HU191846B - Para razmykajuhhikh ehlektricheskikh kontaktov, obespechennykh zahhitnym sloem na ikh kontaktnykh poverkhnostjakh, a takzhe sposob izgotovlenija takogo zahhitnogo - Google Patents

Description

A találmány tárgya kopás és korrózióálló, bontható villamos érintkezópár, valamint eljárás az érintkező védőrétegének a készítésére.

A modern elektrotechnika és elektronika és a mikroelektronika számos területén alkalmaznak olyan - többször bontható - villamos érintkezőket és kapcsolókat, amelyeknek kopásállóknak és - tekintettel a környezeti viszonyokra - egyszersmind korrózióállóknak kell lenniök, felületükön sem állás, sem működés közben nem képződhet felületi oxid, szulfid vagy más szigetelő bevonat, illetve elszíneződés, és ezáltal biztosítva van megbízható elektromos kontaktus viszonylag tág hőmérsékleti határok között. Általában ezeket a követelményeket a kellő keresztmetszetű és a kontaktusanyagokkal szemben támasztott, gyakran egymásnak ellentmondó tulajdonságok kompromisszumával rendelkező villamos érintkező anyagok többé kevésbé kielégítették.

A technika fejlődése során az 1930-50-es években a kontaktus anyagok felületre plattirozott vagy forrasztott ezüst, kadmium, majd további fejlődés során ezüst-kadmium-oxid ötvözetek voltak. Ezeket váltotta fel a belső oxidációval előállított ezüstfémoxid ötvözetek, amire példa a 2 800 426. számú NSZK-beli nyilvánosságrahozatali irat, amibe irídium, ón, réztartalmú belső oxidált ezüst kontaktusokat ismertetnek. Speciális célokra más fémeket és más típusú kontaktus-anyagokat is alkalmaztak, amire példa az 1 355 231. számú egyesül királyságbeli szabadalmi irat.

Az elektronika, mikroelektronika azonban további követelményeket támasztott a kontaktusán yagokkal szemben, amit kizárólag az érintkező felületre felvitt speciális réteggel elégítenek ki. A gyakorlatból ismert, széles körben alkalmazott eljárások során nemesfémet, illetve nemesfém alapú ötvözetet használnak a villamos érintkezők felületkezelésére. Ismeretes az arany, palládium, ezüst fémet tartalmazó felületi rétegek kialakítása.

Az elektronika, mikroelektronika bontható kontaktusainak felület bevonására általánosan használt az aranyozás, amit döntően vizes oldatból galvanikus leválasztással állítanak elő. Az arany számos előnyös tulajdonsága mellett azonban több hátránnyal bir: nagyon drága, a bevonat nem mindig biztosit kellő védelmet, lágy, ezért sérülékeny és nem kopásálló.

A technika fejlődése során e hátrányokat több úton igyekeztek kiküszöbölni. Költségcsökkentés végett csökkentették a rétegvastagságot, de ez 1,5 μια rétegvastagság alatt a porozitás ugrásszerűen növekszik, ami veszélyeztette a korzióállóságot. Ezt oly módon küszöbölték ki, hogy aranyozás előtt, a kontaktus felületét 2 μιη vastag nikkel réteggel látták el, és ily módon a 2 μιη Ni 1,5 μτα Au réteg már korrózióálló volt (Metall 37h. 1983.

1. sz. 25. o.)

A kopásállóság növelésére színarany helyett az ékszer és díszműtárgy iparban már régebb óta ismeretes (Galvanotechnik /Phanhauser/ Leipzig 1949. 920-932.o.) keményaranyozást alkalmazták, ami galvanikus úton leválasztott arany-kobalt vagy arany-nikkel ötvözet.

Ez újabb problémákat vetett fel, például a réteg porozitása nagy volt, amit előaranyozó fürdők alkalmazásával csak részben küszöböltek ki.

