接触单元及用于制造接触单元的方法

摘要

本发明涉及一种接触单元且尤其是一种焊接引脚、以及一种用于制造接触单元的方法，该接触单元包括本体，本体具有金属芯体以及环绕金属芯体的锡层。因此，锡层被设计成双层的，包括沿径向处于内侧的无光泽锡覆盖层以及沿径向处于外侧的有光泽锡覆盖层。

权利要求

1.一种接触单元（1）被设计成焊接引脚（2），其具有本体（3），所述本体（3）具有金属芯体（4）以及环绕所述金属芯体（4）的锡层（5），所述接触单元（1）被设计成所述焊接引脚（2）的特征在于，所述锡层（5）具有径向层厚度（10），且所述锡层（5）被设计为双层（6）的，具有沿径向处于内侧的无光泽锡覆盖层（7）以及沿径向处于外侧的有光泽锡覆盖层（8）。

2.如权利要求1所述的接触单元（1），其特征在于，所述无光泽锡覆盖层（7）的厚度（9）占所述锡层（5）的所述径向层厚度（10）的50%与90%之间。

3.如权利要求1所述的接触单元（1），其特征在于，所述无光泽锡覆盖层（7）的厚度（9）占所述锡层（5）的所述径向层厚度（10）的2/3与4/5之间。

4.如权利要求1，2或3所述的接触单元（1），其特征在于，所述有光泽锡覆盖层（8）的厚度（11）占所述锡层（5）的所述径向层厚度（10）的15%与50%之间。

5.如权利要求1，2或3所述的接触单元（1），其特征在于，所述有光泽锡覆盖层（8）的厚度（11）占所述锡层（5）的所述径向层厚度（10）的1/5与1/3之间。

6.如权利要求1，2或3所述的接触单元（1），其特征在于，所述双层（6）的层厚度（10）在3μm与10μm之间。

7.如权利要求1，2或3所述的接触单元（1），其特征在于，在所述芯体（4）上提供由镍或由含镍材料形成的过渡层。

8.如权利要求1，2或3所述的接触单元（1），其特征在于，所述本体（3）包括至少一个引脚尖端（13），所述至少一个引脚尖端（13）类似地被所述双层（6）环绕。

9.如权利要求8所述的接触单元（1），其特征在于，所述引脚尖端（13）是在热分离工艺中制成。

10.如权利要求1，2或3所述的接触单元（1），其特征在于，所述芯体（4）被设计成多边形的横截面或圆形的横截面，且由具有以电镀方式设置的双层的半成品金属丝组成。

11.如权利要求1，2或3所述的接触单元（1），其特征在于，所述有光泽锡覆盖层（8）具有有机添加剂，以使表面（15）光滑。

12.一种用于制造接触单元（1）且焊接引脚（2）的方法，其中对半成品金属丝（14）涂覆以双层（6）形式的锡层（5），所述方法的特征在于，所述双层（6）具有沿径向处于内侧的无光泽锡覆盖层（7）以及沿径向处于外侧的有光泽锡覆盖层（8），其中在后续的热分离工艺中使设置有所述双层（6）的所述半成品金属丝（14）的预测量段（16）分离，以形成焊接引脚（2），所述焊接引脚（2）的本体（3）被所述双层（6）围绕。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述无光泽锡覆盖层（7）的厚度（9）与所述有光泽锡覆盖层（8）的厚度（11）相互匹配，使得在所述热分离工艺之后，引脚尖端（13）很大程度上被所述双层（6）围绕。

14.如权利要求12或13所述的方法，其特征在于，通过夹爪固持所述半成品金属丝（14）的预测量段，且通过被并入所述夹爪中的加热组件对所述预测量段进行加热，从而通过施加张力来使所述本体（3）分离。

说明书

接触单元及用于制造接触单元的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种接触单元、尤其是一种焊接引脚，以及一种用于制造接触单元或焊接引脚的方法，其中接触单元的本体被锡层环绕。

