Difference between revisions of "Beschichtungsverfahren"

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(Kontaktschmiermittel)
(temp edit)
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flüssige und gasförmige Phase vor allem dann an, wenn dünne Schichten im
 
flüssige und gasförmige Phase vor allem dann an, wenn dünne Schichten im
 
μm-Bereich benötigt werden, die nach den üblichen Plattiertechniken nicht
 
μm-Bereich benötigt werden, die nach den üblichen Plattiertechniken nicht
wirtschaftlich herstellbar sind (<xr id="tab:Overview_of_Important_Properties_of_Electroplated_Coatings_and_their_Applications"/><!--(Tab. 7.1)-->). Derartige Schichten erfüllen, abhängig
+
wirtschaftlich herstellbar sind <xr id="tab:Overview_of_Important_Properties_of_Electroplated_Coatings_and_their_Applications"/><!--(Tab. 7.1)-->. Derartige Schichten erfüllen, abhängig
 
von ihrer chemischen Zusammensetzung und Dicke, unterschiedliche
 
von ihrer chemischen Zusammensetzung und Dicke, unterschiedliche
 
Anforderungen. Sie dienen z.B. als Korrosions- und Verschleißschutz oder
 
Anforderungen. Sie dienen z.B. als Korrosions- und Verschleißschutz oder
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!Anwendungsbeispiele
 
!Anwendungsbeispiele
 
|-
 
|-
|Farbe
+
|Color
|gutes Aussehen
+
|Pleasing appearance
|vermessingte Leuchten, Möbelbeschläge
+
|Brass plated lamps and furniture hardware
 
|-
 
|-
|Glanz
+
|Luster
|dekoratives Aussehen, Reflexionsvermögen
+
|Decorative appearance, Light reflection
|verchromte Armaturen, versilberte Spiegel
+
|Chrome plated fixtures, silver coated mirrors
 
|-
 
|-
|Härte/Verschleißfestigkeit
+
|Hardness / Wear Resistance
|Erhöhung der Standzeit
+
|Prolonging of mechanical wear life
|hartverchromte Werkzeuge
+
|Hard chrome plated tools
 
|-
 
|-
|Gleitfähigkeit
+
|Sliding properties
|Verbesserung der Trockengleiteigenschaften
+
|Improvement of dry sliding wear
|Blei-Zinn-Kupfer-Legierungen für Gleitlager
+
|Lead-tin-copper alloys for slide bearings
 
|-
 
|-
|Chemische Beständigkeit
+
|Chemical stability
|Schutz gegen Chemikalieneinwirkung
+
|Protection against chemical effects
|Blei-Zinn-Schichten als Ätzresist bei gedruckten Schaltungen
+
|Lead-Tin coatings as etch resist on PC boards
 
|-
 
|-
|Korrosionsbeständigkeit
+
|Corrosion resistance
|Schutz gegen die atmosphärische Korrosion
+
|Protection against environmental corrosion
|Zinkschichten auf Werkstücken aus Stahl
+
|Zinc coatings on steel parts
 
|-
 
|-
|Elektrische Leitfähigkeit
+
|Electrical conductivity
|Leitung des elektrischen Stromes auf der Oberfläche
+
|Surface conduction of electrical current
|Leiterbahnen auf gedruckten Schaltungen
+
|Conductive path on PC boards
 
|-
 
|-
|Wärmeleitfähigkeit
+
|Thermal conductivity
|verbesserter Wärmeübergang auf der Oberfläche
+
|Improved heat conduction on the surface
|verkupferte Böden von Töpfen für Elektroherde
+
|Copper plated bottoms for cookware
 
|-
 
|-
|Zerspanbarkeit
+
|Machining capability
|Formgebung durch spanabhebendes Bearbeiten
+
|Shaping through machining
|Kupferschichten auf Tiefdruckzylindern
+
|Copper coatings on low pressure cylinders
 
|-
 
|-
|Magnetische Eigenschaften
+
|Magnetic properties
|Erhöhung der Koerzitivkraft [[#text-reference|<sup>*)</sup>]]  
+
|Increase of coercive force [[#text-reference|<sup>*)</sup>]]  
|Kobalt-Nickel-Legierungen auf Magnetspeichern
+
|Cobalt-nickel layers on magnetic storage media
 
|-
 
|-
|Lötbarkeit
+
|Brazing and soldering
|Löten ohne aggressive Flußmittel
+
|Brazing without aggressive fluxes
|Zinn-Blei-Schichten auf Leiterbahnen gedruckter Schaltungen
+
|Tin-Lead coatings on PC board paths
 
|-
 
|-
|Haftfähigkeit
+
|Adhesion strength
|Verbesserung der Haftung
+
|Improvement of adhesion
|Messingschichten auf Reifeneinlegedraht
+
|Brass coating on reinforcement steel wires in tires
 
|-
 
|-
|Schmierfähigkeit
+
|Lubricating properties
|Verbesserung der Verformbarkeit
+
|Improvement of formability
|Verkupfern beim Drahtziehen
+
|Copper plating for wire drawing
 
|}
 
|}
 
</figtable>
 
</figtable>
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sowie chemischen Verbindungen im Vakuum durch Zufuhr thermischer
 
sowie chemischen Verbindungen im Vakuum durch Zufuhr thermischer
 
oder kinetischer Energie mittels Teilchenbeschuss erfolgt. Dabei unterscheidet
 
oder kinetischer Energie mittels Teilchenbeschuss erfolgt. Dabei unterscheidet
man hauptsächlich vier Beschichtungsvarianten (<xr id="tab:Characteristics of the Most Important PVD Processes"/>)<!--(Table 7.6-->:
+
man hauptsächlich vier Beschichtungsvarianten <xr id="tab:Characteristics of the Most Important PVD Processes"/><!--(Table 7.6-->:
  
*Aufdampfen    
+
*Vapor deposition    
*Kathodenzerstäuben (Sputtern)
+
*Sputtering (Cathode atomization)
*Lichtbogenverdampfen      
+
*Arc vaporizing      
*Ionenplattieren
+
*Ion implantation
  
In allen vier Prozessen wird der Schichtwerkstoff unter Vakuum atomar von der
+
In all four processes the coating material is transported in its atomic form to the substrate and deposited on it as a thin layer (a few nm to approx. 10 μm)
Quelle zum Substrat transportiert und dort als dünne Schicht (einige nm bis ca.
 
10 μm) niedergeschlagen.
 
  
  
 
<figtable id="tab:Characteristics of the Most Important PVD Processes">
 
<figtable id="tab:Characteristics of the Most Important PVD Processes">
<caption>'''<!--Table 7.6:-->Charakteristische Merkmale der wichtigsten PVD-Verfahren'''</caption>
+
<caption>'''<!--Table 7.6:-->Characteristics of the Most Important PVD Processes'''</caption>
  
 
{| class="twocolortable" style="text-align: left; font-size: 12px"
 
