KR20150123182A - 주석 단결정 형성을 방지하는 전기 접점 요소의 제조 방법 및 접점 요소 - Google Patents

주석 단결정 형성을 방지하는 전기 접점 요소의 제조 방법 및 접점 요소 Download PDF

Info

Publication number
KR20150123182A
KR20150123182A KR1020150056924A KR20150056924A KR20150123182A KR 20150123182 A KR20150123182 A KR 20150123182A KR 1020150056924 A KR1020150056924 A KR 1020150056924A KR 20150056924 A KR20150056924 A KR 20150056924A KR 20150123182 A KR20150123182 A KR 20150123182A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
contact element
electrical contact
layer
contact layer
manufacturing
Prior art date
Application number
KR1020150056924A
Other languages
English (en)
Inventor
헬게 슈미트
슈테판 토스
Original Assignee
타이코 일렉트로닉스 에이엠피 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 타이코 일렉트로닉스 에이엠피 게엠베하 filed Critical 타이코 일렉트로닉스 에이엠피 게엠베하
Publication of KR20150123182A publication Critical patent/KR20150123182A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/02—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of metals or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H11/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches
    • H01H11/04—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches of switch contacts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C13/00—Alloys based on tin
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/02—Alloys based on copper with tin as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/04—Alloys based on copper with zinc as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/10—Electroplating with more than one layer of the same or of different metals
    • C25D5/12—Electroplating with more than one layer of the same or of different metals at least one layer being of nickel or chromium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/60—Electroplating characterised by the structure or texture of the layers
    • C25D5/605—Surface topography of the layers, e.g. rough, dendritic or nodular layers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D7/00—Electroplating characterised by the article coated
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • H01B13/0026—Apparatus for manufacturing conducting or semi-conducting layers, e.g. deposition of metal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B5/00—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/02—Contacts characterised by the material thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/02—Contacts characterised by the material thereof
    • H01H1/0203—Contacts characterised by the material thereof specially adapted for vacuum switches
    • H01H1/0206—Contacts characterised by the material thereof specially adapted for vacuum switches containing as major components Cu and Cr
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/02—Contact members
    • H01R13/03—Contact members characterised by the material, e.g. plating, or coating materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H2201/00—Contacts
    • H01H2201/022—Material
    • H01H2201/026—Material non precious
    • H01H2201/028—Indium tin oxide [ITO]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R12/00—Structural associations of a plurality of mutually-insulated electrical connecting elements, specially adapted for printed circuits, e.g. printed circuit boards [PCB], flat or ribbon cables, or like generally planar structures, e.g. terminal strips, terminal blocks; Coupling devices specially adapted for printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures; Terminals specially adapted for contact with, or insertion into, printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures
    • H01R12/50—Fixed connections
    • H01R12/51—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures
    • H01R12/55—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures characterised by the terminals
    • H01R12/58—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures characterised by the terminals terminals for insertion into holes
    • H01R12/585—Terminals having a press fit or a compliant portion and a shank passing through a hole in the printed circuit board

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)
  • Manufacturing Of Electrical Connectors (AREA)
  • Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)

Abstract

본 발명은 전기 접점 요소를 제조하는 방법에 관한 것으로, 이에 의해 특히 압입 연결부들에 있어서 주석 단결정이 형성되는 것이 방지될 수 있다. 본 발명은 추가로 또한, 대응하는 접점 요소에 관한 것이다. 전기 접점 요소를 제조하는 방법은 베이스 재료를 제공하는 단계; 베이스 재료에 하나 이상의 도전성 접점 층을 도포하는 단계를 포함하며, 접점 층은 거칠기 만큼 상승되고 윤활제를 수용하기에 적합한 외측 표면을 갖는다.