背景技术

[0002] 在现有技术中已知各种接触单元及焊接引脚，使用这些接触单元及焊接引脚可对导体或印刷电路板进行焊接连接。例如，从DE 198 02 580A1中已知一种具有本体的焊接引脚，其中本体包括由铜形成的金属芯体以及环绕该金属芯体的锡层。在使用含铅的焊料的传统焊接过程中，可使用这种焊接引脚作为可焊性的接触引脚。

[0003] 从含铅的电子表面系统转变为不含铅的表面会由于焊接过程中的较高温度而使接触引脚表面上的热应力增大。由于明显超过普遍使用的有光泽锡表面的熔点，结果会在接触引脚的表面上造成起泡(bubbling)，起泡可由有机成分的释气(outgassing)造成。此外，由于接触引脚在局部上不再设置有锡层，因而锡表面常常出现消融(ablation)。因此，这种接触引脚只能较差地焊接或完全不能进行焊接，或者这些接触引脚无法再满足机械要求。

[0004] 当利用热分离工艺来制造接触引脚或焊接引脚时，会出现类似的一组问题。由于温度升高，会出现缩锡(dewetting)，尤其是在上面不存在锡层或仅局部地存在非常薄的层的引脚尖端处。这导致接触引脚的可焊性较差。为此，在热分离工艺之后，会在下游的电镀槽中对焊接引脚的整个表面进行电镀。这可以例如滚筒电镀(drum galvanization)形式进行，其中滚筒中的大量接触引脚被引入电镀槽中。在电镀槽中，通过电镀过程而使接触引脚带有锡层。由于后续所施加的锡层，在分离工艺期间被暴露的引脚区域即为后续焊接工艺作好准备，从而可确保在接触区域中相对于连接器进行气密性接触。这种额外的工艺步骤会产生所期望的结果，但也意味着高的费用。

[0005] 已知方法的缺点是制造费用高昂，此也会增加单位成本。

[0006] 一种可能的解决方案是通过一种不同的方法来制造接触引脚，在该方法中，不使接触引脚经受这样的高温。然而，由于即使在用于将接触引脚确实地附装至印刷电路板上的焊接过程中-例如利用现代焊接工艺(例如回流焊接)，也会遇到高达约265摄氏度的温度；即使使用不同的制造方法，接触引脚也会最迟在被插入时暴露于高温中，从而当将接触引脚焊接到印刷电路板上时，可出现这样的高温而使接触引脚上的锡层出现缩锡。

[0007] 在使用不含铅的锡焊料时出现的另一问题是可能会形成晶须(whisker)。对于使用不含铅的锡焊料处理过的组件，尤其可形成晶须。锡晶须(或一般而言，晶须)是细的或针形的单晶，具有几微米的直径和多达几百微米的长度，其可从以电镀方式或以热解方式所沉积的层中生长。

[0008] 如果晶须由于例如振动或其它机械应力而脱离，则这些晶须可在印刷电路板上的电性连接处或电气元件或电子元件之间造成短路。晶须或来自焊接位置的针形生长物通常会在例如10mA的低电流水平下再次被烧掉，但到那时，已流过的电流可能早已造成元件损坏或误操作。

[0009] 另一问题是晶须可能直到运行若干年后才出现，并且仅能不准确地预测晶须的出现。

发明内容

[0010] 因此，针对所述现有技术的背景，本发明的目的是提供一种接触单元尤其是一种焊接引脚、以及一种用于制造接触单元的方法，其中接触引脚易于制造且可耐受现代焊接工艺中所遇到的温度。

[0011] 此目的是通过根据本发明的具有如权利要求1所述特征的接触单元得以实现。根据本发明的方法是权利要求10所述的方法。在从属权利要求中阐述了本发明的较佳改良和变化形式。根据实施例可得到本发明的其它优点和特征。