{| class="twocolortable" style="text-align: left; font-size: 12px"
 
|-
 
|-
!Verfahren
+
!Process
!Prinzip
+
!Principle
!Prozessgasdruck
+
!Process Gas Pressure
!Teilchenenergie
+
!Particle Energy
!Bemerkungen
+
!Remarks
 
|-
 
|-
|Aufdampfen
+
|Vapor deposition
|Verdampfen aus Tiegel (Elektronenstrahl o.<br />Widerstandsheizung)
+
|Vaporizing in a crucible <br />(electron beam or resistance heating)
 
|10<sup>-3</sup> Pa
 
|10<sup>-3</sup> Pa
 
|< 2eV
 
|< 2eV
|Entmischung bei Legierungen möglich
+
|Separation of alloy components may occur
 
|-
 
|-
|Lichtbogenverdampfen
+
|Arc vaporizing
|Verdampfen der Targetplatte<br />mit Lichtbogen
+
|Vaporizing of the target <br />plate in an electrical arc
 
|10<sup>-1</sup> Pa-1Pa
 
|10<sup>-1</sup> Pa-1Pa
 
|80eV-300eV
 
|80eV-300eV
|Sehr gute Haftung durch Ionenbeschuss
+
|Very good adhesion due to ion bombardement
 
|-
 
|-
|Kathodenzerstäuben (Sputtern)
+
|Sputtering
|Atomare Zerstäubung der Targetplatte<br/>(Kathode) in Gasentladung
+
|Atomizing of the target plate<br />(cathode) in a gas discharge
 
|10<sup>-1</sup> Pa-1Pa
 
|10<sup>-1</sup> Pa-1Pa
 
|10eV-100eV
 
|10eV-100eV
|Auch Sputtern von Nichtleitern durch RF-Betrieb möglich
+
|Sputtering of non-conductive materials possible through RF operation
 
|-
 
|-
|Ionenplattieren
+
|Ion implantation
|Kombination aus Aufdampfen<br />und Sputtern
+
|Combination of vapor <br />deposition and sputtering
 
|10<sup>-1</sup> Pa-1Pa
 
|10<sup>-1</sup> Pa-1Pa
 
|80eV-300eV
 
|80eV-300eV
|Sehr gute Haftung durch Ionenbeschuss, aber auch Substraterwärmung
+
|Very good adhesion from ion bombardment but also heating of the substrate material
 
|}
 
|}
 
</figtable>
 
</figtable>
  
  
Die aus wirtschaftlicher Sicht grösste Bedeutung hat das Sputtern, dessen
+
The sputtering process has gained the economically most significant usage. Its process principle is illustrated in <xr id="fig:Principle of sputtering"/><!--(Fig. 7.5)-->.
Verfahrensprinzip in <xr id="fig:Principle of sputtering"/><!--(Fig. 7.5)--> dargestellt ist.
 
  
 
<figure id="fig:Principle of sputtering">
 
<figure id="fig:Principle of sputtering">
[[File:Principle of sputtering.jpg|right|thumb|Figure 1: Prinzip der Kathodenzerstäubung; Ar = Argonatom; e = Elektron; M = Metallatom]]
+
[[File:Principle of sputtering.jpg|right|thumb|Principle of sputtering Ar = Argon atoms; e = Electrons; M = Metal atoms]]
 
</figure>
 
</figure>
Zunächst wird in Argon-Atmosphäre bei niedrigem Druck (10 - 1 Pa) eine
+
Initially a gas discharge is ignited in a low pressure (10<sup>-1</sup> -1 Pa) argon atmosphere. The argon ions generated are accelerated in an electric field and impact the target of material to be deposited with high energy. Caused by this energy atoms are released from the target material which condensate on the oppositely arranged anode (the substrate) and form a layer with high adhesion strength. Through an overlapping magnetic field at the target location the deposition rate can be increased, making the process more economical.
Gasentladung gezündet. Die dabei erzeugten Argon-Ionen werden in einem
 
elektrischen Feld beschleunigt und prallen mit hoher Energie auf die Kathode
 
(Target) auf, die aus dem Schichtwerkstoff besteht. Durch die Aufprallenergie
 
werden Metallatome aus dem Target herausgeschlagen, die auf der gegenüberliegenden
 
Anode (Substrat) kondensieren und eine festhaftende Schicht
 
aufbauen. Durch ein überlagertes Magnetfeld am Target kann die Beschichtungsrate
 
und damit die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erhöht werden.
 
  
Die Vorteile des PVD-Verfahrens, insbesondere des in der Kontakttechnik
+
The advantages of the PVD processes and especially sputtering for electrical contact applications are:
eingesetzten Sputterns, sind:
 
  
*Hohe Reinheit der Schichten 
+
*High purity of the deposit layers 
*Geringe thermische Substratbeeinflussung
+
*Low thermal impact on the substrate
*Beliebige Schichtwerkstoffe    
+
*Almost unlimited coating materials    
*Geringe Schichtdickentoleranz      
+
*Low coating thickness tolerance      
*Ausgezeichnete Haftfestigkeit (auch über zusätzliche Zwischenschichten)
+
*Excellent adhesion (also by using additional intermediate layers)
  
Nach dem PVD-Verfahren aufgebrachte Schichten werden u.a. für Kontaktzwecke,
+
Coatings produced by PVD processes are used for contact applications, for example on miniature-profiles, in electrical engineering and for electronic components, for solderability in joining processes, for metalizing of nonconductive materials, as well as in semiconductors, opto-electronics, optics, and medical technology applications.
z.B. bei Miniprofilen, in der Elektrotechnik und Elektronik, zur Belotung
 
in der Verbindungstechnik, zur Metallisierung von Nichtleitern sowie in der
 
Halbleitertechnik, Optoelektronik, Optik und Medizintechnik eingesetzt (<xr id="fig:Examples of vacuum coated semi finished materials and parts"/>).
 
  
Bei der Geometrie der beschichtbaren Teile gibt es keine wesentlichen Beschränkungen.
+
There are few limitations regarding the geometrical shape of substrate parts. Only the interior coating of drilled holes and small diameter tubing can be more problematic (ratio of depth to diameter should be < 2:1). Profile wires, strips, and foils can be coated from one side or both; formed parts can be coated selectively by using masking fixtures that at the same time serve as holding fixtures.
Lediglich die Innenbeschichtung von Bohrungen oder Rohren
+
 
mit kleinem Durchmesser kann problematisch werden (Tiefe zu Durchmesser
+
*'''Examples of vacuum coated semi-finished materials and parts'''
< 2:1). Es können Profildrähte, Bänder und Folien ein- oder beidseitig beschichtet
+
[[File:Examples of vacuum coated semi finished materials and parts.jpg|left|Examples of vacuum coated semi finished materials and parts]]
werden; außerdem lassen sich Formteile durch geeignete Abdeckungen,
 
die gleichzeitig als Halterung dienen, selektiv beschichten.
 
  
<figure id="fig:Examples of vacuum coated semi finished materials and parts">
 
[[File:Examples_of_vacuum_coated_semi_finished_materials_and_parts.jpg|left|<caption>Beispiele für vakuumbeschichtete Halbzeuge und Teile</caption>]]
 
</figure>
 
 
<br style="clear:both;"/>
 
<br style="clear:both;"/>
 
+
*'''Materials'''
'''Werkstoffe'''
+
Selection of possible combinations of coating and substrate materials
Auswahl möglicher Kombinationen von Schicht- und Substratwerkstoffen
 
  
 
<table class="twocolortable">
 
<table class="twocolortable">
<tr><th rowspan="2"><p class="s8">Substratwerkstoffe</p></th><th colspan="12"><p class="s8">Schichtwerkstoffe</p></th></tr>
+
<tr><th rowspan="2"><p class="s8">Substrate Materials</p></th><th colspan="12"><p class="s8">Coating Materials</p></th></tr>
 
<tr><th><p><span>Ag</span></p></th><th><p><span>Au</span></p></th><th><p><span>Pt</span></p></th><th><p><span>Pd</span></p></th><th><p><span>Cu</span></p></th><th><p><span>Ni</span></p></th><th><p><span>Ti</span></p></th><th><p><span>Cr</span></p></th><th><p><span>Mo</span></p></th><th><p><span>W</span></p></th><th><p><span>Ai</span></p></th><th><p><span>Si</span></p></th></tr>
 
