KR20140027980A - 스위칭 컨택 또는 플러그 컨택과 같은 전기적 컨택 엘리먼트 상에서 적어도 하나의 기능성 영역을 제조하기 위한 방법 - Google Patents

스위칭 컨택 또는 플러그 컨택과 같은 전기적 컨택 엘리먼트 상에서 적어도 하나의 기능성 영역을 제조하기 위한 방법 Download PDF

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타이코 일렉트로닉스 에이엠피 게엠베하
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Abstract

본 발명은 예를 들어, 스위칭 컨택 또는 플러그 타입 컨택과 같은 전기적 컨택 엘리먼트(30) 상에 적어도 하나의 기능성 영역(1)을 생성하기 위한 방법에 관한 것이다. 적어도 하나의 기능성 영역(1), 예를 들어, 크림핑 또는 솔더링 접속을 위한 접속 영역 또는 컨택 위치는 컨택 엘리먼트의 부분 영역에 제한된다. 습식 화학적 방법들에서 불리한 높은 환경 부하를 방지하기 위해서 그리고 물리적 기술적 측면에서 용융 도금(hot dip) 방법들에서 야기되는 매우 작은 수의 재료들에 대한 제약을 극복하기 위해서, 그리고 두 기법들에서 불충분한 선택 및 구조화를 위한 공간적 가능성을 실질적으로 향상시키기 위해서, 본 발명에 따라 적어도 하나의 재료 코팅(4)이 기능성 영역(1) 내의 컨택 엘리먼트에 고선택성 방식으로 기계적으로 인가되고, 후속적으로, 예를 들어, 이온 및/또는 전자 빔의 형태의 입자 빔과 같은 고에너지 열 방사(9)가 적어도 하나의 재료 코팅(4)으로 지향되는 것이 제공된다. 재료 코팅(4)은 이전의 방법들에 의해 제공될 수 없는 새로운 재료들 또는 재료 조합물들을 포함할 수 있다. 본 발명은 추가로, 이러한 기능성 영역 및 이러한 기능성 영역(1)을 가지는 컨택 엘리먼트를 생성하기 위한 디바이스에 관한 것이고, 컨택 엘리먼트(30)는 위의 방법에 따라 생성된다.

Description

스위칭 컨택 또는 플러그 컨택과 같은 전기적 컨택 엘리먼트 상에서 적어도 하나의 기능적 영역을 제조하기 위한 방법{METHOD FOR MANUFACTURING AT LEAST ONE FUNCTIONAL AREA ON AN ELECTRIC CONTACT ELEMENT SUCH AS A SWITCHING CONTACT OR A PLUG CONTACT}
본 발명은 전기적 컨택 엘리먼트 상에 적어도 하나의 기능성 영역을 생성하기 위한 방법에 관한 것이고, 적어도 하나의 기능성 영역은 컨택 엘리먼트의 부분 영역에 제한된다. 본 발명은 추가로, 이러한 방법에 의해 생성되는 컨택 엘리먼트 및 이러한 컨택 엘리먼트를 생성하기 위한 디바이스에 관한 것이다.
이러한 컨택 엘리먼트들은 플러그 타입 커넥터들에 대한 컨택들 또는 스위칭 컨택들일 수 있다. 기능성 영역들은 컨택 엘리먼트가 전기적 컴포넌트에서 어셈블리될 때 동작 동안 특정한 기능을 수행하는 컨택 엘리먼트의 표면 영역들이다. 기능성 영역들은, 예를 들어, 카운터-컨택이 컨택 엘리먼트에 기계적으로 그리고 전기적으로 컨택하는 컨택 위치들, 예를 들어, 플러그 타입 커넥터들이 서로 잘 맞을 때 카운터 컨택들이 컨택 엘리먼트의 표면 상에서 이동하는 도입 영역(introduction region)들, 컨택 엘리먼트가 다른 컴포넌트들과 컨택하고, 부식의 위험이 있는 영역들 및 크림플링(crimpling), 솔더링(soldering) 또는 다른 접속들을 위한 접속 위치들이다.
컨택 엘리먼트들은 일반적으로, 구리 또는 구리 합금으로 생성된다. 이들은 일반적으로, 전기 도금 방법들, 주로 벨트 타입 전달 시스템으로 코팅된다. 특히, 금, 은, 팔라듐, 니켈 및 틴과 같은 금속들 및 이러한 금속들 기반의 또는 이러한 금속들을 함유한 합금들에 의한 컨택 엘리먼트들의 도금 타입 코팅이 알려져 있다.
틴 컨택들은 또한, 용융 도금(hot dip) 틴 도금 방법에 의해 생성될 수 있다.
이 두 방법들에서, 컨택 엘리먼트들이 코팅되게 할 수 있는 재료들의 선택이 제한된다. 합금들은 또한, 전기 도금 방법들에서 자유롭게 침전될 수 없다. 틴에 의한 용융 코팅에서, 프로세스는 용융의 프로세스 온도에 의해 제한된다. 두 방법들에서, 코팅 특성들을 변화시키는 것은 후속적으로 불가능하거나 또는 매우 난해하게 가능하다.
하나의 컨택 엘리먼트에 대한 그 기능에 관하여 최적화된 복수의 상이한 기능성 영역들의 생성은 가능하지 않다.
용융 틴 도금은 표면 영역에 관하여 제한된 영역들의 선택적 코팅이 거의 가능하지 않다는 다른 단점을 포함한다.
대략 수 밀리미터의 크기로 제한된 코팅 면들이 전기 도금 방법들에서 선택적 기술들에 의해 생성될 수 있지만, 현재는 선택적 전기 도금에 의해 비교적 작은 영역들을 생성하는 것이 기술적으로 가능하지 않다. 이러한 크기 배열은 컨택 엘리먼트들을 위해서 필요한 기능성 영역들에 대하여 오버디멘션(overdimension)된다.
스위칭 기술로부터의 컨택 엘리먼트들에서, 컨택 위치들, 예를 들어, 컨택 리벳들은 개별적으로 생성되고, 후속적으로 컨택 엘리먼트들에 조인(join)된다. 컨택 위치들은 야금적으로(metallurgically) 프로세싱될 수 있다. 피팅 동작(fitting operation) 및 컨택 리벳(rivet)들의 생성에서의 허용 한계(tolerance)들로 인하여, 상당한 거부들을 초래할 수 있는 부정확성들이 발생한다.
위에서 설명된 공지된 방법들의 단점을 고려하여, 본 발명에 의해 다루어지는 문제는, 컨택 엘리먼트들에서 기능성 영역들의 단순하고 정밀한 생성을 허용하고, 동시에 하나의 컨택 엘리먼트 상에서 그 기능에 대하여 최적화될 수 있는 복수의 기능성 영역들을 각각 생성하기 위한 잠재성을 가지는 방법을 제공하는 것이다.
이러한 문제는 적어도 하나의 재료 코팅이 기능성 영역에서 컨택 엘리먼트에 기계적으로 인가되고, 고에너지 열 방사가 적어도 하나의 재료 코팅으로 후속적으로 지향된다고 도입부에서 언급된 방법에 대하여 해결된다.
재료 코팅의 기계적 인가는, 예를 들어, 용융 도금 틴 도금과 같은 용융 도금 방법들 및 전기 도금 방법들의 단점들을 회피한다. 오직 기능성 영역의 기능에 필요한 재료만이 기능성 영역이 필요한 위치에 인가되어야 한다. 후속적 조사(irradiation)는 인가되는 재료 코팅의 기계적 또는 화학적 특성들의 선택적 변화 및 제어된 변화를 허용한다.
재료 코팅의 기계적 인가는 습식 화학적 방법들의 비용 효율적 환경 규정들을 회피한다. 기계적 인가 동안, 덜 비싼 재료는 또한 큰 용융 배스(melt bath)들 또는 도금 배스들의 형태로 취해져야 한다. 이것은 값 비싼 금속들을 함유하는 재료 코팅들에서 특정한 효과를 가진다.
특히, 전자들 또는 이온들 및 다른 원자적 또는 아원자적 입자들에 의한 조사가 고에너지 열 방사가 되는 것으로 아래에서 고려된다. 레이저 빔들 및 X-레이 빔들이 또한 고에너지 열 방사가 되는 것으로 고려될 수 있다.
본 발명에 따른 해결책은 서로 관계가 없고, 그 자체로 유리하며, 서로 자유롭게 결합될 수 있는 다음의 특징들에 의해 전개될 수 있다.
특히 유리한 구성에 따르면, 따라서 적어도 하나의 재료 코팅이 인쇄되는 것이 제공된다. 이러한 경우에서, 예를 들어, 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄, 그라비아 인쇄, 스탬프 인쇄 또는 직접적으로 또는 간접적으로 중간 캐리어들, 예를 들어, 중간 롤러(roller)들을 통한 인쇄와 같은 인쇄 기법들이 사용될 수 있다. 바람직하게, 기능적으로 관련된 재료 코팅의 인쇄는 컨택 엘리먼트의 기저 재료(base material) 상에서 직접적으로 수행된다. 그러나, 컨택 엘리먼트는 또한 다른 방법들을 이용하여 사전 코팅될 수 있다.
컨택 엘리먼트들이 개별 형태로 제공되는 것이 아니라, 스트립형 형태 또는 밴드형 형태로 제공되면, 기능성 영역에서의 재료 코팅들이 특히 인쇄될 수 있다.
바람직하게, 인쇄는 적어도 0.1 내지 1 mm의 정밀도로 수행되어서, 기능성 영역들이 정밀하게 위치되고 그리고/또는 치수화(dimension)될 수 있다.
다른 유리한 구성에 따르면, 금속 함유 페이스트들이 인쇄를 위해서 사용될 수 있다. 페이스트들은 하나 또는 둘 이상의 순 금속 컴포넌트들, 탄소 및/또는 금속 화합물들로부터의 분말, 마이크로입자들 및/또는 나노입자들을 함유 또는 포함할 수 있다. 특히, 금속 페이스트들은 컨택 엘리먼트들에서의 컨택 위치들을 코팅하는데 현재 사용되는 금속들을 함유할 수 있다. 이러한 금속들은, 예를 들어, 금, 은, 구리, 니켈, 틴, 팔라듐, 백금 및/또는 루테늄이다.
특정한 페이스트들에서, 인쇄를 위해서 사용되는 재료들은 티타늄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 하프늄, 탄탈륨 및 특히 텅스텐을 포함하는 그룹으로부터의 추가적인 컴포넌트들 및 또한 이러한 추가적인 컴포넌트들의 혼합물들을 함유할 수 있다.
바람직하게, 재료 코팅에서의 금속 화합물들은 이들이 고에너지 열 방사의 작용으로 금속으로 환원되는 이러한 방식으로 선택된다.
위에서 설명된 기본 컴포넌트들 또는 추가적인 컴포넌트들은 또한, 비금속 특성들이 기능성 영역과 기능적으로 관련 있는 것으로 간주되면, 화학적으로 안정한 화합물에 기계적으로 인가될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 기본 컴포넌트 또는 추가적인 컴포넌트는 금속/탄소 화합물 MeyCx, 금속 산화물 MeyOx 또는 금속/질소 화합물 MeyNx의 형태로 기계적 인가를 위해서 사용될 수 있다. 탄소는 그라파이트, 다이아몬드, 탄소나노튜브들, 그라핀 또는 풀러렌과 같은 화학적 구성들에 인가될 재료에 존재할 수 있다.