Description

주석 단결정 형성을 방지하는 전기 접점 요소의 제조 방법 및 접점 요소 {METHOD FOR PRODUCING AN ELECTRICAL CONTACT ELEMENT FOR PREVENTING TIN WHISKER FORMATION, AND CONTACT ELEMENT}
본 발명은 특히, 압입(press-in) 연결부들에 있어서 주석 단결정(tin whisker)이 형성되는 것을 방지할 수 있는 전기 접점 요소를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 추가로 또한, 대응하는 접점 요소에 관한 것이다.
전자 회로들에 도전성 재료로서 주석을 사용하는 것은 충분히 공지된 대로, 무연(lead-free) 주석 코팅들을 갖는 표면 상에 주로 형성되는 소위, 주석 단결정 즉, 침상(needle-like) 형성물들을 종종 초래한다. 이들 단결정들은 최대 1 ㎜, 극한의 경우들에선 최대 2 ㎜의 길이를 가질 수 있다. 이들은 도전성이며 따라서 조립된 인쇄 회로 판들 상에 예를 들어, 단락들을 초래할 수 있다. 이 경우에, 단결정이 용융되지는 않으나 대신에 최대 허용 전류 밀도에서 분리될 때까지 10 내지 50 ㎃의 전류가 단결정을 통해 흐를 수 있다. 증대되는 소형화의 결과로써, 구성요소 연결부들 사이의 간격들은 주석 단결정들이 쉽게 교차될 수 있는 거리인 수백 ㎛로 감소되었다. 전자 회로들의 소모 전류가 점점 작아지는 결과로써, 자정 작용 효과가 또한 없어졌는데, 이는 주석 단결정들이 단락들의 경우에 전류 흐름에 의해서 대체로 더 이상 파괴되지 않기 때문이다.
주석 단결정들의 발생은 특히, 기계 응력의 작용에 의해서, 후에 주석 층으로 차례로 전달되는 주석 층 또는 연결부들 내의 내부 기계 응력들에 의해서, 높은 온도에 의해서, 그리고 높은 수준의 대기 습도에 의해서 촉진된다.
그러므로, 피팅 상태의 주석 코팅이 영구적인 기계 압력 하중에 노출되는 경우에 주석 단결정들의 결과로써 구성요소 고장이 특히 자주 발생한다. 이는 예를 들어, 압입 접점들, 필름 전도체 접점들 및 사출 성형된 주석 표면들의 경우에 규칙적으로 발생한다.
주석 단결정의 형성을 감소시키는 공지된 방법은 주석 금속 코팅에 납을 첨가하는 것을 포함한다. 그러나, ROHS 가이드라인(전기 및 전자 장치들에 특히 위험한 물질들의 사용을 제한하기 위한 2011년 6월 8차의 유럽 의회 및 지방의회의 가이드라인 2011/65/EU, 공식 저널 EU (2011) No. L174, 88-110 페이지)의 도입의 결과로써, 그와 같은 저-단결정 주석/납 합금은 오늘날 단지 예외적인 경우들에서만 허용되며 플러그 형태의 커넥터 분야에의 적용들에 대해서 중기적(medium-term)으로 완전히 금지되었다. 예를 들어, 은/주석과 같은 다른 주석 합금들 및 다양한 템퍼링 단계들의 사용으로 단결정의 성장을 방해했지만, 이들은 그 성장을 완전히 방지할 수 없어서 단락 형성의 잔류 위험성이 여전히 남아 있다.
그러나, 특히 자동차 분야에서 단결정 형성에 관한 안전성은 높은 요건들을 따라야 한다.
그러므로, 주석의 존재가 정합 접점에 대한 직접적인 접촉 영역 내에서 완전히 제거되며 추가로, 예를 들어 유기 표면 보호(OSP) 또는 은-코팅된 표면을 갖는 인쇄 회로판 구멍이 정합 접점으로서 선택되는 경우에, 단결정들의 형성이 완전히 방지될 수 있다.
이 경우에, 예를 들어 니켈을 함유하는 접점 층이 고려될 수 있다. 그러나, 종래의 니켈 함유 코팅들은 압입 접점을 압입할 때 과도하게 높은 삽입력들을 요구하여, 압입 접점 자체가 후에 변형되게 될 수 있거나 인쇄 회로판 구멍이 과도하게 손상되게 되는 것이 발견되었다.
그러므로, 한편으로 주석 단결정의 형성을 실질적으로 감소시킬 수 있으나, 다른 한편으로 압입 접점들의 제조 중에 충분히 큰 보유력을 허용하는 동시에 낮은 압입력을 허용하는 전기 접점 요소의 제조 방법 및 전기 접점 요소에 대한 필요성이 존재한다.
이러한 목적은 독립 특허 청구항들의 요지에 의해 달성된다. 종속 특허 청구항들은 본 발명의 유리한 개량예들에 관한 것이다.
본 발명은 전기 접점 요소의 접점 영역에서 주석을 완전히 없애는 대신에 단결정을 형성하는 경향이 없는 다른 금속을 사용한다는 개념을 기초로 한다. 이러한 금속 코팅이 주석보다 일반적으로 작은 연성을 갖는다는 단점은 거칠기(roughness)가 높아지고 영구적인 방식으로 윤활제를 수용하는데 적합한 외측 표면을 접점 층에 제공함으로써 극복될 수 있다. 그와 같은 윤활제들의 저장의 결과로써, 실제 전기 접촉 중일 때 실질적으로 감소된 압입력이 달성된다. 예를 들어, 정합 접점 내측으로의 도입 중에 그의 효과를 나타낼 수 있는 윤활제가 내부로 도입되는 만입부(indentation)들은 윤활제가 크리핑(creeping)에 의해서 휘발되거나 손실되는 것을 방지한다.
