WO1997031129A1 - Elektrische kontaktelemente - Google Patents

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    • 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
    • H01B1/026—Alloys based on copper
    • 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
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    • Y10T428/12771—Transition metal-base component
    • Y10T428/12861—Group VIII or IB metal-base component

Definitions

  • the invention relates to contact elements, in particular for connector pins of electronic assemblies.
  • the requirements for connector pins for electronic assemblies are very high, since on the one hand they have to have good electrical conductivity and thus good thermal conductivity and on the other hand they have high strength so that on the one hand they do not bend when inserted and on the other hand they are low Show wear.
  • these contact elements must also be easily bendable and suitable for a coating. A high level of strength is also required if the dimensions, in particular the cross sections, of the contact elements are to be reduced.
  • Standard alloys such as, for. B. brass or bronzes are used, but they have a comparatively low electrical conductivity.
  • Materials with higher electrical conductivity and higher strength are e.g. B. CuFe2P alloys. However, these alloys show that
  • CONFIRMATION COPY Disadvantage that due to their high iron content they tend to excrete iron with the corresponding corrosion problems. In particular, if these plug pins are used for safety-relevant parts, it cannot be guaranteed in the long run that there will always be a sufficiently safe contact transition.
  • the invention is based on the object of designing contact elements of the type mentioned at the outset in such a way that, in addition to high electrical conductivity and comparatively high strength, they are simple to manufacture, process, are easy to bend and do not experience any disadvantageous excretions.
  • the contact element consists of a core alloy with 0.2 to 1.5% by weight Ag, the rest copper and that at least the contact surface of the core material is provided with one or more highly conductive and / or easily solderable coatings.
  • a contact element according to the invention is characterized by a high conductivity, which is only slightly lower compared to pure copper. With this contact element made of CuAg alloys, a conductivity of over 40 Siemens can be achieved. The tensile strength as such is comparable to that of the CuFe2P alloy, strength values above 600 N / mm 2 being obtained here. Furthermore, the contact elements according to the invention are distinguished by a slight increase in temperature when the current is loaded. The corrosion resistance is further increased compared to copper by the addition of silver. According to the invention, the contact elements are relatively easy to provide with a coating, for example with a rhodium, palladium, silver, indium, iridium, platinum, gold, tin, nickel, copper or lead coating.
  • a coating with the abovementioned metals or their alloys provides good solderability on the one hand and low transition resistance on the other hand, ie good contact ability.
  • the one end of the contact can thus advantageously be provided with a readily solderable coating and the other end with a well-conductive coating. Due to the higher strength and conductivity, the contact elements can be formed with smaller cross sections, so that the number of connectors can be increased.
  • a barrier layer made of nickel or copper is advantageously provided between the core alloy and the outer coating and prevents phase boundary reactions between the core material and the outer coating.
  • the iron and manganese content of the core alloy should not exceed 0.8% by weight and the silicon and aluminum content should not exceed 0.3% by weight. Boron, calcium, phosphorus and magnesium should in turn not exceed 0.1% by weight. Zinc can advantageously be added up to 2% by weight. Furthermore, zirconium, titanium and chromium can be added to the core alloy, these being added in amounts of not more than 0.2% by weight.
  • the alloy elements iron and manganese increase strength, while the other alloy elements act both as deoxidizing agents and due to excretions to increase strength. Chromium and zircon have proven to be particularly advantageous.

Abstract

Ein Kontaktelement, das insbesondere für Steckerstifte elektronischer Baugruppen bestimmt ist, besteht aus einer Kernlegierung mit 0,2 bis 1,5 Gew.-% Ag, Rest Kupfer, wobei zumindest die Kontaktfläche des Kernelementes mit einer oder mehreren gut leitenden und/oder gut lötbaren Beschichtungen versehen ist. Hierdurch wird nicht nur eine höhere elektrische Leitfähigkeit des Kontaktelementes, sondern auch eine vergleichsweise hohe Festigkeit bei einfacher Herstellung und guter Verarbeitbarkeit erhalten, was die Miniaturisierung der Kontaktelemente ermöglicht.