<tr><th><p><span>Ag</span></p></th><th><p><span>Au</span></p></th><th><p><span>Pt</span></p></th><th><p><span>Pd</span></p></th><th><p><span>Cu</span></p></th><th><p><span>Ni</span></p></th><th><p><span>Ti</span></p></th><th><p><span>Cr</span></p></th><th><p><span>Mo</span></p></th><th><p><span>W</span></p></th><th><p><span>Ai</span></p></th><th><p><span>Si</span></p></th></tr>
<tr><td><p class="s8">Edelmetall/Legierungen</p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td></tr><tr><td><p class="s8">NE-Metall/Legierungen</p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td></tr><tr><td><p class="s8">FE-Legierungen/Edelstahl</p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td></tr><tr><td><p class="s8">Sondermetalle (Ti,Mo,W, etc.)</p></td><td><p><span>[[File:K7-leer.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-leer.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td></tr><tr><td><p class="s8">Hartmetalle (WC-Co)</p></td><td><p><span>[[File:K7-leer.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-leer.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td></tr><tr><td><p class="s8">Keramik (Al<span class="s16"><sub>2</sub></span>O<span class="s16"><sub>3</sub></span>, AlN)</p></td><td><p><span>[[File:K7-leer.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-leer.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-leer.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td></tr><tr><td><p class="s8">Gläser (SiO<span class="s16"><sub>2</sub></span>, CaF, etc.)</p></td><td><p><span>[[File:K7-leer.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-leer.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-leer.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td></tr><tr><td><p class="s8">Kunststoffe (PA, PPS, etc.)</p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td></tr></table>
+
<tr><td><p class="s8">Precious metal / alloys</p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td></tr><tr><td><p class="s8">NF metals / alloys</p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td></tr><tr><td><p class="s8">Fe alloys / stainless steel</p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td></tr><tr><td><p class="s8">Special metals (Ti, Mo, W)</p></td><td><p><span>[[File:K7-leer.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-leer.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td></tr><tr><td><p class="s8">Carbide steels (WC-Co)</p></td><td><p><span>[[File:K7-leer.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-leer.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td></tr><tr><td><p class="s8">Ceramics (Al<span class="s16">2</span>O<span class="s16">3</span>, AlN)</p></td><td><p><span>[[File:K7-leer.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-leer.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-leer.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td></tr><tr><td><p class="s8">Glasses (SiO<span class="s16">2</span>, CaF)</p></td><td><p><span>[[File:K7-leer.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-leer.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-leer.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td></tr><tr><td><p class="s8">Plastics (PA, PPS)</p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td><td><p><span>[[File:K7-gef.png]]</span></p></td></tr></table>
  
[[File:K7-gef.png]] = herstellbar //
+
[[File:K7-gef.png]] can be produced
[[File:K7-leer.png]] = mit Zwischenschichten herstellbar
+
[[File:K7-leer.png]] can be produced with intermediate layer
  
'''Abmessungen und Toleranzen'''
+
*'''Dimensions'''
  
 
{| class="twocolortable" style="text-align: left; font-size: 12px;width:40%"
 
{| class="twocolortable" style="text-align: left; font-size: 12px;width:40%"
 
|-
 
|-
!colspan="2" style="text-align:center"|'''Abmessungen'''
+
!colspan="2" style="text-align:center"|'''Dimensions'''
 
|-
 
|-
|Schichtdicke:
+
|Coating thickness:
 
|10 nm - 15 μm
 
|10 nm - 15 μm
 
|-
 
|-
|Schichtdicke für Kontaktanwendungen:
+
|Coating thicknesses for contact applications:
 
|0.1 - 10 μm
 
|0.1 - 10 μm
 
|}
 
|}
  
Bezüglich der Geometrie der beschichtbaren Halbzeuge gibt es keine wesentlichen
+
For the geometry of semi-finished products to be coated there are few restrictions. Only the coating of the inside of machined holes and tubing has
Einschränkungen. Lediglich der Innenbeschichtung von Bohrungen und
+
limitations.
Rohren sind verfahrenstechnisch Grenzen gesetzt.
 
  
'''Toleranzen'''
+
*'''Tolerances'''
  
Schichtdicke: &#177;10 - 30 %, abhängig von der Schichtdicke
+
Coating thickness &#177;10 - 30 %, depending on the thickness
  
'''Qualitätsmerkmale'''
+
*'''Quality criteria'''
Je nach Anwendung werden u.a. folgende Merkmale geprüft und dokumentiert
+
Depending on the application the following parameters are tested and recorded (see also: Electroplating of parts):
(siehe auch Galvanisieren von Teilen):
 
  
*Schichtdicke  
+
*Coating thickness  
*Haftfestigkeit
+
*Solderability
*Porosität  
+
*Adhesion strength  
*Lötbarkeit
+
*Bonding property
*Bondbarkeit            
+
*Porosity            
*Kontaktwiderstand
+
*Contact resistance
  
Die Prüfungen und die Festlegung der Prüfmerkmale erfolgen nach einschlägigen
+
These quality tests are performed according to industry standards, internal standards, and customer specifications resp.
Normen, Werksnormen bzw. Kundenspezifikationen.
 
  
==<!--7.3-->Vergleich verschiedener Beschichtungsverfahren==
+
==<!--7.3-->Comparison of Deposition Processes==
Die einzelnen Beschichtungsverfahren weisen teilweise unterschiedliche
+
The individual deposition processes have in part different performance characteristics. For each end application the optimal process has to be chosen considering all technical and economical factors. The main selection criteria should be based on the electrical and mechanical requirements for the contact layer and on the design characteristics of the contact component. <xr id="tab:Comparison of different coating processes"/><!--Table 7.7--> gives some indications for a comparative evaluation of the different coating processes.
Leistungsmerkmale auf. Für jeden Anwendungsfall muss daher das optimale
 
Verfahren unter Berücksichtigung sämtlicher technischer und wirtschaftlicher
 
Randbedingungen festgelegt werden. Dabei spielen vor allem die elektrischen
 
und mechanischen Anforderungen an die Kontaktschicht und konstruktive
 
Merkmale des Kontaktteils eine wesentliche Rolle. <xr id="tab:Comparison of different coating processes"/><!--Table 7.7--> enthält einige
 
Angaben für eine vergleichende Betrachtung der verschiedenen
 
Beschichtungsverfahren.
 
  
Die stromlose Metallabscheidung bleibt hier unberücksichtigt, da die Schichten
+
The electroless metal coating is not covered here because of the low thickness of deposits which makes them in most cases not suitable for contact
wegen ihrer geringen Dicke für die meisten Anwendungen als Kontaktschicht in
+
applications.
elektromechanischen Bauelementen nicht geeignet sind.
 
  
  
 
<figtable id="tab:Comparison of different coating processes">
 
<figtable id="tab:Comparison of different coating processes">
<caption>'''<!--Table 7.7:-->Vergleich verschiedener Beschichtungsverfahren'''</caption>
+
<caption>'''<!--Table 7.7:-->Comparison of different coating processes'''</caption>
  
 
{| class="twocolortable" style="text-align: left; font-size: 12px"
 
