WO2012049297A1 - Elektrisches kontaktelement - Google Patents

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    • H01R13/02—Contact members
    • H01R13/03—Contact members characterised by the material, e.g. plating, or coating materials
    • H01R13/035—Plated dielectric material

Definitions

  • Suitable contact elements include press-in zones, plug contacts, insulation displacement contacts (IDC) and crimp contacts.
  • the object of the present invention is therefore to provide a contact element in which the risk of whisker formation is largely eliminated.
  • a contact element made of a base material with at least one conductive layer applied thereto, wherein a layer of indium is applied as the conductive layer or one of these layers.
  • pure indium is preferably applied by electroplating, where indium with technologically determined impurities is to be understood as pure indium.
  • a contact element made of a base material having at least one conductive layer applied thereto, wherein as the conductive layer or one of these layers is a layer of indium with an admixture or alloy of at least one of the elements from the group of elements containing copper, silver , Gold, bismuth, nickel, antimony, palladium, iron, carbon or phosphorus is applied.
  • the mixture or alloy can be carried out before the application of the layer, but also by applying the metal layers in succession and subsequent alloying, for example by a heat treatment.
  • an intermediate layer may be applied as a diffusion barrier of at least one of the elements of the group of elements containing nickel, copper, iron and tungsten.
  • a metal such as bronze, brass, copper, nickel or Kup ⁇ fer-nickel-silicon alloys and copper-iron in question.
  • At least one further conductive layer of copper, silver, gold, bismuth, nickel, antimony, palladium or carbon can be applied to the conductive layer.
  • an organic protective layer can be applied as corrosion protection.
  • the deposition or depositing of the metallic layers can be carried out in a galvanic, chemical or melting manner as well as by molecular or gaseous deposition.
  • the contact elements according to the invention can form non-detachable connections due to cold welding, but also partially detachable or repeatedly detachable contacts for repair purposes.
  • a tin and thus a tin-whisker-free coating is proposed, which also meets the required lead-free.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kontaktelement aus einem Basismaterial mit wenigstens einer darauf aufgebrachten leitfähigen Schicht, die aus Indium oder aus Indium mit einer Beimischung oder Legierung von wenigstens einem der Elemente aus der Gruppe von Elementen enthaltend Kupfer, Silber, Gold, Bismut, Nickel, Antimon, Palladium, Eisen, Kohlenstoff und Phosphor besteht.