적어도 하나의 재료 코팅은 다른 유리한 구성에 따라 분사될 수 있다. 특히, 분말이 분사될 수 있다. 빔 파라미터들이 변화함으로써, 면의 방향으로 코팅 두께가 변화하는 재료 코팅들은 분사 동작에 의해 생성될 수 있다. 분사는, 예를 들어, 위에서 언급된 추가적인 컴포넌트들과 같은 분말형 합금 재료들에 특히 적합하다. 과잉 분말은 단순히 회수(collect)되고 다시 지향(direct back)될 수 있다. 분사는 고에너지 빔으로 수행될 수 있어서, 분사된 재료는 공중에서(in flight) 보호되는 상태로 표면 상에 베이킹(bake)된다. 분사된 재료가 방사 펄스들 사이에서 고형화 및 세팅하게 하기 위해서 분사 및 조사가 동시에 그리고 간헐적으로 수행될 수 있다.
다른 유리한 구성에 따르면, 인가된 재료 코팅은, 예를 들어, 지속적으로 열 빔에 공급되고 그리고/또는 기저 재료 상에 배치되는 와이어 및/또는 필름을 포함한다. 열 빔으로의 와이어 및/또는 필름의 공급은 재료 공급 및 용융 동작이 한 단계에서 수행된다는 이점이 있다.
위의 구성들 중 하나에서의 기계적 인가로 인하여, 특히 복수의 상이한 재료 코팅들은 서로 겹치게 그리고/또는 서로 나란히 배열될 수 있다. 인가 방법의 분해능(resolution)이 더 높아질수록, 재료 코팅들이 서로에 대하여 배치될 수 있는 것이 더 정밀해진다.
컨택 엘리먼트 상에 서로 겹치게 그리고/또는 서로 나란히 인가되는 개별 재료 코팅들은 상이한 재료들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 컨택 엘리먼트의 기저 재료에 더 근접한 하부 부분에 위치된 재료 코팅들은 하부 코팅(lower coating)에 대하여 화학적으로 상부 코팅(upper coating)들을 격리하기 위해서 부식 방지물 및/또는 확산 배리어로서 역할을 할 수 있다.
조사 동안 또는 업스트림 건조(upstream drying) 단계 이후 증발하고, 위에서 언급된 기본 컴포넌트들 또는 추가적인 컴포넌트들에 대하여 수송 배지(transport medium)로서 단순히 역할을 하는 물질들은 재료 코팅을 형성하는 기계적으로 인가된 재료에 함유될 수 있다.
기계적 인가 이후에, 재료 코팅은 고에너지 열 방사에 의해 본 발명에 따라 가열된다. 가열은 하부 재료 코팅과 상부 재료 코팅 사이의 기계적 인가에 비해 강화된 접속 및 인가된 재료 코팅의 화학적 그리고/또는 물리적 특성들의 변화를 초래할 수 있다. 예를 들어, 조사된 재료 코팅은 열 방사의 작용으로 용융되거나 또는 컨택 엘리먼트의 기저 재료로 도입될 수 있고, 이와 함께 합금 또는 동결된 혼합 상(frozen mixing phase)을 형성할 수 있다. 상이한 재료 코팅들은 또한, 이의 경계면들에서 서로 반응할 수 있고, 이 위치들에서 원하는 화학적 화합물들을 형성할 수 있다.
열 방사에 의해 수행되는 가열 동작이 기계적 인가 이후에 더 빠르게 발생할 수 있도록, 다른 유리한 구성에 따라 재료 코팅이 기계적 인가 이후에 건조되는 것이 제공된다. 바람직하게, 이것은 오븐에서 수행된다. 건조 동안, 재료 코팅은 바람직하게, 인가된 적어도 하나의 재료 코팅의 최저 용융 컴포넌트의 용융 온도 미만인 온도 및/또는 연화 온도 또는 상 전이 온도, 예를 들어, 기저 재료의 연화 온도로 가열된다.
표면-영역에 관하여 적어도 하나의 재료 코팅을 최고조로 포함하는 것은 고에너지 열 방사가 컨택 엘리먼트 또는 기능성 영역에 작용하고, 컨택 엘리먼트 또는 기능성 영역을 가열하는 활성 영역에 특히 유리하다. 이것은 열 방사를 번들링(bundle), 포커싱(focus) 및/또는 마스킹함으로써 수행될 수 있어서, 그것은 적어도 하나의 열 빔의 형태로 재료 코팅을 스트라이크(strike)한다. 더 큰 프로세싱 속도들을 획득하기 위해서, 열 방사는 또한 컨택 엘리먼트 상에 분산되는 복수의 재료 코팅들 상으로 동시에 지향될 수 있는 복수의 열 빔들로 분할될 수 있다.
바람직하게, 고에너지 열 방사에 의한 재료 코팅의 가열은 0.1 mm 미만의 정밀도로 포인트형(point-like) 방식으로 수행되어서, 에너지의 공급이 매우 정밀한 방식으로 수행된다. 컨택 엘리먼트의 면에서의 활성 영역의 최대 직경은 이러한 방법 구현 동안 0.1 mm 미만이다. 활성 영역의 최소 달성가능한 직경들은 실질적으로 고에너지 방사의 파장에 대응할 수 있다. 열 빔이 확장됨으로써 또는 조사될 면이 특히, 그리드형 방식으로 커버됨으로써, 포인트형 방식으로 포커싱되는 열 빔에 의해, 비교적 큰 표면-영역들이 또한 프로세싱될 수 있다.
고 분해능으로 인하여, 열이 단지 작은 영역들에서만 작용하는 것이 가능하다. 예를 들어, 영역들 ― 이 영역들의 치수(dimension)들은 분해능의 영역 내에 있음 ― 은 그 영역에서 국부적으로 제한된 방식으로 화학적 그리고/또는 물리적 특성들을 변화시키기 위해서 선택적으로 용융되거나 또는 가열될 수 있다.
재료 코팅에서의 국부적 가열은 열 방사의 에너지 밀도, 가속 전압, 입자 빔 및 활성 시간에 의해 제어된다. 이러한 빔 파라미터들은 활성 영역의 위치 및/또는 활성 영역에서의 현재 재료 코팅의 재료 조성물에 따라 순간적으로 변화한다. 바람직하게, 빔 파라미터들은 적어도 하나의 컴포넌트가 현재 활성 영역에 의해 영향을 받는 재료 코팅에서 용융된 상태에 도달하는 이러한 방식으로 제어된다.
방법의 유리한 구성에서, 컨택 엘리먼트의 기저 재료는 최대한 표면적으로 열 방사에 의해 가열 및/또는 용융된다. 바람직하게, 용융 깊이는 0.05 ㎛와 20 ㎛ 사이이다.
예를 들어, 활성 영역에 의해 영향을 받는 재료 코팅의 조성물 및/또는 두께에 따라, 빔 파라미터들이 제어된 방식으로 변화함으로써, 용융 깊이는 인접한 재료 코팅들 사이의 그리고/또는 바닥 재료 코팅과 기저 재료 사이의 원하는 수의 경계 면들이 용융되는 이러한 방식으로 제어될 수 있다.
방법의 다른 유리한 구성에 따르면, 고에너지 방사의 빔 파라미터들은 에너지의 최대 인가가 발생하는 깊이가 선택적으로 조정될 수 있는 이러한 방식으로 조정될 수 있다. 예를 들어, 파라미터들은 기저 재료와 재료 코팅 사이의 오직 하나의 경계 층이 용융되지만 재료 코팅의 표면이 단지 약간 가열되는 이러한 방식으로 조정될 수 있다. 고에너지 입자 방사, 예를 들어, 전자, 이온 또는 원자 방사의 경우, 최대 에너지 인가의 깊이 조정은 운동 에너지를 제어함으로써 수행될 수 있다. 이것은, 예를 들어, 레이저 방사 또는 X-레이 방사에서, 웨이브형 특징(wave-like character)을 가지는 고에너지 방사의 경우 주파수가 제어되거나 또는 선택됨으로써 수행될 수 있다.
또한, 활성 영역에서의 재료 코팅의 가열은 가열이 열 평형에 의해 수행되는 이러한 방식으로 빔 파라미터들의 적응에 의해 제어될 수 있다.
재료 코팅이 가열, 특히, 용융됨으로써, 열 빔에 의해, 방법의 다른 유리한 구성에서 재료 코팅을 압축(compress) 및/또는 디가스(degas)하는 것이 가능하다. 또한, 기공이 폐쇄될 수 있고 그리고/또는 재료 결함들이 제거될 수 있다.
또한, 빔 파라미터들이 제어됨으로써 활성 영역에서 가열된 적어도 하나의 재료 코팅의 냉각 속도를 제어하는 것이 가능하다. 예를 들어, 에너지 인가가 서서히 감소됨으로써 열 평형에 의한 그래듀얼 냉각(gradual cooling)을 초래하거나 또는 에너지 인가가 갑작스럽게 감소됨으로써 적어도 하나의 재료 코팅의 서든 냉각(sudden cooling)을 초래하는 것이 가능하다.
0.1 mm 미만의 전형적인 치수를 가지는 활성 영역은 실질적으로, 일반적으로 수 밀리미터로부터 최대 수 센티미터까지의 크기를 가지는 컨택 엘리먼트보다 더 작다. 따라서, 활성 영역에 의해 가열된 질량(mass)은 바람직하게 실질적으로, 컨택 엘리먼트의 질량보다 더 작다. 따라서, 활성 영역에서 가열된 적어도 하나의 재료 코팅의 가열은, 고에너지 열 방사에 의해 인가된 에너지가 열 전도에 의해 동일한 시간 동안 소산된 에너지보다 더 큰 상당량이기 때문에 단열적으로(adiabatically) 또는 유사 단열적으로(quasi-adiabatically) 수행된다. 활성 영역에서의 용융된 재료 코팅은 열 방사가 스위칭 오프될 때 동결되는 활성 영역과 컨택 엘리먼트 사이의 크기 관계들로 인하여, 냉각이 매우 급속하게 발생한다. 따라서, 본 발명에 따른 방법에 의해 재료 코팅에서의 비정질, 마이크로-스케일 및/또는 나노-스케일 그레인들을 달성하는 것이 가능하다. 이러한 그레인들은 화학적 불활성이고, 극도로 내마모성이다. 단열적 또는 유사 단열적 가열은 대략 빔 분해능 크기의 좁은 범위의 영역들(narrowly delimited regions)에만 제안되는 열 방사의 열 작용을 초래한다.
다른 유리한 구성에서, 다양한 그레인들은 일 재료 코팅에서 생성될 수 있다. 이것은, 예를 들어, 카운터-컨택들이 컨택 엘리먼트를 스트라이크하는 기능성 영역의 위치들을 가지는 영역들에 맞을 수 있거나 또는 컨택 엘리먼트와 잘 어울릴 수 있는(rub along), 특히 견고하고(hard) 내마모성 영역들을 가질 수 있는 재료 코팅을 초래한다.
