como resultado se establezca la mayor dureza. La exposición o enfriamiento en condiciones controladas o incluso mediante el simple uso representa una transformación estructural inducida térmicamente, por la cual se causa la mayor dureza. En cualquier caso, la mayor dureza que se presenta posteriormente tiene la ventaja de una mayor resistencia de la cinta de cobre y del producto hecho a partir de esta.
Para lograr el objetivo también se propone un procedimiento para fabricar una cinta de cobre para la fabricación de contactos eléctricos, con un material base compuesto por una aleación de cobre y un revestimiento de estaño, en donde el revestimiento de estaño se aplica al material base en un procedimiento de inmersión y/o galvanización con una proporción en el revestimiento del elemento plata insoluble, formador de precipitados, en una proporción de 0,08 a 0,5 por ciento en peso en forma de una fase de Ag3 Sn. Con el procedimiento propuesto se puede dotar a cualquier aleación de cobre de un revestimiento de estaño con fuerza adhesiva mejorada sin tener que modificarla para tal fin. La mejora en la fuerza adhesiva del revestimiento es causada exclusivamente por el mismo revestimiento. Tanto los procedimientos de inmersión como los procedimientos de galvanización se prestan para una aplicación uniforme, rentable y de gran superficie del revestimiento en un espesor predeterminado que es lo más pequeño posible. Un procedimiento de estañado por inmersión en caliente, por ejemplo, es concebible como un posible procedimiento de inmersión, en donde el revestimiento es líquido durante el procedimiento de revestimiento y la microestructura deseada se forma automáticamente durante el enfriamiento.
Se propone además que los elementos insolubles, formadores de precipitado se depositen sobre el material base en una primera etapa en el procedimiento de galvanización, y el revestimiento de estaño se aplique en una segunda etapa mediante el procedimiento de inmersión. Los elementos formadores de precipitado que son insolubles en el estaño se aplican primero en una capa muy fina sobre la cinta de cobre o sobre el material base formado por la aleación de cobre, antes de que se aplique posteriormente la capa propiamente dicha, formada por el estaño en el procedimiento de inmersión. Los elementos que causan la mejora en la fuerza adhesiva o la fase de los elementos formada de esta manera, en conexión con el estaño, se forman así directamente entre la aleación de cobre y el estaño, de modo que se impide o se inhibe la difusión del cobre requerida para formar la fase de Cu3Sn directamente en la zona de unión del revestimiento a la aleación de cobre. El revestimiento galvanizado de la aleación de cobre con los elementos insolubles, formadores de precipitados forma, junto con el estaño, una fase intermedia que sirve como capa barrera para el cobre. Además, también es concebible que se proporcione una capa intermedia entre el material base y el revestimiento. En el caso de que la capa intermedia esté formada por cobre o tenga porciones de cobre, la capa intermedia también puede denominarse recubrimiento inferior con cobre.
Se propone además que el revestimiento de estaño se aplique en un procedimiento de galvanización y, después de la aplicación, se someta a un tratamiento de reflujo. En el tratamiento de reflujo, el estaño del revestimiento se vuelve a fundir a continuación durante un tiempo breve. De esta manera una formación de estructura desfavorable en el revestimiento, por ejemplo, con monocristales largos (filamentos), puede mejorarse posteriormente mediante recristalización.
Además, se propone que la cinta de cobre se exponga al aire. Debido a la exposición de la cinta de cobre al aire y al enfriamiento asociado con esta, se forma la fase de los elementos formadores de precipitado que es necesaria para inhibir la fase de Cu3Sn en un tamaño de partícula o una forma estructural que inhibe de forma particularmente eficazmente la difusión subsiguiente del cobre. Debido a la exposición al aire, el procedimiento de enfriamiento se lleva a cabo durante un período de tiempo suficientemente largo, lo que tiene un efecto particularmente positivo en la formación de la fase de Ag3Sn favorable.
Además, para lograr el objetivo, se propone un conector por enchufe hecho de una cinta de cobre según una de las reivindicaciones 1 a 9 o de una cinta de cobre fabricada acorde con un procedimiento según una de las reivindicaciones 10 a 13. El conector por enchufe se troquela a partir de la cinta de cobre revestida y se dobla en una geometría compleja predeterminada mediante una matriz de conformado múltiple.