{| class="twocolortable" style="text-align: left; font-size: 12px"
 
|-
 
|-
!Verfahren/Schichteigenschaften
+
!Process / Coating Properties
!Mechanische Verfahren (Plattieren)
+
!Mechanical Processes (Cladding)
!Galvanische Verfahren
+
!Electroplating
!Vakuumtechnische Verfahren (Sputtern)
+
!Vaccum Deposition (Sputtering)
 
|-
 
|-
|Schichtwerkstoff
+
|Coating material
|verformbare Metalle und Legierungen
+
|formabe metal and alloys
|Metalle, Legierungen in begrenztem Maße
+
|metals, alloys only limited
|Metalle und Legierungen
+
|metals and alloys
 
|-
 
|-
|Schichtdicke
+
|Coating thickness
 
|> 1μm
 
|> 1μm
|0,1 - ca. 10 μm<br />(in Sonderfällen - 100 μm)
+
|0.1 - approx. 10 μm <br />(in special cases up to 100 μm)
|0,1 - ca. 10 μm
+
|0.1 approx. 10 μm
 
|-
 
|-
|Schichtbelegung
+
|Coating configuration
|selektiv, Stanzkanten unbeschichtet
+
|selectively, stamping edges not coated
|allseitig und selektiv<br />Stanzkanten beschichtet
+
|all around and selectively<br />stamping edges coated
|überwiegend selektiv
+
|mostly selectivity
 
|-
 
|-
|Haftung
+
|Adhesion
|gut
+
|good
|gut
+
|good
|sehr gut
+
|very good
 
|-
 
|-
|Duktilität
+
|Ductility
|gut
+
|good
|eingeschränkt
+
|limited
|gut
+
|good
 
|-
 
|-
|Reinheit
+
|Purity
|gut
+
|good
|Einbau von Fremdstoffen
+
|inclusions of foreign materials
|sehr gut
+
|very good
 
|-
 
|-
|Porosität
+
|Porosity
|gut
+
|good
|gut > ca. 1μm
+
|good for > approx. 1μm
|gut
+
|good
 
|-
 
|-
|Temperaturbeständigkeit
+
|Temperature stability
|sehr gut
+
|goodvery good
|gut
+
|good
|sehr gut
+
|very good
 
|-
 
|-
|mechanischer Verschleiß
+
|Mechanical wear
|gering
+
|little
|sehr gering
+
|very little
|gering
+
|little
 
|-
 
|-
|Umweltbelastung
+
|Environmental impact
|gering
+
|little
|erheblich
+
|significant
|keine
+
|none
 
|}
 
|}
 
</figtable>
 
</figtable>
  
Unterschiede zwischen den Beschichtungsverfahren zeigen sich vor allem beim
+
The main differences between the coating processes are found in the coating materials and thickness. While mechanical cladding and sputtering allow the use of almost any alloy material, electroplating processes are limited to metals and selected alloys such as for example high-carat gold alloys with up to .3 wt% Co or Ni. Electroplated and sputtered surface layers have a technological and economical upper thickness limit of about 10μm. While mechanical cladding has a minimum thickness of approx. 1 μm, electroplating and sputtering can also be easily applied in very thin layers down to the range of 0.1 μm.
Schichtwerkstoff und der Schichtdicke. Während bei der mechanischen
 
Plattierung und dem Sputterverfahren nahezu sämtliche Legierungen eingesetzt
 
werden können, bleibt die galvanische Beschichtung auf Metalle und bestimmte
 
Legierungssysteme, z.B. hochkarätige Goldlegierungen mit ca. 0,3 Massen-%
 
Co bzw. Ni beschränkt. Galvanisch abgeschiedene und durch Sputtern
 
erzeugte Schichten weisen aus technischen und wirtschaftlichen Gründen eine
 
obere Grenzdicke von ca. 10 μm auf. Während bei walzplattierten Schichten die
 
minimale Schichtdicke bei ca. 1 μm liegt, können nach galvanischen und
 
vakuumtechnischen Verfahren auch sehr dünne Schichten von 0,1 μm Dicke
 
problemlos aufgebracht werden.
 
  
Die Eigenschaften der Schichten sind eng mit dem Aufbringverfahren verknüpft.
+
The properties of the coatings are closely related to the coating process. Starting materials for cladding and sputtering targets precious metals and their alloys which in the case of gold and palladium based materials are vacuum melted and therefore exhibit a very high purity. During electroplating, depending on the type of electrolytes and the deposition parameters, some electrolyte components such as carbon and organic compounds are incorporated into the precious metal coating. Layers deposited from the gaseous phase however are very pure.
Ausgangswerkstoffe für mechanische Plattierungen und Sputtertargets sind
 
Edelmetalle und deren Legierungen, die bei Gold- und Palladiumwerkstoffen im
 
Vakuum erschmolzen werden und daher eine hohe Reinheit aufweisen. Bei der
 
galvanischen Beschichtung werden je nach Badtyp und den gewählten Abscheidungsbedingungen
 
stets Badbestandteile wie Kohlenstoff und organische
 
Verbindungen in die Edelmetallschicht eingebaut. Aus der Gasphase
 
abgeschiedene Schichten sind dagegen sehr rein.
 
  
==<!--7.4-->Thermisch verzinnte („feuerverzinnte“) Bänder==
+
==<!--7.4-->Hot (-Dipped) Tin Coated Strip Materials==
Beim Feuerverzinnen werden entsprechend vorbehandelte Bänder mit
+
During hot-dip tinning pre-treated strip materials are coated with pure tin or tin alloys from a liquid solder metal. During overall (or all-around) tinning the stripsthrough a liquid metal melt. For strip tinning rotating rolls are partially immersed into a liquid tin melt and transport the liquid onto the strip which is guided above them. Through special wiping and gas blowing procedures the deposited tin layer can be held within tight tolerances. Hot tinning is performed directly onto the base substrate material without any pre-coating with either copper or nickel. Special cast-on processes or the melting of solder foils onto the carrier strip allow also the production of thicker solder layers ( > 15 μm).
schmelzflüssigem Lot aus Reinzinn oder einer Zinnlegierung beschichtet. Bei
 
allseitiger Verzinnung werden die Bänder durch die Metallschmelze gezogen.
 
Dabei tauchen Walzen in das schmelzflüssige Lotbad ein und übertragen das
 
Lot auf das darüber geführte Band. Durch spezielle Abstreif- oder Abblasverfahren
 
kann die aufgebrachte Lotschichtdicke in engen Toleranzen gehalten
 
werden. Die Feuerverzinnung erfolgt ohne vorausgehende Verkupferung oder
 
Vernickelung direkt auf dem Grundmaterial. Spezielle Angießverfahren oder das
 
Aufschmelzen von Lot in Folienform ermöglichen auch die Herstellung dickerer
 
Lotschichten ( > 15 μm ).
 
  
Der Vorteil der Feuerverzinnung gegenüber einer galvanischen Verzinnung liegt
+
The main advantage of hot tinning of copper and copper alloys as compared to tin electroplating is the formation of an inter-metallic copper-tin phase (Cu<sub>3</sub>Sn, Cu<sub>6</sub>Sn<sub>5</sub>) at the boundary between the carrier material and the tin layer. This thin (0.3 0.5 μm) intermediate layer, which is formed during the thermal tinning process, is rather hard and reduces in connectors the frictional force and mechanical wear. Tin coatings produced by hot tinning have a good adhesion to the substrate material and do not tend to tin whisker formation.
in der Ausbildung einer intermetallischen Kupfer-Zinn-Phase (Cu<sub>3</sub>Sn, Cu<sub>6</sub>Sn<sub>5</sub>) an der Grenze zwischen Trägerband und Zinnschicht. Diese dünne (0,3 - 0,5 μm)
 
intermetallische Zwischenschicht, die im Verlauf des thermischen Verzinnungsprozesses
 
entsteht, wirkt sich aufgrund ihrer hohen Härte beim Einsatz in
 
Steckverbindern reibungs- und verschleißmindernd aus. Durch Feuerverzinnen
 
hergestellte Überzüge haften gut auf dem Grundmaterial und neigen nicht zur
 
Bildung von Zinn-Whiskern.
 
  
Eine spezielle Form der thermischen Verzinnung stellt das Reflow-Verfahren dar.
+
A special process of hot tinning is the “Reflow” process. After depositing a tin coating by electroplating the layer is short-time melted in a continuous process.
Hierbei wird die Zinnschicht galvanisch aufgebracht und anschließend im
+
The properties of these reflow tin coatings are comparable to those created by conventional hot tinning.
Durchzugsverfahren kurzzeitig aufgeschmolzen. Die Eigenschaften so hergestellter
 
Zinnschichten sind mit den konventionell erzeugter feuerverzinnter
 
Schichten vergleichbar.  
 