[0012] 根据本发明的接触单元被尤其设计成焊接引脚且包括本体，本体具有金属芯体以及封闭或环绕金属芯体的锡层。锡层被配置成双层的且包括沿径向处于内侧的无光泽锡覆盖层以及沿径向处于外侧的有光泽锡覆盖层。

[0013] 根据本发明的接触单元具有许多优点。根据本发明的接触单元的显著优点是使用围绕金属芯体所设置的双层。这能确保在被设计成双层形式的锡层的内部，甚至在高的焊接温度下，无光泽锡也能甚至确保焊接引脚的或接触单元的润湿(wetting)，而环绕无光泽锡内覆盖层的沿径向处于外侧的有光泽锡覆盖层则使得表面光滑且具有机械兼容性。由于有光泽锡外表面通常扮演着机械触点的作用，因而根据本发明的接触单元因形成良好的机械兼容性和良好的可接触性而具有显著的优点。

[0014] 无光泽锡内覆盖层较佳地具有很少或甚至不具有可在焊接接触单元期间造成释气且因此在接触单元本体上造成起泡的有机成分。另一方面，沿径向处于外侧的有光泽锡覆盖层通常仅具有一个以下性质的层厚度：当接触单元受热时，不会出现起泡。

[0015] 另一显著优点是可通过根据本发明的双层来实质上减少或甚至完全避免有害晶须的形成。尽管已知晶须尤其是出现于有光泽锡层上且此处所述双层具有有光泽的锡外层，还是出现了这种本质上惊人的效果。此处，通过根据本发明的具有无光泽锡内层以及有光泽锡外层的结构而很大程度上避免了晶须的形成。

[0016] 与根据本发明的双层相比，单纯的无光泽锡层的缺点是由于表面粗糙度更大而在插入和移除连接器时需要施加增大的力。另外，无光泽锡层的可见表面质量较差。

[0017] 因此，本发明提供一种接触单元，其能够同时具有较佳的机械特性和良好的电气特性并另外具有有吸引力的表面质量。

[0018] 本发明的另一优点是防止出现微穿孔(microperforation)、微凹坑(microcrater)、微裂纹(microcrack)或微空隙(microvoid)，以及这些微空隙所可能造成的聚结(MVC或微空隙聚结(microvoid coalescence))。这些微空隙的聚结可造成功能限制。通过根据本发明的双层，可以非常令人满意的方式防止出现这些瑕疵及穿孔，从而增加根据本发明的接触单元的可靠性及潜在使用寿命。

[0019] 无光泽锡覆盖层的厚度较佳地处于锡层的径向层厚度的约50％与85％或90％之间。无光泽锡覆盖层的厚度尤其较佳地处于锡层的径向层厚度的约2/3与4/5之间。此外，有光泽锡覆盖层的厚度较佳地处于锡层的径向层厚度的约15％与50％之间。尤其较佳地，有光泽锡覆盖层的径向层厚度处于锡层的径向层厚度约1/5与1/3之间。尤其较佳地，结果是有光泽锡覆盖层的厚度与无光泽锡覆盖层的厚度之比约为1∶2。

[0020] 已显示，具有约2/3无光泽锡层厚度及约1/3有光泽锡层厚度的双层满足所期望的机械特性和电气特性。通过这种类型的配置，例如，不论在用于制造根据本发明的接触单元的热分离工艺中还是在回流焊接工艺中，双层均不会被损坏。根据本发明的这种类型的接触单元能满足甚至苛刻的要求。

[0021] 较佳地，所存在的整个双层的层厚度介于约1微米与10微米之间。

[0022] 较佳地，无光泽锡覆盖层的厚度约为2微米至4微米，且在尤其较佳的配置中可约为2.5微米。沿径向处于外侧的有光泽锡覆盖层较佳地具有约1微米至2微米的层厚度，且在尤其较佳的配置中可约为1.5微米，从而总体上使锡层的径向层厚度介于约3微米与5微米之间。