재료 코팅 상의 표면 구조는 열 방사에 의해 추가로 생성될 수 있다. 예를 들어, 그리드형 컨택의 형태의 마이크로구조가 생성될 수 있다. 또한, 최상부 재료 코팅의 마찰성 특성(tribological property)들은 표면 구조에 의해 영향을 받을 수 있다. 열 방사에 의해 형성된 구조적 엘리먼트들의 크기는 바람직하게 20 ㎛ 미만이고, 따라서 바람직하게 마이크로스코픽(microscopic) 범위 내에 있다.
따라서, 동일한 재료의 영역들에서의 기능성 영역에서 상이한 기계적 특성들을 가지는 영역들을 생성하는 것이 가능하다. 이러한 상이한 기계적 특성들은 위에서 설명된 바와 같이, 재료 코팅에의 에너지 인가가 시간 및 공간에 관하여 변화함으로써 그리고 활성 영역에서의 가열 및 냉각 속도 및/또는 온도가, 예를 들어, 상이한 그레인 구조들이 재료 코팅의 표면적 범위(superficial extent) 상에서 생성되는 점에서 제어됨으로써 생성될 수 있다.
다른 유리한 구성에 따르면, 고에너지 열 방사는 기능성 영역의 생성 이전에 그리고/또는 이후에 개별적으로, 또는 스트립형 또는 밴드형 형태로 존재할 수 있는 컨택 엘리먼트를 프로세싱하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 열 방사를 위해서 사용되는 것과 동일한 빔 소스로부터의 고에너지 빔들은 컨택 엘리먼트들을 컷팅, 드릴링, 경화 및 벤딩하기 위해서 전자 빔들 또는 이온 빔들의 형태로 사용될 수 있다.
전자 빔이 고에너지 열 방사로서 사용되면, 전자 빔은 다른 유리한 구성에서 전자-광학 이미징 방법들에 의해 시각화 및 품질 관리를 위해서 사용될 수 있다. 이것은 프로세싱 동작 동안 또는 이후에 개별 단계에서 발생할 수 있다. 예를 들어, 주사 전자 현미경(scanning electron microscope) 방법들이 시각화를 위해서 사용될 수 있다.
도입부에서 언급된 바와 같이, 본 발명에 따른 컨택 엘리먼트는 적어도 하나의 기계적으로 인가된 재료 코팅이 제공되는 적어도 하나의 기능성 영역을 가진다.
컨택 포인트를 둘러싸는 재료 코팅보다 더 작은 전기적 저항을 가지는 재료 코팅을 포함하는 컨택 포인트를 가지는 컨택 위치가 기능성 영역으로서 제공될 수 있다. 컨택 포인트를 둘러싸는 재료 코팅은 컨택 포인트 그 자체보다 더 높은 부식 저항을 가질 수 있다. 특히, 하위-등급 금속 재료들은 컨택 포인트의 재료 코팅에 보다는 컨택을 둘러싸는 영역의 재료 코팅에 함유될 수 있다.
다른 유리한 구성에서, 기능성 영역은 솔더링 및/또는 크림핑 접속들에 적합하게 하기 위해서 더 용이하게 생성되도록 의도되는 접속 영역의 형태일 수 있다. 이러한 접속 영역은, 예를 들어, 틴을 함유하는 기계적으로 인가된 재료 코팅을 가질 수 있다.
본 발명은 실시예들 및 도면들을 참조하여 더 상세하게 아래에서 설명된다. 개별 실시예들에서 상이한 특징들은 위의 설명들에 따라 서로 결합될 수 있다. 또한, 실시예들에서의 개별 특징들은 또한, 이러한 특징과 연관된 이점이 특정 애플리케이션에서 중요하지 않다면, 위에서 설명되었던 것에 따라 생략될 수 있다.
간략화를 위해서, 동일한 참조 번호들이 구조 및/또는 기능에 관하여 유사하거나 또는 동일한 엘리먼트들에 대한 상이한 실시예들에서 아래에서 사용된다.
도 1은 본 발명에 따른 방법의 제 1 실시예에 따른 방법 단계들의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 방법의 제 2 실시예에 따른 방법 단계들의 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 방법의 제 3 실시예의 방법 단계들의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제 4 실시예의 방법 단계들의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 제 5 실시예의 방법 단계들의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 제 6 실시예의 방법 단계들의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 제 7 실시예의 방법 단계들의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 제 8 실시예의 방법 단계들의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 제 9 실시예의 방법 단계들의 개략도이다.
도 10은 본 발명의 제 10 실시예에 따른 방법 단계들의 개략도이다.
도 11은 본 발명의 제 11 실시예의 방법 단계들의 개략도이다.
도 12는 본 발명의 제 12 실시예의 방법 단계들의 개략도이다.
도 13은 본 발명의 제 13 실시예의 방법 단계들의 개략도이다.
도 14는 본 발명의 제 14 실시예의 방법 단계들의 개략도이다.
도 15는 본 발명의 제 15 실시예의 방법 단계들의 개략도이다.
도 16은 본 발명의 제 16 실시예의 방법 단계들의 개략도이다.
도 17은 본 발명의 제 17 실시예의 방법 단계들의 개략도이다.
도 18은 본 발명의 제 18 실시예의 방법 단계들의 개략도이다.
도 19는 그 생성 동안 본 발명에 따른 컨택 엘리먼트의 개략도이다.
도 20은 도 19의 세부사항 XX를 도시한다.
도 21은 그 생성 동안 본 발명에 따른 컨택 엘리먼트의 제 2 실시예의 개략도이다.
도 22는 도 21의 세부사항 XXII를 도시한다.
먼저, 본 발명은 도 1에 개략적으로 도시된 실시예를 참조하여 설명된다.
도 1은 컨택 엘리먼트(2)의 적어도 하나의 기능성 영역(1)이 생성되는 방법을 도시한다. 기능성 영역(1)은, 컨택 엘리먼트(2)의 표면(3)의 일부에 대한 표면-영역에 관하여 제한되고 어셈블리된 컨택 엘리먼트(2)에서 특정 기능을 수행하는 영역이다. 기능성 영역(1)은, 예를 들어, 카운터-컨택(미도시)이 인접한 컨택 위치이며, 이 컨택 위치를 통해 전기적 전류들이 동작 동안 흐르도록 의도된다. 기능성 영역(1)은 또한, 접속 영역 ― 이 접속 영역에 컨덕터가, 예를 들어, 크림핑 또는 솔더링에 의해 어셈블리된 컨택 엘리먼트(2)에서 단단하게 접속됨 ― 일 수 있다. 기능성 영역(1)은 또한, 어셈블리된 컨택 엘리먼트(2)의 경우 높은 기계적 표면 부하로 인하여 컨택 엘리먼트(2)의 표면(3)의 나머지 영역과 상이할 수 있다. 예를 들어, 컨택 엘리먼트(2)는 이동가능하게 지지될 수 있어서, 지지 위치들에서의 증가된 표면 마모는 예상되어야 한다. 이것은 다른 컴포넌트들이 컨택 엘리먼트 상에서 지지되는 영역들에 유사하게 적용한다.
도 1이 도시하는 바와 같이, 적어도 하나의 재료 코팅(4)은 기능성 영역(1)에서 제공된다.
컨택 엘리먼트(2)가 아직 개별 형태가 아니고, 여전히 밴드형 또는 스트립형 재료(5)의 형태이면, 기능성 영역(1)이 생성될 수 있으며, 이로부터 컨택 엘리먼트(2)는 이후에 펀칭 또는 컷팅에 의해 분리된다. 대안적으로, 기능성 영역(1)은 또한, 이미 분리되었던 컨택 엘리먼트들(2)에서 생성될 수 있다. 바람직하게, 컨택 엘리먼트(2) 또는 스트립형 재료(5)는 균질 기저 재료(6), 특히, 구리 또는 구리 합금으로 생성된다. 기능성 영역(1)이 생성되기 이전에, 분리되거나 또는 스트립형 재료(5)의 형태인 컨택 엘리먼트(2)는 이미, 예를 들어, 니켈 또는 틴으로 코팅되었을 수 있다.
도 1은 방사 소스(8')를 가지는 오로지 개략적으로 도시된 생성 스테이션(8)을 지나 진행 방향(advance direction)(7)으로 수송되는 예로서만 기능성 영역(1)의 생성을 도시한다. 스트립형 재료(5)의 진행(advance)은 지속적으로 또는 간헐적으로 수행될 수 있다.
제 1 실시예에 따르면, 기능성 영역(1)의 생성은 4개의 방법 단계들 A, B, C, D에서 개략적으로 수행될 수 있다. 방법 단계들 A 내지 D는 순전히 명료성을 위해서 도 1에서 서로 나란히 도시된다. 사실상, 개별 방법 단계들은 밴드 진행 방향(7)으로 연속적인 스테이션들에서 그리고/또는 정지된 밴드형 재료(5) 또는 밴드형 재료(5)와 함께 또한 이동되는 생성 스테이션(8)과 동일한 위치에서 수행될 수 있다. 특히, 고에너지 열 방사(9)의 방향은 또한, 밴드 방향과 일치(synchronise)될 수 있어서, 열 방사는 연속적 밴드 진행에 따라 오직 하나의 기능성 영역 상으로 지향되도록 유지된다.
제 1 방법 단계 A에서, 재료 코팅(1)은 기저 재료(6)에 기계적으로 인가된다. 이것은 특히, 인쇄에 의해, 예를 들어, 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄, 그라비아 인쇄, 또는 직접적 스탬프 인쇄 또는 중간 캐리어들을 통해 간접적 스탬프 인쇄로 수행된다. 예를 들어, 중간 롤러들은 중간 캐리어들로서 사용될 수 있다.
재료 코팅(1)의 조성물은 기능성 영역(1)의 기능 및 그 기능으로부터 발생한 필요한 기계적 특성들에 적응된다. 특히, 재료 코팅(4)은 인쇄가능한 금속-함유 페이스트로 구성될 수 있다. 페이스트는 하나 또는 둘 이상의 순 금속 컴포넌트들, 탄소 및/또는 금속 화합물들을 포함하는 분말, 마이크로입자들 및/또는 나노입자들을 함유할 수 있다.
기능성 영역(1)이 컨택 위치이면, 재료 코팅을 위한 전형적인 기본 컴포넌트들은 금, 은, 구리, 니켈, 틴, 팔라듐, 백금 및/또는 루테늄이다. 이러한 금속들은 특히, 인쇄가능한 금속 페이스트들의 기본 컴포넌트를 구성할 수 있다.
또한, 재료 코팅(4)은 추가적인 컴포넌트들, 특히, 티타늄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니오븀, 지르코늄, 니켈, 몰리브덴, 탄탈륨 및/또는 텅스텐 및/또는 이러한 추가적인 컴포넌트들의 혼합물들을 가질 수 있다. 방법 단계 A에 따라 인쇄되는 재료 코팅(4)에서의 금속 화합물들은 이들이 후속적 방법 단계들에서 금속으로 화학적으로 환원될 수 있는 이러한 방식으로 선택된다.
재료 코팅(1)은 또한 비금속 특성들을 가지거나 또는 비금속성 물질들을 함유할 수 있다. 재료 코팅의 비금속 특성은 또한, 재료 코팅(4)의 기본 컴포넌트를 구성하는 화학적으로 안정한 금속 화합물에 의해 획득될 수 있다. 예를 들어, 재료 코팅(4)은 MeyCx의 형태인 금속/탄소 화합물, MeyOx의 형태인 금속 산화물 및/또는 MeyNx의 형태인 금속/질소 화합물, 금속들로서 간주될 수 있는 위에 열거된 기본 컴포넌트들 및/또는 추가적인 컴포넌트들 중 하나 또는 둘 이상으로 구성되거나 또는 이들을 포함할 수 있다. 재료 코팅(4)에서의 탄소는 그라파이트, 다이아몬드, 탄소나노튜브들, 그라핀 또는 풀러렌과 같은 화학적 구성들에서의 기계적 인가 동안 존재할 수 있다.