  
Neben der allseitigen Beschichtung kann die
+
Besides overall tin coating of strip material the hot tinning can also be applied in the form of single or multiple stripes on both sides of a continuous substrate strip.
Feuerverzinnung auch in Form eines oder mehrerer Streifen auf der Ober und/oder Unterseite des Trägerbandes erfolgen  (<xr id="fig:Typical examples of hot tinned strip materials"/>).
 
  
<figure id="fig:Typical examples of hot tinned strip materials">
+
*'''Typical examples of hot tinned strip materials'''
[[File:Typical examples of hot tinned strip materials.jpg|left|<caption>Typische Ausführungsformen für thermisch verzinnte Bänder</caption>]]
+
[[File:Typical examples of hot tinned strip materials.jpg|left|Typical examples of hot tinned strip materials]]
</figure>
 
 
<br style="clear:both;"/>
 
<br style="clear:both;"/>
'''Werkstoffe'''
+
*'''Materials'''
Schichtwerkstoffe: Reinzinn, Zinnlegierungen<br>
+
Coating materials: Pure tin, tin alloys<br>
Trägerwerkstoffe: Cu, CuZn, CuNiZn, CuSn, CuBe u.a.<br />
+
Substrate materials: Cu, CuZn, CuNiZn, CuSn, CuBe and others<br />
  
'''Abmessungen und Toleranzen'''
+
*'''Dimensions and Tolerances'''
 
{| class="twocolortable" style="text-align: left; font-size: 12px;width:40%"
 
{| class="twocolortable" style="text-align: left; font-size: 12px;width:40%"
 
|-
 
|-
|Breite der Verzinnung:     
+
|Width of tinning:     
 
|&#8805; 3 &#177; 1 mm
 
|&#8805; 3 &#177; 1 mm
 
|-
 
|-
|Dicke der Verzinnung:     
+
|Thickness of tinning:     
|1 - 15 μm (übliche Ausführung)
+
|1 - 15 μm
 
|-
 
|-
|Toleranzen:  
+
|Tolerances (thickness):  
|Je nach Dicke der Verzinnung &#177; 1 - &#177; 3 μm
+
|&#177; 1 - &#177; 3 μm depending on tin thickness
 
|}
 
|}
  
'''Qualitätsmerkmale'''
+
*'''Quality Criteria'''
Festigkeitswerte und Maßtoleranzen thermisch verzinnter Bänder sind
+
Mechanical strength and dimensional tolerances of hot tinned strips are closely related to the standard for Cu and Cu alloy strips according to DIN EN 1652 and DIN EN 1654.
angelehnt an die für Cu und Cu-Legierungen geltenden Normen DIN EN 1652
+
Quality criteria for the actual tin coatings are usually agreed upon separately.
und DIN EN 1654.
+
 
Qualitätsmerkmale für die Zinnüberzüge werden i.d.R. gesondert vereinbart.
+
==<!--7.5-->Contact Lubricants==
 +
By using suitable lubricants the mechanical wear and frictional oxidation of sliding and connector contacts can be substantially reduced. In the electrical contact technology solid, as well as high and low viscosity liquid lubricants are used.
 +
 
 +
Contact lubricants have to fulfill a multitude of technical requirements:
 +
 
 +
*They must wet the contact surface well; after the sliding operation the lubrication film must close itself again, i.e. mechanical interruptions to heal
 +
*They should not transform into resins, not evaporate, and not act as dust collectors
 +
*The lubricants should not dissolve plastics, they should not be corrosive to non-precious metals or initiate cracking through stress corrosion of plastic components
 +
*The specific electrical resistance of the lubricants cannot be so low that wetted plastic surfaces lose their isolating properties
 +
*The lubricant layer should not increase the contact resistance; the wear reducing properties of the lubricant film should keep the contact resistance low and consistent over the longest possible operation time
 +
 
 +
Solid lubricants include for example 0.05 – 0.2 μm thin hard gold layers which are added as surface layers on top of the actual contact material.
 +
 
 +
Among the various contact lubricants offered on the market contact lubrication oils have shown performance advantages. They are mostly synthetic, chemically inert, and silicone-free oils such as for example the DODUCONTA contact lubricants which differ in their chemical composition and viscosity.
 +
 
 +
For sliding contact systems with contact forces < 50 cN and higher sliding speeds oils with a lower viscosity (< 50 mPa·s) are preferential. For applications with higher contact forces and operating at higher temperatures contact oils with a higher viscosity are advantageous. Contact oils are mainly suited for applications at low current loads. At higher loads and in situations where contact separation occurs during the sliding operation thermal decomposition may be initiated which causes the lubricating properties to be lost.
  
==<!--7.5-->Kontaktschmiermittel==
+
Most compatible with plastics are the contact oil varieties B5, B12K, and B25, which also over longer operating times do not lead to tension stress corrosion.
Durch die Verwendung geeigneter Schmiermittel kann der mechanische Verschleiß
 
und die Reiboxidation bei Gleit- und Steckkontakten wesentlich verringert
 
werden. In der Kontakttechnik werden feste, nieder- und hochviskose
 
Schmiermittel eingesetzt.
 
  
Die Schmiermittel müssen dabei einer Vielzahl von Anforderungen genügen:
+
For the optimum lubrication only a very thin layer of contact oil is required. Therefore it is for example recommended to dilute the oil in iso-propylenealcohol during the application to contact parts. After evaporation of the alcohol a thin and uniform layer of lubricant is retained on the contact surfaces.
  
*Sie sollen die Kontaktoberfläche gut benetzen; nach dem Gleitvorgang soll sich der Schmiermittelfilm wieder schließen, d.h. mechanische Verletzungen „ausheilen“
 
*sie dürfen nicht verharzen, sich nicht verflüchtigen und sollen möglichst keine Staubfänger sein
 
*die Schmiermittel dürfen Kunststoffe nicht anlösen; sie dürfen weder auf Unedelmetallen korrosionsfördernd wirken, noch Spannungsrisskorrosion bei Kunststoffteilen auslösen
 
*der spezifische Widerstand der Schmiermittel darf - ausgenommen bei festen Schmiermitteln - nicht so niedrig sein, dass benetzte Kunststoffoberflächen ihr Isolationsvermögen verlieren
 
*der Kontaktwiderstand darf durch den Schmierfilm nicht erhöht werden; infolge seiner verschleißmindernden Wirkung soll der Kontaktwiderstand möglichst über eine lange Betriebsdauer konstant bleiben
 
  
Als feste „metallische Schmiermittel“ gelten z. B. 0,05 - 0,2 μm dünne
+
*'''Properties of the Synthetic DODUCONTA Contact Lubricants'''
Hartgoldschichten, die in Steckverbindern zusätzlich auf den eigentlichen
 
Kontaktschichten aufgebracht werden.
 