Description

Beschreibung
ELEKTRISCHES KONTAKTELEMENT In elektrischen und elektronischen Apparaten und Geräten müssen häufig elektrische Verbindungen zwischen verschiedenen elektrischen und/oder elektronischen Bestandteilen der Apparate und Geräte hergestellt werden, welche in vielen Fällen aus dauerhaften Lötverbindungen bestehen.
Es wird jedoch zunehmend üblich, Steckverbindungen vorzusehen, wobei insbesondere bei der Verbindung von elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen mit Leiterplatten Steckverbindungen mittels Einpresstechnik verwendet werden. Hierbei wird ein vorzugsweise elastischer Einpressstift in eine Bohrung der
Leiterplatte eingepresst. Abhängig von den verwendeten Mate¬ rialien und der aufzubringenden Einpresskraft werden zuverlässige elektrische Verbindungen geschaffen. Sowohl der Einpressstift als auch die diesen aufnehmende Öffnung bzw. Buchse müssen mit einem geeigneten elektrisch leitfähigen Material beschichtet sein, so dass beim Einpressen bzw. beim Einstecken ein zuverlässiger und beständiger elektrischer Kontakt zustande kommt. Als Kontaktelemente kommen unter anderem Einpresszonen, Steckkontakte, Schneid-Klemm-Kontakte (IDC) und Crimp-Kontakte in Frage.
Es war und ist teilweise immer noch üblich, für die Oberflä- chenbeschichtungen Zinn/Blei-haltige Materialien zu verwenden, da diese einerseits ausreichend weich sind, um eine gute Verbindung der Kontaktelemente zu gewährleisten und andererseits aufgrund des Bleigehalts eine Whiskerbildung des Zinns zu verhindern. Allerdings muss aufgrund gesetzlicher Vorgaben der Bleigehalt verringert oder gar völlig beseitigt werden . Durch den dann hohen Zinnanteil besteht jedoch die hohe Gefahr von Whiskerbildung, die das Problem von Kurzschlüssen mit sich bringt . Die DE 10 2007 047 007 AI schlägt zur Lösung dieses Problems ein elektrisches Kontaktelement und ein Verfahren zum Herstellen derselben vor, bei dem als äußerste Schicht eines Schichtaufbaus bei einem Kontaktelement eine Legierung aus Zinn und wenigstens einem weiteren Metall aus einer Gruppe von Metallen verwendet wird. Aufgrund des immer noch vorhandenen reinen Zinns im Gefüge bleibt jedoch die Gefahr der Whiskerbildung erhalten.
Die Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, ein Kon- taktelement anzugeben, bei dem die Gefahr von Whiskerbildung weitgehend beseitigt ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Kontaktelement aus einem Basismaterial mit wenigstens einer darauf aufgebrachten leitfähigen Schicht, wobei als leitfähige Schicht oder einer dieser Schichten eine Schicht aus Indium aufgebracht ist. Vorzugsweise wird dabei reines Indium galvanisch aufgebracht, wobei unter reinem Indium auch Indium mit technologisch bedingten Verunreinigungen verstanden werden soll.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Kontaktelement aus einem Basismaterial mit wenigstens einer darauf aufgebrachten leitfähigen Schicht, wobei als leitfähige Schicht oder eine dieser Schichten eine Schicht aus Indium mit einer Beimischung oder Legierung von wenigstens einem der Elemente aus der Gruppe von Elementen enthaltend Kupfer, Silber, Gold, Bismut, Nickel, Antimon, Palladium, Eisen, Kohlenstoff oder Phosphor aufgebracht ist. Die Mischung bzw. Legierung kann dabei bereits vor dem Aufbringen der Schicht erfolgen, jedoch auch durch Aufbringen der Metallschichten nacheinander und nachträglichem Auflegieren beispielsweise durch eine Wärmebehandlung.
Durch die erfindungsgemäßen Kontaktelemente ist eine potentielle Lösung zu der Forderung nach Bleifreiheit der „End of Life Vehicle Directive", 2000/53/EC für „Compliant pin connecting Systems" gelöst. Insbesondere kann dabei auf Zinn oder eine bleifreie Zinnlegierung verzichtet werden, da diese Whiskerwachstum zeigen. Durch die Zinnfreiheit ist außerdem ein Aufschmelzen der Schicht unterhalb typischer Anwendungstemperaturen in der Automobiltechnik von bis zu 150 °C ausgeschlossen. Der niedrigste Schmelzpunkt bei Zinn-Indium-Legierungen ist signifikant niedriger als diese 150°C.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann zwischen dem Basismaterial des Kontaktelements und der leitfähigen Schicht eine Zwischenschicht als Diffusionssperre aus wenigstens einem der Elemente aus der Gruppe von Elementen enthaltend Nickel, Kupfer, Eisen und Wolfram aufgebracht sein.
Als Basismaterial kommt bei Kontaktsteckern bzw. Einpressstiften ein Metall wie Bronze, Messing, Kupfer, Nickel oder Kup¬ fer-Nickel-Silizium Legierungen sowie Kupfer-Eisen in Frage.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann auf die leitfähige Schicht wenigstens eine weitere leitfähige Schicht aus Kupfer, Silber, Gold, Bismut, Nickel, Antimon, Palladium oder Kohlenstoff aufgebracht sein.
Alternativ kann als Korrosionsschutz auch eine organische Schutzschicht aufgebracht sein.
Das Aufbringen bzw. Abscheiden der metallischen Schichten kann auf galvanische, chemische oder schmelztechnische Weise sowie durch molekulare oder gasförmige Abscheidung erfolgen.
Die erfindungsgemäßen Kontaktelemente können je nach gewähltem Material, der Materialdicke und dem Verhältnis der Durchmesser der Kontaktstifte bzw. Einpressstifte und der Buchsen aufgrund von Kaltverschweißung unlösbare Verbindungen ergeben, aber auch zu Reparaturzwecken teilweise lösbare oder wiederholt lösbare Kontakte . Durch die erfindungsgemäßen Kontaktelemente wird also eine Zinn- und damit eine Zinn-Whisker-freie Beschichtung vorgeschlagen, die außerdem die geforderte Bleifreiheit erfüllt.

Claims

Patentansprüche
1. Kontaktelement aus einem Basismaterial mit wenigstens einer darauf aufgebrachten leitfähigen Schicht, dadurch gekennzeichnet,
dass als leitfähige Schicht oder eine dieser Schichten eine Schicht aus Indium aufgebracht ist.
2. Kontaktelement aus einem Basismaterial mit wenigstens einer darauf aufgebrachten leitfähigen Schicht, dadurch gekennzeichnet,
dass als leitfähige Schicht oder eine dieser Schichten eine Schicht aus Indium mit einer Beimischung oder Legierung von wenigstens einem der Elemente aus der Gruppe von Elementen enthaltend Kupfer, Silber, Gold, Bismut, Nickel, Antimon, Palladium, Eisen, Kohlenstoff und Phosphor aufgebracht ist.
3. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Basismaterial und der leitfähigen Schicht eine Zwischenschicht als Diffusions¬ sperre aus wenigstens einem der Elemente aus der Gruppe von Elementen enthaltend Nickel, Kupfer, Silber, Eisen und Wolfram aufgebracht ist.
4. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass direkt auf das Basismaterial eine dünne Schicht aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung aufgebracht ist .
Kontaktelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf die leitfähige Schicht wenigstens eine weitere leitfähige Schicht aus Kupfer, Silber, Gold, Bismut, Nickel, Antimon, Palladium oder Kohlenstoff auf¬ gebracht ist.
6. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf die leitfähige Schicht eine or¬ ganische Schutzschicht aufgebracht ist.
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