삽입 작업 중, 윤활제는, 실제 전기 접촉 중 장애물이 되지 않도록 배치된다. 접점 요소들의 저장 중, 저장된 윤활제는, 오염 및 부식으로부터 이를 보호하는 이점을 추가로 제공한다.
특히, 접점 층 표면에는 1.5 mm2/s 내지 680 mm2/s의 동적 점성도 값(kinematic viscosity value)을 갖는 오일의 도포가 제공될 수 있다.
전기 접점 요소를 제조하기 위해 고려될 수 있는 베이스 재료(base material)들은, 예컨대, 구리, 주석 청동(tin bronze), 황동(brass), 고강도 황동 및 다양한 구리 합금들, 이를테면 CuNi, CuMn, CuNiSi 또는 CuAl 합금들을 포함한다. 게다가, 약간 합금된 구리 합금들, 이를테면, 예컨대, CuFe2P가 또한 사용될 수 있다. 본 발명에 따르면, 주석이 없는 접점 층 금속 코팅은, 바람직하게는, 니켈로부터 제조될 수 있지만, 또한, 예컨대 철, 코발트, 로듐, 이리듐, 팔라듐, 은 또는 이들 원소들을 포함하는 합금으로부터 제조될 수 있다.
윤활제를 저장할 수 있는 소망하는 길게 균열된 표면(fissured surface)을 제조하기 위해서, 접점 층은 피라미드형, 원추형, 구형 및/또는 덩어리형 상승부(clod-like elevation)들을 가질 수 있다.
이들 상승부들을 제조하기 위해서, 다양한 가능성들이 존재한다. 먼저, 사이에서 윤활제가 저장될 수 있는 대응하는 상승부들을 갖도록 접점 층이 미리 조립될 수 있다. 접점 층이 예컨대, 금속 코팅에 의해 제조된다면, 금속 코팅의 파라미터들, 이를테면, 예컨대 산성도(degree of acidity) 또는 상이한 결정화 핵들 및 촉매들의 존재는 대응하는 구조들이 조립되는 방식으로 선택될 수 있다. 그러나, 대안으로, 대응하는 거칠기가 또한 상이한 물리적 또는 화학적 재료 제거 방법들에 의해 형성될 수 있다. 예컨대, 적절한 식각(etching) 단계들이 대응하는 표면 구조화를 유발할 수 있다.
접점 층에서의 대응하는 상승부들은 0.4 ㎛ 내지 10 ㎛의 전형적인 높이를 갖는다. 0.8 ㎛ 내지 5 ㎛의 값들에서 최적의 결과들이 성취될 수 있음이 도시될 수 있었다.
본 발명의 유리한 개량예에 따르면, 하나 이상의 중간 층이 베이스 재료와 접점 층 사이에 도포될 수 있다. 베이스 재료로의 접점 층의 부착은, 이러한 중간 층에 의해 개선될 수 있다. 니켈 접점 층의 경우에, 예컨대, 중간 층은 접점 층 보다 낮은 표면 거칠기를 갖는 니켈 층에 의해 형성될 수 있다. 다른 접점 층 금속 코팅들의 경우에, 중간 층은 동일한 재료 또는 상이한 재료를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 접점 요소의 유리한 특징들은, 전기 접점 요소가 압입 접점 요소, 플러그 유형 접점 요소, 사출 성형 접점 요소, 땜납 연결부 또는 필름 전도체 접점 요소라면 특히 효과적으로 활용될 수 있다. 이러한 모든 적용들에서, 단결정 형성은 특히 고장 문제의 원인이다. 특히, 접점 스프링들과 조합하는 경우에, 단결정들로부터의 완전 자유는 정합 접점(mating contact)의 측면 상에서 은 또는 금 층들을 사용하는 경우, 또는 정합 접점 측 상에 주석 층의 경우에 성취될 수 있으며, 단결정 형성으로 인한 고장의 우려는 정합 접점 측이 적은 기계적 응력하에 있다면 실질적으로 똑같이 감소될 수 있다.
본 발명의 보다 양호한 이해를 위해서, 하기 도면들에 예시된 실시예들에 참조하여 보다 상세히 설명된다. 동일한 구성요소들은 동일한 도면 부호들 및 동일한 구성요소 표시들로 언급된다. 게다가, 도시 및 예시된 실시예들로부터의 각각의 특징들 또는 특징의 조합들은 또한 그 자체로 독립적인 본 발명에 따른 해법들 또는 본 발명의 해법일 수 있다.
도 1은 베이스 재료 상의 접점 층의 개략적 횡단면도이다.
도 2는 베이스 재료 상에 접점 층 및 중간 층의 개략적 횡단면도이다.
도 3은 윤활제가 도포되기 이전에 접점 층 표면의 주사 전자 현미경 이미지이다.
도 4는 인쇄 회로 기판으로 가압되기 이전의 압입 접점의 개략적 예시이다.