Description

Elektrische Kontaktelemente
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft Kontaktelemente insbesondere für Steckerstifte elektronischer Baugruppen. Die Anforderungen an Steckerstifte für elektronische Baugruppen sind sehr hoch, da diese zum einen eine gute elektrische Leitfähig¬ keit und damit eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen müs¬ sen und zum anderen eine hohe Festigkeit, damit diese zum einen beim Einschieben nicht verbogen und zum anderen einen geringen Verschleiß aufweisen. Daneben müssen diese Kon¬ taktelemente auch gut biegbar sein und sich für eine Be¬ schichtung eignen. Eine hohe Festigkeit ist weiterhin er¬ forderlich, will man die Abmessungen, insbesondere die Querschnitte, der Kontaktelemente verringern.
Für derartige Kontaktelemente werden zur Zeit Standard¬ legierungen, wie z. B. Messing oder Bronzen eingesetzt, die jedoch eine vergleichsweise geringe elektrische Leitfähig¬ keit aufweisen. Werkstoffe mit höherer elektrischer Leitfä- higkeit bei gleichzeitig höherer Festigkeit sind z. B. CuFe2P-Legierungen. Diese Legierungen zeigen jedoch den
BESTATIGUNGSKOPIE Nachteil, daß sie aufgrund ihres hohen Eisenanteiles zur Ausscheidungen von Eisen mit den entsprechenden Korrosions¬ problemen neigen. Insbesondere wenn diese Steckerstifte für sicherheitsrelevante Teile eingesetzt werden, kann auf die Dauer nicht gewährleistet werden, daß ständig ein ausrei¬ chend sicherer Kontaktübergang gegeben ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kontaktelemente der eingangs genannten Art so auszubilden, daß diese neben einer hohen elektrischen Leitfähigkeit und einer ver- gleichsweise hohen Festigkeit einfach herzustellen, zu ver¬ arbeiten, gut biegbar sind und keine nachteiligen Aus¬ scheidungen erfahren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Kontaktelement aus einer Kernlegierung mit 0,2 bis 1,5 Gew% Ag, Rest Kupfer besteht und daß zumindest die Kontaktfläche des Kernmaterials mit einer oder mehreren gut leitenden und/oder gut lötbaren Beschichtungen versehen ist.
Ein erfindungsgemäßes Kontaktelement zeichnet sich durch eine hohe Leitfähigkeit aus, die verglichen mit rein Kupfer nur geringfügig geringer ist. Mit diesem Kontaktelement aus CuAg-Legierungen läßt sich eine Leitfähigkeit von über 40 Siemens erreichen. Die Zugfestigkeit als solche ist ver¬ gleichbar mit der der CuFe2P-Legierung, wobei hier Festig¬ keitswerte über 600 N/mm2 erhalten werden. Des weiteren zeichnen sich die erfindungsgemäßen Kontaktelemente durch eine geringe Temperaturerhöhung bei Strombelastung aus. Die Korrosionsbeständigkeit wird im Vergleich zu Kupfer durch den Silberzusatz weiter erhöht. Die Kontaktelemente sind erfindungsgemäß vergleichsweise einfach mit einer Beschichtung zu versehen, beispielsweise mit einer Rhodium-, Palladium-, Silber-, Indium-, Iridium-, Platin-, Gold-, Zinn, Nickel, Kupfer- oder Blei-Beschich- tung. Eine Beschichtung mit den vorstehend genannten Metal¬ len oder deren Legierungen erbringt zum einen eine gute Lötfähigkeit und zum anderen einen geringen Ubergangs- widerstand, d. h. eine gute Kontaktfähigkeit. Vorteilhaft kann somit das eine Ende des Kontaktes mit einer gut lötfä- higen Beschichtung und das andere Ende mit einer gut leit¬ fähigen Beschichtung versehen werden. Aufgrund der höheren Festigkeit und Leitfähigkeit können die Kontaktelemente mit geringeren Querschnitten ausgebildet werden, so daß die Steckerzahldichte erhöht werden kann. Vorteilhaft wird zwi- sehen der Kernlegierung und der äußeren Beschichtung eine Sperrschicht aus Nickel oder Kupfer vorgesehen, die Phasen- grenzreaktionen zwischen dem Kernmaterial und der äußeren Beschichtung verhindert.
Der Gehalt der Kernlegierung an Eisen und Mangan sollte je- weils 0,8 Gew% und der Gehalt an Silizium und Aluminium 0,3 Gew% nicht übersteigen. Bor, Kalzium, Phosphor und Magne¬ sium sollten wiederum 0,1 Gew% nicht übersteigen. Zink kann vorteilhaft bis zu 2 Gew% zugesetzt werden. Des weiteren kann der Kernlegierung Zirkon, Titan und Chrom zugesetzt werden, wobei diese in Mengen von jeweils nicht mehr als 0,2 Gew% zugegeben werden. Die Legierungselemente Eisen und Mangan sind festigkeitssteigernd, während die anderen Le¬ gierungselemente sowohl als Desoxidationsmittel wie auch aufgrund von Ausscheidungen festigkeitssteigernd wirken. Besonders vorteilhaft hat sich Chrom und Zirkon erwiesen.

Claims

Ansprüche :
1. Kontaktelement insbesondere für Steckerstifte elek¬ tronischer Baugruppen, dadurch gekennzeichnet, daß das Kon- taktelemente aus einer Kernlegierung mit 0,2 bis 1,5 Gew% Ag, Rest Kupfer besteht und daß zumindest die Kontaktfläche des Kernelementes mit einer oder mehreren gut leitenden und/oder gut lötbaren Beschichtungen versehen ist.
2. Kontaktelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus einem oder mehreren der folgenden
Elemente besteht: Rh, Pd, Ag, In, Ir, Pt, Au, Sn, Cu, Ni und Pb.
3. Kontaktelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der Kernlegierung bis zu 2 Gew% Zn zuge¬ setzt ist.
4. Kontaktelement einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kernlegierung der Gehalt an
Fe 0,8 Gew% Mn 0,8 Gew% Si 0,3 Gew% AI 0,3 Gew%
nicht übersteigt
5. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kernelement B, Ca, Mg, P zulegiert ist, wobei diese Legierungselemente jeweils 0,1 Gew% nicht übersteigen.
6. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kernelement Zr , Ti , Cr zulegiert ist, wobei diese Legierungselemente jeweils 0,2 Gew% nicht übersteigen.
7. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da¬ durch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement folgende Zu- sammensetzung in Gew% aufweist:
Ag 0,9 P 0,02 Mn 0,1 Rest Kupfer
8. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende des Kontaktelementes mit einer gut lötbaren Beschichtung und das andere Ende mit ei¬ ner gut leitfähigen Beschichtung versehen ist.
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