방법 단계 A에서의 인쇄는 높은 국부적 분해능으로, 다시 말해서, 고정밀도로 수행된다. 바람직하게, 위치결정 정밀도 및/또는 기계적으로 인가 또는 인쇄되는 포인트형 재료 코팅(4)의 최소 치수들은 0.1 mm 미만이다. 더 큰 면들이 또한 연관된 방식으로 인쇄될 수 있다.
다음의 방법 단계 B에서, 고에너지 열 방사(9)는 방사 소스(8')로부터 재료 코팅(4) 또는 기능성 영역(1) 상으로 지향된다.
고에너지 방사 소스는 특히, 예를 들어, 전자 방사 또는 이온 방사 또는 다른 아원자 입자들을 포함하는 방사와 같은 입자 방사이지만, 예를 들어, 레이저 또는 X-레이 방사와 같은 웨이브형 특징을 가지는 방사가 또한 사용될 수 있다.
바람직하게, 고에너지 열 방사(9)는 디바이스(10)에 의해 번들링, 포커싱 또는 쉴드(shield)되어서, 그것의 적어도 하나의 재료 코팅(4)을 가지는 더 이상의 기능성 영역(1)은 조사되지 않는다.
고에너지 열 방사(9)가 기능성 영역(1)에서의 적어도 하나의 재료 코팅 상으로 지향되기 이전에, 기계적으로 인가되거나 또는 인쇄된 재료 코팅(4)이 건조되는 건조 단계(미도시)가 수행될 수 있다. 바람직하게, 건조를 가속화시키기 위해서 오븐이 사용된다. 건조 온도는 바람직하게, 연화 온도 또는 상 전이 온도, 예를 들어, 기저 재료(6)의 연화 온도 미만이고, 바람직하게 또한, 적어도 하나의 재료 코팅(4)에서의 최저 용융 컴포넌트의 용융 온도 미만이다.
방법 단계 B에서, 재료 코팅(4)은 증가하는 활성 시간에 따라 그것이 방법 단계 C에서 용융될 때까지 가열된다. 고에너지 열 방사(9)의 에너지 인가는 기저 재료(6)와 재료 코팅(4) 사이의 경계 면(11)이 또한 용융되기 시작하는 이러한 방식으로 제어될 수 있다. 결과적으로, 기저 재료(6)와 재료 코팅(4) 사이의 경계 면(11)에서의 밀접한 접속(intimate connection)이 초래된다.
후속적으로, 고에너지 열 방사(9)는 스위칭 오프되거나 또는 방금 용융되어 냉각된 재료 코팅(4)으로부터 멀어지게 지향된다.
냉각 이후에, 방법 단계 D에서, 기저 재료(6)에 단단하게 접속된 재료 코팅(4)이 존재한다. 재료 코팅(4) 또는 기능성 영역(1)의 치수들은 기계적 인가 방법으로 인하여 매우 정밀하다. 조사로 인하여, 이러한 치수들 및 위치결정은 방법 단계들 A 내지 D 상에서 변화하지 않아서, 인가 방법의 정밀도가 유지된다.
고에너지 열 방사(9)는, 전체 컨택 엘리먼트(2)와 비교하여, 표면-영역에 관하여 실질적으로 빔 크로스-섹션(13) 및 바람직하게 기저 재료(6)로 대략 0.05 ㎛ 내지 20 ㎛만이 연장되는 작은 활성 깊이(active depth)에 제한되는 매우 작은 활성 영역(12)에서만 작용하기 때문에, 활성 영역(12)의 가열이 단열적 또는 유사 단열적 조건들 하에서 발생한다. 특히, 기저 재료(6)의 큰 질량으로 인하여, 냉각은 매우 급속하게 발생하고, 특히, 비정질, 마이크로-스케일 또는 나노-스케일 그레인들을 가지는 동결된 그레인 상태들이 존재하는 이러한 급격한 열 소산 그라디언트(heat dissipation gradient)를 초래한다.
활성 영역(12)에서의 재료 코팅(1)의 가열은 디바이스(10)에 의해 번들링된 열 빔(15) 또는 고에너지 열 방사(9)의 파라미터들에 의해 제어된다. 빔 파라미터들은, 예를 들어, 재료 코팅(4)의 두께 및 구조와 같은 재료 코팅(4)의 기하학적 특성들 및/또는 재료 코팅(4)의 밀도, 열 전도성 및 개별 컴포넌트들의 용융 포인트들과 같은 재료 코팅(4)의 재료 특성들에 따라 조정된다.
도 1에 도시된 방법에 있어서, 고에너지 열 방사(9)가 100 ㎛의 빔 직경을 가지는 전자 방사이면, 표 1에서 설명된 방사 파라미터들이 조정될 수 있다. 특히, 0.2 ㎛ 내지 1 ㎝의 빔 직경들은 바람직하게, 20 ㎛ 내지 1 ㎜까지 가능하다. 이러한 경우, 의도된 용융 깊이보다 더 큰 빔 직경들이 유리하다.
1 ㎛ 내지 5 ㎜의 활성 깊이들(14)은 100 ㎛의 빔 직경을 가지는 빔 크로스-섹션(13)에 대하여 달성될 수 있다.
Figure pct00001
고에너지 열 방사(9)는, 예를 들어, 간헐적 밴드 진행(7)의 경우, 유리한 펄스형 방식으로 기능성 영역(1) 상으로 지향될 수 있다. 기능성 영역(1)은 후속적으로, 기능성 영역(1)이 그것 아래에, 다시 말해서, 도 1의 예에서 생성 스테이션(8) 아래에 위치될 때, 방사 소스(8')에 의해 선택적으로 조사된다.
방사 에너지 및/또는 방사 에너지 밀도를 변화시킴으로써 뿐만 아니라, 방사 펄스 듀레이션 또는 방사 펄스들 간의 시간 인터벌들이 변화한다는 점에서 에너지 인가의 변화가 초래될 수 있다. 예를 들어, 방사 펄스들 간의 시간 인터벌이 감소되면, 재료 코팅(4)에 함유된 열 에너지는 증가될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 방법의 다른 실시예를 도시한다. 방법 단계 A에서, 복수의 재료 코팅들(4a, 4b, 4c)은 서로 나란히 인가된다. 이러한 재료 코팅들은 오로지 예시로서 도 2에 서로 나란히 배열된다.
재료 코팅들(4a, 4b, 4c)은 동일하거나 또는 상이한 재료들로 구성될 수 있다. 인쇄 방법의 고정밀도로 인하여, 재료 코팅들(4a, 4b, 4c)은 정확하게 서로 나란히 배치된다. 재료 코팅들 간의 간격(16)은 실질적으로, 인가 방법의 정밀도에 대응하고, 이는 이상적으로 간격이 자유롭지만, 실제 구현에서 바람직하게 최악의 경우 0.1 ㎜이다.
재료 코팅들(4a, 4b, 4c)은 코히런트(coherent) 기능성 영역(1)의 일부이다.
방법 단계 B에서, 고에너지 열 방사(9)는 3개의 재료 코팅들(4a, 4b, 4c) 상으로 다시 지향된다. 바람직하게 변경되거나 또는 제어될 수 있고, 디바이스(10)의 일부일 수 있는 마스크(17) 및/또는 정의된 빔 레이아웃, 예를 들어, 회절 그레이팅(diffraction grating)(17')에 의해 그리고 빔의 프로그램된 재지향에 의해 생성되는 회절 이미지로 인하여, 바람직하게는 가변적 방식으로 빔 크로스-섹션(13)의 크기 및 형상과 빔 크로스-섹션(13) 상에서의 에너지 분포를 조정하는 것이 가능하다. 따라서, 고에너지 방사(9)는 또한, 이러한 실시예에서 기능성 영역(1)에 제한된다.
재료 코팅들(4a, 4b, 4c)이 상이한 재료들로 구성되면, 고에너지 열 방사(9)에 의한 조사는 먼저, 가장 급속하게 용융하는 재료 코팅(이 경우, 이것들은 2개의 재료 코팅들(4a, 4c)임)이 용융되게 하는 에너지 인가에 의한 제 1 조사 단계에서 수행된다. 특히, 이러한 조사 단계에서, 적어도 하나의 빔 펄스는 2개의 급속하게 용융하는 재료 코팅들(4a, 4c)을 즉시 용융하는 전체 기능성 영역(1) 상으로 지향될 수 있다. 이에 따라 조정되어야 하는 방사 파라미터들은 위의 표 1에서 설명된다.
고에너지 방사(9)가 방법 단계 B의 끝에서 스위칭 오프된 이후에, 2개의 이전에 용융된 재료 코팅들(4a, 4c)은 고형화된다.
제 2 조사 단계인 방법 단계 C에서, 고에너지 방사(9)는 기능성 영역(1) 상으로 다시 지향된다. 고에너지 방사(9)는 이전의 조사 단계에서 아직 용융되지 않을 수 있는 이러한 영역들 상으로 포커싱되는데, 그 이유는 이들은 용융되기 위해서 더 많은 에너지를 필요로 하기 때문이다. 방법 단계 C에서, 이러한 영역들이 이제 용융된다. 활성 영역(12)을 용융되지 않은 재료 코팅(4b)으로 제한하기 위해서, 기능성 영역(1)은 연속적 또는 불연속적 밴드 진행(7) 동안, 용융되도록 의도된 재료 코팅(4b)의 기저 면(base face)에 적응되는 대응하는 빔 크로스-섹션을 생성하는 다른 생성 스테이션(8) 아래에 배치될 수 있다. 대안적으로, 마스크(17) 및/또는 디바이스(10)는 또한 변화할 수 있어서, 빔 크로스-섹션(13)은 변화한다. 단열적 또는 유사 단열적 방법 구현으로 인하여, 열 공급은 활성 영역(12) ― 활성 영역(12)의 기저 면은 빔 크로스-섹션(13)에 대응함 ― 의 다른 면 상에 작용하지 않는다.
방법 단계 C 이후, 다른 용융되지 않은 재료 코팅들이 여전히 존재하면, 다음 조사 단계는 유사하게 수행될 수 있고, 빔 크로스-섹션(13)은 여전히 남아있는 재료 코팅(들)의 기저 면에 적응된다. 이것은 모든 재료 코팅들이 용융될 때까지 반복될 수 있다.
방법 단계 D에서, 기능성 영역(1)에는 이후 인접한 용융된 그리고 고형화된 재료 코팅들(4a, 4b, 4c)이 존재한다. 이러한 재료 코팅들의 물리적 특성들은 이들의 재료 조성물에 의존한다.
용융으로 인하여, 인접한 재료 코팅들(4) 사이의 기계적 인가 동안 발생하는 갭들(18)이 평탄화(level)될 수 있어서, 더 매끄러운 표면이 생성된다.
