用于生產(chǎn)防止錫晶須形成的電觸頭元件的方法及觸頭元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于制造電觸頭元件的方法，通過(guò)該方法能夠防止錫晶須的形 成，特別是在壓入連接件中。本發(fā)明還進(jìn)一步涉及一種相應(yīng)的觸頭元件。
【背景技術(shù)】
[0002] 在電子電路中使用錫作為導(dǎo)電材料通常會(huì)引起正如能被充分了解到的所謂的錫 晶須的產(chǎn)生，也就是說(shuō)，主要形成在帶有無(wú)鉛錫涂層表面上的錫的針狀形成。那些晶須可以 具有達(dá)到Imm的長(zhǎng)度，并且，在極端的情況下，長(zhǎng)度可以達(dá)到2mm。它們是導(dǎo)電的，并且因此 能夠?qū)е露搪?，例如，在組裝的印刷電路板上。在這種情況下，10_50mA的電流可以流過(guò)晶 須，直到晶須在最大容許電流密度下雖不熔化但是斷裂為止。作為不斷增加的小型化的結(jié) 果，部件連接部之間的空間已經(jīng)下降到幾百微米，而這一距離是錫晶須很容易跨越的距離。 作為不斷增加的電子電路的小電流消耗的結(jié)果，由于錫晶須一般不再被短路情況中流過(guò)的 電流破壞，所以也不存在自清潔效應(yīng)。
[0003] 錫晶須的發(fā)生尤其通過(guò)機(jī)械應(yīng)力的動(dòng)作、通過(guò)錫層中或連接部中（其接著傳遞至 錫層）的內(nèi)部機(jī)械應(yīng)力、通過(guò)高溫和高的空氣濕度而促進(jìn)生成。
[0004] 因此，如果將安裝狀態(tài)中的錫涂層暴露于持久的機(jī)械壓力加載下，由于錫晶須導(dǎo) 致的部件失效特別經(jīng)常地發(fā)生。這種情況通常發(fā)生在，例如，在壓入接觸部、薄膜導(dǎo)體接觸 部以及注塑成型的錫表面的情況下。
[0005] -種已知的減少錫晶須形成的方法，涉及向錫金屬涂層中添加鉛。然而，由于ROHS 指南的介紹（歐洲議會(huì)和委員會(huì)的2011年6月8日提出的關(guān)于在電氣和電子裝置中限制 使用特種危險(xiǎn)物質(zhì)的指南2011/65/EU，公報(bào)EU(2011)第L174號(hào)，第88-110頁(yè)），這種低 晶須錫/鉛合金現(xiàn)在僅在例外的情況中被允許，并且在中期被完全禁止應(yīng)用在插頭連接器 領(lǐng)域。雖然，其它的錫合金，比如，例如銀/錫，及各種回火步驟的使用已經(jīng)抑制了晶須的生 長(zhǎng)，但是，它們不能完全防止晶須的產(chǎn)生從而經(jīng)常會(huì)存在短路形成的殘留風(fēng)險(xiǎn)。
[0006] 然而，特別在汽車領(lǐng)域中，關(guān)于晶須形成的安全必須遵守高要求。
[0007] 因此，如果在相對(duì)于配合觸頭的直接接觸區(qū)域內(nèi)錫的存在被完全消除，并且進(jìn)一 步，例如，將具有有機(jī)表面保護(hù)（OSP)或涂覆銀的表面的印刷電路板孔選擇為配合觸頭，那 么晶須的形成就能夠完全防止。
[0008] 在這種情況下，可以考慮，比如，接觸層包含鎳。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將壓入觸頭被 壓入時(shí)，傳統(tǒng)的鎳涂層需要過(guò)高的插入力，使得壓入觸頭本身之后可能發(fā)生變形或使所述 印刷電路板孔變得過(guò)度損傷。
