CZ72999A3

CZ72999A3 - Slitina pro povlékání miniaturních spínacích kontaktů

Info

Publication number: CZ72999A3
Application number: CZ99729A
Authority: CZ
Inventors: Bernd Gehlert; Rudolf Schnabl; Jürgen Dr. Wachter
Original assignee: W. C. Heraeus Gmbh & Co. Kg
Priority date: 1998-03-07
Filing date: 1999-03-03
Publication date: 1999-09-15
Also published as: JP3093748B2; DE19809961A1; JPH11315333A

Description

Oblast techniky

Vynález se týká slitiny pro povlékání miniaturních spínacích kontaktů, povlékání miniaturních spínacích kontaktů odpovídající slitinou, miniaturního spínače s kontaktními plochami takto povlékanými a použití slitiny k povlékání kontaktních ploch miniaturních spínačů.

Dosavadní stav techniky

Během posledních let silně vzrostla potřeba malých a spolehlivých elektrických spínacích kontaktů, zejména v oblasti telekomunikací. Přitom jsou na používané spínací kontakty, zejména v podobě relé, kladeny vysoké požadavky. Vedle vysoké kontaktní odporové stability mají spínací kontakty disponovat kontaktními plochami se stálostí proti opálu, vykazujícími vysokou životnost.

Obvykle používané povlékací materiály pro příslušné kontaktní plochy elektrických miniaturních spínacích kontaktu sestávají převážně ze slitin AuAg8 a AuNi2. Tyto však vykazují po určitém počtu sepnutí relativně vysoký materiálový přenos a tím i malou životnost (často < 500 000 sepnutí). K tomu u AuAg8 dochází ke vzniku studených svarů, vyskytujících se na základě třecích mikroposuvů, zejména při spínání na sucho, a vedoucích k selhání relé.

Podstata vynálezu

Z uvedených skutečností vyplývá problém alespoň částečného odstranění shora uvedených nedostatků a to s pomocí slitiny o novém složení.

Tento problém je podle vynálezu vyřešen slitinou podle bodu 1, povlékáním miniaturních spínacích kontaktů podle bodu 3, miniaturním spínačem podle bodu 4 a použitím slitiny podle bodu 5.

Slitina obsahuje 25-35 % hmotnostních palladia, 1-5 % hmotnostních ruthenia a zbytek ve formě zlata.

U této slitiny se jedná o kontaktový materiál s velmi vysokou odolností proti opálu na základě plošné eroze při jednotlivých sepnutích, čímž je na základě snížení vzájemně adheze kontaktů z velké části odstraněna možnost nesepnutí při zátěžovém spínání a výskyt studených svarů při spínání na sucho. To má za následek také podstatné zvýšení životnosti příslušných povlaků miniaturních kontaktů a jejich spínačů.

Pod pojmem miniaturní spínací kontakty se podle vynálezu rozumějí takové, jejichž pracovní rozsah je při výkonu do 50 W, napětí do 150 V a proudu do 1 A. V tom je zahrnuto i bezzátěžové spínání (proud i napětí nulové), které představuje zvláštní případ tak zvaného spínání na sucho. Při spínání na sucho leží pracovní napětí pod tak zvaným napětím měknutí odpovídajícího kontaktového kovu, takže nedochází k žádnému posuvu materiálu.

Slitiny podle vynálezu jsou vyráběny metalurgickou cestou, na příslušné kontaktové plochy jsou pak nanášeny jako povrchové vrstvy válcováním.

Další výhoda slitiny podle vynálezu spočívá ve stabilním kontaktovém odporu a v úspoře zlata. Díky poměrně nízké elektronové výstupní práci složek slitiny (ruthenium: 4,52 V) dochází k plošné erozi, která je převáděna na poměrně velkoplošný pohyb vznikajícího oblouku při spínání.

Ve výhodném provedení obsahuje slitina podle vynálezu ještě měď až do 0,5 % hmotnostních. Přísada mědi slouží ke zmenšení poddajnosti jádra, k vytvrzení slitiny a tím vším ke zvýšení odolnosti proti opálu.

Toto vše vede ke stabilnímu kontaktnímu odporu a tím i ke zvýšení životnosti při zátěži i při bezzátěžovém spínání.

Přehled obrázků na výkresech

K vysvětlení vynálezu slouží příklady, které jsou znázorněny na následujících obrázcích:

Příklad 1: Zátěžové spínání obr. la představuje funkční znázornění percentuálních výpadků po určitém počtu spínacích cyklů (AgPdSO, 80 mikrometrů, povlečeno (PVD) s AuAg8, 2 mikrometry);

obr. lb představuje funkční znázornění kontaktního odporu po určitém počtu spínacích cyklů (AgPdSO, 80 mikrometrů, povlečeno (PVD) s AuAg8, 2 mikrometry);