도 5는 완전 조립된 상태의 압입 접점의 개략적 예시이다.
본 발명은 우선 도 1을 참조하여 하기에 보다 상세히 설명하고자 한다.
본 발명에 따른 방법을 위한 시작 지점은 베이스 재료(100)이다. 베이스 재료(100)는 스트립 전도체이거나 플러그 핀 등일 수 있고, 예컨대 구리 또는 주석 청동, 황동, 고강도 황동 또는 CuNi, CuMn, CuNiSi, CuAl 합금과 같은 구리 합금을 포함한다.
본원의 도 1 및 도 2는 단지 전기 접촉을 위해 중요한 영역만을, 즉 예컨대 접점 구멍과 접촉하는 압입 플러그 핀의 영역만을 예시한다. 본 발명에 따르면 접점 층(102)을 형성하는 주석이 없는 금속 코팅이 이러한 영역의 베이스 재료(100)에 도포된다.
본 발명에 따르면, 접점 층(102)의 표면은 형성된 만입부(104)들 및 상승부(106)들에 의해 구조화된다. 이러한 균열 표면은 윤활제(도면들에 예시되지 않음)가 접점 층(102)의 표면에 유지되는 것을 가능하게 하여 긴 시간 동안 저장되는 것을 가능하게 한다. 상승부(106)들은 이들이 어떻게 제조되는지에 따라 극도로 상이한 형상들을 가질 수 있다. 이들은 예컨대 피라미드형, 원추형, 구형 또는 덩어리형 또는 기둥형으로 구성될 수 있다. 만입부(104)와 상승부(106) 사이의 높이 차이는 일반적으로 0.4 ㎛ 내지 10 ㎛ 이다. 최적의 경우에, 이러한 거칠기는 0.8 ㎛ 내지 5 ㎛일 수 있다. 1.5 ㎟/s 내지 680 ㎟/s 사이의 점도를 갖는 윤활제가 이러한 방식으로 구조화되는 접점 층(102)의 표면과 관련하여 사용된다면, 오일의 도포는 긴 시간 동안 저장되는 것이 가능하며 그 이후의 압입 작업에 부정적으로 영향을 미치지 않는다. 윤활제는 예컨대 높은 점성의 오일을 포함할 수 있다. 도포를 위해, 윤활제는, 캐리어 물질로서 작용하고 도포 후에 적어도 부분적으로 휘발되는 매우 유동적인 용제와 혼합된다.
주석 단결정들의 방지를 위한 중요한 양태는, 실제 접촉하는 영역에서(도 1 및 도 2에 예시됨), 직접적인 표면에 주석 코팅이 없다는 것이다. 이를 위해, 접점 층(102)은 예컨대 철, 코발트, 니켈, 로듐, 이리듐, 팔라듐, 은 또는 이러한 원소들을 포함하는 합금으로 형성된다.
본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 주석이 없는 접점 층(102)은 전기도금 기술에 의해 적층된다. 전기도금 적층의 파라미터들, 즉 조성물의 배스(bath), 촉매들 또는 산들의 첨가 및 전류 강도들 및 전압 값들은 바람직한 표면 거칠기가 발생되는 방식으로 조절될 수 있다.
하지만, 당업자에게는, 본 발명에 따른 주석이 없는 접점 층(102)의 형성을 위해, 우수한 접착을 갖는 것과 동시에, 충분한 표면 거칠기를 가능하게 하는 다른 적층 기술들이 또한 사용될 수 있다는 점이 자명하다.
또한, 평탄하게 생성된 금속 코팅층이 제 2 공정 단계, 예컨대 에칭 단계에서 따라서 또한 거칠게 될 수 있다. 이러한 예에서 중요한 양태는 주석이 접촉 표면에 존재하지 않으며 거칠기가 내구성 있는 방식으로 내부에 윤활제를 접합시키기에 충분히 높다는 것이다.
도 2는 도 1로부터의 배열의 개량의 개략적인 예시이다. 이 실시예에 따르면, 주석이 없는 접점 층(102)은 베이스 재료(100)에 직접 도포되지 않지만 대신 중간 층(108)이 제공된다. 이 중간 층은 특히 접점 층(102)의 적층을 용이하게 하고 베이스 재료(100)에 대한 접착을 개선한다. 예컨대, 평탄한 중간 니켈층(108)은 니켈 접점 층(102)을 위해 사용될 수 있다. 하지만, 자연스럽게는, 다른 금속들 및 합금들이 중간 층(108)으로서 또한 사용될 수 있다.
도 2의 두께 관계들은 어떠한 방식으로도 축척대로인 것으로 해석되고자 하는 것이 아니라는 점에 주의해야 한다. 따라서, 베이스 층(100)에 1 내지 2 ㎛ 의 두께를 갖는 니켈의 중간 층을 도포하고 그 후 0.5 ㎛ 의 두께를 갖는 니켈로부터 본 발명에 따라 구조화된 접점 층(102)을 생성하는 것이 특히 유리하다는 점이 도시된다.
도 3은 대응하는 상승부들 및 만입부들(106, 104)을 갖는 니켈 접점 층(102)의 전자 스캐닝 현미경 이미지이다.
도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 접점 층 구성의 유리한 도포의 예를 더욱 상세하게 설명하고자 한다.
