[发明专利]用于电触头元件的层、层系统和用于生产层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电触头元件的层。

背景技术

电触头元件用于借助于接触产生电连接。触头元件与对立的(counter)触头元件机械接触且电接触。从而通常或强或弱的机械压力施加在触头元件上，并且尤其是施加在触头元件的表面上。由于触头元件通常长时间地连接至对立的触头元件，所以该压力在大多数情况下存在很长的时间。例如，压力触头可长时间地倚靠在相对元件中，并且持久地承受高机械应力。与弹性力加固的触头在触头表面上的接触导致更长期的负载。

为了改善连接的性能，并且为了保证多个连接周期的稳固连接，触头元件通常是涂覆有涂层的。这样的涂层可例如降低过渡电阻，具有增加的磨损耐受性，或延迟或防止化学变化，例如位于该层下方的基部的氧化。由于该层和基部的晶体结构相对彼此偏离或多或少的程度，所以层单独存在能够导致层中的内部机械张力。取决于涂覆的方法，具有不同性能(例如不同的结晶形式或定向)的层材料的不同尺寸的区域可进一步产生，这导致层中的内部张力的增加。即使没有外部机械压力，层可能已经承受内部机械应力。对于层具有同样的材料，特别是锡，在大多数情况中这或多或少的程度上导致从层显著生长出针状结构或发丝状结构。随着时间以及与其他电成分的接触，这些结构可能变得非常长，导致短路的发生，或在其他位置处中断且发生短路。

为了防止这样的结构的生长，锡作为主材料和作为合金组分的使用期望被省去。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种用于电触头元件的层，该层机械稳定、耐磨蚀且高度导电，并且该层同时防止被称为须晶的发丝状结构的生长。

根据本发明，这是通过层包含铋且无锡而实现的。

当使用铋时，该层具有良好的电导率和低的接触过渡电阻。同时，铋仅轻微地与周围环境以及与任意其他的层成分起反应，并且从而在多年内稳定。由于该层是无锡的，防止了须晶的生长。术语“无锡”意图被理解为，锡至多以很少的量被包含，例如作为杂质。然而，存在的锡特别地不期望是对层的性能有影响的大量的存在。

下面描述本发明的有利发展例，这些有利发展例可与彼此自由地组合。

层可包含多于10％，特别地多于50％，尤其多于90％的铋。百分数在每种情况下涉及质量。取决于层的其余成分的数量，可能需要增加铋的比例。特别地，铋还可能是更加成本有效的，其更易于获得和/或加工。铋的物理和/或化学性能相比于其余成分可能更适合于相应的应用，使得高比例的铋是有利的。

除了不可避免的杂质之外，如果层仅仅包括铋，该层可特别易于生产和/或处理。在这样的层的生产中，额外的混合或合金步骤是多余的。

在另一有利实施例中，该层不包含铅。铅对人体是有毒的，并且可在身体里积聚。此外，铅可导致环境损害。因此，完全去除铅是有优势的。特别地，铅的使用受制于法律规定。然而，可能必须或期望在层中具有铅成分。

该层可能具有其他成分，特别地这些材料可能是元素。例如，铅、锌、铟、锑、铜、镍、银、金、钯和/或钌是适合于此的，这些材料的每一种具有特定的物理和/或化学性能，使得根据将实现的层的性能，这些材料的一种或多种可以是层的不同比例的成分。例如通过添加银和/或金，可获得特别好的导电性能。然而，这通常与降低的机械稳定性联系在一起。其他材料可带来增强的机械性能，特别地还带来层的耐磨性。由于其他材料的添加，相比于利用相应尺寸的纯线性插值而预期得到的，多种材料的组合可具有更好的性能。例如，由于电效应而得到的电导率可比层的每种单独材料的电导率更高。

特别地，层的另一成分还可构成层的大的比例，特别是质量比例。另一材料可例如构成层的质量的多于50％。然而，添加的材料通常更贵，使得相应的比例期望尽可能低。典型地，其他成分将构成质量的约1％到10％。通常，非常小比例的其他材料也已经足够实现积极的效果。掺杂，即1％或更少的添加也可能例如已经足够。

如果铋与其他材料一起形成该层，则铋成为主成分是有优势的，也就是说，当铋的质量百分数的比例是所有比例中最高的是有优势的。从而，如果除了铋之外，例如使用进一步的十种额外的元素，每种为9％的质量百分数，10％的比例的铋可已经是主成分。这特别地保证了层的性能主要地由铋比例的性能而确定。

用于电触头元件的层的厚度可从原子延伸到约1mm厚的相对厚的层。典型地，用于电触头元件的层的厚度约为2微米。然而，特别地，当保证层是机械稳定且耐磨蚀的时，1微米以及更低的厚度的层也可以是足够的。

该层可施加到铜基底上。铜是广泛使用的且是对于触头元件来说成本有效的材料。此外，铜具有足够好的机械、热和电性能。