[0023] 较佳地，在所有实施例中，芯体均被含有镍或由镍组成的过渡层环绕。这种类型的过渡层尤其是被直接地施加至芯体，而无光泽锡和有光泽锡所形成的双层则又被施加至过渡层上。较佳地，在连续的电镀工艺中执行涂覆。镍层可以非常薄。较佳使层厚度介于0.5μm与5μm之间。尤其是，双层的层厚度(包括由镍或含镍材料形成的过渡层)小于约
10μm。

[0024] 在较佳的改良中，本体包含至少一个引脚尖端，所述至少一个引脚尖端尤其是配置有锥形渐缩部且类似地被双层环绕。尤其是，引脚尖端必须至少大部分且尤其是全部地被双层环绕，以确保接触引脚具有良好的机械可接触性和良好的可焊性。

[0025] 在所有实施例中，均较佳地在热分离工艺中制造本体，其中尤其是在一个端部形成渐缩成一点的至少一个引脚尖端。

[0026] 通过热分离工艺制造接触单元是非常有利的，这是因为热分离工艺除了快速且不复杂外，还易于执行。本发明确保：尽管遇到这样的温度，即使引脚尖端上的双层也会保持完整无损，从而无需对通过热分离工艺获得的本体的外表面进行单独的重新涂覆。

[0027] 在所有实施例中，均可且较佳地将芯体的横截面设计成多边形的、修圆的或圆形的。尤其是，本体由半成品金属丝的预测量段组成，该半成品金属丝被以电镀方式涂覆有双层并被分成特定的长度。

[0028] 在本发明的所有配置及改良中，有光泽锡覆盖层均可包含有机添加剂，以使表面光滑。

[0029] 有光泽锡层较佳地具有约0.5微米至1.0微米的典型粒度，而所用的无光泽锡可具有典型地约3.0微米的粒度。仅这一事实便使得纯无光泽锡表面与有光泽锡表面具有明显不同的光滑度水平。有光泽锡外表面为焊接引脚或接触单元提供所期望的机械特性，而无光泽锡层则确保可焊性。

[0030] 防止在回流焊接工艺期间出现起泡，从而通过外锡层的光滑表面实现良好的机械特性。

[0031] 根据本发明的方法是用以制造接触单元，具体而言制造焊接引脚，且本发明的方法是使用半成品金属丝来执行：首先在半成品金属丝上设置沿径向处于内侧的无光泽锡覆盖层，然后设置沿径向处于外侧的有光泽锡覆盖层。在施加无光泽锡覆盖层之前，可施加例如镍过渡层。在后续的热分离工艺中，切断设置有双层的半成品金属丝的预测量段，以形成焊接引脚，焊接引脚的本体被双层环绕。

[0032] 根据本发明的方法还具有许多优点。一个显著优点是制造得以简化，并可省略对焊接引脚外表面进行的补充电镀涂覆，这是因为在回流焊接工艺的正常温度下所施加的双层在本体的整个或几乎整个表面上得到保留，由此实现良好的机械特性和电气特性。

[0033] 在根据本发明的方法的改良中，无光泽锡覆盖层的厚度和有光泽锡覆盖层的厚度相互匹配，使得在热分离工艺之后甚至引脚尖端也在很大程度上被双层环绕。这种改良的效果是不会出现有害的起泡。

[0034] 为制造这些接触单元或焊接引脚，使用半成品金属丝，并且当使用夹爪将金属丝固持在规定位置时，使金属丝的预测量段分离；具体地通过被并入夹爪中的电流感应式加热元件在夹持点处对金属丝进行加热，从而通过施加张力而使规定的本体分离。

