用于生产防止锡晶须形成的电触头元件的方法及触头元件技术

本发明专利技术涉及一种用于制造电触头元件的方法，通过该方法能够防止锡晶须的产生，特别是在压入连接件中。本发明专利技术还进一步涉及一种相应的触头元件。该用于制造电触头元件的方法包括如下步骤：提供基材；在该基材上施加至少一个导电接触层；其中该接触层具有外表面，该外表面通过粗糙度形成隆起并且适于接收润滑剂。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于制造电触头元件的方法，通过该方法能够防止锡晶须的形 成，特别是在压入连接件中。本专利技术还进一步涉及一种相应的触头元件。
技术介绍
在电子电路中使用锡作为导电材料通常会引起正如能被充分了解到的所谓的锡 晶须的产生，也就是说，主要形成在带有无铅锡涂层表面上的锡的针状形成。那些晶须可以 具有达到Imm的长度，并且，在极端的情况下，长度可以达到2mm。它们是导电的，并且因此 能够导致短路，例如，在组装的印刷电路板上。在这种情况下，10_50mA的电流可以流过晶 须，直到晶须在最大容许电流密度下虽不熔化但是断裂为止。作为不断增加的小型化的结 果，部件连接部之间的空间已经下降到几百微米，而这一距离是锡晶须很容易跨越的距离。 作为不断增加的电子电路的小电流消耗的结果，由于锡晶须一般不再被短路情况中流过的 电流破坏，所以也不存在自清洁效应。 锡晶须的发生尤其通过机械应力的动作、通过锡层中或连接部中（其接着传递至 锡层）的内部机械应力、通过高温和高的空气湿度而促进生成。 因此，如果将安装状态中的锡涂层暴露于持久的机械压力加载下，由于锡晶须导 致的部件失效特别经常地发生。这种情况通常发生在，例如，在压入接触部、薄膜导体接触 部以及注塑成型的锡表面的情况下。 -种已知的减少锡晶须形成的方法，涉及向锡金属涂层中添加铅。然而，由于ROHS 指南的介绍（欧洲议会和委员会的2011年6月8日提出的关于在电气和电子装置中限制 使用特种危险物质的指南2011/65/EU，公报EU(2011)第L174号，第88-110页），这种低 晶须锡/铅合金现在仅在例外的情况中被允许，并且在中期被完全禁止应用在插头连接器 领域。虽然，其它的锡合金，比如，例如银/锡，及各种回火步骤的使用已经抑制了晶须的生 长，但是，它们不能完全防止晶须的产生从而经常会存在短路形成的残留风险。 然而，特别在汽车领域中，关于晶须形成的安全必须遵守高要求。 因此，如果在相对于配合触头的直接接触区域内锡的存在被完全消除，并且进一 步，例如，将具有有机表面保护（OSP)或涂覆银的表面的印刷电路板孔选择为配合触头，那 么晶须的形成就能够完全防止。 在这种情况下，可以考虑，比如，接触层包含镍。然而，已经发现，当将压入触头被 压入时，传统的镍涂层需要过高的插入力，使得压入触头本身之后可能发生变形或使所述 印刷电路板孔变得过度损伤。 因此，需要一种用于制造电触头元件的方法以及电触头元件，其一方面能够大大 减少锡晶须的形成，而另一方面，在压入式触头的产生期间，允许足够大的保持力以及同时 允许低的压入力。
技术实现思路
这一目的通过本专利独立权利要求的主题来实现。本方面的从属权利要求涉及本 专利技术的优化发展。 本专利技术基于在电触头元件的接触区域中完全去除锡并且替代地使用不趋向于形 成晶须的另一种金属的观念。这种金属涂层通常比锡的延展性小的缺点将被克服，因为该 接触层具有通过粗糙度形成隆起（elevated by roughness)的外表面，该外表面适于以永 久的方式接收润滑剂。作为这种存储润滑剂的结果，在实际电接触期间，能够实现压入力的 大幅减小。凹槽防止润滑剂挥发或缓慢流失，在凹槽中润滑剂被引入，其中例如，在导引进 配合触头中期间，润滑剂能够展现其效果。 在插入操作期间，润滑剂被移位，使得它不会在实际电接触期间构成障碍。在触头 元件的存储期间，所存储的润滑剂还提供了防止污染和腐蚀的优点。 特别地，接触层表面可以施加油，其中油的运动学粘度值在I. 5mm2/s到680mm2/s 之间。 可以被认为用来制造该电触头元件的基材包括，例如，铜、锡青铜、黄铜、高强度黄 铜以及各种铜合金，例如CuNi、CuMn、CuNiSi或CuAl合金。