191846. lajstromszámú szabadalom • Bontható, érintkező felületein védőréteggel ellátott villamos-érintkezőpár, valamint eljárás a védőréteg előállítására
3 191846 4 A találmány tárgya kopás és korrózióálló, bontható villamos érintkezópár, valamint eljárás az érintkező védőrétegének a készítésére. A modern elektrotechnika és elektronika és a mikroelektronika számos területén alkalmaznak olyan - többször bontható - villamos érintkezőket és kapcsolókat, amelyeknek kopásállóknak és - tekintettel a környezeti viszonyokra - egyszersmind korrózióállóknak kell lenniök, felületükön sem állás, sem működés közben nem képződhet felületi oxid, szulfid vagy más szigetelő bevonat, illetve elszíneződés, és ezáltal biztosítva van megbízható elektromos kontaktus viszonylag tág hőmérsékleti határok között. Általában ezeket a követelményeket a kellő keresztmetszetű és a kontaktusanyagokkal szemben támasztott, gyakran egymásnak ellentmondó tulajdonságok kompromisszumával rendelkező villamos érintkező anyagok többé kevésbé kielégítették. A technika fejlődése során az 1930-50-es években a kontaktus anyagok felületre plattírozott vagy forrasztott ezüst, kadmium, majd további fejlődés során ezüst-kadmium-oxid ötvözetek voltak. Ezeket váltotta fel a belső oxidációval előállított ezüstfémoxid ötvözetek, amire példa a 2 800 426. számú NSZK-beli nyilvánosságrahozatali irat, amibe iridium, ón, réztartalmú belső oxidált ezüst kontaktusokat ismertetnek. Speciális célokra más fémeket és más típusú kontaktus-anyagokat is alkalmaztak, amire példa az 1 355 231. számú egyesül királyságbeli szabadalmi irat. Az elektronika, mikroelektronika azonban további követelményeket támasztott a kontaktusanyagokkal szemben, amit kizárólag az érintkező felületre felvitt speciális réteggel elégítenek ki. A gyakorlatból ismert, széles körben alkalmazott eljárások során nemesfémet, illetve nemesfém alapú ötvözetet használnak a villamos érintkezők felületkezelésére. Ismeretes az arany, palládium, ezüst fémet tartalmazó felületi rétegek kialakítása. Az elektronika, mikroelektronika bontható kontaktusainak felület bevonására általánosan használt az aranyozás, amit döntően vizes oldatból galvanikus leválasztással állítanak elő. Az arany számos előnyös tulajdonsága mellett azonban több hátránnyal bír: nagyon drága, a bevonat nem mindig biztosít kellő védelmet, légy, ezért sérülékeny és nem kopásálló. A technika fejlődése során e hátrányokat több úton igyekeztek kiküszöbölni. Költségcsökkentés végett csökkentették a rétegvastagságot, de ez 1,5 um rétegvastagság alatt a porozitás ugrásszerűen növekszik, ami veszélyeztette a korzióállóségot. Ezt oly módon küszöbölték ki, hogy aranyozás előtt, a kontaktus felületét 2 /ura vastag nikkel réteggel látták el, és ily módon a 2 jum Ni 1,5 /um Au réteg már korrózióálló volt (Metall 37h. 1983. 1. sz. 25. o.) A kopásállóság növelésére színarany helyett az ékszer és díszmütárgy iparban mér régebb óta ismeretes (Galvanotechnik /Phanhauser/ Leipzig 1949. 920-932.o.) keményaranyozást alkalmazták, ami galvanikus úton leválasztott arany-kobalt vagy arany-nikkel ötvözet. Ez újabb problémákat vetett fel, például a réteg porozitása nagy volt, amit elóaranyozó fürdők alkalmazásával csak részben küszöböltek ki. Az aranybevonatok, a modern elektronikának megfelelő korszerű kivitelben ma legalá!.b három technológiai elektrokémiai művelettel készíthetők. Ezek: nikkelezés, aranyozás, keményaranyozás. Nagyobb követelmények esetén (számitógépalkatrészek) öt elektrokémiai úton felvitt rétegből állnak (Metalloberflache 1982. 11. sz. 553-554. o.) a kontaktus bevonatok. Az eljárás és a hozzá tartozó bonyolult technológiai berendezés tovább drágítja a nemesfém felhasználás miatt amúgy is költséges eljárást. A bonyolult, ma legkorszerűbbnek tartott aranyvédőrétegek az alapvető problémát, a drága aranyat, vagy más nemesfémet (ezüst, platina, palládium) nem tudták kiküszöbölni. A találmányunkkal célunk tehát, hogy olyan elektronikai, mikroelektronikai - nemesfémet nem tartalmazó, védőréteggel ellátott - villamos érintkezőket készítsünk, amelyek eleget tesznek a villamos érintkezőkkel szemben támasztott követelményeknek, ugyanakkor csökkentett az előállítási költségük, a technológia egyszerűbb, és jelentős nemesfém megtakarítást tesznek lehetővé. A találmány azon a felismerésen alapul, hogy az utóbbi két évtizedben különöző módszerekkel előállított, hosszútávú kristályos rendet nem mutató amorf ötvözetek, azaz fémüvegek korróziós és kopási tulajdonságai jobbak, felületük simább, mint a kristályos ötvözeteké, villamos vezetőképességük nem lényegesen rosszabb és nem hajlamosak oxidációra. Ezek a tulajdonságok megfelelnek azon reális - bár első hallásra egyáltalán nem trivális - követelményeknek, amely az érintkezők védőrétegével kapcsolatban a korrózió és kopásállóságra helyezi a hangsúlyt és a villamos vezetőképességet - lévén, hogy az alkalmazott fémes védőréteg vastagsága mikrométer nagyságrendű, és így nem meghatározó a teljes villamoskőr vezetőképessége szempontjából - nem tartja a legfontosabb tulajdonságnak, amire példa az aranyozott kontaktus nikkel alaprétege, illetve a tiszta aranyhoz képest a keményarany réteg lényegesen rosszabb villamos vezetőképessége. A találmány alapja az a felismerés, hogy az egyes fémüveg bevonatok (amorf fémek) olyan tulajdonság kombinációval rendelkeznek, amelyek kristályos anyagok esetén ismeretlenek (pl. mágnesesen lágyok, nagy ke5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