  
Aus der Vielzahl der angebotenen Schmiermittel haben sich besonders
+
<table class="twocolortable">
Kontaktöle bewährt. Zum Einsatz kommen meist synthetische, chemisch
+
<tr><th>Lubricant</th><th colspan="5">DODUCONTA</th></tr>
neutrale und silikonfreie Öle die sich in ihrer chemischen
+
<th></th><th>B5</th><th>B9</th><th>B10</th><th>B12K</th><th>B25</th>
Zusammensetzung und der Viskosität unterscheiden.
+
<tr><td><p class="s8">Contact force</p></td><td><p class="s8">&gt;1N</p></td><td><p class="s8">0.1 - 2N</p></td><td><p class="s8">&lt; 0.2N</p></td><td><p class="s8">0.2 - 5N</p></td><td><p class="s8">&lt;1N</p></td></tr><tr><td><p class="s8">Density (20°C)</p><p class="s8">[g/cm³]</p></td><td><p class="s8">1.9</p></td><td><p class="s8">1.0</p></td><td><p class="s8">0.92</p></td><td><p class="s8">1.0</p></td><td><p class="s8">1.0</p></td></tr><tr><td><p class="s8">Specificel. Resis-</p><p class="s8">tance [<span class="s9">S · </span>cm]</p></td><td/><td><p class="s8">2 x 10<sup>10</sup></p></td><td><p class="s8">10<sup>10</sup></p></td><td><p class="s8">6 x 10<sup>9</sup></p></td><td><p class="s8">5 x 10<sup>8</sup></p></td></tr><tr><td><p class="s8">Viscosity (20°C)</p><p class="s8">[mPa·s]</p></td><td><p class="s8">325</p></td><td><p class="s8">47</p></td><td><p class="s8">21</p></td><td><p class="s8">235</p></td><td><p class="s8">405</p></td></tr><tr><td><p class="s8">Congeal temp.[°C]</p></td><td/><td><p class="s8">-55</p></td><td><p class="s8">-60</p></td><td><p class="s8">-40</p></td><td><p class="s8">-35</p></td></tr><tr><td><p class="s8">Flash point[°C]</p></td><td/><td><p class="s8">247</p></td><td><p class="s8">220</p></td><td><p class="s8">238</p></td><td><p class="s8">230</p></td></tr></table>
  
Bei Gleitkontaktsystemen mit Kontaktkräften < 50 cN und höherer Geschwindigkeit
 
werden bevorzugt niederviskose (< 50mPa·s) Kontaktöle eingesetzt. In
 
Anwendungen, bei denen höhere Kontaktkräfte und höhere Temperaturen
 
auftreten, kommen bevorzugt Kontaktöle mit höherer Viskosität zum Einsatz.
 
Kontaktöle eignen sich besonders für Anwendungsfälle mit geringer Strombelastung.
 
Bei höheren Strömen und beim Auftreten von Kontaktabhebungen
 
während des Gleitvorganges kann es zu einer thermischen Zersetzung des
 
Kontaktöles kommen und dadurch die Schmierwirkung verlorengehen.
 
  
==<!--7.6-->Silber-Passivierung==
+
*'''Applications of the Synthetic DODUCONTA Contact Lubricants'''
Die Bildung von Silbersulfidschichten, die in schwefelhaltiger Atmosphäre entstehen,
+
 
lässt sich durch Aufbringung zusätzlicher „Schutz“-Schichten während
+
<table class="twocolortable" style="text-align: left; font-size: 12px;width:80%">
der Lagerung weitgehend vermeiden (Passivierungsschichten). Derartige
+
<tr><th><p class="s8">Lubricant</p></th><th><p class="s8">Applications</p></th></tr>
Schichten sollten chemisch inert und ausreichend leitfähig sein, oder durch die
+
<tr><td><p class="s8">DODUCONTA B5</p></td><td><p class="s8">Current collectors, connectors, slider switches</p></td></tr><tr><td><p class="s8">DODUCONTA B9</p></td><td><p class="s8">Wire potentiometers, slip rings, slider switches, measuring range selectors, miniature connectors</p></td></tr><tr><td><p class="s8">DODUCONTA B10</p></td><td><p class="s8">Precision wire potentiometers, miniature slip rings</p></td></tr><tr><td><p class="s8">DODUCONTA B12K</p></td><td><p class="s8">Wire potentiometers, slider switches, miniature slip rings, connectors</p></td></tr><tr><td><p class="s8">DODUCONTA B25</p></td><td><p class="s8">Current collectors, measuring range selectors, connectors</p></td></tr></table>
anliegende Kontaktkraft durchbrochen werden können.
+
 
 +
==<!--7.6-->Passivation of Silver Surfaces==
 +
The formation of silver sulfide during the shelf life of components with silver surface in sulfur containing environments can be significantly eliminated by coating them with an additional protective film layer (Passivation layer). For electrical contact use such thin layers should be chemically inert and sufficiently conductive, or be easily broken by the applied contact force.
 
<figure id="fig:Typical process flow for the SILVERBRITE W ATPS process">
 
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[[File:Typical process flow for the SILVERBRITE W ATPS process.jpg|right|thumb|Figure 4: Typischer Prozessablauf beim Passivierungsverfahren SILVERBRITE W ATPS]]
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Das Passivierungsverfahren SILVERBRITE W ATPS ist ein auf wässriger Basis
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The passivation process SILVERBRITE W ATPS is a water-based tarnish preventer for silver. It is free of chromium(VI) compounds and solvents. The passivating layer is applied by immersion which creates a transparent organic protective film which barely changes the appearance and only slightly
arbeitender Anlaufschutz für Silber (<xr id="fig:Typical process flow for the SILVERBRITE W ATPS process"/>). Es ist frei von Chrom(VI)-Verbindungen und
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increases the good electrical properties such as for example the contact resistance. The good solderability and bond properties of silver are not
Lösungsmitteln. Die Passivierungsschicht wird im Tauchverfahren aufgebracht.
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negatively affected. Because of its chemical composition this protective layer has some lubricating properties which reduce the insertion and withdrawal forces of connectors noticeably.
Dabei entsteht ein transparenter, organischer Schutzfilm, der das Aussehen
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und die guten elektrischen Eigenschaften von Silber, z.B. den Kontaktwiderstand,
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<xr id="fig:Typical process flow for the SILVERBRITE W ATPS process"/> Typical process flow for the SILVERBRITE W ATPS process
nur geringfügig verschlechtert. Die gute Löt- und Bondbarkeit wird durch
 
die Passivierungsschicht nicht beeinträchtigt. Aufgrund seiner chemischen
 
Zusammensetzung besitzt der Schutzfilm Schmiereigenschaften, wodurch z.B.
 
in Steckverbindern die Steck- und Ziehkräfte deutlich herabgesetzt werden.
 
  
 
==Referenzen==
 
==Referenzen==

Revision as of 19:18, 19 September 2014

Neben der Herstellung der Kontaktwerkstoffe aus der festen Phase, z.B. auf schmelz- oder pulvermetallurgischem Wege, bietet sich die Herstellung über die flüssige und gasförmige Phase vor allem dann an, wenn dünne Schichten im μm-Bereich benötigt werden, die nach den üblichen Plattiertechniken nicht wirtschaftlich herstellbar sind Table 1. Derartige Schichten erfüllen, abhängig von ihrer chemischen Zusammensetzung und Dicke, unterschiedliche Anforderungen. Sie dienen z.B. als Korrosions- und Verschleißschutz oder übernehmen die Funktion einer Kontaktschicht, an die bestimmte technische Anforderungen gestellt werden. Daneben stellen sie für dekorative Zwecke eine optisch ansprechende und verschleißfeste Oberflächenschicht dar.

Table 1: Übersicht über einige wichtige Eigenschaften galvanisch abgeschiedener Schichten und die jeweiligen Anwendungen
Eigenschaften Anwendungszweck Anwendungsbeispiele
Color Pleasing appearance Brass plated lamps and furniture hardware
Luster Decorative appearance, Light reflection Chrome plated fixtures, silver coated mirrors
Hardness / Wear Resistance Prolonging of mechanical wear life Hard chrome plated tools
Sliding properties Improvement of dry sliding wear Lead-tin-copper alloys for slide bearings
Chemical stability Protection against chemical effects Lead-Tin coatings as etch resist on PC boards
Corrosion resistance Protection against environmental corrosion Zinc coatings on steel parts
Electrical conductivity Surface conduction of electrical current Conductive path on PC boards
Thermal conductivity Improved heat conduction on the surface Copper plated bottoms for cookware
Machining capability Shaping through machining Copper coatings on low pressure cylinders
Magnetic properties Increase of coercive force *) Cobalt-nickel layers on magnetic storage media
Brazing and soldering Brazing without aggressive fluxes Tin-Lead coatings on PC board paths
Adhesion strength Improvement of adhesion Brass coating on reinforcement steel wires in tires
Lubricating properties Improvement of formability Copper plating for wire drawing
*) Koerzitivkraft = Kraft, mit der ein Stoff versucht, die einmal angenommene Magnetisierung zu behalten

Um den mechanischen Verschleiß bei dünnen Schichten zu verringern, kommen bei Gleit- und Steckkontakten Schmiermittel meist in flüssiger Form zum Einsatz. Bei Silber-Kontakten bieten sog. Passivierungsschichten einen Schutz gegenüber Silbersulfidbildung.