[0009] 因此，需要一種用于制造電觸頭元件的方法以及電觸頭元件，其一方面能夠大大 減少錫晶須的形成，而另一方面，在壓入式觸頭的產(chǎn)生期間，允許足夠大的保持力以及同時(shí) 允許低的壓入力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 這一目的通過(guò)本專利獨(dú)立權(quán)利要求的主題來(lái)實(shí)現(xiàn)。本方面的從屬權(quán)利要求涉及本 發(fā)明的優(yōu)化發(fā)展。
[0011] 本發(fā)明基于在電觸頭元件的接觸區(qū)域中完全去除錫并且替代地使用不趨向于形 成晶須的另一種金屬的觀念。這種金屬涂層通常比錫的延展性小的缺點(diǎn)將被克服，因?yàn)樵?接觸層具有通過(guò)粗糙度形成隆起（elevated by roughness)的外表面，該外表面適于以永 久的方式接收潤(rùn)滑劑。作為這種存儲(chǔ)潤(rùn)滑劑的結(jié)果，在實(shí)際電接觸期間，能夠?qū)崿F(xiàn)壓入力的 大幅減小。凹槽防止?jié)櫥瑒]發(fā)或緩慢流失，在凹槽中潤(rùn)滑劑被引入，其中例如，在導(dǎo)引進(jìn) 配合觸頭中期間，潤(rùn)滑劑能夠展現(xiàn)其效果。
[0012] 在插入操作期間，潤(rùn)滑劑被移位，使得它不會(huì)在實(shí)際電接觸期間構(gòu)成障礙。在觸頭 元件的存儲(chǔ)期間，所存儲(chǔ)的潤(rùn)滑劑還提供了防止污染和腐蝕的優(yōu)點(diǎn)。
[0013] 特別地，接觸層表面可以施加油，其中油的運(yùn)動(dòng)學(xué)粘度值在I. 5mm2/s到680mm2/s 之間。
[0014] 可以被認(rèn)為用來(lái)制造該電觸頭元件的基材包括，例如，銅、錫青銅、黃銅、高強(qiáng)度黃 銅以及各種銅合金，例如CuNi、CuMn、CuNiSi或CuAl合金。此外，也可使用弱合金銅合金， 例如，CuFe2P。根據(jù)本發(fā)明的無(wú)錫接觸層金屬涂層可以優(yōu)選由鎳制造，但也可以由，例如， 鐵、鈷、銠、銥、鈀、銀或包含這些元素的合金制造。
[0015] 為了產(chǎn)生能夠存儲(chǔ)潤(rùn)滑劑的所期望的裂隙面，該接觸層可以具有金字塔形、錐形、 球形和/或塊形的隆起（elevation) 〇
[0016] 為了產(chǎn)生這些隆起，有多種可能方法。首先，接觸層可以已經(jīng)被建立為使得接觸層 具有相應(yīng)的隆起，在這些隆起之間能夠存儲(chǔ)潤(rùn)滑劑。如果該接觸層，例如，通過(guò)金屬涂層而 產(chǎn)生，那么該金屬涂層的參數(shù)，比如，例如，酸度或不同的結(jié)晶核及催化劑的存在的程度，可 以以建立相應(yīng)結(jié)構(gòu)的方式進(jìn)行選擇。然而，可替換地，相應(yīng)的粗糙度也能夠通過(guò)不同的物理 或化學(xué)材料移除方法而形成。例如，合適的蝕刻步驟可以導(dǎo)致相應(yīng)的表面結(jié)構(gòu)。
[0017] 接觸層中相應(yīng)的隆起具有在0.4μπι到ΙΟμπι之間的典型高度。能夠示出，對(duì)于 0. 8 μπι到5 μπι之間的值可以實(shí)現(xiàn)最佳效果。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的有利發(fā)展，至少一個(gè)中間層能夠應(yīng)用在基材與接觸層之間。帶有這 種中間層，能夠改進(jìn)接觸層到基材的粘附。例如，在鎳接觸層的情況下，中間層可以由表面 粗糙度比接觸層小的鎳層形成。在其它接觸層金屬涂層的情況下，中間層可以包括相同材 料或不同的材料。