도 3의 실시예에서, 방법은 기능성 영역의 2개의 재료 코팅들(4a 및 4b)이 이제 서로 겹치게 배열된다는 점에서 변경된다. 오로지 예로서, 도 3은 서로 겹치게 위치된 오직 2개의 재료 코팅들(4a, 4b)을 도시한다. 서로 겹쳐 있는 재료 코팅들의 수는 기능성 영역(1)의 특성들의 요건들로부터 추가로 발생한다.
도 3이 도시하는 바와 같이, 하부 재료 코팅(4a)은 상부 재료 코팅(4b)보다 더 큰 기저 면을 가질 수 있다. 특히, 하부 재료 코팅(4a)은 바람직하게, 상부 재료 코팅(4b) 주위에 환형으로 돌출(project)되어서, 고에너지 방사(9)를 받는 숄더(19)가 생성된다. 바람직하게, 숄더는 최소 빔 직경(13)보다 더 작지 않다.
재료 코팅들(4a, 4b)은 상이한 재료들로 구성될 수 있어서, 이들은 용융되기 위해서 상이한 레벨들의 에너지 및/또는 온도들을 필요로 한다.
추가적인 방법 단계들 B 내지 D는 실질적으로, 도 2에 따른 방법의 방법 단계들: 먼저, 고에너지 열 방사(9)가 전체 기능성 영역(1) 상으로 지향되고 ― 에너지 인가는 먼저 용융된 재료 코팅을 용융하는데 필요한 속도에 제한됨 ― , 이것은 바람직하게 하부 재료 코팅(4a)임에 대응한다. 고에너지 방사는 펄스의 형태로 다시 생성될 수 있다.
방법 단계 B에서의 빔 크로스-섹션(13)은 바닥 코팅(4a)의 기저 면에 대응한다. 고에너지 방사(9)가 스위칭 오프된 이후에, 방법 단계 B의 끝에서, 재료 코팅(4a)이 고형화된다.
방법 단계 C에서, 고에너지 방사(9)는 기능성 영역(1) 상으로 다시 지향된다. 빔 크로스-섹션(13)은 아직 용융되지 않은 그리고 이미 용융된 재료 코팅인 재료 코팅(들)에 제한된다. 오직 상부 재료 코팅(4b)이 방사 에너지의 국부적으로 제한된 공급에 의해 용융되고, 활성 깊이(14)는 재료 코팅들(4a, 4b) 사이의 경계 면(11)으로 연장된다.
방법 단계 C에서 재료 코팅(4b) 위에 아직 용융되지 않은 다른 재료 코팅들이 여전히 존재하면, 이 단계는 이러한 재료 코팅들의 기저 면에 적응되는 빔 크로스-섹션에 의해 반복될 수 있다.
끝으로, 방법 단계 D에서, 서로 겹치게 위치된 복수의 코팅들을 가지는 기능성 영역(1) ― 기능성 영역(1)의 물리적 특성은 재료 조성물에 의존함 ― 이 존재한다.
하부 코팅(4a)은, 예를 들어, 상부 재료 코팅(4b)과 기저 재료(6) 사이의 화학적 격리를 초래하거나 또는 예를 들어, 희생 양극 방식으로, 재료 코팅(4b) 주변 영역에서의 부식으로부터 기저 재료(6)를 보호하는 부식 또는 확산 방지 코팅일 수 있다.
고에너지 방사(9)는 매우 작은 영역 상으로 포커싱될 수 있기 때문에, 최소 빔 크로스-섹션(13)은 실질적으로 고에너지 방사(9)의 파장에 대응하고, 빔 크로스-섹션(13) 및 이에 따른 활성 영역(12)은 매우 정밀하게 조정될 수 있다.
도 4는 도 3의 방법의 전개(development)를 도시한다.
도 4의 방법 단계들 A 내지 C는 도 1의 방법 단계들 A 내지 C에 대응한다. 방법 단계 D에서, 추가적인 재료 코팅(4)은 이미 가열되었고 그리고/또는 용융된 이미-존재하는 재료 코팅(4) 상에 기계적으로 인가, 예를 들어, 인쇄된다. 이러한 경우, 기계적 인가 방법의 고 분해능은 또한 아래의 재료 코팅(4) 상에 재료 코팅(4a)의 정확한 위치결정을 허용한다. 후속적으로, 방법 단계 E에서, 재료 코팅(4a)은 고에너지 방사(9)에 의해 가열 및/또는 용융되어서, 서로 겹치게 위치된 2개의 재료 코팅들(4, 4a)로 구성되는 기능성 영역(1)은 결과적으로 다시 획득된다. 추가적인 재료 코팅들이 요구되면, 방법 단계들 D 및 E가 반복될 수 있다.
도 4에 도시된 방법은 특히, 하부 재료 코팅을 완전히 커버하는 상부 재료 코팅들(4a)에 적합하다. 각각의 새롭게 인가된 상부 재료 코팅(4)에 대한 방사 파라미터들은 단지 원하는 활성 깊이(14)까지만 하부 재료 코팅(4)을 용융하기 위해서 재료 코팅(4)의 기하학적 특성들 및/또는 재료 특성들에 따라 조정된다.
도 5는 방법의 다른 유리한 구성을 도시한다. 상부 재료 코팅(4b)은 표면-영역에 관하여 하부 재료 코팅(4a)을 넘어서 돌출된다.
방법 단계들은 최대 범위까지 도 1에 따른 방법 단계들에 대응한다. 바람직하게, 2개의 재료 코팅들(4a, 4b)은 동시에 기저 재료(6)에 기계적으로 인가된다. 방법의 유리한 구성에서, 고에너지 방사(9)의 빔 파라미터들은 2개의 재료 코팅들(4a, 4b)이 동시에 용융되도록 후속적 방법 단계 B에서 조정된다. 방법 단계 C에서의 용융 동작으로 인하여, 상부 재료 코팅(4b)은 하부 재료 코팅(4a)을 완전히 커버하고, 그것을 예를 들어, 부식과 같은 외부 영향들로부터 격리한다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 기계적으로 인가된 재료 코팅(4)은 인가 방법의 국부적 분해능 내에서 정밀한 국부적으로 좁게 제한된 영역에서 재료 코팅(4) 아래에 위치된 기본 재료(6) 또는 다른 재료 코팅에서 합금될 수 있거나, 또는 액체 상태 및 동결된 대류(convection)에 의해 이와 혼합될 수 있다. 이것은 도 6을 참조하여 간단하게 설명된다.
방법 단계 A에서, 재료 코팅(4)은 먼저 기계적으로 다시 인가되고, 후속적으로, 방법 단계 B에서, 고에너지 방사를 받는다.
방사 파라미터들은 바람직하게, 재료 코팅(4) 및 그 아래의 기저 재료(6)가 가열되고 단지 서서히 냉각되며, 또한 높은 활성 깊이(14)가 달성되도록 선택된다.
재료 코팅(4)이 기저 재료(6)와 합금될 수 있는 재료들을 함유하거나 또는 이 재료들을 포함하면, 재료 코팅(4)의 합금 구성물(constituent)들은 고에너지 열 방사(9)에 의한 가열로 인하여 기저 재료(6)로 확산되어서, 기저 재료(6)에 위치된 합금 영역(alloyed region)(20)이 생성된다. 냉각 속도에 따라, 합금 영역(20)의 상이한 격자 구조들이 획득될 수 있다.
고에너지 방사(9)를 갑작스럽게 스위칭 오프하는 것은, 예를 들어, 실질적 즉시 냉각 및 이에 따른 격자 상태들의 동결을 초래한다. 이것은 합금 영역(20)의 경화 및 대응하게 견고한 내마모성 표면을 초래한다.
기저 재료와 합금될 수 없는 재료 코팅(4)에서, 또는 기저 재료(6)와 합금될 수 있고 기저 재료(6)로의 확산 속도가 충분히 높지 않은 재료 코팅(4)에서, 그 재료 코팅(4)은 대기로 인하여 액체 상태에서 용융 및 혼합 모두가 수행되도록 강력하게 고에너지 방사(9)에 의해 기저 재료(6)의 일부와 함께 가열된다. 결과적인 혼합 상은 고에너지 방사가 제거됨으로써 매우 빠르게 냉각되어서, 그 그레인 구조는 동결되어 안정하게 유지된다.
도 7은, 예로서, 상이한 기계적 특성들을 가지는 영역들(21a, 21b, 21c)을 가지는 기능성 영역(1)이 바람직하게 균질적으로(homogeneously) 인쇄된 개별 재료 코팅(4)으로 어떻게 생성되는지를 도시한다.
먼저, 방법 단계 A에서, 재료 코팅(4)이 기계적으로 인가된다. 후속적으로, 고에너지 열 방사(9)는 재료 코팅(4)의 서브영역 상으로 지향된다. 활성 영역(12)은 따라서 그 서브영역에 제한된다. 고에너지 방사(9)의 고 분해능 및 강력한 포커싱가능성(powerful focusability)으로 인하여, 빔 크로스-섹션(13) 또는 활성 영역(12)의 범위는 구조적 요건들, 예를 들어, 서브영역의 크기에 정밀하게 적응될 수 있다.
방법 단계 B에서, 예를 들어, 작은 경도의 영역이 재료 코팅(4)에서 생성되도록 의도되면, 고에너지 열 방사(9)의 방사 파라미터들은 바람직하게, 고에너지 열 방사(9)가 긴 활성 시간 동안 저전력으로 생성될 영역(21) 상으로 지향되도록 조정된다. 활성 영역(12)에서의 고에너지 방사(9)에 의한 에너지 인가는 활성 영역(12)이 용융된 이후에 단지 서서히 냉각되는 이러한 방식으로 시간이 경과함에 따라 추가로 변경되어서, 열 부하들은 감소되고, 냉각은 열 평형에 의해 또는 열 평형에 가깝게 수행된다.
후속적으로, 빔(15)은 상이한 기계적 특성들을 가지는 서브영역을 그 위치에 생성하기 위해서 재료 코팅(4) 상에서 다른 부분적-부분(part-portion)으로 이동된다. 도 7의 방법 단계 C에서, 빔(15)은 이러한 목적을 위해서 인접한 영역(21b)으로 이동된다. 빔 이동 대신에, 예를 들어, 밴드형 재료(5)가 새로운 생성 스테이션(8)(미도시) 아래에서 진행 이동(7) 동안 이동됨으로써, 새로운 빔이 또한 대안적으로 생성될 수 있다.
바람직하게 0.1 ㎜ 미만의 정밀도로의 빔(15)의 정확한 위치결정가능성(positionability)으로 인하여, 영역(21b)은 이미 존재하는 영역(21)과 관련하여 정밀하게 근접될 수 있다. 그 영역에서, 예를 들어, 큰 경도는 활성 영역(12)의 급속한 가열 및 냉각이 짧은 활성 시간 동안 높은 빔 전력 레벨로 생성된다는 점에서 달성될 수 있다. 영역들(21a, 21b)은 서로 직접적으로 인접할 수 있다.
후속적 방법 단계들 D에서, 상이한 기계적 특성들을 가지는 추가적인 영역들이 생성될 수 있다. 방법 단계 D에서, 예를 들어, 재료 코팅(4)의 추가적인 서브영역(21c)은 상이한 경도들을 다시 달성하기 위해서 서브영역들(21a 및 21b)과 비교하여 다시 상이한 방사 파라미터들로 방사될 수 있다. 예를 들어, 저항, 연성, 전도성 또는 부식-저항과 같은 른 물리적 특성들은 또한, 가열 및 냉각 속도가 제어됨으로써 조정될 수 있다.
도 8이 도시하는 바와 같이, 본 발명에 따른 방법은 또한 미리 결정된 표면 구조들을 제공하기 위해서 사용될 수 있다. 대략 바람직하게 20 ㎛ 미만의 크기인 마이크로스코픽 표면 구조들이 생성될 수 있다.
이러한 목적을 위해서, 방법 단계 A에서, 재료 코팅(4)이 기저 재료(6)에 기계적으로 인가된다. 후속적으로, 고에너지 방사(9)의 빔(15)이 재료 코팅(4)의 서브영역 상으로 포커싱된다. 부분-영역(part-region)은 활성 깊이(14) 및 빔(15)의 크로스-섹션(13)을 포함한다. 바람직하게, 빔(15)의 크로스-섹션(13)은 생성될 최소 표면 구조보다 더 크지 않다. 예를 들어, 표 1에서 설명된 방사 파라미터들을 이용하는 연속적 방사 펄스들의 경우, 방사 파라미터들이 변화하는 동안 빔(15)은 재료 코팅(4) 상에서 그리드형 방식으로 이동된다.
예를 들어, 재료 코팅(4)이, 예를 들어, 위의 방법들 중 하나에 따라 깊이 작용에 대하여 조정된 방사 파라미터에 의한 전체 깊이 상에서 초기에 용융(melt on or off)되거나 또는 심지어 증발되고, 후속적으로, 동일한 위치에서, 재료가 표면 작용에 대하여 조정된 방사 파라미터들에 의해 추가적으로 용융(melt on or off)되거나 또는 증발하면, 표면이 구조화될 수 있다. 자유롭거나(free) 또는 방전된(discharged) 재료는 활성 영역(12)의 에지에 증착될 수 있고, 이에 의해 영향을 받은 영역은 크랙터형(crater-like) 방식으로 나타난다. 따라서, 채널들은 고에너지 방사와 재료 코팅(4) 사이의 연속적인 상대적 이동에 의해 방법에서 생성될 수 있다.
재료 코팅(4)의 전체 표면이 빔(15)으로 스캐닝되었으면, 표면 구조(22)를 가지는 기능성 영역(1)이 획득된다.
표 1에서 설명된 방사 파라미터들의 깊이 및 표면 작용은 도 9 및 도 10을 참조하여 설명된다. 도 9에 따라, 인가된 재료 코팅(4)의 경우 짧은 활성 시간 동안 예를 들어, 낮은 가속 전압, 다시 말해서, 낮은 에너지 레벨로 고에너지 방사(9)가 도입되면, 오직 작은 활성 깊이(14)가 획득된다. 용융은 주로, 재료 코팅(4)의 표면의 영역에서 발생한다.
그러나, 도 10에 도시된 바와 같이, 배지 가속 전압(medium accelerating voltage)이 인가되면, 더 높은 활성 깊이(14)가 획득되는데, 그 이유는 고에너지 방사가 기저 재료(6)로 더 깊이 관통할 수 있기 때문이다. 기저 재료(6)는 또한 큰 깊이에서 용융되고, 또한 용융된 재료 코팅(4)에 접속된다.
재료 코팅(4)의 서브영역에만 영향을 미치는 빔(15)을 이용하여 도 8에서 설명된 재료 코팅(4)의 그리드형 커버리지가 도 1 및 도 3에 도시된 방법과 더불어 또는 그 대안으로서 사용될 수 있다. 이것은 도 11 및 도 12를 참조하여 간단하게 설명된다.
도 11의 방법 단계 A에서 인가된 재료 코팅(4)은 고에너지 방사(9)의 빔(15)에 의해 서브영역에서 영향을 받는다. 따라서, 활성 영역(12)은 재료 코팅(4)의 일부 상에서만 연장된다. 이제, 빔(15)은 재료 코팅(4) 상에서 이동 그리드(23)를 따라 지속적으로 이동될 수 있다. 대안적으로, 빔(15)은 재료 코팅(4) 상에서 그리드형 방식으로 배열된 상이한 포인트들 상으로 펄스형 방식으로 지향된다.
그 그리드형 이동 동안, 용융되고 그리고 기저 재료(6)에 대하여 이미 용융되거나 또는 솔더링된 재료 코팅 영역들(24)은 여전히 용융되지 않은 영역들과 나란히 직접적으로 위치된다.
재료 코팅(4)의 전체 표면이 영향을 받으면, 도 1의 방법 단계 D에서와 동일한 결과가 방법 단계 D에서 존재한다.
도 12에서, 도 3의 방법 단계 B는 기능성 영역(1)의 하부 재료 코팅(4a)의 숄더(19)의 그리드형 조사로 대체된다. 화살표(25)에 의해 표시된 바와 같이, 빔(15)은 그리드형 방식으로 숄더(19)를 따라 안내되어서, 그것은 완전히 영향을 받고 용융된다. 방사 파라미터들은 큰 활성 깊이(14)가 달성되는 이러한 방식으로 조정된다. 다른 숄더들(19)이 상부 코팅들에서 존재하면, 방법 단계 B는 반복될 수 있다. 그렇지 않으면, 방법은 도 3에 이미 설명된 바와 같이 방법 단계들 C 및 D로 진행된다. 고에너지 방사(9) 또는 빔(15)의 방사 파라미터들은 이제 조사되는 재료 코팅(4b)의 기하학적 특성들 및 재료 특성들에 따라 방법 단계 B에 관하여 변경된다. 개별 그리드 포인트들 상으로 연속적으로 지향되는 펄스형 빔(15)이 또한 이러한 경우에서 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 도 7에서 설명된 바와 같이, 균질적으로 인가된 재료 코팅(4)에서 상이한 특성들을 가지는 영역들만을 서로 나란히 생성하지 않는 것이 가능하다. 도 13이 도시한 바와 같이, 상이한 특성들이 서로 겹치게 위치된 코팅들이 또한 원래 균질적으로 인가된 재료 코팅(4)에서 생성될 수 있다.
이러한 목적을 위해서, 방법 단계 A에서 인가된 전체 재료 코팅(4) 및 그 아래의 경계 면(11)(이 경우에서는, 오로지 예로서, 재료 코팅(4)과 기저 재료(6) 사이의 경계 면)이 초기에 용융된다. 빔(15)은 재료 코팅(4) 상에서 그리드형 및 포인트형 방식으로 안내될 수 있거나 또는 동시에 전체 재료 코팅(4)을 조사할 수 있다. 방법 단계 C에서의 방사 파라미터들은 특히, 큰 활성 깊이(14)에 대하여 조정될 수 있다. 동시에, 방법 단계 B에서의 일시적 에너지 인가는, 용융된 영역들이 갑작스럽게 냉각되고 이에 따라 그레인 상태가 동결되는 이러한 방식으로 방사(9)에 의해 치수화(dimension)된다. 방법 단계 C에서, 재료 코팅(4)의 반복되는 가열은 그 경화 프로세스를 따르고, 방사(9)의 방사 파라미터들은, 단지 작고 재료 코팅(4)의 두께(26)의 단지 일부인 활성 깊이(14)가 달성되는 이러한 방식으로 조정된다. 방사(9)로 인한 방법 단계 C에서의 일시적 에너지 인가는 냉각이 그 영역에서 더 서서히 발생하는 이러한 방식으로 제어될 수 있어서, 더 연성인 상부 코팅(4b)이 견고한 하부 코팅(4a) 상에서 생성된다. 방사 파라미터들이 방법 단계들 B(더 견고한 코팅) 또는 C(더 연성인 코팅)에 따라 조정되면, 상이한 기계적 경도 특성들을 가지는 다른 코팅이 다른 선택적 방법 단계(미도시)에 의해 코팅(4b) 위에서 생성될 수 있다.
대안적으로, 방사 파라미터들은 최대 에너지 인가의 깊이가 경계 면(11)에 있는 이러한 방식으로 방법 단계 B에서 조정될 수 있다. 입자 빔들의 경우, 이것은 입자들의 운동 에너지를 제어함으로써 수행될 수 있다. 웨이브형 특징을 가지는 고에너지 열 방사(9)의 경우, 이것은 파장을 제어 또는 선택함으로써 수행될 수 있다. 이로써, 재료 코팅(4a)만이 용융되는 반면 재료 코팅(4b)은 단지 약간 가열되는 것이 가능하다.
또한 매우 열적 전도성인 기저 재료(6)의 재료 코팅(4)과 비교하여, 매우 높은 질량 및 바람직하게 기계적 인가를 위해서 사용되는 금속 페이스트들의 높은 열 전도성으로 인하여, 방법 단계 C에서의 상부 재료 코팅(4b)의 반복되는 가열은 하부 재료 코팅(4a)의 기계적 특성들을 손상시키지 않는다. 열은 인접한 영역들이 가열되지 않거나 또는 무시가능한 정도로만 가열되는 상부 재료 코팅(4b)로부터 기저 재료(6)로 매우 급속하게 소산된다.
도 14는 2개의 개별 빔들(15', 15") 또는 2개의 부분-빔들(15' 및 15")로 분할되는 빔으로 방법 단계 A에서 재료 코팅들(4a 및 4b)로 인쇄되었던 2개의 상호 이격된 기능성 영역들(1', 1")을 방법 단계 B에서 조사하는 것이 어떻게 동시에 가능한지를 개략적으로 도시한다. 이로써, 서로 비교적 크게 이격되어 배열되는 기능성 영역들(1' 및 1")이 한 방법 단계에서 생성된다.
도 15는 분사 툴(28)을 사용하는 분사에 의해 재료 코팅(4)이 어떻게 기저 재료(6)에 기계적으로 인가될 수 있는지를 개략적으로 도시한다. 분사 빔(29)은 고에너지 방사(9)의 활성 영역(12) 상으로 지향될 수 있다. 빔(15)에서, 재료 분포 및 입자 분포를 가질 수 있는 분사된 분말 혼합물은 드롭들의 형태로 용융된 기저 재료(6)를 용융 및 스트라이크하며, 그것은 기저 재료(6)에 접속된다. 추가적인 분말 코팅들은 그 아래의 분말 코팅들과 용융되어서, 코팅마다(coating by coating), 구조가 분사 빔(29)으로부터 빌트업될 수 있다. 빔(15)에 의해 영향을 받지 않는 분말은 회수되어 재사용될 수 있다. 고에너지 열 방사(9)는 바람직하게 상부 재료 코팅(4)만이 항상 다시 경화할 수 있도록 펄싱(pulse)될 수 있다.
도 15에 개략적으로 도시된 방법에 있어서, 높이 윤곽(height contour)들을 가지고 재료 코팅(4)이 표면 방향으로 상이한 높이들을 가지는 기능성 영역(1)을 생성하는 것이 가능하다. 이것은, 예를 들어, 빔(15)이 지속적으로 동작되는 분사 툴(28)을 이용하여 기능성 영역(1)의 기저 면 상에서 그리드형 방식으로 이동된다는 점에서 달성될 수 있다. 빔(15)이 일 위치에서 포즈(pause)하는 것이 더 길어질수록, 파우더가 그 위치에서 베이킹되는 것이 더 많아지고, 재료 코팅(4)이 그 위치에서 더 높아진다. 후속적으로, 기능성 영역(1)은, 상이한 기계적 특성들을 가지는 코팅들을 생성하기 위해서 위에서 설명된 방법들 중 하나에 따라, 예를 들어, 도 11에 도시된 방법을 이용하여 추가로 프로세싱될 수 있다.