Beschichtung über die flüssige Phase

Für dünne, über die flüssige Phase erzeugte Schichten bieten sich zwei Herstellungsverfahren an. Sie unterscheiden sich dadurch, dass die metallische Abscheidung mit oder ohne äußere Stromquelle erfolgt. Im ersten Fall handelt es sich um eine galvanische Beschichtung, im zweiten um eine chemische Beschichtung.

Galvanische Beschichtung

Zur galvanischen Abscheidung von Metallen, insbesondere Edelmetallen, werden wässrige Lösungen (Elektrolyte) verwendet, die die abzuscheidenden Metalle in Form von Ionen (z.B. gelöste Metallsalze) enthalten. Unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes zwischen der Anode und dem kathodisch geschalteten Beschichtungsgut gelangen positiv geladene Metallionen zur Kathode, wo sie ihre Ladung abgeben und sich als Metall auf der Oberfläche abscheiden. Je nach Einsatz, in der Elektrotechnik und Elektronik oder für dekorative Zwecke, kommen unterschiedliche galvanische Bäder (Elektrolyte) zur Anwendung. Die für die Edelmetallbeschichtung eingesetzten Galvanisieranlagen und der Umfang ihrer Ausrüstung werden durch den vorgesehenen technologischen Prozess bestimmt. Die galvanischen Arbeitsverfahren erstrecken sich nicht nur auf den Vorgang der reinen elektrochemischen Metallabscheidung, sondern umfassen auch die Vor- und Nachbehandlung der zu beschichtenden Ware. Wichtigste Voraussetzung für die Herstellung eines festhaftenden Überzuges ist eine metallisch blanke, d.h. fett- und oxidfreie Oberfläche des zu veredelnden Werkstückes. Hierfür gibt es verschiedene Vorbehandlungsverfahren, die auf den Oberflächenzustand und die Eigenschaften des Werkstoffes abgestimmt sind. In den folgenden Abschnitten werden galvanische Bäder - Edelmetall- und Unedelmetallbäder - sowie die wichtigsten Galvanisierverfahren beschrieben.

siehe Artikel: Galvanische Beschichtung

Stromlose Beschichtung

Unter stromloser Metallabscheidung versteht man Beschichtungsverfahren, die ohne Anwendung einer äußeren Stromquelle ablaufen. Sie ermöglichen eine gleichmäßige Metallbeschichtung unabhängig von der geometrischen Form der zu beschichtenden Teile. Aufgrund der sehr guten Streufähigkeit dieser Bäder lassen sich z.B. auch Innenseiten von Bohrungen beschichten. Prinzipiell können zwei Verfahren der außenstromlosen Metallabscheidung unterschieden werden: Verfahren, bei denen das zu beschichtende Substratmaterial als Reduktionsmittel dient (Austauschverfahren), und solche, bei denen dem Elektrolyt ein Reduktionsmittel zugesetzt wird (Reduktionsverfahren).

siehe Artikel: Stromlose Beschichtung

Beschichtung über die Gasphase (Vakuumbeschichtung)

Unter der Bezeichnung PVD (physical vapor deposition) werden Beschichtungsverfahren zusammengefasst, bei denen die Abscheidung von Metallen, Legierungen sowie chemischen Verbindungen im Vakuum durch Zufuhr thermischer oder kinetischer Energie mittels Teilchenbeschuss erfolgt. Dabei unterscheidet man hauptsächlich vier Beschichtungsvarianten Table 2:

  • Vapor deposition
  • Sputtering (Cathode atomization)
  • Arc vaporizing
  • Ion implantation

In all four processes the coating material is transported in its atomic form to the substrate and deposited on it as a thin layer (a few nm to approx. 10 μm)


Table 2: Characteristics of the Most Important PVD Processes
Process Principle Process Gas Pressure Particle Energy Remarks
Vapor deposition Vaporizing in a crucible
(electron beam or resistance heating)
10-3 Pa < 2eV Separation of alloy components may occur
Arc vaporizing Vaporizing of the target
plate in an electrical arc
10-1 Pa-1Pa 80eV-300eV Very good adhesion due to ion bombardement
Sputtering Atomizing of the target plate
(cathode) in a gas discharge
10-1 Pa-1Pa 10eV-100eV Sputtering of non-conductive materials possible through RF operation
Ion implantation Combination of vapor
deposition and sputtering
10-1 Pa-1Pa 80eV-300eV Very good adhesion from ion bombardment but also heating of the substrate material


The sputtering process has gained the economically most significant usage. Its process principle is illustrated in Figure 1.

Principle of sputtering Ar = Argon atoms; e = Electrons; M = Metal atoms

Initially a gas discharge is ignited in a low pressure (10-1 -1 Pa) argon atmosphere. The argon ions generated are accelerated in an electric field and impact the target of material to be deposited with high energy. Caused by this energy atoms are released from the target material which condensate on the oppositely arranged anode (the substrate) and form a layer with high adhesion strength. Through an overlapping magnetic field at the target location the deposition rate can be increased, making the process more economical.

The advantages of the PVD processes and especially sputtering for electrical contact applications are:

  • High purity of the deposit layers
  • Low thermal impact on the substrate
  • Almost unlimited coating materials
  • Low coating thickness tolerance
  • Excellent adhesion (also by using additional intermediate layers)

Coatings produced by PVD processes are used for contact applications, for example on miniature-profiles, in electrical engineering and for electronic components, for solderability in joining processes, for metalizing of nonconductive materials, as well as in semiconductors, opto-electronics, optics, and medical technology applications.

There are few limitations regarding the geometrical shape of substrate parts. Only the interior coating of drilled holes and small diameter tubing can be more problematic (ratio of depth to diameter should be < 2:1). Profile wires, strips, and foils can be coated from one side or both; formed parts can be coated selectively by using masking fixtures that at the same time serve as holding fixtures.

  • Examples of vacuum coated semi-finished materials and parts
Examples of vacuum coated semi finished materials and parts


  • Materials

Selection of possible combinations of coating and substrate materials

Substrate Materials

Coating Materials

Ag

Au

Pt

Pd

Cu

Ni

Ti

Cr

Mo

W

Ai

Si

Precious metal / alloys

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NF metals / alloys

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Fe alloys / stainless steel

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Special metals (Ti, Mo, W)

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Carbide steels (WC-Co)

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Ceramics (Al2O3, AlN)

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Glasses (SiO2, CaF)

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Plastics (PA, PPS)

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K7-gef.png can be produced K7-leer.png can be produced with intermediate layer

  • Dimensions
Dimensions
Coating thickness: 10 nm - 15 μm
Coating thicknesses for contact applications: 0.1 - 10 μm

For the geometry of semi-finished products to be coated there are few restrictions. Only the coating of the inside of machined holes and tubing has limitations.

  • Tolerances

Coating thickness ±10 - 30 %, depending on the thickness

  • Quality criteria

Depending on the application the following parameters are tested and recorded (see also: Electroplating of parts):

  • Coating thickness
  • Solderability
  • Adhesion strength
  • Bonding property
  • Porosity
  • Contact resistance

These quality tests are performed according to industry standards, internal standards, and customer specifications resp.

Comparison of Deposition Processes

The individual deposition processes have in part different performance characteristics. For each end application the optimal process has to be chosen considering all technical and economical factors. The main selection criteria should be based on the electrical and mechanical requirements for the contact layer and on the design characteristics of the contact component. Table 3 gives some indications for a comparative evaluation of the different coating processes.