도 4는 인쇄 회로 기판(114)의 접점 구멍 내로의 삽입 전의 압입 접점 핀(press-in contact pin)(110)을 도시한다. 특히, 인쇄 회로 기판(114)은 도전성 소켓(112)이 피팅(fit)되는 연속적인 개구(116)를 가진다. 도 4는 압입 핀(110)을 더 도시하며, 상기 압입 핀은 압입 방향으로, 다시 말해 화살표(P) 방향으로 미리 결정된 길이방향 부분(L)에 걸쳐 볼록한(convex) 방식으로 만곡되는 표면 부분(118)을 가진다. 이 부분은 길이방향 부분(L)의 영역 내의 압입 핀(110) 상에 형성되는, 서로 대향하는 접점 부재(118A, 118B)들 상에 형성되고, 압입 핀의 원통형 길이방향 부분들로부터 바깥쪽으로 만곡되고, 중심의 빈 공간(central empty space)을 둘러싼다.
도시되는 실시예에서, 소켓(112)은 순수 구리(pure copper)로 형성된다. 압입 핀(110)의 베이스 재료는 또한 구리로 형성되며, 임의의 경우에 곡선형 표면(118)의 영역 내에 본 발명에 따른 접점 층(102)을 가지며, 상기 접점 층에는 두 개의 접점 파트너(partner)들의 조립 바로 직전의 예시되는 공정 상황에서 오일의 도포가 제공된다.
압입 연결부를 제조하기 위해, 압입 핀(110)이 소켓(112)에 의한 지향 후에 화살표(P) 방향으로 인쇄 회로 기판(114)에 대해 이동된다. 이러한 경우에, 압입 핀(110)은 이의 전방 길이방향 부분과 함께 소켓 내에 우선적으로 중앙에 있게 되며, 상기 압입 핀의 외측 직경은 소켓의 내측 직경보다 더 작다. 압입 방향으로의 계속적인 이동에 의해, 곡선형 길이방향 부분(118)은 소켓(112) 내로 최종적으로 도입된다. 이러한 경우에, 압입 핀(110)의 외측 주변 면과 소켓(112)의 내측 주변 면(120) 사이의 공간은, 먼저 양쪽 모두의 면들이 서로 접촉되게 이동할 때까지 감소된다. 압입 방향으로의 계속적인 이동에 의해, 접점 부재(118A, 118B)들은 반경 내측 방향으로 먼저 탄성 변형되고, 추가적인 계속적인 이동에 의해, 최종적으로 외측 층의 재료가 소성 변형된다.
이러한 상태에서, 접점 층(102)의 표면에 유지되는 오일 도포는 윤활제로서 효력을 발생하면서, 화살표(P) 방향으로의 추가적인 이동 동안 필요한 힘들이 충분히 작게 유지하게 된다. 계속적인 압입 이동에 의해, 재료가 압입 핀(110)의 외측 주변 면으로부터 전단(shear off)되며, 돌기(122)가 압입 방향으로의 만곡부(118)의 후방 플랭크(flank)와 소켓(112)의 내측 주변 면(120) 사이에서 형성된다. 이러한 방식으로 만들어지는 가압 형태 연결부는, 한편으로 반경방향 내부로 예압(pretension)된 접점 부재(118A, 118B)들의 탄성적인 복원력들에 의해, 다른 한편으로 압입 핀(110)의 표면 재료와 소켓(112) 사이의 가능한 냉간 용접에 의해 유지된다. 윤활제가 또한 이러한 작동에서 바깥쪽으로 변위되어서, 신뢰가능한 전기 접속이 보장된다.
주석이 표면 부분(118)과 소켓(112) 사이의 전기 접속의 영역에 포함되지 않는다면, 상기 영역은 가압 작용에 의해 기계적으로 하중을 받으며, 다시 말해, 인쇄 회로 기판은 또한 어떠한 주석도 포함하지 않으며, 주석 단결정들의 발생이 완전히 확실하게 방지될 수 있다. 인쇄 회로 기판이 주석을 포함한다면, 단결정들의 성장이 새로운 코팅을 갖는 접점들을 사용함으로써 실질적으로 방지된다.
그러나, 본 발명에 따른 접점 층(102)은 또한 대다수의 다른 전기 연결부들과 함께 유리하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 플러그 형태 마이크로-커넥터들의 접점 스프링들에는 본 발명에 따른 코팅이 제공될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 접점 층은 사출-성형된 접점 요소들, 땜납 연결부들 또는 필름 전도체 접점들을 위한 사용에 적합하다.
접점 영역 내의 주석의 완벽한 제거(omission)의 결과로써, 따라서, 더 이상의 단결정 성장이 없는 기술이 제공될 수 있다. 따라서, 인접한 도전성 구조물들 사이에서의 브리징(bridging)이 방지할 수 있는 것과 같이, 단결정들의 전단이 또한 방지될 수 있다.
도면 번호 설명
100 베이스 재료
102 주석이 없는 접점 층
104 만입부들
106 상승부들
108 중간 층
110 압입 핀
112 소켓
114 인쇄 회로 기판
116 개구
118 표면 부분
118A, 118B 접점 부재
120 소켓의 내측 주변 면
122 돌기

