Stand der Technik In elektrischen Steckverbindern mit Buchsen, Kontakten und Messern (Pins) werden typischerweise Substrate aus einer Legierung auf Kupferbasis, das für eine gute elektrische Leitfähigkeit sorgt, angewendet. Wenn der elektrische Verbinder während des Betriebs erhöhter Temperatur ausgesetzt wird, wie bspw. unter der Motorhaube eines Kraftfahrzeugs, wird das Substrat aus einer Legierung auf Kupferbasis mit hoher Festigkeit und hohem Spannungsrelaxations- Widerstand hergestellt.

Zur Verringerung der Steckkräfte, des Verschleißes, der Oxidation, um die elektrische Funktion zu gewährleisten und ein Anlaufen des Substrats auf Kupferbasis bei erhöhter Temperatur zu verringern, sowie zur Verbesserung der Lötbarkeit wird häufig eine Deckschicht auf das Substrat aufgebracht. Typische Deckschichten bestehen aus Silber, Gold, Nickel, Palladium/Nickel-Legierungen, Zinn oder Zinnlegierungen. Zur Kostenminimierung wird häufig Zinn verwendet, wobei es sich meist um feuerverzinnte oder galvanisch abgeschiedene Schichten mit Dicken im Bereich weniger um handelt. Hierbei zeichnet sich Zinn durch seine Duktilität sowie durch seine gute elektrische Leitfähigkeit aus. Nachteile dieser Zinn-Deckschichten liegen in der hohen Reibkorrosionsanfälligkeit, seiner plastischen Verformung, seiner Adhäsionsneigung und seinem geringen Verschleißwiderstand.

Üblicherweise besteht das Substrat aus Kupfer-Basis-Legierungen wie z. B. CuSn- Bronze, CuNiSi, usw., die häufig als Grundwerkstoff für elektrische Steckverbindungen dienen. Bei erhöhten Temperaturen kann es dazu kommen, dass Kupfer aus dem Substrat heraus diffundiert und sich mit dem Zinn unter Bildung intermetallischer Verbindungen wie Cu6Sn5 und Cu3Sn vereinigt. Die Bildung dieser intermetallischen Verbindungen verringert die Menge an unreagiertem oder freiem Zinn an der Oberfläche. Dies verschlechtert die elektrischen, Korrosions-und andere Leistungsmerkmale.

Als Thermozinn ist eine durch Warmauslagerung entstehende"Zirmschicht" bekannt, die zu 100% aus intermetallischen Phasen besteht. Darüber hinaus werden häufig AuCo-Legierungen mit Unternickelung sowie Ag-Oberflächen, z. T. mit Unterkupferung oder Unternickelung, eingesetzt.

Thermozinn hat sich bislang jedoch nicht unter allen Prüfbedingungen (z. B. chemische Tests oder abrasive Belastung) als erfolgreiche Lösung herausgestellt und hat daher nur einen vernachlässigbar kleinen Marktanteil.

Es ist weiterhin bekannt, dass Zinnlegierungen aufgrund ihrer geringen Härte bzw. ihres geringen Verschleißwiderstandes durch häufiges Stecken oder fahrzeug-bzw. motorbedingte Vibrationen leicht zur verstärkten Oxidation (Reibkorrosion) und zum Durchrieb neigen. Dieser Durchrieb bzw. die Reibkorrosion können zu einem Ausfall einer Komponente (Sensor, Steuergerät, elektrische Komponenten allgemein) fiihren.

Hmzu kommt, dass die Steckkräfte aufgrund der hohen Adhäsionsneigung und der plastischen Verformung für viele Anwendungsfälle zu hoch sind. Speziell Oberflächen auf der Basis von Zinn und Silber neigen zur Kaltverschweißung aufgrund von Adhäsion und sind in Selbstpaarungen durch hohe Reibwerte gekennzeichnet (Reibungskoeffizient us l).

Auch bei herkömmlichen Silber-oder Goldschichten kann es bei einem Schichtdurchrieb oder Schichtabplatzern aufgrund schlechter Haftung zu oxidativen Verschleißvorgängen des Grundmaterials oder der Zwischenschicht (häufig Cu oder Ni) kommen.