La invención se explica con más detalle a continuación por medio de formas de realización preferidas con referencia a la figura adjunta.
La Figura 1 muestra una sección a través de una cinta de cobre según la invención con un revestimiento de estaño; y
La Figura 2 muestra, en una vista ampliada, una sección de una estructura del revestimiento que se ha formado por la aleación según la invención; y
La Fig. 3muestra diferentes estructuras cerca de la capa límite y a una distancia de la capa límite después de diferentes procedimientos de enfriamiento.
En la figura 1 se puede reconocer, en ilustración seccionada, un recorte de una cinta de cobre 1 según la invención para la fabricación de contactos eléctricos con un revestimiento 3, 4 hecho de estaño (Sn) por ambas caras. La cinta de cobre 1 tiene un material base 2 hecho de una aleación de cobre conocida, que no tiene que cumplir ningún requisito especial para realizar la solución según la invención y principalmente no tiene que cambiarse.
El material base 2 se reviste por ambos lados con un revestimiento 3, 4 de una fina capa de estaño (Sn) en un procedimiento de inmersión. Este estaño contiene la proporción de plata propuesta según la invención. La plata es un elemento que es insoluble en estaño, incluso en las cantidades más pequeñas y, por lo tanto, forma precipitados deliberadamente, aquí la fase intermedia intermetálica Ag3Sn. La fase intermedia intermetálica se forma cuando el estaño se aplica en el procedimiento de inmersión cuando el estaño se solidifica sobre el material base. Además, la forma y el tamaño de las partículas también pueden verse influenciados posteriormente, por ejemplo, mediante tratamiento térmico. La proporción cuantitativa de la plata con respecto al estaño se elige de modo que la proporción en peso de la plata con respecto al estaño sea inferior al 0,5 por ciento en peso. Por razones de costes, la fracción en peso de la costosa plata se puede reducir aún más, por debajo del 0,1 por ciento en peso o incluso por debajo del 0,05 por ciento en peso, de modo particularmente preferido hasta el 0,01 por ciento en peso. Incluso estas cantidades muy pequeñas de plata en el revestimiento de estaño son suficientes para formar una fase intermedia suficiente de Ag3Sn, que inhibe la difusión del cobre y, por lo tanto, la generación de la fase de Cu3Sn y, por lo tanto, aumenta la fuerza adhesiva a través de los poros de Kirkendall evitados.
Otros elementos insolubles que forman precipitados son el antimonio (Sb), el germanio (Ge), el níquel (Ni), el bismuto (Bi) y el cobalto (Co). Por el término insoluble y formador de precipitaciones debe entenderse la propiedad de generar precipitaciones en el revestimiento, que pueden formarse bien por medio de fases intermedias intermetálicas del elemento junto con el estaño, o bien por medio de precipitaciones de los propios elementos. Estos precipitados sirven para inhibir la difusión y la formación resultante de la fase Cu3Sn, que es la causa de la formación de los poros de Kirkendall, de modo que la adición de elementos reduce la formación de los poros de Kirkendall y aumenta la fuerza adhesiva.
El elemento plata insoluble, formador de precipitados, se ha aplicado aquí al material base 2 mediante un procedimiento de inmersión, preferiblemente mediante un procedimiento de estañado por inmersión en caliente. Sin embargo, también es concebible aplicar la plata y el estaño en una o dos etapas, respectivamente en un procedimiento de galvanización y/o en una combinación de un procedimiento de inmersión y un procedimiento de galvanización.
En este caso, el revestimiento 3, 4 también se puede volver a fundir brevemente en un procedimiento de reflujo, como resultado de lo cual se pueden eliminar las propiedades estructurales desfavorables.
En la figura 2 puede verse una estructura ampliada del revestimiento a base de estaño, que se puede conseguir añadiendo plata en una proporción de 0,08 a 0,5 por ciento en peso en el revestimiento 3, 4. Mediante la adición de plata se forma una fase 6 de Ag3Sn en el revestimiento 3, 4 y, principalmente, en la capa límite 5 con el material base 2. La fase 6 de Ag3Sn forma de esta manera una especie de capa barrera o capa de inhibición entre la fase 5 de
Cu6Sn5 y el estaño 7, que impide o al menos inhibe la formación de la fase de Cu3Sn, que es la causante de los poros de Kirkendall.
Adicionando en el rango de la proporción propuesto, la fase 6 de Ag3Sn forma granos que tienen un tamaño de grano con un valor medio de área de 0,01 a 0,03 |jm2, preferiblemente de 0,0140 a 0,0180 jm 2 y unas dimensiones promediadas de 0,2 a 0,8 jm , preferiblemente de 0,4 a 0,6 jm que, al mismo tiempo, a la menor cantidad posible de plata, son óptimas para el propósito a lograr de inhibir la fase de Ag3Sn. La fase 6 de Ag3Sn inhibe la difusión del cobre necesario para la formación de la fase de Cu3Sn en la zona adyacente a la fase 5 de Cu6Sn5, de manera que se inhibe la formación de la fase de Cu3Sn. En tal caso, para el propósito que pretende lograrse, no es absolutamente necesario que la fase 5 de Cu6Sn5 esté completamente comprendida por la fase 6 de Ag3Sn. Tampoco es desventajoso que los granos individuales de la fase 5 de Cu6Sn5 no estén comprendidos por una fase 6 de Ag3Sn.
En la figura 3 se aprecian diferentes estructuras de la fase 5 de Cu6Sn5 y de la fase 6 de Ag3Sn que, en las dos ilustraciones superiores, surgen por enfriamiento con agua, en la ilustración central por enfriamiento al aire y en las ilustraciones inferiores por enfriamiento en un horno. En las ilustraciones de la izquierda, la estructura se puede ver a una distancia de una fase 5 de Cu6Sn5 no representada, mientras que en las ilustraciones de la derecha respectivamente se puede ver la estructura cerca de la fase 5 de Cu6Sn5.
En las ilustraciones anteriores puede verse que la fase 6 de Ag3Sn se forma en una estructura de partículas entre una proporción residual 7 del estaño durante el enfriamiento rápido o la exposición al agua, en cuyo caso la estructura cerca de la fase 5 de Cu6Sn5 es aún más fina. En la ilustración central, la estructura se puede ver después de la exposición de la cinta de cobre 1 al aire, en donde la proporción residual 7 del estaño ha crecido para convertirse en granos más gruesos debido a la fase de enfriamiento más larga, y la fase 6 de Ag3Sn está dispuesta en un estructura acicular fina entre la proporción residual 7 de estaño. Como se puede ver en la ilustración central a la derecha, la estructura acicular de la fase 6 de Ag3Sn se pronuncia más claramente cerca de la fase 5 de Cu6Sn5. En las siguientes ilustraciones se puede ver que la fase 6 de Ag3Sn también crece para convertirse en una estructura acicular aún más pronunciada durante la exposición en el horno, es decir, con tiempos de enfriamiento aún más largos, y crece a través de una estructura acicular igualmente más pronunciada.
Por medio de las estructuras puede verse que se puede lograr una morfología acicular deseada de la fase 6 de Ag3Sn y una encapsulación suficiente de la fase 5 de Cu6Sn5 por la fase 6 de Ag3Sn mediante exposición al aire. Dado que la exposición al aire es además la variante de exposición más rentable, la exposición al aire es el procedimiento de exposición preferido en este caso.
La capa límite está formada aquí por una capa de la fase 5 de Cu6Sn5 y tiene un espesor de 10 a 100 jm . Dependiendo de la proporción de plata, esta capa límite puede ser más gruesa o incluso más delgada, y puede tener granos adicionales de la fase 6 de Ag3Sn.
Otro efecto positivo de la adición de los elementos insolubles formadores de precipitado puede verse en el hecho de que la dureza del revestimiento 3, 4 aumenta después de un tratamiento térmico o de una exposición y, por lo tanto, idealmente, es mayor que la dureza del material base 2. En el caso de adicionar plata como elemento insoluble formador de precipitados, la fase 6 de Ag3Sn se forma durante la exposición según el principio descrito anteriormente y de esta manera conduce a un aumento de la dureza.