Claims (21)

  1. 전기 접점 요소를 제조하기 위한 방법으로서,
    베이스 재료(base material)를 제공하는 단계;
    상기 베이스 재료에 하나 이상의 도전성 접점 층을 도포하는 단계를 포함하며,
    상기 접점 층은 거칠기만큼 상승되고 윤활제를 수용하기에 적합한 외측 표면을 가지는,
    전기 접점 요소의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 접점 층 표면을 윤활제로 코팅하는 단계를 더 포함하는,
    전기 접점 요소의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 접점 층 표면에는 1.5 mm2/s 내지 680 mm2/s의 동적 점성도 값(kinematic viscosity value)을 갖는 오일의 도포가 제공되는,
    전기 접점 요소의 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스 재료는 구리, 주석 청동(tin bronze), 황동(brass), 고강도 황동, CuNi, CuMn, CuNiSi 또는 CuAl 합금들 또는 약간 합금된 구리 합금으로 제조되는,
    전기 접점 요소의 제조 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접점 층은 주석이 없는 금속 코팅으로 형성되는,
    전기 접점 요소의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 주석이 없는 금속 코팅은 철, 코발트, 니켈, 로듐, 이리듐, 팔라듐, 은 또는 이들 원소들을 포함하는 합금을 포함하는,
    전기 접점 요소의 제조 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접점 층은 피라미드형, 원추형, 구형 및/또는 덩어리형 상승부(clod-like elevation)들을 갖는,
    전기 접점 요소의 제조 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접점 층은 전기 도금에 의해 제조되고, 상기 전기 도금의 파라미터들은 상기 거칠기가 형성되는 방식으로 선택되는,
    전기 접점 요소의 제조 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접점 층의 상승부들의 높이는 0.4 ㎛ 내지 10 ㎛, 바람직하게는 0.8 ㎛ 내지 5 ㎛를 갖는,
    전기 접점 요소의 제조 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 중간 층이 상기 베이스 재료와 상기 접점 층 사이에 도포되는,
    전기 접점 요소의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 중간 층은 접점 층보다 낮은 표면 거칠기를 갖는 니켈 층에 의해 형성되는,
    전기 접점 요소의 제조 방법.
  12. 전기 접점 요소로서,
    도전성 베이스 재료; 및
    상기 도전성 베이스 재료의 하나 이상의 부분 상에 형성되는 코팅을 포함하며,
    상기 코팅은 상기 베이스 재료 상에 형성되는 접점 층을 가지며,
    상기 접점 층은 거칠기 만큼 상승되고 윤활제를 수용하기에 적합한 외측 표면을 가지는,
    전기 접점 요소.
  13. 제 12 항에 있어서,
    1.5 mm2/s 내지 680 mm2/s의 동적 점성도 값(kinematic viscosity value)을 갖는 오일의 도포를 더 포함하는,
    전기 접점 요소.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    압입 접점 요소, 플러그 유형 접점 요소, 사출 성형 접점 요소, 땜납 연결부 또는 필름 전도체 접점 요소로서 형성되는,
    전기 접점 요소.
  15. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스 재료는 구리, 주석 청동(tin bronze), 황동(brass), 고강도 황동, CuNi, CuMn, CuNiSi 또는 CuAl 합금들 또는 약간 합금된 구리 합금으로 제조되는,
    전기 접점 요소.
  16. 제 12 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접점 층은 주석이 없는 금속 코팅으로 형성되는,
    전기 접점 요소.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 주석이 없는 금속 코팅은 철, 코발트, 니켈, 로듐, 이리듐, 팔라듐, 은 또는 이들 원소들을 포함하는 합금을 포함하는,
    전기 접점 요소.
  18. 제 12 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접점 층은 피라미드형, 원추형, 구형 및/또는 덩어리형 상승부(clod-like elevation)들을 갖는,
    전기 접점 요소.
  19. 제 12 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접점 층의 상승부들의 높이는 0.4 ㎛ 내지 10 ㎛, 바람직하게는 0.8 ㎛ 내지 5 ㎛의 값을 갖는,
    전기 접점 요소.
  20. 제 12 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 중간 층이 상기 베이스 재료와 상기 접점 층 사이에 도포되는,
    전기 접점 요소.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 중간 층은 접점 층보다 낮은 표면 거칠기를 갖는 니켈 층에 의해 형성되는,
    전기 접점 요소.
KR1020150056924A 2014-04-24 2015-04-23 주석 단결정 형성을 방지하는 전기 접점 요소의 제조 방법 및 접점 요소 KR20150123182A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014005941.3A DE102014005941A1 (de) 2014-04-24 2014-04-24 Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Kontaktelements zur Vermeidung von Zinnwhiskerbildung, und Kontaktelement
DE102014005941.3 2014-04-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20150123182A true KR20150123182A (ko) 2015-11-03