[0019] 如果電觸頭元件是壓入觸頭元件、插頭型觸頭元件、注塑成型觸頭元件、焊接連接 件或薄膜導(dǎo)體觸頭元件，那么根據(jù)本發(fā)明的觸頭元件的優(yōu)良性能能夠被特別有效地利用。 在所有的這些應(yīng)用中，晶須形成是失效的特別有問(wèn)題的原因。特別在與觸頭彈簧進(jìn)行組合 的情況下，當(dāng)在該配合觸頭的側(cè)面上使用銀或金層時(shí)可以實(shí)現(xiàn)完全避免晶須，或者是在該 配合觸頭側(cè)上有錫層的情況下，如果該配合觸頭側(cè)處于較低機(jī)械應(yīng)力下，由于晶須形成導(dǎo) 致的失效風(fēng)險(xiǎn)仍然能夠大幅降低。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 為了更好地理解本發(fā)明，將參考下面的【附圖說(shuō)明】的實(shí)施例來(lái)更加詳細(xì)地進(jìn)行解 釋。相同部件用相同的附圖標(biāo)記表示，并且使用相同的部件名稱。此外，來(lái)自所示出和描述 的實(shí)施例中的單個(gè)特征或特征的結(jié)合還可以是創(chuàng)造性的方案或其本身獨(dú)立的根據(jù)本發(fā)明 的方案。
[0021] 在附圖中：
[0022] 圖1是在基材上的接觸層的截面示意圖；
[0023] 圖2是在基材上的接觸層和中間層的截面示意圖；
[0024] 圖3是接觸層表面在涂覆潤(rùn)滑劑之前的電子掃描顯微鏡圖像；
[0025] 圖4是壓入觸頭在壓入到印刷電路板之前的示意圖；
[0026] 圖5是壓入觸頭在完全地組裝狀態(tài)下的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面首先意于參考圖1來(lái)更加詳細(xì)地解釋本發(fā)明。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明所述方法的起始點(diǎn)是基材100?；?00可以是條形導(dǎo)體或者可以 是插銷等，并且包括，例如，銅或銅合金，例如，錫青銅、黃銅、高強(qiáng)度黃銅或CuNi、CuMn、 CuNiSi、CuAl 合金。
[0029] 當(dāng)前的圖1和圖2僅僅顯示了對(duì)于電接觸重要的區(qū)域，即，例如，與觸頭孔接觸的 壓入式插銷的區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明，形成接觸層102的無(wú)錫金屬涂層在該區(qū)域中被施加到基 材 100〇
[0030] 根據(jù)本發(fā)明，接觸層102的表面通過(guò)限定的凹槽104和隆起106構(gòu)成。該裂隙表 面允許將潤(rùn)滑劑（在附圖中未示出）保留在接觸層102的表面上以便能夠長(zhǎng)時(shí)間的存儲(chǔ)。 隆起106可以根據(jù)它們是如何產(chǎn)生的而具有極其不同的形狀。它們可以被構(gòu)造成，例如， 金字塔形、錐形、球形或塊形或柱形。凹槽104與隆起106之間的高度差一般在0. 4 μπι到 IOym之間。在最佳情況下，這種粗糙度可以在0.8μηι到5μηι之間。如果具有1.5mm2/s 到680mm2/s之間粘度的潤(rùn)滑劑與以這種方式構(gòu)造的接觸層102的表面結(jié)合使用，施加的油 能夠長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)并且不會(huì)負(fù)面地影響隨后的壓入操作。潤(rùn)滑劑可以包括，例如，高粘性油。 應(yīng)用中，潤(rùn)滑劑與高流動(dòng)性的溶劑進(jìn)行混合，該溶劑用作載體物質(zhì)且在應(yīng)用之后至少部分 地?fù)]發(fā)。
[0031] 用于防止錫晶須重要的方面是在于，在實(shí)際的接觸區(qū)域中（在圖1和2中示出）， 在直接表面上沒(méi)有錫涂層。為此，接觸層102由，例如，鐵、鈷、鎳、銠、銥、鈀、