La exposición se lleva a cabo preferentemente en un intervalo de temperatura de 80 a 150°C durante un período de 500 a 1500 horas para conseguir el efecto deseado y la formación de la estructura.
Claims (13)
1. Cinta de cobre (1) para hacer contactos eléctricos, con
- un material base (2) hecho de cobre o una aleación de cobre, y
- un revestimiento (3,4) de estaño, en donde
- el revestimiento (3,4) de estaño tiene una proporción de elementos insolubles, formadores de precipitados de 0,003 a 1,0, preferentemente hasta 0,5, preferentemente hasta 0,05, de manera particularmente preferente hasta 0,01 por ciento en peso.
caracterizado porque
- el elemento plata insoluble, formador de precipitados está presente en el revestimiento (3,4) en una proporción de 0,08 a 0,5 por ciento en peso en forma de una fase (6) de Ag3Sn.
2. Cinta de cobre (1) según la reivindicación 1, caracterizado porque
- los elementos insolubles formadores de precipitados están formados además por uno o varios de los siguientes elementos:
germanio, níquel, cobalto en una proporción de 0,003 a 0,5 por ciento en peso.
3. Cinta de cobre (1) según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque
- la fase (6) de Ag3Sn en el revestimiento (3,4) está presente en tamaños de partícula con un valor promedio de área de 0,01 a 0,03 pm2, preferiblemente de 0,0140 a 0,0180 pm2.
4. Cinta de cobre (1) según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque
- la fase (6) de Ag3Sn en el revestimiento (3,4) está presente en tamaños de partícula con unas dimensiones promediadas de 0,2 a 0,8 pm, preferentemente de 0,4 a 0,6 pm.
5. Cinta de cobre (1) según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque
- en el revestimiento (3.4) y/o el material base (2) se presenta una porción del cobre en una fase (5) de Cu6Sn5, y la fase (6) de Ag3Sn está presente en la zona de la fase (5) de Cu6Sn5 o la comprende.
6. Cinta de cobre (1) según la reivindicación 5, caracterizado porque
- la fase (5) de Cu6Sn5 está dispuesta adyacente a una fase (6) de Ag3Sn en o adyacente a una capa límite entre el material base (2) y el revestimiento (2,3).
7. Cinta de cobre (1) según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque
- los elementos insolubles formadores de precipitados están formados además por uno o varios de los siguientes elementos:
antimonio o bismuto respectivamente en una proporción de 0,02 a 1,0 por ciento en peso.
8. Cinta de cobre (1) según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque
- El revestimiento (3.4) tiene una mayor dureza que el material base (2).
9. Procedimiento de fabricación de una cinta de cobre (1) según una de las reivindicaciones 1 a 8 para la fabricación de contactos eléctricos, con
- un material base (2) hecho de cobre o una aleación de cobre, y
- un revestimiento (3.4) de estaño,
caracterizado porque
- el revestimiento (3.4) de estaño se aplica al material base (2) en un procedimiento de inmersión y/o un procedimiento de galvanización con una proporción del elemento plata insoluble, formador de precipitados, en una proporción en el revestimiento (3,4) de 0,08 a 0,5 por ciento en peso en forma de una fase (6) de Ag3Sn.
10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque
- los elementos insolubles, formadores de precipitado se depositan sobre el material base (2) en una primera etapa en el procedimiento de galvanización, y
- el revestimiento (3,4) de estaño se aplica en una segunda etapa por medio del procedimiento de inmersión.
11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 9 o 10, caracterizado porque
- el revestimiento (3.4) de estaño se aplica mediante un procedimiento de galvanización y se somete a un tratamiento de reflujo después de la aplicación.
12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque
- la cinta de cobre (1) se expone al aire.
13. Conector por enchufe hecho de una cinta de cobre (1) según una de las reivindicaciones 1 a 8 o hecho de una cinta de cobre (1) fabricada por medio de un procedimiento según una de las reivindicaciones 9 a 12.
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