Family

ID=52991613

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150056924A KR20150123182A (ko) 2014-04-24 2015-04-23 주석 단결정 형성을 방지하는 전기 접점 요소의 제조 방법 및 접점 요소

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20150310956A1 (ko)
EP (1) EP2937942A1 (ko)
JP (1) JP2015222715A (ko)
KR (1) KR20150123182A (ko)
CN (1) CN105048246A (ko)
DE (1) DE102014005941A1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6755096B2 (ja) * 2016-01-22 2020-09-16 日立オートモティブシステムズ株式会社 車載用電子モジュール、カードエッジコネクタ、およびコネクタ
CN106676598B (zh) * 2016-12-13 2019-08-23 上海交通大学 一种基于微纳米针锥结构抑制锡晶须生长的方法
WO2019012050A1 (de) * 2017-07-12 2019-01-17 ept Holding GmbH & Co. KG Einpressstift und verfahren zu dessen herstellung
US11296436B2 (en) * 2019-06-10 2022-04-05 Rohm And Haas Electronic Materials Llc Press-fit terminal with improved whisker inhibition

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3091746A (en) * 1960-07-28 1963-05-28 Albert & J M Anderson Mfg Co Electrical connector
US3408859A (en) * 1966-01-25 1968-11-05 American Standard Inc Measurement of kinematic viscosity
DE2527681C3 (de) * 1975-06-21 1978-05-24 Multi-Contact Ag, Allschwil (Schweiz) Elektrische Kontaktanordnung
US4373766A (en) * 1980-04-29 1983-02-15 Connector Technology Corporation Electrical connector assembly
USRE32760E (en) * 1982-12-22 1988-10-04 Amp Domestic Inc. Electrical connector
JPS63309589A (ja) * 1987-06-12 1988-12-16 Furukawa Electric Co Ltd:The 接点用潤滑剤組成物
JP2807252B2 (ja) * 1989-03-05 1998-10-08 日本エー・エム・ピー株式会社 電気コネクタ
DE4211881C2 (de) * 1992-04-09 1994-07-28 Wmv Ag Verfahren zum elektrochemischen Aufbringen einer strukturierten Oberflächenbeschichtung
US5224874A (en) * 1992-11-09 1993-07-06 Tramec Corporation Connector plug
US5735716A (en) * 1996-09-18 1998-04-07 Yazaki Corporation Electrical connectors with delayed insertion force
US6254979B1 (en) * 1998-06-03 2001-07-03 Delphi Technologies, Inc. Low friction electrical terminals
FR2810463B1 (fr) * 2000-06-14 2004-03-05 Alstom Connecteur electrique
FR2811147B1 (fr) * 2000-06-29 2002-12-06 Alstom Procede de fabrication d'une bande de lamelles de contact electrique et bande de lamelles de contact electrique
US6520812B1 (en) * 2000-08-30 2003-02-18 Antaya Technologies Corporation Connector terminal with resilient contacts
US6500010B2 (en) * 2001-03-02 2002-12-31 Cray Inc. Electrical circuit connector with resilient pressure pads
KR100513947B1 (ko) * 2002-03-29 2005-09-09 닛코 킨조쿠 가부시키가이샤 프레스성이 양호한 구리 합금 소재 및 그 제조방법
EP1369504A1 (en) * 2002-06-05 2003-12-10 Hille & Müller Metal strip for the manufacture of components for electrical connectors
DE10245343A1 (de) * 2002-09-27 2004-04-08 Robert Bosch Gmbh Elektrischer Kontakt
JP3939252B2 (ja) * 2003-01-20 2007-07-04 日本航空電子工業株式会社 コンタクト
DE10326788B4 (de) * 2003-06-13 2005-05-25 Robert Bosch Gmbh Kontaktoberflächen für elektrische Kontakte und Verfahren zur Herstellung
JP4302545B2 (ja) * 2004-02-10 2009-07-29 株式会社オートネットワーク技術研究所 プレスフィット端子