The electroless metal coating is not covered here because of the low thickness of deposits which makes them in most cases not suitable for contact applications.


Table 3: Comparison of different coating processes
Process / Coating Properties Mechanical Processes (Cladding) Electroplating Vaccum Deposition (Sputtering)
Coating material formabe metal and alloys metals, alloys only limited metals and alloys
Coating thickness > 1μm 0.1 - approx. 10 μm
(in special cases up to 100 μm)
0.1 approx. 10 μm
Coating configuration selectively, stamping edges not coated all around and selectively
stamping edges coated
mostly selectivity
Adhesion good good very good
Ductility good limited good
Purity good inclusions of foreign materials very good
Porosity good good for > approx. 1μm good
Temperature stability goodvery good good very good
Mechanical wear little very little little
Environmental impact little significant none

The main differences between the coating processes are found in the coating materials and thickness. While mechanical cladding and sputtering allow the use of almost any alloy material, electroplating processes are limited to metals and selected alloys such as for example high-carat gold alloys with up to .3 wt% Co or Ni. Electroplated and sputtered surface layers have a technological and economical upper thickness limit of about 10μm. While mechanical cladding has a minimum thickness of approx. 1 μm, electroplating and sputtering can also be easily applied in very thin layers down to the range of 0.1 μm.

The properties of the coatings are closely related to the coating process. Starting materials for cladding and sputtering targets precious metals and their alloys which in the case of gold and palladium based materials are vacuum melted and therefore exhibit a very high purity. During electroplating, depending on the type of electrolytes and the deposition parameters, some electrolyte components such as carbon and organic compounds are incorporated into the precious metal coating. Layers deposited from the gaseous phase however are very pure.

Hot (-Dipped) Tin Coated Strip Materials

During hot-dip tinning pre-treated strip materials are coated with pure tin or tin alloys from a liquid solder metal. During overall (or all-around) tinning the stripsthrough a liquid metal melt. For strip tinning rotating rolls are partially immersed into a liquid tin melt and transport the liquid onto the strip which is guided above them. Through special wiping and gas blowing procedures the deposited tin layer can be held within tight tolerances. Hot tinning is performed directly onto the base substrate material without any pre-coating with either copper or nickel. Special cast-on processes or the melting of solder foils onto the carrier strip allow also the production of thicker solder layers ( > 15 μm).

The main advantage of hot tinning of copper and copper alloys as compared to tin electroplating is the formation of an inter-metallic copper-tin phase (Cu3Sn, Cu6Sn5) at the boundary between the carrier material and the tin layer. This thin (0.3 – 0.5 μm) intermediate layer, which is formed during the thermal tinning process, is rather hard and reduces in connectors the frictional force and mechanical wear. Tin coatings produced by hot tinning have a good adhesion to the substrate material and do not tend to tin whisker formation.

A special process of hot tinning is the “Reflow” process. After depositing a tin coating by electroplating the layer is short-time melted in a continuous process. The properties of these reflow tin coatings are comparable to those created by conventional hot tinning.

Besides overall tin coating of strip material the hot tinning can also be applied in the form of single or multiple stripes on both sides of a continuous substrate strip.

  • Typical examples of hot tinned strip materials
Typical examples of hot tinned strip materials


  • Materials

Coating materials: Pure tin, tin alloys
Substrate materials: Cu, CuZn, CuNiZn, CuSn, CuBe and others

  • Dimensions and Tolerances
Width of tinning: ≥ 3 ± 1 mm
Thickness of tinning: 1 - 15 μm
Tolerances (thickness): ± 1 - ± 3 μm depending on tin thickness
  • Quality Criteria

Mechanical strength and dimensional tolerances of hot tinned strips are closely related to the standard for Cu and Cu alloy strips according to DIN EN 1652 and DIN EN 1654. Quality criteria for the actual tin coatings are usually agreed upon separately.

Contact Lubricants

By using suitable lubricants the mechanical wear and frictional oxidation of sliding and connector contacts can be substantially reduced. In the electrical contact technology solid, as well as high and low viscosity liquid lubricants are used.

Contact lubricants have to fulfill a multitude of technical requirements:

  • They must wet the contact surface well; after the sliding operation the lubrication film must close itself again, i.e. mechanical interruptions to heal
  • They should not transform into resins, not evaporate, and not act as dust collectors
  • The lubricants should not dissolve plastics, they should not be corrosive to non-precious metals or initiate cracking through stress corrosion of plastic components
  • The specific electrical resistance of the lubricants cannot be so low that wetted plastic surfaces lose their isolating properties
  • The lubricant layer should not increase the contact resistance; the wear reducing properties of the lubricant film should keep the contact resistance low and consistent over the longest possible operation time

Solid lubricants include for example 0.05 – 0.2 μm thin hard gold layers which are added as surface layers on top of the actual contact material.

Among the various contact lubricants offered on the market contact lubrication oils have shown performance advantages. They are mostly synthetic, chemically inert, and silicone-free oils such as for example the DODUCONTA contact lubricants which differ in their chemical composition and viscosity.

For sliding contact systems with contact forces < 50 cN and higher sliding speeds oils with a lower viscosity (< 50 mPa·s) are preferential. For applications with higher contact forces and operating at higher temperatures contact oils with a higher viscosity are advantageous. Contact oils are mainly suited for applications at low current loads. At higher loads and in situations where contact separation occurs during the sliding operation thermal decomposition may be initiated which causes the lubricating properties to be lost.

Most compatible with plastics are the contact oil varieties B5, B12K, and B25, which also over longer operating times do not lead to tension stress corrosion.

For the optimum lubrication only a very thin layer of contact oil is required. Therefore it is for example recommended to dilute the oil in iso-propylenealcohol during the application to contact parts. After evaporation of the alcohol a thin and uniform layer of lubricant is retained on the contact surfaces.


  • Properties of the Synthetic DODUCONTA Contact Lubricants
LubricantDODUCONTA
B5B9B10B12KB25

Contact force

>1N

0.1 - 2N

< 0.2N

0.2 - 5N

<1N

Density (20°C)

[g/cm³]

1.9

1.0

0.92

1.0

1.0

Specificel. Resis-

tance [S · cm]

2 x 1010

1010

6 x 109

5 x 108

Viscosity (20°C)

[mPa·s]

325

47

21

235

405

Congeal temp.[°C]

-55

-60

-40

-35

Flash point[°C]

247

220

238

230


  • Applications of the Synthetic DODUCONTA Contact Lubricants

Lubricant

Applications

DODUCONTA B5

Current collectors, connectors, slider switches

DODUCONTA B9

Wire potentiometers, slip rings, slider switches, measuring range selectors, miniature connectors

DODUCONTA B10

Precision wire potentiometers, miniature slip rings

DODUCONTA B12K

Wire potentiometers, slider switches, miniature slip rings, connectors

DODUCONTA B25

Current collectors, measuring range selectors, connectors

Passivation of Silver Surfaces

The formation of silver sulfide during the shelf life of components with silver surface in sulfur containing environments can be significantly eliminated by coating them with an additional protective film layer (Passivation layer). For electrical contact use such thin layers should be chemically inert and sufficiently conductive, or be easily broken by the applied contact force.

Typical process flow for the SILVERBRITE W ATPS process

The passivation process SILVERBRITE W ATPS is a water-based tarnish preventer for silver. It is free of chromium(VI) compounds and solvents. The passivating layer is applied by immersion which creates a transparent organic protective film which barely changes the appearance and only slightly increases the good electrical properties such as for example the contact resistance. The good solderability and bond properties of silver are not negatively affected. Because of its chemical composition this protective layer has some lubricating properties which reduce the insertion and withdrawal forces of connectors noticeably.

Figure 2 Typical process flow for the SILVERBRITE W ATPS process

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