• · · obr. 2a představuje funkční znázornění četnosti výpadků v závislosti na počtu spínacích cyklů (AgPd60, 80 mikrometrů, povlečeno (PVD) s AuPd30 Ru2, 1,5-1,7 mikrometrů);

obr. 2 představuje funkční znázornění kontaktního odporu v závislosti na počtu spínacích cyklů (AgPd60, 80 mikrometrů, povlečeno (PVD) s AuPd30 Ru2 , 1,5-1,7 mikrometrů);

Příklad 2: Bezzátěšové spínání obr. 3a představuje funkční znázornění četnosti výpadků v závislosti na počtu spínacích cyklů (AgPdSO, 80 mikrometrů, povlečeno (PVD) s AuAg8, 2 mikrometry);

obr. 3b představuje funkční znázornění kontaktního odporu (AgPd60, 80 mikrometrů, povlečeno (PVD) s AuAg8, 2 mikrometry);

obr. 4a představuje funkční znázornění četnosti výpadků v závislosti na počtu spínacích cyklů (AgPd60, 80 mikrometrů, povlečeno (PVD) s AuPd30, Ru2, 1,5-1,7 mikrometrů);

obr. 4b představuje funkční znázornění kontaktního odporu (AgPd60, 80 mikrometrů, povlečeno (PVD) s AuPd30, Ru2, 1,5-1,7 mikrometrů).

Příklady provedení vynálezu

Obrázky 1 se vztahují na relé, jehož spínací kontaktní plochy sestávají z 80 mikrometrů AgPdSO, jež jsou povlečeny 2 mm silným filmem z AuAg8 a to prostřednictvím metody PVD. Jedná se o zátěžové spínání relé při 125 V a 0,25 A při • ·

taktovací frekvenci 3 Hz. Požadovaný počet sepnutí je 1 milion. Příslušnému spínacímu cyklu bylo podrobeno 6 relé, přičemž Beta-hodnoty podle Weibulla bylo dosaženo ve výši 814 000.

V obrázku 1 je zřetelně patrno, že percentuální četnost výpadků od cca 500 000 spínacích cyklů rapidně stoupá. Také lze zjistit na obrázku lb lehký nárůst kontaktního odporu uvnitř spínacích cyklů.

Relé se potom považuje za vypadlé, jestliže dojde k nejméně deseti chybám sepnutí, popřípadě rozepnutí nebo když kontaktní odpor překročí volně stanovenou hranici, v tomto případě 200 m Ohm.

Na obrázcích 2 se jedná o kontatky relé, povlečené podle vynálezu, jejichž spínací kontaktní plochy sestávají z AgPd 60 (80 mikrometrů), které jsou povlečeny 1,5-1,7 mikrometru silnou vrstvou AuPd30 Ru2, vyrobenou metodou PVD.

Pracovní podmínky odpovídají shora uvedeným.

V tomto případě je při vytvoření podle vynálezu dosaženo Beta-hodnoty podle Weibulla ve výši 964 000, což leží jasně nad první hodnotou.

Z obrázku 2a lze rovněž zjistit, že percentuální četnost výpadků dosahuje signifikantní hodnoty teprve od cca 900 000 spínacích cyklů.

Z obrázku 2b lze pak vypozorovat lehký odpad kontaktního odporu uvnitř spínacích cyklů.

0 00

0 0 0 0 0

U druhého případu se taktovací frekvencí 10 Hz

000 000.

jedná o spínání na sucho s a požadovaným počtem sepnutí

V případě na obrázku 3 se jedná o plochy spínacích kontaktů z AgPdSO (80 mikrometrů} , které jsou prostřednictvím metody PVD povlečeny 2 mikrometry silnou vrstvou AuAgS, přičemž Beta-hodnota podle Weibulla dosahuje 4,61 χ 10⁶.

V obrázku 3a je patrné, že signifikantní Četnost výpadků je zřejmá až od 1 000 000 spínacích cyklů. V obrázku 3b je rovněž patrné, že kontaktní odpor dosahuje od 1 000 000 spínacích cyklů velmi vysokých hodnot.

U spínacích kontaktních ploch povlečených podle vynálezu (80 mikrometrů AgPdSO povlečeno (PVD) s 1,5-1,7 mikrometru AuPd30 Ru2) obnáší Beta-hodnota podle Weibulla 9,91 x 10^e, což je zřejmé z téměř jehlicovitě tvarované funkce na obrázku 4a.

Projevuje se to také v tom, že kontaktní odpor teprve od 10 000 000 spínacích cyklů dosahuje vyšších hodnot (viz

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Slitina pro povlékání miniaturních spínacích kontaktů s následujícím složením:

* - Pd: 25-35 % hmotnostních - Ru: 1-5 % hmotnostních - Au: zbytek % hmotnostních
2. Slitina podle bodu 1 vyznačující se tím, že dále obsahuje následující složku:

- Cu:až 0,5 % hmotnostního.
3. Povlékání miniaturních spínacích kontaktů slitinou podle jednoho z bodů 1 až 2.
4. Miniaturní spínač s kontaktními plochami povlékanými podle bodu 3.
5. Použití slitiny podle jednoho z bodů 1 až 2 k povlékání kontaktních ploch miniaturního spínače.