[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明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。本发明还进一步涉及一种相应的触头元件。

背景技术

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1mm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。

一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。

发明内容

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发明的优化发展。

本发明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(elevatedbyroughness)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1.5mm²/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。根据本发明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)。