Az aranybevonatok, a modern elektronikának megfelelő korszerű kivitelben ma legalább három technológiai elektrokémiai művelettel készíthetők. Ezek: nikkelezés, aranyozás, keményaranyozás. Nagyobb követelmények esetén (számitógépalkatrészek) ' öt elektrokémiai úton felvitt rétegből állnak (Metalloberflache 1982. 11. sz. 553-554. o.) a kontaktus bevonatok.

Az eljárás és a hozzá tartozó bonyolult technológiai berendezés tovább drágítja a nemesfém felhasználás miatt amúgy is költséges eljárást. A bonyolult, ma legkorszerűbbnek tartott aranyvédőrétegek az alapvető problémát, a drága aranyat, vagy más nemesfémet (ezüst, platina, palládium) nem tudták kiküszöbölni.

A találmányunkkal célunk tehát, hogy olyan elektronikai, mikroelektronikai - nemesfémet nem tartalmazó, védőréteggel ellátott - villamos érintkezőket készítsünk, amelyek eleget tesznek a villamos érintkezőkkel szemben támasztott követelményeknek, ugyanakkor csökkentett az előállítási költségük, a technológia egyszerűbb, és jelentős nemesfém megtakarítást tesznek lehetővé.

A találmány azon a felismerésen alapul, hogy az utóbbi két évtizedben különöző módszerekkel előállított, hosszútévü kristályos rendet nem mutató amorf ötvözetek, azaz fémüvegek korróziós és kopási tulajdonságai jobbak, felületük simább, mint a kristályos ötvözeteké, villamos vezetőképességük nem lényegesen rosszabb és nem hajlamosak oxidációra. Ezek a tulajdonságok megfelelnek azon reális - bár első hallásra egyáltalán nem trivális - követelményeknek, amely az érintkezők védőrétegével kapcsolatban a korrózió és kopásállóságra helyezi a hangsúlyt és a villamos vezetőképességet - lévén, hogy az alkalmazott fémes védőréteg vastagsága mikrométer nagyságrendű, és így nem meghatározó a teljes villamoskőr vezetőképessége szempontjából - nem tartja a legfontosabb tulajdonságnak, amire példa az aranyozott kontaktus nikkel alaprétege, illetve a tiszta aranyhoz képest a keményarany réteg lényegesen rosszabb villamos vezetőképessége.

A találmány alapja az a felismerés, hogy az egyes fómüveg bevonatok (amorf fémek) olyan tulajdonság kombinációval rendelkeznek, amelyek kristályos anyagok esetén ismeretlenek (pl. mágnesesen lágyok, nagy ke-2191846 ménység, szilárdság, vagy nagy 5-20 at% metalloid ötvözés esetén is kellő villamosvezetőképesség) és amelyek bevonat alakjában kielégítik a bontható kontaktusanyagokkal szembeni követelményeket: jó korrózióállóság, nagy kopásállóság, felületi simaság, illetve oxidációval, szulfid képződéssel szembeni ellenállás, jó forraszthatóság és mindezek mellett nemesfémet nem tartalmaznak, egyenletes rétegvastagsággal állíthatók elő furatokban, csúcsokon egyaránt, ami galvanikus nemesfémbevonásnál a csúcshatás és felületárnyékolás miatt súlyos probléma, pl. dobrendszerű galvanizáló aranyozáskor ezen okok miatt egyenlőtlen a kontaktuson az aranybevonat vastagsága.

A találmány a korrózióálló bontható villamos érintkező új, az eddigieknél olcsóbb kopásálló, felületen nem oxidálódó, szulfidképzödésre nem hajlamos, forrasztható megoldását adja, valamint az új típusú - nemesfémet nem tartamazó - amorf szerkezetű réteg felviteléhez tartozó kémiai eljárást és technológiai elrendezést. Az eljárás során a különböző önhordó villamos érintkező felületére megfelelő, a galvanikus aranyozásnál is használatos előkészítő műveletek után vizes oldatból kémiailag kiredukálva a továbbiakban bemutatott nemesfémet nem tartalmazó, átmeneti fémből, - ami nikkel és/vagy kobalt - és metalloidból, - ami foszfor és/vagy bor és/vagy szén - álló, összetételénél és előállításánál fogva amorf szerkezettel rendelkező fémüveg védőréteget választunk le, amely - eltérően a kristályos ötvözetektől - homogén, izotróp, egyenletes vastagságú, sima felületű, szemcsehatérnélküli szerkezettel rendelkezik, ami biztosítja a korrózióállóságot, ugyancsak 500-600 HV keménységénél fogva kopásállóbb, mint a 100-150 HV keménységű nemesfém bevonatok (keményarany) és ugyanakkor jól forrasztható.

A találmány szerinti bontható villamos érintkező egyik változatában mindkét érintkező felületen amorf állapotú átmeneti fémből, nikkelből és/vagy kobaltból, illetve metalloidból, foszforból és/vagy bórból és adott esetben szénből álló ötvözet védőréteg van; ez a változat nagy kapcsolásszámok esetén viszonylag nagyobb feszültségek és áramok esetén előnyös; a másik változatában az érintkező pár egyik eleme a klasszikus nemesfém alapú védőréteggel borított, a másik elem érintkező felülete a találmány szerinti átmeneti fém-metalloid ötvözésű amorf védőréteggel borított. Ez utóbbi csak kb. 50%-os megtakarítást jelent; ugyanakkor egyesíti a kétféle védőréteg előnyös tulajdonságait; kevesebb kapcsolásszám, kisebb áramok és feszültségek esetén célszerű használni.

A találmányt részletesebben a rajz alapján ismertetjük, amelyen a találmány szerinti villamos érintkező párt és az érintkező védőrétegeinek kialakítási eljárását tüntetjük fel. A rajzon az 1. ábra a 11 és 12 villamos érintkezőpárt és a 13, 14 védőréteget tünteti fel.

A rajz 2. ábráján blokkvázlatszerűen illusztrált eljárás sorén a nyers önhordó villamosérintkező a 21 zsirtalanitóban szerves oldószerben megszabadul a rátapadt szerves eredetű szennyezőktől, majd az egyik lehetséges és ismert technológiai elrendezésben a felületkezelőben a felületet kémiailag aktívvá tesszük a további műveletekre, majd a vizes mosás után a 26 kémiai réteg leválasztásához szükséges aktivátort visszük fel a 24 felületaktiválóban. A műveletek megegyeznek az aranyozási technológia hasonló célú műveleteivel, csak az alkalmazott vegyszerekben lehet eltérés. A 25 mosás után a 26 védőréteg leválasztás adja a megfelelő fizikai és kémiai jellemzőkkel rendelkező védőréteget, a 26 rétegelválasztó hőmérsékletét, koncentráció viszonyait és pH-jét folyamatosan ellenőrizni kell.

A második technológiai elrendezésnél az első technológia elrendezés 22, 23, 24, 25 előkészítő műveleteit Ai 0,05-2 A/dm² áramerősségű és 1-10 sec időtartamú egyenáramú indító impulzus helyettesíti, ami a 26 védőréteg leválasztóban lévő villamos érintkezőkre hat és kémiailag aktívvá teszi a bevonandó felületet.

A harmadik technológiai megoldásban az első megoldás szerint járunk el, de a 25 mosás elmarad, és ezután közvetlenül alkalmazzuk a második technológiai megoldásban leírtakat.

Az eljárás legegyszerűbb változatában szakaszos működtetésű.

A 23, 25, 27 mosás folyóvizes és alkoholos mosást és szárítást jelent. A 21 zsírtalanításra célszerű megoldás lehet

a) etil-alkoholos mosás (96 tömeg%) szobahőmérsékleten, vagy

b) etil-alkoholos mosás (96 tömeg%) 35 °C-on, vagy

c) az érintkezők aranyozási technológiájában szokásos bármelyik zsírtalanltási eljárás.

A 22 felületkezelés során

1000 ml-ként 1,5 g SnClz-ot és 10 ml cc HCl-t tartalmazó desztillált vizet alkalmazunk.

A 24 felületaktiválás során

1000 ml-ként 0,165 g PdCh-ot és 15 ml cc HCl-t tartalmazó desztillált vizet alkalmazunk.

A 26 védőréteg leválasztására célszerű megoldásként az irodalomból ismert oldatok használhatók, ha a leválasztott réteg eleget tesz a következő követelményeknek:

- a bevonat amorf szerkezetű

- a bevonat kielégíti a villamos ellenállás előírásait

- a bevonat sima felületű és fényes

- a bevonat keménysége HV 400

- a bevonat biztosítja a forraszthatósagot

- a bevonat korrózióálló.

-3191846

Az előllított amorf szerkezetű védőréteg öszszetétele pedig

Ni = 84-94 tömeg%

P = 5-15 C = 0,1-1,0 vagy

Ni = 88-95 B = 5-12 vagy

Ni = 82-92 B = 2-3 P = 6-14 vagy

Ni = 40-50 Co = 25-35 P = 10-15 C = 0,1-1,5

A találmány előnyeit a korszerű aranyozás műveleteivel való összevetés is mutatja. A Metalloberflache 11. sz. 1982. 553-554. ismertetett DULA korszerű aranyozó eljáráshoz képest a találmány feleslegessé tesz egy sor műveletet, miközben pórusmentes, oxidáció, felületelszíneződés-álló, forrasztható fényes bevonatot biztosit.

A találmány szerinti amorf védőrétegek közül pl. A Ni-P-C azzal az előnyös tulajdonsággal rendelkezik, hogy 19 at% foszfortartalom körül a rézzel szembeni relatív termosfeszültsége zérus, ezáltal zavaró termofeszültség nem lép fel kisfeszültségű egyenáramú áramkörökben használt érintkezőknél.

A találmány alkalmazása révén előny származik a nemesfém megtakarításból, valamint azon túlmenően abból, hogy kémiai redukciós eljárás kisebb beruházás és kisebb folytonos energiaellátás igényű, mint pl. az aranyozásnál használt korszerű, a hátrányos tulajdonságok nagyobb részét kiküszöbölő elektrokémiai eljárás.

A találmány szerinti eljárás további előnye, hogy a nemesfém bevonatúaknél kopásállóbb, egyenletes vastagságú védőréteg vihető fel tetszőleges geometriájú sokféle öszszetételű hordozóra.

A 26 védőréteg leválasztó oldat és leválasztás! körülmények lehetnek:

A oldat hőmérséklet 90-95 °C

NÍCI2.6 H2O 10-25 g/1

NaH2PO2.H2O 20-30 g/1

Na(CH3COO).3 H2O 60-70 g/1 pH: 4,2 t = 5 perc rétegvastagság 2,1 pm

HV: 530-590 ellenállás 4,4 pohm összetétel: Ni = 91,6 tömeg%

P = 6,8 tömeg%

C = 0,6 tömeg%

B oldat hőmérséklet 90-95 °C NÍSO4.7 H2O 20-45 g/1

NaH2PO2.H2O 32 g/1

Na(CH.tCOO).3 II2O 90 g/1 pH: 3-4,5 t = 5-30 perc Jellemzők t - 15 percre: rétegvastagság 3 pm HV: 460-530 ellenállás 7,36 pohm összetétel: Ni = 90,0 tömeg%