此外，也可使用弱合金铜合金， 例如，CuFe2P。根据本专利技术的无锡接触层金属涂层可以优选由镍制造，但也可以由，例如， 铁、钴、铑、铱、钯、银或包含这些元素的合金制造。 为了产生能够存储润滑剂的所期望的裂隙面，该接触层可以具有金字塔形、锥形、 球形和/或块形的隆起（elevation) 〇 为了产生这些隆起，有多种可能方法。首先，接触层可以已经被建立为使得接触层 具有相应的隆起，在这些隆起之间能够存储润滑剂。如果该接触层，例如，通过金属涂层而 产生，那么该金属涂层的参数，比如，例如，酸度或不同的结晶核及催化剂的存在的程度，可 以以建立相应结构的方式进行选择。然而，可替换地，相应的粗糙度也能够通过不同的物理 或化学材料移除方法而形成。例如，合适的蚀刻步骤可以导致相应的表面结构。 接触层中相应的隆起具有在0.4μπι到ΙΟμπι之间的典型高度。能够示出，对于 0. 8 μπι到5 μπι之间的值可以实现最佳效果。 根据本专利技术的有利发展，至少一个中间层能够应用在基材与接触层之间。带有这 种中间层，能够改进接触层到基材的粘附。例如，在镍接触层的情况下，中间层可以由表面 粗糙度比接触层小的镍层形成。在其它接触层金属涂层的情况下，中间层可以包括相同材 料或不同的材料。 如果电触头元件是压入触头元件、插头型触头元件、注塑成型触头元件、焊接连接 件或薄膜导体触头元件，那么根据本专利技术的触头元件的优良性能能够被特别有效地利用。 在所有的这些应用中，晶须形成是失效的特别有问题的原因。特别在与触头弹簧进行组合 的情况下，当在该配合触头的侧面上使用银或金层时可以实现完全避免晶须，或者是在该 配合触头侧上有锡层的情况下，如果该配合触头侧处于较低机械应力下，由于晶须形成导 致的失效风险仍然能够大幅降低。【附图说明】 为了更好地理解本专利技术，将参考下面的【附图说明】的实施例来更加详细地进行解 释。相同部件用相同的附图标记表示，并且使用相同的部件名称。此外，来自所示出和描述 的实施例中的单个特征或特征的结合还可以是创造性的方案或其本身独立的根据本专利技术 的方案。 在附图中： 图1是在基材上的接触层的截面示意图； 图2是在基材上的接触层和中间层的截面示意图； 图3是接触层表面在涂覆润滑剂之前的电子扫描显微镜图像； 图4是压入触头在压入到印刷电路板之前的示意图； 图5是压入触头在完全地组装状态下的示意图。【具体实施方式】 下面首先意于参考图1来更加详细地解释本专利技术。 根据本专利技术所述方法的起始点是基材100。基材100可以是条形导体或者可以 是插销等，并且包括，例如，铜或铜合金，例如，锡青铜、黄铜、高强度黄铜或CuNi、CuMn、 CuNiSi、CuAl 合金。 当前的图1和图2仅仅显示了对于电接触重要的区域，即，例如，与触头孔接触的 压入式插销的区域。根据本专利技术，形成接触层102的无锡金属涂层在该区域中被施加到基 材 100〇 根据本专利技术，接触层102的表面通过限定的凹槽104和隆起106构成。该裂隙表 面允许将润滑剂（在附图中未示出）保留在接触层102的表面上以便能够长时间的存储。 隆起106可以根据它们是如何产生的而具有极其不同的形状。它们可以被构造成，例如， 金字塔形、锥形、球形或块形或柱形。凹槽104与隆起106之间的高度差一般在0. 4 μπι到 IOym之间。在最佳情况下，这种粗糙度可以在0.8μηι到5μηι之间。如果具有1.5mm2/s 到68本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造电触头元件的方法，包括如下步骤：提供基材；施加至少一个导电接触层至所述基材，其中所述接触层具有外表面，所述外表面通过粗糙度形成隆起并且该外表面适于接收润滑剂。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：H·施密特，S·索斯，
申请(专利权)人：泰科电子AMP有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE