DE102011052499A1

DE102011052499A1 - Verfahren zur Verbesserung des Übergangswiderstandes in einer elektrischen Verbindung zwischen zwei Kontaktelementen und Bauteil mit einer elektrischen Verbindung zwischen zwei Kontaktelementen

Info

Publication number: DE102011052499A1
Application number: DE102011052499A
Authority: DE
Inventors: Helge Schmidt; Uwe Bluemmel
Original assignee: Tyco Electronics AMP GmbH
Current assignee: TE Connectivity Germany GmbH
Priority date: 2011-08-08
Filing date: 2011-08-08
Publication date: 2013-02-14
Also published as: JP6274667B2; US20140194015A1; TW201320509A; EP2742168A1; JP2014525643A; IN2014CN01760A; EP2742168B1; CN103732793A; WO2013020947A1; CN103732793B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung des Übergangswiderstandes in einer elektrischen Verbindung, insbesondere einer Quetschverbindung, zwischen zwei Kontaktelementen (1, 2). Bei wiederholten mechanischen oder thermischen Belastungen weisen solche Verbindungen, insbesondere Verbindungen mit kleinem Querschnitt oder aus weichem Material einen im Laufe der Zeit ansteigenden Übergangswiderstand auf. Erfindungsgemäß wird der Übergangswiderstand verbessert, indem auf mindestens eine Kontaktfläche (3, 4) eines Kontaktelements (1, 2) eine chemisch reduzierende Substanz (6) aufgebracht wird, die die Kontaktfläche (3, 4) aktiviert und somit die Leitfähigkeit und die Kaltverschweißungsdichte erhöht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung des Übergangswiderstandes in einer elektrischen Verbindung, insbesondere einer Quetschverbindung, zwischen zwei Kontaktelementen. Ferner betrifft die Erfindung ein Bauteil umfassend zwei Kontaktelemente, zwischen denen eine elektrische Verbindung besteht, speziell eine Quetschverbindung, insbesondere eine Crimpverbindung zwischen einem Draht und einem Crimpkontakt.
Verbindungen zwischen zwei elektrisch leitenden Kontaktelementen, insbesondere Verbindungen, die durch plastische Verformung, beispielsweise Quetschen, von mindestens einem Kontaktelement hergestellt werden, wie zum Beispiel Verbindungen zwischen einem Draht oder einer Litze und einem Crimpelement, können einen im Lauf der Zeit stark anwachsenden Übergangswiderstand aufweisen. Insbesondere wenn die Kontaktelemente mechanischen Einflüssen, wie zum Beispiel Bewegungen oder Zug-/Biegespannungen, oder thermischen Belastungen, wie zum Beispiel ständig wechselnden Temperaturen, unterworfen sind, und/oder die Drähte einen kleinen Querschnitt aufweisen und/oder aus einem weichen Material bestehen, tritt dieser Effekt vermehrt auf. Durch den ansteigenden Übergangswiderstand kann ein angeschlossener Stromkreis in seiner Funktion beeinträchtigt werden oder ausfallen.
Die Erfindung soll insbesondere eine langzeitstabile Verbindung schaffen, die auch nach mehreren hundert Kalt-/Warm-Zyklen mit Zugbelastung keinen wesentlichen Anstieg im Übergangswiderstand aufweist. Eine solche Belastung wird beispielsweise durch den Slow Motion Bending Test (SMBT), der in der Automobilindustrie als Standardtest benutzt wird, simuliert.
Um eine solche langzeitstabile elektrische Verbindung zwischen zwei Bauteilen herzustellen, wird oftmals auf eine Lötverbindung zurückgegriffen. Die Herstellung dieser Verbindung verursacht jedoch eine thermische Belastung für die Bauteile. Des Weiteren enthalten viele Lote Schwermetalle, sie stellen also eine Belastung für die Umwelt dar. Auch der Arbeitsaufwand zur Herstellung einer solchen Lötverbindung ist relativ groß.
In der US 5,225,066 ist ein Verfahren zur Herstellung einer langzeitstabilen elektrischen Verbindung zwischen einem Draht und einem Crimpkontakt dargestellt, wobei die Materialien des Drahts und Crimpkontakts verschiedene Redoxpotentiale aufweisen müssen. Nach dem Einbringen eines Elektrolyten zwischen Draht und Crimpkontakt startet eine Migration eines Metalls durch den Elektrolyten auf das andere Metall und es entstehenden verbrückende Metallverbindungen zwischen Draht und Crimpkontakt. Dazu ist es notwendig, dass Draht, Crimpkontakt und Elektrolyt gleichzeitig in Kontakt stehen. Eine Verbindung zwischen zwei Kontaktelementen, die aus Materialien mit ähnlichem oder gleichem Redoxpotential, insbesondere aus dem gleichen Material, gefertigt sind, ist damit nur schwer bzw. gar nicht möglich.
Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere langzeitstabile elektrische Verbindung zwischen zwei Kontaktelementen herzustellen, die durch plastische Verformung, beispielsweise durch Crimpen, nur formschlüssig oder kraftschlüssig, aber nicht stoffschlüssig verbunden werden, insbesondere auch für den Fall, dass die Kontaktelemente aus Materialien mit ähnlichem oder gleichem Redoxpotential bestehen, wobei eine thermische Belastung oder eine Gefahr für die Umwelt ausgeschlossen sein soll.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass auf mindestens eine Kontaktfläche eines Kontaktelementes eine chemisch reduzierende Substanz aufgebracht wird.
Durch diese Maßnahme wird eine auf der Kontaktfläche vorhandene Oxidschicht reduziert und die Leitfähigkeit und Kaltverschweißungsdichte erhöht.
Im Gegensatz zu den im Stand der Technik beschriebenen Methoden ist es dabei nicht notwendig, dass die beiden Kontaktelemente und die Substanz gleichzeitig in Kontakt stehen. Jedes der Kontaktelemente kann einzeln für sich behandelt werden.
Zusätzlich ist es möglich, zwei Kontaktelemente, die aus Materialien mit ähnlichem oder gleichem Redoxpotential, insbesondere aus dem gleichen Material, bestehen, zu verbinden.
Die erfindungsgemäße Lösung kann mit den folgenden weiteren, jeweils für sich vorteilhaften Ausgestaltungen beliebig kombiniert und weiter verbessert werden.
Um die Wirkung zu kontrollieren, kann die chemisch reduzierende Substanz verdünnt werden. Dies kann die Kosten senken. Zusätzlich können weitere Substanzen in die chemisch reduzierende Substanz oder das Lösungsmittel eingebracht werden, die zusätzliche Wirkungen haben. Beispielsweise können solche Zusätze entfettend oder leitend wirken.
Das Aufbringen der chemisch reduzierenden Substanz kann mittels verschiedener Techniken, zum Beispiel Druck-, Tauch-, Sprüh- oder Malertechnologien, erfolgen. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn die Kontaktfläche nur teilweise selektiv mit der Substanz behandelt wird, da dadurch Zeit und Material eingespart wird.
Die chemisch reduzierende Substanz kann auf der Kontaktfläche verbleiben, was einen zusätzlichen Schritt zum Entfernen der Substanz einspart. Dadurch kann der Zeit-, Arbeits- und Kostenaufwand gesenkt werden. Insbesondere wenn die Substanz auf nur eine Kontaktfläche aufgebracht wird und dies vor dem Kontaktierungsschritt stattfindet, wird der Aufwand auf ein Minimum eingeschränkt. Durch das Verbleiben der Substanz in der Verbindung wird eine erneute Oxidation der Kontaktflächen, eine Verschmutzung oder das Eindringen von Flüssigkeiten, wie zum Beispiel Wasser verhindert. Nichtsdestotrotz kann es bei vielen Anwendungen von Vorteil sein, wenn die reduzierende Substanz vor dem Kontaktierungsschritt entfernt wird. Um eine zwischenzeitliche Oxidation der Oberfläche zu verhindern, ist es in diesem Fall notwendig, dass die Zeitspanne zwischen Entfernen der chemisch reduzierenden Substanz und dem Kontaktierungsschritt möglichst kurz gehalten wird oder die dazwischen liegenden Arbeitsschritte in einer sauerstofffreien Atmosphäre stattfinden.
Um den Zeitaufwand bei der Montage zu verringern, kann das Aufbringen der chemisch reduzierenden Substanz gleichzeitig mit dem Kontaktierungsschritt, zum Beispiel dem Quetschvorgang erfolgen. Beispielsweise ist es möglich, die chemisch reduzierende Substanz mittels einer Mikrodosiervorrichtung auf eine der Kontaktflächen aufzubringen.
Die chemisch reduzierende Substanz kann schon bei der Herstellung der Kontaktelemente oder in einem vorhergehenden Arbeitsschritt mit aufgebracht werden. Beispielsweise können Drähte schon die chemisch reduzierende Substanz enthalten oder sie kann in Stanzöl, das beispielsweise bei der Herstellung von Crimpkontakten verwendet wird, enthalten sein.
Bei der chemisch reduzierenden Substanz kann es sich um eine Säure handeln. Durch die Säure wird eine Kontaktfläche eines Kontaktelementes, insbesondere bei Metallen, angeätzt und die Oberfläche aufgeraut, was die aktive Oberfläche und somit die Kaltverschweißungsdichte weiter erhöht. Des Weiteren befinden sich in der Säure Ionen, so dass eine elektrische Leitfähigkeit zwischen den Kontaktflächen sichergestellt ist, auch wenn die chemisch reduzierende Substanz nach dem Wirkschritt auf den Kontaktflächen verbleibt. Insbesondere mineralische Säuren haben einen ausgeprägten Säurecharakter und führen deshalb zu einer starken Ätzwirkung bei gleichzeitig hoher Konzentration an Ionen.
In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens wird als chemisch reduzierende Substanz eine organische Säure benutzt. Diese bietet den Vorteil, dass sie meist nicht toxisch für den Menschen und die Umwelt ist. Des Weiteren sind organische Säuren meist nur schwach sauer, was verhindert, dass die Kontaktflächen, die meistens aus Metallen bestehen, unnötig stark angegriffen werden. Organische Säuren sind meist auch einfach und mit geringen Anforderungen an die Sicherheit zu beschaffen und zu lagern. Insbesondere der Einsatz von langkettigen organischen Säuren kann vorteilhaft sein, da diese keinen Geruch aufweisen und meist cremeartig oder wachsartig sind. Diese Konsistenz in Kombination mit der geringen Säurestärke macht sie besonders geeignet für Anwendungen, bei denen die chemisch reduzierende Substanz in der Verbindung verbleiben soll. Beispiele für solche organischen Säuren sind Palmölsäure, Fettsäure, Pimelinsäure, Adipinsäure, Glutarsäure, Malonsäure und Bernsteinsäure.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die chemisch reduzierende Substanz mehrere reduzierend wirkende funktionelle Gruppen aufweist, da dadurch die Wirkung verstärkt wird.
Die chemisch reduzierende Substanz kann nur schwach sauer oder schwach basisch sein, d. h. ihr pH-Wert ist im Bereich von 4,5 bis 9,5. Dies bietet den Vorteil, dass trotz der reduzierenden Wirkung auf die Oxidschicht die darunter liegende Kontaktfläche, meistens ein Metall, nur sehr wenig angegriffen wird. Dies führt dazu, dass auch bei längerem Einwirken, zum Beispiel beim Verbleiben der chemisch reduzierenden Substanz in der Verbindung, eine gut steuerbare Wirkung auftritt.
In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens handelt es sich bei der chemisch reduzierenden Substanz um ein Flussmittel. Diese sind in der Elektrik und Elektronik zur Herstellung von Lötverbindungen weit verbreitet und bekannt. Somit liegt schon ein breites Wissen über die Eigenschaften, insbesondere die Verträglichkeit mit verschiedenen Materialien, vor. Die Auswahl eines Flussmittels kann also auf die zu verbindenden Kontaktelemente abgestimmt werden. Solche Flussmittel können neben chemisch reduzierenden Substanzen noch weitere Substanzen enthalten oder andere vorteilhafte Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise können Flussmittel zusätzlich entfettend wirken, was die elektrische Verbindung zwischen den Kontaktelementen weiter verbessert. Im Gegensatz zu Lötverbindungen werden die verbindenden Kontaktelemente aber anschließend nicht mittels eines zusätzlichen Lotes stoffschlüssig verbunden. Insbesondere ist es nicht notwendig, die Verbindungsstelle zu erwärmen.
Um eine elektrische Verbindung zu gewährleisten, insbesondere wenn die chemisch reduzierende Substanz auf den Kontaktflächen verbleibt, ist es vorteilhaft, wenn sie gleichzeitig elektrisch leitfähig ist. Beispielsweise kann sie Ionen oder andere freie Ladungsträger enthalten oder es können zusätzliche elektrisch leitfähige Teilchen in die Substanz eingebettet sein. Als besonders geeignet erscheinen zum Beispiel Säuren oder Elektrolyte. Die Ionen oder freien Ladungsträger können auch erst durch die Reaktion mit der Oxidschicht entstehen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens liegt die chemisch reduzierende Substanz in einer cremeartigen oder wachsartigen Konsistenz vor. Dies erleichtert das Aufbringen der Substanz und stellt sicher, dass die Substanz im weiteren Verlauf des Verfahrens auf der Kontaktfläche bleibt und nicht abtropft oder abdampft. Speziell wenn zwischen dem Aufbringen der Substanz und dem Verbindungsschritt ein längerer Zeitraum liegt, ist somit sichergestellt, dass noch genügend chemisch reduzierende Substanz auf der Kontaktfläche vorhanden ist. Die Konsistenz kann entweder eine inhärente Eigenschaft der chemisch reduzierenden Substanz sein, etwa aufgrund einer langkettigen oder verzweigten chemischen Struktur, oder durch Zusatz von Stoffen, die die Konsistenz erhöhen oder erniedrigen, erreicht werden. Beispielsweise können Verdickungsmittel oder Lösungsmittel zugesetzt werden. Aufgrund von Fertigungsvorgaben kann auch eine härtere Konsistenz gewünscht sein. Ebenso kann es wünschenswert sein, dass die Substanz in einer flüssigen Form vorliegt, was zum Beispiel das Aufbringen oder Entfernen der Substanz erleichtert.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung des Verfahrens kann die chemisch reduzierende Substanz in Submillimeter- oder Submikrometerkügelchen eingekapselt sein, die unter Druck aufbrechen. Damit kann erzielt werden, dass die chemisch reduzierende Substanz erst bei einem Quetschvorgang austritt und somit nur auf die Kontaktflächen wirkt. Zusätzlich ist damit gewährleistet, dass möglichst wenig der chemisch reduzierenden Substanz verschwendet wird.
Um den Übergangswiderstand zu verbessern, kann alternativ oder zusätzlich mindestens eine Kontaktfläche eines Kontaktelements durch Plasmastrahlreinigung gereinigt oder aktiviert werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand vorteilhafter Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Die beschriebenen Ausführungsformen stellen dabei lediglich mögliche Ausgestaltungen dar, bei denen jedoch die einzelnen Merkmale, wie oben beschrieben ist, unabhängig voneinander realisiert oder weggelassen werden können.
Es zeigen:
1 eine schematische Perspektivansicht eines erfindungsgemäß ausgestalteten Verfahrens;
2 eine schematische Schnittzeichnung durch ein Bauteil, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wurde.
Zunächst wird das erfindungsgemäße Verfahren mit Hilfe von 1 erläutert. Ein erstes Kontaktelement 1, hier dargestellt als Draht 1a, soll im Bereich seiner Kontaktfläche 3 in elektrischen Kontakt mit einem zweiten Kontaktelement 2, hier dargestellt als Crimpelement 2a, gebracht werden, indem die Kontaktfläche 3 des ersten Kontaktelementes 1 in Verbindung mit der Kontaktfläche 4 des zweiten Kontaktelementes 2 gebracht wird. Das erste Kontaktelement 1 weist neben der Kontaktfläche 3 noch einen isolierenden Bereich 5 auf. Die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kontaktelement 1 und dem zweiten Kontaktelement 2 wird dadurch hergestellt, dass die Kontaktfläche des ersten Kontaktelementes 3 in die Kontaktfläche des zweiten Kontaktelementes 4 gelegt wird und anschließend die Kontaktfläche des zweiten Kontaktelementes 4 durch plastische Verformung, beispielsweise Quetschen, um die Kontaktfläche des ersten Kontaktelementes 3 gebogen wird. Erfindungsgemäß wird auf mindestens eine der Kontaktflächen 3, 4 eine chemisch reduzierende Substanz aufgebracht. Dies kann insbesondere vor oder während der Kontaktierung erfolgen.
Die chemisch reduzierende Substanz 6 kann mittels verschiedenster Technologien aufgebracht werden. Beispielsweise kann sie durch Druck-, Tauch-, Sprüh- oder Malertechnologien auf eine der Kontaktflächen 3, 4 appliziert werden.
Um Zeit- und Materialaufwand gering zu halten und nur eine kleine Fläche zu behandeln, können diese Technologien auch nur auf Teilbereiche einer der Kontaktflächen 3, 4 selektiv angewandt werden.
Das Aufbringen der chemisch reduzierenden Substanz kann dabei auch in einem Arbeitsschritt mit dem Herstellen der Quetschverbindung erfolgen. Vorteilhaft ist dies, wenn die chemisch reduzierende Substanz 6 in der Verbindung verbleiben soll. Eine solch dauerhaft aufgebrachte chemisch reduzierende Substanz verhindert, dass eine der Kontaktflächen 3, 4 im Lauf der Lebensdauer des Bauteils erneut oxidiert oder die bei Quetschverbindungen auftretenden Hohlräume verschmutzen. Somit ist eine permanent elektrisch gut leitende Verbindung sichergestellt. Falls die chemisch reduzierende Substanz 6 nicht in der Verbindung verbleiben soll, ist es einfach möglich, diese nach dem Wirkschritt zu entfernen. Insbesondere die Tatsache, dass die chemisch reduzierende Substanz 6 auf nur ein einziges Kontaktelement 1, 2 aufgebracht werden kann, erleichtert eine solche Säuberung. Beispielsweise können beide Kontaktelemente 1, 2 vor dem Verbindungsschritt mit der chemisch reduzierenden Substanz 6 behandelt werden, und die Kontaktelemente 1, 2 anschließend von der chemisch reduzierenden Substanz 6 befreit werden, so dass das fertige Bauteil die chemisch reduzierende Substanz 6 nicht enthält.
Als chemisch reduzierende Substanz 6 können vorzugsweise Säuren benutzt werden. Zusätzlich zu der chemischen Reduktion der Oxidschicht ätzen diese Säuren die Kontaktfläche 3, 4 an, wodurch die Oberfläche aufgeraut wird und die Kaltverschweißungsdichte zusätzlich erhöht wird. Des Weiteren stellen Säuren freie Ladungsträger, zum Beispiel Ionen, zur Verfügung, wodurch die elektrische Leitfähigkeit zwischen den beiden Kontaktflächen 3, 4 sichergestellt ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung des Verfahrens werden organische Säuren als chemisch reduzierende Substanz 6 benutzt. Organische Säuren sind meist weniger gefährlich für Mensch und Umwelt, da sie weniger toxisch sind und eine geringere Säurestärke aufweisen. Da organische Säuren oft natürlich vorkommen, ist eine energie- und kostenintensive Herstellung nicht notwendig. Des Weiteren können organische Säuren oftmals leichter verarbeitet und gelagert werden.
Da organische Säuren meist weniger aggressiv wirken, werden nur die dünnen Oxidschichten auf dem Metall reduziert, während die Metalle verschont bleiben. Dadurch ist bei der Verwendung von organischen Säuren eine gezielte Kontrolle der Wirkung möglich, insbesondere auch dann, wenn sie permanent in der Verbindungsstelle verbleiben. Beispiele für solche organischen Säuren sind Palmölsäure, Fettsäure, Pimelinsäure, Adipinsäure, Glutarsäure, Malonsäure und Bernsteinsäure. Insbesondere ist es auch möglich, Mischungen dieser Säuren zu benutzen.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden langkettige organische Säuren benutzt. Diese sind im Gegensatz zu kürzeren organischen Säuren geruchlos und aufgrund ihrer langkettigen Struktur cremeartig oder wachsartig, was die Verarbeitung und ein dauerhaftes Verbleiben in der Verbindungsstelle erleichtert.
Die chemisch reduzierende Substanz 6 kann in verschiedenen Aggregatszuständen vorliegen. Beispielsweise kann sie flüssig sein, was ein Aufbringen mittels Tauchtechnik und ein späteres Entfernen aus der Verbindungsstelle ermöglicht. Bei bestimmten Produktionsverfahren kann allerdings ein Vorliegen der chemisch reduzierenden Substanz 6 in einer festen Form vorteilhaft sein. Insbesondere ist es auch möglich, dass die Substanz cremeartig oder wachsartig vorliegt, was die Verarbeitung erleichtern kann, da sie dann an der Kontaktfläche 3, 4 haften bleibt und nicht abtropft oder verdunstet. Wenn die Substanz dauerhaft in der Verbindungsstelle verbleibt, ist durch diese Konsistenz ein permanenter Kontakt gewährleistet. Um diese gewünschte Konsistenz zu erreichen, kann die chemisch reduzierende Substanz 6 mit zusätzlichen Stoffen versetzt werden, beispielsweise können Verdickungsmittel oder Lösungsmittel die Konsistenz erhöhen bzw. erniedrigen.
Für eine definierte Wirkung oder um Material zu sparen, kann die Substanz verdünnt werden. Um zusätzliche Effekte zu erzielen, können zu der Substanz oder dem Lösungsmittel weitere Stoffe zugegeben werden, die weitere Funktionen erfüllen. So können etwa diese Beimischungen die elektrische Leitfähigkeit weiter erhöhen, indem sie freie Ladungsträger bereitstellen, oder sie können entfettend wirken.
Die Wirkung der chemisch reduzierenden Substanz 6 kann weiter gesteigert werden, indem Stoffe benutzt werden, die mehrere chemisch reduzierende funktionelle Gruppen aufweisen. Beispielweise können mehrprotonige Säuren benutzt werden.
Da die Kontaktelemente 1, 2 oftmals aus Metallen bestehen, ist es vorteilhaft, wenn die chemisch reduzierende Substanz 6 nur schwach sauer oder basisch ist, d. h. einen pH-Wert von 4,5 bis 9,5 aufweist. Dadurch wird verhindert, dass diese Metalle durch die Substanz angegriffen werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens handelt es sich bei der chemisch reduzierenden Substanz 6 um ein Flussmittel. Da Flussmittel in der Elektrik und Elektronik schon weit verbreitet sind, sind deren Eigenschaften, insbesondere Wechselwirkungen mit verschiedenen Metallen, gut bekannt. Es existiert eine große Auswahl an verschiedenen Flussmitteln für verschiedene Materialien und Materialkombinationen, sowie für verschiedene Einsatzbereiche. Das Flussmittel kann also auf die benutzten Materialien und den geplanten Einsatz abgestimmt werden. Da Flussmittel oftmals auch in weiteren Produktionsschritten eingesetzt werden, braucht kein zusätzliches chemisch reduzierendes Mittel eingesetzt werden. Dies reduziert den Materialeinsatz, die Lagerkosten und den Arbeitsaufwand.
Insbesondere falls die chemisch reduzierende Substanz 6 in der Verbindung verbleiben soll, ist es vorteilhaft, wenn sie elektrisch leitfähig ist. Dies gewährleistet eine elektrische Verbindung auch an Stellen, an denen kein direkter Kontakt zwischen den Kontaktflächen 3, 4 besteht. Die elektrische Leitfähigkeit zwischen den Kontaktelementen 1, 2 wird somit weiter verbessert.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist die chemisch reduzierende Substanz 6 in Submillimeter- oder Submikrometer-Kügelchen eingekapselt, welche unter Druck, wie er zum Beispiel beim Quetschen oder Crimpen auftritt, aufbrechen. Durch diese Einkapselung wird erzielt, dass der Wirkstoff nur auf die Kontaktflächen wirkt, was die Belastung für andere Bauteile niedrig hält und unnötigen Materialeinsatz vermeidet. Auch eine anderweitige Reaktion der chemisch reduzierenden Substanz 6, beispielsweise mit anderen Reaktionspartnern oder eine beschleunigte Alterung, wird dadurch verhindert.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Substanz bereits in einem vorherigen Prozessschritt auf eine der Kontaktflächen 3, 4 aufgebracht worden ist. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Substanz in Stanzöl enthalten ist, welches bei der Herstellung eines Kontaktelementes 1, 2 benutzt wird.
In 2 ist ein Querschnitt durch eine Verbindung zwischen zwei Kontaktelementen dargestellt, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde. Das erste Kontaktelement 1 wird von einer Litze 1b gebildet und ist vom zweiten Kontaktelement 2, hier in Form eines Crimpelementes 2a, umschlossen. Das zweite Kontaktelement 2 wurde durch eine Kraft plastisch verformt und klemmt das erste Kontaktelement 1 ein. Dabei werden die einzelnen Drähte 1a der Litze 1b ebenfalls plastisch verformt, so dass die meisten Kontaktflächen der Drähte 3 formschlüssig oder kraftschlüssig an den Kontaktflächen des zweiten Kontaktelementes 4 anliegen. Aufgrund der vorhergehenden Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Kaltverschweißungsdichte an der Grenzfläche zwischen der Kontaktfläche des ersten Kontaktelementes 3 und der Kontaktfläche des zweiten Kontaktelementes 4 erhöht, da diese durch das erfindungsgemäße Verfahren aktiviert wurden und besser aneinander haften. Zusätzlich zu der stärkeren Verbindung zwischen dem ersten Kontaktelement 1 und dem zweiten Kontaktelement 2 kann auch die Verbindung zwischen zwei Drähten 1a des ersten Kontaktelements 1 verbessert werden. Speziell wenn die ganze Litze 1b mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens behandelt wird, wird auch die Verbindung zwischen einer ersten Kontaktfläche 3’ und einer zweiten Kontaktfläche 3’’ des ersten Kontaktelementes verbessert. Um Zeit und Material zu sparen, kann auch nur die Außenseite der Litze 1b mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden.
Da trotz der plastischen Verformung der einzelnen Drähte 1a Hohlräume 7 in der Litze 1b verbleiben, kann durch das Eindringen von Luftsauerstoff die Litze 1b von solchen Stellen aus erneut oxidieren. Auch ein Eindringen von Schmutz oder Flüssigkeiten ist hier möglich. Um dies zu vermeiden, wird in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens die chemisch reduzierende Substanz 6 in einer cremeartigen Konsistenz auf eines der Kontaktelemente 1, 2 vor dem Verbindungsschritt aufgebracht und anschließend die beiden Kontaktelemente 1, 2 durch Quetschen miteinander verbunden. Aufgrund der cremeartigen Konsistenz dringt die chemisch reduzierende Substanz 6 in diese Hohlräume 7 ein und verbleibt dort dauerhaft, wodurch ein Langzeitschutz vor Oxidation, Verschmutzung und dem Eindringen von Flüssigkeiten sichergestellt ist. Durch die Verwendung von nur leicht aggressiven Substanzen kann sichergestellt werden, dass nur die Oxidschichten, aber nicht die Metalle, aus denen die Kontaktelemente bestehen, angegriffen werden.