분사에 의해, 분사 빔(29)의 일관성(consistency)이 시간이 경과함에 따라 변화하면 상이한 재료들과 서로 나란히 또는 서로 겹치게 위치된 재료 코팅들(4)을 구성하는 것이 또한 가능하다.
도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 재료 코팅(4)의 기계적 인가는 또한 와이어(4') 또는 필름(4")(미도시)을 인가함으로써 수행될 수 있다. 후속적 방법 단계 B에서, 고에너지 열 방사(9)의 빔 파라미터들은 도 16에 도시된 바와 같이, 와이어가 단지 부분적으로 용융되어 기저 재료(6)에 접속되는 이러한 방식으로 조정될 수 있다. 대안적으로, 도 17에 도시된 바와 같이, 빔 파라미터들은 인가된 와이어가 완전히 용융되고, 결과적인 용융된 재료 코팅이 대신에 평평한(flat) 프로파일을 가지는 이러한 방식으로 조정될 수 있다. 도 16에 개략적으로 도시된 방법에 있어서, 재료 코팅(4) ― 재료 코팅(4)의 높이 프로파일이 표면 방향으로 변경됨 ― 을 생성하는 것이 가능하다.
특히, 와이어(4') 또는 필름(4")은 도 18에 도시된 바와 같이, 고에너지 열 방사(9) 및 고에너지 열 방사(9)에 의해 영향을 받는 활성 영역(12)으로 도입될 수 있다. 재료 인가는 포인트형 방식으로 또는 선형 또는 평면 방식으로 수행될 수 있고, 와이어(4') 또는 필름(4")의 공급은 롤(roll)로부터 나올 수 있다.
도 19 내지 도 22를 참조하여, 본 발명에 따른 방법에 따라 생성되는 기능성 영역들(1)을 가지는 컨택 엘리먼트들의 실시예들이 아래에서 설명된다.
진행 방향(7)으로 이동되는 밴드형 재료(5)에서, 기능성 영역들(1)은 먼저, 위에서 설명된 방법들 중 하나 또는 둘 이상에 따라 생성된다.
후속적으로, 컨택 엘리먼트(30)는 바람직하게, 기능성 영역들(1)을 생성하기 위해서 이미 사용되었던 고에너지 열 방사(9)에 의해 밴드형 재료(5)로부터 컷팅된다.
고에너지 열 방사(9)는 또한, 이를테면, 예를 들어, 기저 재료(6)를 경화하기 위한 그리고 드릴링 및 용접하기 위해서 컷팅과 더불어 컨택 엘리먼트(30) 및 밴드형 재료(5)의 추가적인 프로세싱 단계들에 사용될 수 있다. 선(31) ― 이 선(31)을 따라 컨택 엘리먼트(30)가 고에너지 빔(9)(미도시)에 의해 컷팅됨 ― 은 점선으로서 도 19에 도시된다.
컨택 엘리먼트(30)는 오로지 예시로서, 기능성 영역들(1)의 2개의 상이한 타입들(32, 33)을 가진다. 제 1 기능성 영역(1)은 추가적인 프로세싱 단계들에서 제공되도록 여전히 의도되는 접속들을 크림핑하기 위해서 접속 영역(32)으로서 작용한다. 컨택 엘리먼트(30)는 소켓 컨택을 위한 컨택 스프링(contact spring)이다.
접속 영역(32)은 바람직하게 틴을 함유하거나 또는 틴을 포함하는 연장된(extensive) 균질 재료 코팅(4)으로 코팅된다.
추가적인 기능성 영역들(1)은 적어도 2개의 재료 코팅들(4a, 4b)로부터 구성되는 컨택 위치들(33)이다.
도 19의 세부사항 XX를 명료하게 확장된 스케일로 도시하는 도 20은 컨택 위치(33)의 구성을 도시한다. 재료 코팅(4a)은 컨택 위치(33)의 컨택 포인트(34)를 형성한다. 컨택 포인트(34)에서, 카운터-컨택은 어셈블리된 컨택 엘리먼트(30)에서 컨택 엘리먼트(30)에 컨택한다. 소켓 컨택에 대하여 도시된 컨택 엘리먼트(30)에서, 컨택 이동은 컨택 위치(33)를 향하는 방향으로 컨택 엘리먼트(30)의 평면에 대하여 수직으로 수행되어서, 컨택 포인트(34)는 어떠한 손상도 겪지 않고 많은 회의 삽입 사이클들을 견디기 위해서 높은 레벨의 임팩트 저항 및 내마모성을 가져야 한다.
재료 코팅(4b)은 재료 코팅(4a)을 둘러싸고, 컨택 서라운딩 영역(35)을 형성한다. 재료 코팅(4a)은 예를 들어, 도 2, 3, 12에 도시된 바와 같이, 재료 코팅(4b) 상에 또는 재료 코팅(4b) 옆에 맞추어질 수 있다.
컨택 서라운딩 영역은 컨택 포인트(34)의 주변 및/또는 그 아래의 기저 재료(6)의 부식 또는 컨택 포인트(34)의 부식을 방지하도록 의도된다. 따라서, 재료 코팅(4b)은 컨택 위치(33)의 메인 컴포넌트 및 기저 재료(6)와 비교하여 더 하위 등급을 가지는 금속으로 도핑될 수 있는데, 특히, 도입 영역에서와 같은 사용 동안의 어떠한 재료 제거도 그 영역에서 예상되지 않을 것이므로, 그 때문에 얇은 코팅 두께가 선택될 수 있다.
컨택 위치(33)에서의 기능성 영역은 경화가능한 재료를 포함하는 하나 또는 둘 이상의 재료 코팅들로 구성될 수 있다. 컨택 포인트(34)의 영역에서, 적어도 하나의 코팅은, 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 경화되고, 경화되지 않은 코팅 또는 더 낮은 경도 및 더 큰 연성을 가지는 코팅에 인접할 수 있다. 컨택 서라운딩 영역(35)에서, 재료 코팅(4)은 도 2 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상이한 방사 파라미터들로 프로세싱될 수 있고, 따라서 컨택 포인트(34)에서의 물리적 특성들과 상이한 물리적 특성들을 가질 수 있다. 이로써, 높은 레벨의 임팩트 저항을 높은 레벨의 내마모성과 동시에 달성하는 것이 가능하다.
바람직하게, 재료 코팅들(4a, 4b)은 상이한 재료들을 포함한다. 컨택 포인트(34)를 형성하는 재료 코팅(4a)은 컨택 서라운딩 영역(35) 및 증가된 임팩트 저항에 관하여 감소된 전기적 저항을 가진다.
도 21은 밴드형 재료(5)를 도시하고, 이 밴드형 재료(5)로부터 플러그 타입의 커넥터에 대한 컨택 엘리먼트들(30)이 고에너지 방사(9)(미도시)에 의해 컷팅된다. 선(31)은 후속적 프로세싱 단계에서 그들의 최종적 형상으로 벤딩되는 컨택 엘리먼트들의 외부 윤곽을 개략적으로 도시한다.
도 21에 도시된 컨택 엘리먼트에서, 기능성 영역들(1)의 2개의 상이한 타입들(32, 33)은 오로지 예시로서 다시 도시된다. 하나의 기능성 영역(1)은 전기적 컨덕터들을 솔더링하기 위해서 접속 영역(32)으로서 작용한다. 그것은 실질적으로, 그 외부 윤곽을 제외하고 도 19의 접속 영역(32)의 구조에 대응한다. 다른 기능성 영역(1)은 컨택 위치(33)로서 작용하고, 그러나 여기서 재료 코팅들(4)의 구성 및 배열은 동작 동안 상이한 기계적 부하들에 관하여 최적화되었다.
도 22는 컨택 엘리먼트(30)의 컨택 위치(33)를 세부사항(XXII)으로서 도시한다.
그에 따라 접속 영역을 형성하는 기능성 영역(1)은 3개의 재료 코팅들(4a, 4b, 4c)을 가진다. 재료 코팅들(4a, 4b, 4c)은 바람직하게 서로 나란히 위치된다. 재료 코팅들(4a, 4b)은, 예를 들어, 도 6에 따른 방법에 따라, 동일한 재료로 생성된다. 재료 코팅(4c)은 재료 코팅(4b)에 의해 둘러싸이고, 재료 코팅(4c)의 조성물과 상이한 조성물을 가진다.
재료 코팅(4a)은 컨택 위치(33)의 도입 영역(36)을 형성하고, 여기서 카운터-컨택은 플러그 타입의 접속이 생성될 때 컨택 엘리먼트(30)를 스트라이크한다. 그 영역에서, 도 19 및 도 20의 컨택 포인트(34)와 유사하게, 재료 코팅이 내마모성 및 임팩트 저항을 증가시키는 것이 유리하다. 이것은, 예를 들어, 재료 코팅(4a)이 도 13에 따른 방법에 따라 생성되었고, 예를 들어, 소프터 코팅(softer coating) 상에서 경화된 코팅을 가진다는 점에서 달성될 수 있다. 특히, 그 도입 영역은 또한, 전류 흐름이 그 도입 영역(36)에서 요구되거나 또는 필요하지 않으면, 전기적 절연 재료들을 포함할 수 있다.
컨택 엘리먼트(30)의 동작 동안, 대응 커넥터(mating connector)는 접속 영역 상에서 삽입 방향(39)으로 도입 영역(36)을 통해 삽입 이동 동안 안내된다. 도입 영역(36)에서의 재료 코팅(4b)은 마찰적으로 최적화된다. 그것은, 예를 들어, 삽입 방향(39)으로 연장되고 대응 커넥터를 안내하는 표면 구조들(22)을 가질 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 그것은 윤활(lubrication)을 초래하는 재료들로 도핑될 수 있다. 예를 들어, 그라파이트와 같은 우수한 윤활 특성들을 가지는 마이크로입자들은 재료 코팅(4b)에 매립(embed)될 수 있거나 또는 매트릭스(matrix)에 분사될 수 있다.
낮은 전도 및 전이 저항들을 가지는 하나 또는 둘 이상의 재료 코팅들로 도 20의 컨택 포인트(34)에 따라 구성되는 컨택 위치(38)는 삽입 방향(39)으로 컨택 삽입 영역(37)에 인접한다. 또한, 컨택 위치(38)에는 증가된 마찰을 초래하는 표면 구조가 제공될 수 있어서, 카운터-컨택은 더 단단하게 홀딩되고, 임의의 산화물 코팅들은 약간의 표면 제거에 의해 제거된다.
기저 재료(6)와 반응할 수 있는 재료들이 컨택 위치(33)의 재료 코팅들(4a, 4b, 4c) 중 하나에 함유되면, 컨택 삽입 영역(37) 및 컨택 위치(38)의 도입 영역(36)의 재료들을 기저 재료로부터 전기적으로 절연하는 중간 코팅이 제공될 수 있다.
고에너지 방사(9)는, 예를 들어, 기하학적 구조(geometry) 및 재료 대조(material contrast)를 위한 주사 전자 현미경 이미징 방법이 생성되는 기능성 영역들을 제어하기 위해서 사용된다는 점에서 품질 관리를 위해서 사용될 수 있다.