JP4176081B2 (ja) * 2005-01-19 2008-11-05 日本航空電子工業株式会社 コンタクトの製造方法
JP2009500527A (ja) * 2005-07-11 2009-01-08 テクニック・インコーポレイテッド スズ・ウィスカ成長を最小化する特性又は特徴を有するスズの電着
US20080105522A1 (en) * 2006-11-08 2008-05-08 Ted Ju Electrical connector
WO2009035444A1 (en) * 2006-11-15 2009-03-19 Massachusetts Institute Of Technology Methods for tailoring the surface topography of a nanocrystalline or amorphous metal or alloy and articles formed by such methods
EP2006420A1 (en) * 2007-06-22 2008-12-24 Danmarks Tekniske Universitet - DTU A microporous layer for lowering friction in metal forming processes
US8226807B2 (en) * 2007-12-11 2012-07-24 Enthone Inc. Composite coatings for whisker reduction
JP5436022B2 (ja) * 2009-04-23 2014-03-05 昭和シェル石油株式会社 潤滑油
US9634412B2 (en) * 2011-07-15 2017-04-25 Tessera, Inc. Connector structures and methods
DE102011088793A1 (de) * 2011-12-16 2013-06-20 Tyco Electronics Amp Gmbh Elektrischer Steckverbinder mit mikrostrukturiertem Kontaktelement
DE102012213505A1 (de) * 2012-07-31 2014-02-06 Tyco Electronics Amp Gmbh Schicht für ein elektrisches Kontaktelement, Schichtsystem und Verfahren zur Herstellung einer Schicht

Also Published As

Publication number Publication date
DE102014005941A1 (de) 2015-11-12
US20150310956A1 (en) 2015-10-29
EP2937942A1 (en) 2015-10-28
JP2015222715A (ja) 2015-12-10
CN105048246A (zh) 2015-11-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Brusse et al. Tin whiskers: Attributes and mitigation
EP3066722B1 (de) Elektrische verbindungsanordnung
DE102015102866B4 (de) Keramisches Bauelement, Bauelementanordnung und Verfahren zur Herstellung eines keramischen Bauelements
KR20150123182A (ko) 주석 단결정 형성을 방지하는 전기 접점 요소의 제조 방법 및 접점 요소
US20050176267A1 (en) Press-fit terminal
EP2434584A1 (en) Connector terminal
US20070093143A1 (en) Structure of connecting press-fit terminal to board
US9743539B2 (en) In-vehicle electronic module
JP6361477B2 (ja) コネクタ用端子
DE102014117410B4 (de) Elektrisches Kontaktelement, Einpressstift, Buchse und Leadframe
CN103620872A (zh) 用于在电子部件和基板之间的电压入连接的压入销
JP2008294299A (ja) プレスフィット端子と基板との接続構造
US9954297B2 (en) Terminal fitting and connector
JP2010062249A (ja) バスバー、このバスバーが搭載されるプリント基板及びこのプリント基板を備える自動車用電装部品
DE102008042824B4 (de) Elektrischer Leiter und Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Leiters
WO2017126283A1 (ja) 車載用電子モジュール、カードエッジコネクタ、およびコネクタ
DE112009004576T5 (de) Struktur zum Verbinden eines Verbinders und Scheinwerferlichtquellenleuchteinrichtung verwendend die Struktur
US20170162969A1 (en) Terminal pair and connector
US20160201211A1 (en) Composite material, method for forming the composite material, electrode plated with the composite material, and connection structure having the composite material
WO2016006469A1 (ja) プレスフィット端子および基板用コネクタ
DE102010042526A1 (de) Kontaktelement
CN104901041B (zh) 用于电子电路板的连接销
DE102020105298A1 (de) Leiterplatte mit einer Kontaktstelle
US20230163504A1 (en) Electrically Conductive Contact Element for a Connector
JP7501422B2 (ja) 電子装置