P = 8,5

C oldat

hőmérséklet 90-95 °C
NÍSO4.7 H2O	30	g/1
NaH2PO2.H2O	26	g/1
Na-szukcinát	5-15	g/1
borostyánkősav	15-5	g/1

pH: 3,84-4,2 t - 10-20 perc

Jellemzők 20 percre rétegvastagság 2,3 pm

HV: 580-640 ellenállás 8,5 pohm összetétel: Ni = 88,1 tömeg%

P = 11,2

D oldat

T = 50-65 °C

N1SO4.7 H2O	20-3 g/1
NÍ(NH4)2(SO4)2.6 H2O	12-18 g/1
NaH2PO2.H2O	30-60 g/1
Naacetát	10-20 g/1
citromsav pH = 4-5,5 t = 2-10 perc Jellemzők 10 percre rétegvastagság 2 pm HV = 420-460 ellenállás 5,8 pohm	10-20 g/1
összetétel: Ni = 90,5	tömeg%
P = 8,9 E oldat	ti_
hőmérséket 90-95 UC
NÍCI2.6 H2O	30 g/1
NaBH4	1,2 g/1
NaOH	40 g/1
Etiléndiamin (C2HSN2)	86 g/1

pH = 14 t = 10-30 perc jellemzők t = 30 percre rétegvastagság 1,6 pm

HV: 800-850 ellenállás 2,8 pohm összetétel: N = 93,5 tömeg%

B = 6,1 vagy bármely más oldat, amelyből a felsorolt követelményeket kielégítő bevonat állítható

-4191846 követelményeket kielégítő bevonat állítható elő.

A találmány foganatosítási módját az alábbi példával mutatjuk be: Kontaktustípus: 3-164 028-001 jelű crossbar telefonérintkező. A kontaktus bevonandó felületet etil-alkoholos zsirtalanitás után szobahőmérsékletű sósav 10 tömeg%-os SnCh oldatban kezeljük, majd mosás után sósavas 0,3 tömeg%-os PdCh oldatban kezeljük, ismételt mosás után.

A B oldatban pH 4,5 mellett 92-94 °C-on 8 percig kezeljük, majd mosás után szárítjuk.

A kontaktus átmeneti ellenállása 50 g terhelésen mérve 7,2 pohm volt. Előírás 10 pohm.

Claims (3)

1. Bontható, érintkező felületein védőréteggel ellátott villamos-érintkezőpár, azzal jellemezve, hogy legalább az egyik érintkező felületen amorf szerkezetű, kopás és korrózióálló, valamint forrasztható 1-5 pm vastagságú nikkel és/vagy kobalt átmeneti fémből és foszfor és/vagy bór és adott esetben szónmetaloidokból álló védő rétege van; mely

84-94 tőmeg% nikkelt, 5-15 tömeg% foszfort és 0,1-1,0 tömeg% szenet vagy 88-95 tőmeg% nikkelt, 5-12 tőmeg% bőrt vagy 82-92 tőmeg% nikkelt, 2-3 tömeg% bőrt és 6-14 tömeg%

5 foszfort vagy 40-50 tömeg% nikkelt 25-35 tömeg% kobaltot, 10-15 tömeg% foszfort és 0,1-1,5 tőmeg% szenet tartalmaz.

2. Eljárás az 1. igénypont szerinti villamos-érintkező felületi védőréteg előállítására,

10 azzal jellemezve, hogy a felületi védőréteget a villamos-érintkező zsírtalanított és aktivált felületére 10-100 g/1 nikkelsót, célszerűen nikkel-kloridot, nikkel-szulfátot és/vagy nikkel-ammon-szulfátot, 10-100 g/1 nátrium-hi15 pofoszfitot és 10-100 g/1 komplexképzőt, célszerűen nátrium-acetátot és/vagy citromsavat, vagy nátrium-szukcinátot és borostyánkősavat tartalmazó savas oldatból, illetve 20-100 g/1 nikkel-klorid, 50-100 g/1 etilén20 diamin,0,5-10 g/1 nátrium-bórhidrid és

20-80 g/1 nátrium-hidroxid lúgos oldatéból kémiai redukcióval visszük fel egyetlen lépésben.

3. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a zsírtalanított villamos-érintkező felületét 50 mA/dm²-2 A/dm² áramsűrűségű 1-1000 sec időtartamú áramimpulzussal aktiváljuk.