Um den Arbeitsschritt des Aufbringens einzusparen, kann die chemisch reduzierende Substanz schon bei anderen Arbeitsschritten auf die Kontaktflächen 3, 4 eines der Kontaktelemente 1, 2 aufgebracht worden sein. Beispielsweise kann die chemisch reduzierende Substanz 6 in Stanzöl enthalten sein, welches benutzt wird, um einen Crimpkontakt aus einem Blech zu stanzen. Insbesondere kann die Substanz schon bei der Herstellung einer der Kontaktelemente aufgebracht worden sein.
Um die chemisch reduzierende Substanz 6 nur an den Kontaktflächen 3, 4 während des Quetschschrittes wirken zu lassen, ist in einer besonders vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäße Verfahrens die chemisch reduzierende Substanz 6 in Submillimeter- oder Submikrometer-Kügelchen enthalten, welche erst durch mechanischen Druck aufbrechen und die darin enthaltene chemisch reduzierende Substanz 6 beigeben. Durch die Einkapselung wird zusätzlich verhindert, dass die chemisch reduzierende Substanz 6 vor dem Wirkschritt anderweitig reagiert.
Alternativ zu den oben erwähnten Methoden zur Verbesserung des Übergangswiderstandes oder um diesen Übergangswiderstand weiter zu verbessern, kann wenigstens eine der Kontaktflächen durch Plasmastrahlreinigung gereinigt und aktiviert werden.
2 zeigt auch einen schematischen Querschnitt eines Bauteils 8, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde. Dabei befindet sich an den Kontaktflächen 3, 4 zwischen den beiden Kontaktelementen 1, 2 oder in den Hohlräumen 7 eine chemisch reduzierende Substanz 6. Insbesondere können organische Säuren, Flussmittel oder Submillimeter- oder Submikrometer-Kügelchen in der chemisch reduzierenden Substanz 6 enthalten sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5225066 [0005]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung durch plastische Verformung zwischen wenigstens einer Kontaktfläche eines ersten Kontaktelements (1), beispielsweise eines Drahtes (1a) oder einer Litze (1b) und der Kontaktfläche (4) eines zweiten Kontaktelements (2), dadurch gekennzeichnet, dass eine chemisch reduzierende Substanz (6) auf mindestens eine der Kontaktflächen (3, 4) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die chemisch reduzierende Substanz (6) eine Säure ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Säure eine organische Säure ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die chemisch reduzierende Substanz (6) ein Flussmittel ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz in Submillimeter- oder Submikrometerkügelchen eingekapselt ist, die wenigstens teilweise im plastisch verformten Zustand der einen Kontaktfläche aufgebrochen werden.
Elektrisches Bauteil, das mindestens zwei Kontaktelemente (1, 2) mit mindestens je einer Kontaktfläche (3, 4) enthält, wobei mindestens ein Kontaktelement (1, 2) plastisch verformt wurde, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest auf einem Teil eines Kontaktelements eine chemisch reduzierende Substanz vorhanden ist.
Elektrisches Bauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die chemisch reduzierende Substanz eine Säure ist.
Elektrisches Bauteil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die chemisch reduzierende Substanz eine organische Säure ist.
Elektrisches Bauteil nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die chemisch reduzierende Substanz ein Flussmittel ist.
Elektrisches Bauteil nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in die chemisch reduzierende Substanz Submillimeter- oder Submikrometer-Kügelchen eingebettet ist, die unter Druck aufbrechen.