Aufgrund der Altautorichtlinie EG 2000/53 ist es untersagt, bleihaltige Zinnschichten zu verwenden. Da das Blei die Whiskerbildung (Whisker sind winzige haarformige Kristalle) in galvanischen Oberflächenbeschichtungen hemmt, kommt es bei galvanischem Reinzinn verstärkt zum Whiskerwachstum, was zu Kurzschlüssen fuhren kann.

Die US-A-5,916, 695 offenbart einen elektrischen Kontakt mit einem kupferbasierten Substrat, das mit einer zinnbasierten Deckschicht versehen ist.

Um die Diffusion des Kupfers aus dem Substrat in die Deckschicht und die damit verbundene Bildung von intermetallischen Schichten zu verhindern, wird zwischen dem Substrat und der Deckschicht eine Sperrschicht aufgebracht. Diese Sperrschicht enthält 20 bis 40 Gew.-% Nickel und besteht vorzugsweise hauptsächlich aus Kupfer (Cu-Basis). Die zinnbasierte Deckschicht kann u. a.

Zusätze wie Si02, Al203, SiC, Graphit oder MoS2 als Schmierstoffe enthalten.

Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäßen Kontaktoberflächen haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass sie bei weiterhin guter Kontaktierung niedrigere Steckkräfte erfordern.

Weiterhin ist vorteilhaft, dass sie durch den Gehalt an Antioxidanzien im enthaltenen Schmierstoff einen Schutz der Oberfläche vor Korrosion bieten.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Schmierstoff über die gesamte Lebensdauer des Kontakts zur Verfügung steht und bei tribologischen Prozessen freigesetzt werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.

So ist bspw. vorteilhaft, wenn zusätzlich eine Diffasionsbarriereschicht auf das Substrat abgeschieden wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch den Aufbau der erfindungsgemäßen Kontaktoberfläche.

Ausführungsbeispiele Kern der Erfindung ist der Aufbau einer Deckschicht auf einem kupferbasierten Substrat für elektrische Kontakte, die es erlaubt, dass bei gleichbleibend guter Kontaktierung niedrigere Steckkräfte erforderlich sind, und dass über die gesamte Lebensdauer des elektrischen Kontakts eine gute Verschleißbeständigkeit erreicht wird.

Wie in der Figur gezeigt, wird zunächst auf dem elektrischen Kontakt, d. h., auf dem kupferbasierten Substrat 10 eine Kontaktoberfläche 12 mittels galvanischer Verfahren, z. B. Hochgeschwindigkeitsabscheidung in Bandanlagen, erzeugt.

Dazu wird ein Metall, z. B. Zinn, Silber oder Kupfer, zusammen mit einem zu einem späteren Zeitpunkt wieder leicht aus dem Metall herauslösbaren weiteren Stoff (im folgenden"Platzhaltermaterial"genannt) bis zum Erreichen der gewünschten Schichtdicke abgeschieden. Abhängig von der jeweiligen Applikation, von wirtschaftlichen Erwägungen und vom gewählten Prozess liegt die Schichtdicke im Allgemeinen zwischen ungefähr 0,5 und ungefähr 10 item. Bei dem Platzhaltermaterial kann es sich bspw. um Polystyrolkugeln handeln.

Denkbar sind aber auch Latexkugeln oder andere Kunststoffe, die gut thermisch zersetzt bzw. aufgelöst werden können. Auch Polyethylen, unedle Metalle, Schwefel, Phosphor, Schwefelverbindungen, Phosphorverbindungen, Sisal, Maisstärke und dgl. können verwendet werden.

Das Herauslösen des Stoffes kann mittels thermischer und/oder Lösungsmittelbehandlung, wie z. B. dem Lösen der Polystyrolkugeln in Toluol, erfolgen. Eine thermische Behandlung bietet sich bei Stoffen an, die sich leicht zersetzen und in die Gasphase übergehen, eine Behandlung mit Lösungsmitteln, bspw. Toluol, Aceton, Reinigungsbenzin, Alkohole und dgl., wird dann bevorzugt, wenn sich bspw. bei einer thermischen Belastung eine Schmelze bildet, die schwierig zu entfernen ist, oder aber wenn es prozesstechnisch einfacher, schneller oder kostengünstiger zu bewerkstelligen ist.

Nach dem Herauslösen bleibt ein von dem Metall gebildetes hochgradig poröses Skelett, der sogenannte Metallschaum 14, zurück. Die Poren bilden sich dabei über die gesamte Schicht hinweg aus. Es ist dabei darauf zu achten, dass der Prozentanteil der Poren im Bereich von ca. 20 bis ca. 50% liegt, da sonst die Perkolation des Schmierstoffes nicht gewährleistet ist. Falls Probleme bzgl. der mechanischen Stabilität auftreten sollten, ist der Porenanteil so anzupassen, dass die Schicht auch mechanisch stabil ist.

In einem zweiten Schritt wird nun dieser Metallschaum mit einem Schmiermittel getränkt. Bei diesem Schmiermittel kann es sich sowohl um Festschmierstoffe wie bspw. Graphit, MoS2 und dgl., als auch um flüssige Schmierstoffe wie z. B.

Öle oder in Lösungsmitteln gelöste Fette handeln.

Durch die aufgrund der Meinen Poren 16 (mittlere Porengröße im Bereich von 0,1 bis 5 um) des Metallschaums 14 sehr großen Kapillarwirkung wird der Schmierstoff in die Poren 16 gesaugt und dort festgehalten. Es ist auch möglich, einen Festschmierstoff in einem Lösungsmittel zu lösen und dann einziehen zu lassen. Auf diese Weise stellt der Metallschaum ein Rückhaltevolumen für den Schmierstoff dar. Dieser kann somit nicht aus dem Verschleißgebiet herausgetrieben werden und steht über die gesamte Lebensdauer des Kontaktes zur Verfügung.

Bei dem abgeschiedenen Metall kann es sich bspw. um Kupfer und Cu- Legierungen, bspw. mit Be oder ähnlichen Metallen, um Sn-und Sn- Legierungen, insbesondere Sn-Ag, um Ag und Ag-Legierungen, sowie um Au und Au-Legierungen handeln. Dabei können diese Metalle mit oder auch ohne Diffusionsbarrieren wie Untemickelung, sowie mit oder ohne Flash aus Edelmetall wie z. B. Au, Pt, Ru oder Pd, diese vorzugsweise auf den Cu- Legierungen, abgeschieden werden.

Die Schichtdicke der abgeschiedenen Schicht liegt im Allgemeinen, je nach Anwendung, zwischen etwa 0,5 und 10 um.

Bei einer mittleren Porengröße von ungefähr 0, 1 bis 5 um kann die Porengeometrie entweder rund oder vielflächig sein. Die mittlere Porengröße hängt von der Größenverteilung des verwendeten Platzhaltermaterials sowie von der Schichtdicke ab, wobei gilt Porengröße < Schichtdicke. Ob die Porengeometrie rund oder vielflächig ist, hängt von der Morphologie des verwendeten Platzhaltermaterials ab. Der Porenanteil beträgt dabei zwischen 1 und 80 Vol.-% der gebildeten Schicht.

Die erfindungsgemäßen Kontaktoberflächen erlauben niedrigere Steckkräfte aufgrund des vorhandenen Schmierstoffs, der vorzugsweise Öl oder Fett ist, aber auch ein Festschmierstoff in Form von Graphit, MoS2 oder dgl. sein kann.

Aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit des (Fest-) Schmierstoffes ist eine gute Kontaktierung gewährleistet. Im Schmiermittel enthaltene Antioxidanzien schützen die Oberfläche vor Korrosion, es wird eine hohe Verschleißbeständigkeit sowie eine hohe Steckzyklenzahl erhalten. Ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Kontaktoberflächen liegt in der Tatsache gegründet, dass der poröse Metallschaum ein Rückhaltevolumen für den Schmierstoff zur Verfügung stellt. Dieser kann daher nicht aus der Verschleißnabe getrieben werden und steht somit über die gesamte Lebensdauer des Kontakts zur Verfügung.

Als Beispiel für das erfindungsgemäße Verfahren werden l Og/1 Polystyrolkugeln mit einem Durchmesser von ca. 1 nm zusammen mit Ag galvanisch abgeschieden. Dabei erfolgt der Einbau der Polystyrolkugeln in die Ag-Schicht.

Anschließend werden dann die Kugeln mit Toluol wieder herausgelöst.