위에서 도시되고, 서로 자유롭게 결합될 수 있는 그 변형예들에서 본 발명에 따른 방법은, 부분적으로도, 습식-화학적 방법들과 대비하여 환경적으로도 매우 지속가능하다. 재료 코팅들의 정확한 위치결정가능성 및 치수화가능성(dimensionability)으로 인하여, 기능성 영역을 생성하기 위해서 실제로 필요한 만큼의 재료만 소비된다.
방법은, 통상적으로 생성될 수 없고 재료들의 감소된 사용으로 제품 특성들을 개선하는 컨택 재료 결합들 및 컨택 재료들의 사용을 허용한다. 비정질 마이크로구조들 및 나노구조들 및 합금가능하지 않은 재료들의 동결된 혼합 상들을 생성하는 것과, 예를 들어, 우수한 전기적 컨택, 솔더링의 용이성, 부식 방지 및 마모 방지와 같은 상이한 재료 기능들을 직접적으로 서로 나란히 구성하는 것이 추가로 가능하다.
재료 코팅들은 단지 서브영역들 상에서만 포함하는 이들의 기계적 특성들에 관하여 구조화되고, 윤곽화(contour)되고 영향을 받을 수 있다.
최종적으로, 고생성 속도들이 가능하고, 고에너지 방사는 다른 프로세싱 단계들에 대하여 그리고 품질 관리를 위해서 동시에 사용될 수 있다.
1 기능성 영역
2 컨택 엘리먼트
3 표면
4 재료 코팅
4a-4c 상이한 재료 코팅들
4' 와이어
4" 필름
5 밴드형 재료
6 기저 재료
7 밴드 진행
8 생성 스테이션
8' 방사 소스
9 고에너지 열 방사
10 고에너지 방사를 번들링하기 위한 디바이스
11 경계 면
12 활성 영역
13 빔 크로스-섹션
14 활성 깊이
15 열 빔
16 재료 코팅들의 간격
17 마스크
17' 회절 그레이팅/그리드
18 갭
19 숄더
20 합금 영역/동결된 그레인 구조
21a-21c 재료 코팅의 서브영역
22 표면 구조
23 이동 그리드
24 용융된 영역들
25 화살표
26 재료 코팅의 두께
27 빔 스플리터
28 분사 툴
29 분사 빔
30 컨택 엘리먼트
31 선
32 접속 영역
33 컨택 위치
34 컨택 포인트
35 컨택 서라운딩 영역
36 도입 영역
37 컨택 삽입 영역
38 컨택 위치
39 삽입 방향

Claims (32)

  1. 전기적 컨택 엘리먼트(30) 상에 적어도 하나의 기능성 영역(1) ― 상기 적어도 하나의 기능성 영역은 상기 컨택 엘리먼트의 부분 영역에 제한됨 ― 을 생성하기 위한 방법으로서,
    적어도 하나의 재료 코팅(4)은 상기 기능성 영역(1)에서 컨택 엘리먼트(30)에 기계적으로 인가되고,
    고에너지 열 방사(9)는 후속적으로 적어도 하나의 재료 코팅 상으로 지향되는,
    전기적 컨택 엘리먼트(30) 상에 적어도 하나의 기능성 영역(1)을 생성하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 재료 코팅(4)은 인쇄되는,
    전기적 컨택 엘리먼트(30) 상에 적어도 하나의 기능성 영역(1)을 생성하기 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 재료 코팅(4)은 분사되는,
    전기적 컨택 엘리먼트(30) 상에 적어도 하나의 기능성 영역(1)을 생성하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재료 코팅은 와이어 또는 필름으로서 제공되는,
    전기적 컨택 엘리먼트(30) 상에 적어도 하나의 기능성 영역(1)을 생성하기 위한 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 상이한 재료 코팅들(4a, 4b, 4c)은, 서로 겹치게 그리고/또는 서로 나란히 기계적으로 인가되는,
    전기적 컨택 엘리먼트(30) 상에 적어도 하나의 기능성 영역(1)을 생성하기 위한 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    영역에 관하여 더 작은 재료 코팅(4b)은, 상기 기능성 영역(1) 내의 영역에 관하여 더 큰 재료 코팅(4a)에 인가되는,
    전기적 컨택 엘리먼트(30) 상에 적어도 하나의 기능성 영역(1)을 생성하기 위한 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    영역에 관하여 더 큰 재료 코팅(4b)은, 상기 기능성 영역(1) 내의 영역에 관하여 더 작은 재료 코팅(4a)에 인가되는,
    전기적 컨택 엘리먼트(30) 상에 적어도 하나의 기능성 영역(1)을 생성하기 위한 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상이한 재료들의 재료 코팅들(4)은, 상기 기능성 영역(1)에서 인가되는,
    전기적 컨택 엘리먼트(30) 상에 적어도 하나의 기능성 영역(1)을 생성하기 위한 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재료 코팅(4)은 0.1 mm 미만의 정밀도로 인가되는,
    전기적 컨택 엘리먼트(30) 상에 적어도 하나의 기능성 영역(1)을 생성하기 위한 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고에너지 열 방사(9)의 활성 영역(12)은, 영역에 관하여 상기 적어도 하나의 재료 코팅(4)에 제한되는,
    전기적 컨택 엘리먼트(30) 상에 적어도 하나의 기능성 영역(1)을 생성하기 위한 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 고에너지 열 방사(9)는, 상기 적어도 하나의 재료 코팅(4)의 서브영역(subarea)에 제한되는,
    전기적 컨택 엘리먼트(30) 상에 적어도 하나의 기능성 영역(1)을 생성하기 위한 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    서로 겹치게 연속적으로 위치된 상기 적어도 하나의 재료 코팅(4)의 서브영역들은, 용융되는,
    전기적 컨택 엘리먼트(30) 상에 적어도 하나의 기능성 영역(1)을 생성하기 위한 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    고에너지 열 방사(9)의 방사 파라미터들은, 상기 기능성 영역(1)의 조사(irradiation) 동안 변화하는,
    전기적 컨택 엘리먼트(30) 상에 적어도 하나의 기능성 영역(1)을 생성하기 위한 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    동일한 서브영역(4a, 4b, 21a, 21b)은, 연속적으로 수 회 가열되는,
    전기적 컨택 엘리먼트(30) 상에 적어도 하나의 기능성 영역(1)을 생성하기 위한 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재료 코팅(4)에서의 상기 고에너지 열 방사(9)의 에너지 인가는, 활성 영역(12)의 포지션 및/또는 활성 영역(12) 내의 활성 듀레이션에 따라 변화하는,
    전기적 컨택 엘리먼트(30) 상에 적어도 하나의 기능성 영역(1)을 생성하기 위한 방법.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고에너지 열 방사(9)의 에너지 인가는, 조사된 재료 코팅(12)의 재료 조성물에 따라 변화하는,
    전기적 컨택 엘리먼트(30) 상에 적어도 하나의 기능성 영역(1)을 생성하기 위한 방법.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    최대 에너지 인가의 깊이는, 원하는 효과에 따라 열 파라미터들에 의해 제어되는,
    전기적 컨택 엘리먼트(30) 상에 적어도 하나의 기능성 영역(1)을 생성하기 위한 방법.
  18. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉각은, 상기 고에너지 열 방사에 의해 상기 활성 영역(12)에서 제어되는,
    전기적 컨택 엘리먼트(30) 상에 적어도 하나의 기능성 영역(1)을 생성하기 위한 방법.
  19. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재료 코팅(4)의 표면은, 상기 고에너지 열 방사(9)에 의해 구조화되는,
    전기적 컨택 엘리먼트(30) 상에 적어도 하나의 기능성 영역(1)을 생성하기 위한 방법.
  20. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    합금 영역(alloyed region)(20)은, 상기 고에너지 열 방사(9)에 의해 상기 컨택 엘리먼트(30)의 기저 재료(base material)(6)에서 상기 재료 코팅(4)으로 생성되는,
    전기적 컨택 엘리먼트(30) 상에 적어도 하나의 기능성 영역(1)을 생성하기 위한 방법.
  21. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재료 코팅(4)은, 고에너지 열 방사에 의해 추가적인 재료 코팅들(4) 및 아래의 기저 재료(6)와 함께 용융되고, 대류(convection)로 인하여 발생하는 혼합 상(mixing phase)은 매우 급속한 냉각에 의해 그 그레인 구조에 관하여 동결되는,
    전기적 컨택 엘리먼트(30) 상에 적어도 하나의 기능성 영역(1)을 생성하기 위한 방법.
  22. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상이한 기계적 특성들을 가지는 부분들(4a, 4b)은, 상기 고에너지 방사(9)의 방사 파라미터들이 변화함으로써 동일한 재료로 재료 코팅(4) 내에서의 상기 기능성 영역(1)에서 생성되는,
    전기적 컨택 엘리먼트(30) 상에 적어도 하나의 기능성 영역(1)을 생성하기 위한 방법.
  23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고에너지 열 방사(9)는, 상기 기능성 영역(1)의 생성 이전에 그리고/또는 이후에 상기 컨택 엘리먼트(30)를 프로세싱하기 위해서 사용되는,
    전기적 컨택 엘리먼트(30) 상에 적어도 하나의 기능성 영역(1)을 생성하기 위한 방법.
  24. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고에너지 열 방사(9)는, 품질 관리(quality control)를 위해서 사용되는,
    전기적 컨택 엘리먼트(30) 상에 적어도 하나의 기능성 영역(1)을 생성하기 위한 방법.
  25. 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨택 엘리먼트들은, 스트립형 또는 밴드형 형태(5)로 프로세싱되는,
    전기적 컨택 엘리먼트(30) 상에 적어도 하나의 기능성 영역(1)을 생성하기 위한 방법.
  26. 방사 소스(8)를 특징으로 하며, 상기 방사 소스(8)에 의해 고에너지 방사(9)는 동작 동안 생성될 수 있고, 밴드형 재료(5)의 서브영역 상에 포커싱(focus)될 수 있는, 상기 밴드형 재료(5)에 대한 진행 디바이스(advance device)를 가지는 컨택 엘리먼트들을 생성하기 위한 디바이스 (8).
  27. 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라 생성되는, 전기적 컨택 엘리먼트(30).
  28. 제 27 항에 있어서,
    기능성 영역(1)은, 서로 나란히 그리고/또는 서로 겹치게 배열되고 상이한 기계적 특성들을 가지는 재료 코팅들(4a, 4b, 4c)을 가지는,
    전기적 컨택 엘리먼트(30).
  29. 제 27 항 또는 제 28 항에 있어서,
    상기 기능성 영역(1)은, 경화 및 비경화 재료 코팅들(4a, 4b)을 가지는,
    전기적 컨택 엘리먼트(30).
  30. 제 27 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재료 코팅(4)은, 비정질, 마이크로-스케일 및/또는 나노-스케일 그레인 구조를 가지는,
    전기적 컨택 엘리먼트(30).
  31. 제 27 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기능성 영역(1)은, 상기 컨택 엘리먼트에서 합금되는 영역(20)을 가지는,
    전기적 컨택 엘리먼트(30).
  32. 제 27 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    합금가능하지 않은(non-alloyable) 재료들은, 나노결정질 방식으로 동결되는,
    전기적 컨택 엘리먼트(30).
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