[0035] 具体而言，通过电流脉冲对金属丝进行加热并使其软化。令人惊讶地，在后续的分离工艺中发现，双层全部或几乎全部地得到保留。

[0036] 可始终如一地确实防止表面出现气泡和缩锡，从而在引脚尖端以及接触引脚的其余表面处存在均匀且可再现的条件。

附图说明

[0037] 根据下文中参照附图所解释的实施例，本发明的其它优点和特征将变得显而易见。

[0038] 图1显示根据本发明的电气焊接引脚的侧视剖面的示意图；以及[0039] 图2显示图1所示的焊接引脚的引脚尖端的放大图。

[0040] 主要元件标记说明

[0041] 1：接触单元 2：焊接引脚

[0042] 3：本体 4：芯体

[0043] 5：锡层 6：双层

[0044] 7：覆盖层 8：覆盖层

[0045] 9：厚度 10：层厚度

[0046] 11：厚度 12：过渡层

[0047] 13：引脚尖端 14：半成品金属丝

[0048] 15：表面 16：预测量段

具体实施方式

[0049] 图1和图2示意性地显示根据本发明被设计成焊接引脚2的电气接触引脚1。

[0050] 图1所示的焊接引脚2具有本体3，本体3包括金属芯体4。金属芯体4可例如被设计成金属丝且具有圆形的、三角形的或多边形的横截面。

[0051] 半成品金属丝14已以电镀方式涂覆有锡层5。锡层5被设计成双层6，双层6包括沿径向位于内侧的覆盖层7以及沿径向位于外侧的覆盖层8。

[0052] 沿径向位于内侧的覆盖层7是无光泽锡层，与由有光泽锡层组成的沿径向位于外侧的覆盖层8相比，无光泽锡层具有更高的表面粗糙度。有光泽锡层8由于其表面粗糙度显著较低而具有较佳的机械特性和电气特性。

[0053] 可在一个直通(pass-through)操作中对金属芯体4进行涂覆，在该操作中，金属丝卷的整个长度被直接设置有双层6。在涂覆之后，具体地讲将设置有锡层5的半成品金属丝14再次卷起，并可以此种方式进行存储以节省空间。

[0054] 为制造单独的焊接引脚2，对本体3进行选择性地夹持，并且在后面的引脚尖端13处，具体地讲通过电流脉冲对芯体4以及覆盖层7和8进行加热，使得在施加张力之后，使芯体4在引脚尖端13处分离，从而获得特定的本体3。

[0055] 引脚尖端13以放大方式显示于图2中。可清楚辨认的是，沿径向位于内侧的覆盖层7的层厚度9明显大于沿径向位于外侧的覆盖层8的层厚度11，其中在本实施例中，此处覆盖层8的厚度与覆盖层7的厚度之比约为1∶2。

[0056] 可将薄的过渡层12直接设置于芯体4上，过渡层12由例如镍组成且用作双层6的基底。在具体的配置中，由镍或含镍材料形成的过渡层12的层厚度约为2.4μm，而无光泽锡覆盖层7的层厚度约为3.2μm、有光泽锡覆盖层8的层厚度约为1.65μm。

[0057] 尤其是从图2所示的放大图可以看出，双层6存在于本体3的整个表面15上一直到引脚尖端13，从而确保焊接引脚2具有良好的焊接条件和机械特性。

[0058] 利用本发明可获得一种简单的制造方法，通过该制造方法可制造具有良好机械特性和电气特性的焊接引脚2，并且通过该制造方法可实行确实的焊接。

[0059] 接触单元1另外具有较佳的外观表面质量。避免了在放大图中令人讨厌且会由于聚结而实质上降低功能和耐用性的穿孔、微空隙、微裂纹以及类似瑕疵。通过在不牺牲有光泽锡层的优点的情况下显著降低有机材料在双层且尤其是在无光泽锡层中的百分比，也可避免这些瑕疵。

[0060] 还可在很大程度上或甚至完全地避免针状延伸部和类似瑕疵(例如尤其是晶须的生长)，尽管以有光泽的锡外层提供了具有良好电气接触的光滑表面。

[0061] 与现有技术中已知的制造方法相比，消除了额外所需的电镀涂覆步骤，从而可利用本发明经济地、有效地制造接触单元或焊接引脚。