CN103732793A - 改善两接触元件间电连接的过渡阻抗的方法和两接触元件间具有电连接的部件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于改进两个接触元件（1,2）间电气连接中特别是在压力连接下的过渡电阻的方法。经过重复的机械或是热负荷，此种连接，特别是有着小的截面积或是由柔性材料组成的连接，有着随时间增长的过渡电阻。根据本发明，通过在接触元件（1,2）的至少一个接触面（3,4）上施加激活接触面（3,4）并且随后提高电导率和冷焊密度的化学还原物质（6），过渡电阻得到了改善。

Description

改善两接触元件间电连接的过渡阻抗的方法和两接触元件间具有电连接的部件

技术领域

本发明涉及一种用于改进在两个接触元件间的电气连接特别是在压力连接中的过渡电阻的方法。本发明进一步涉及一种包括两个接触元件的部件，在两个接触元件间有电气连接，特别是压力连接，尤其是在电线和压接接触件间的压接连接。

在两个导电的接触元件之间的连接，特别是通过其中至少一个接触元件塑性变形的方式，比如挤压，而产生的连接，比如，举例来说，在电线或是电线和压接元件之间的连接，可能会有随着时间大幅增长的过渡电阻。特别是如果接触元件受到机械的影响，比如，举例来说，运动或是拉伸/弯曲负荷，或是热负荷，比如，举例来说，经常变化的温度，和/或电线有小的横截面和/或包括柔性材料，此效应日益明显。由于增长的过渡电阻，一个连接电路可在它的功能方面受损或是失效。

本发明具体地意图提供一种连接，此连接在很长一段时间内稳定并且甚至在几百次的具有拉伸负荷的冷热循环后在过渡电阻方面没有显著地提升。此负荷例如通过在汽车工业中用作标准测试的慢速弯曲实验（SMBT）的方法来模拟。

背景技术

为了产生这样一种在两个元件之间持久稳定的电连接，往往使用焊接连接。然而，这种连接的产生导致部件的热负荷。进一步说，很多焊料包含重金属并且从而构成了环境污染的来源。用于产生这样一种焊接连接的操作开支也是相对较大的。

US5,225,066列出了用于产生在电线和压接接触件间的长期稳定电连接的一种方法，电线和压接接触件的材料必须是有着不同的氧化还原电位。在电解质被引入到电线和压接接触件之间后，一种金属通过电解质向另一种金属迁移开始并且桥接金属连接在电线和压接接触件之间产生。为此，有必要使得电线、压接接触件和电解质在同时进行接触。因而，在两个接触元件之间的由有着近似或是相同的氧化还原电位的材料特别是由相同的材料产生的连接，有很大的难度或是根本不可能。

发明内容

因此本发明的一个目的是产生一个特别是长期稳定的在两个接触元件之间的电连接，这两个接触元件是通过塑性变形的方式连接的，举例来说，通过压接的方式，仅仅以正锁定的方式或是非正锁定的方式而不是以实质性接合方式，特别是甚至当接触元件包括有着近似或是相同的氧化还原电位的材料时，将会消除热负荷或是预期的对环境造成的危险。

此目的通过本发明以将化学还原物质施加于至少一个接触元件的一个接触面上的方式获得。

由于这一措施，存在于接触表面的氧化层减少并且电导率和冷焊密度上升。

与现有技术中描述的方法相反，不需要两个接触元件和此物质在同时进行接触。每个接触元件可以单独进行处理。

更进一步，连接两个其包括有着近似或是相同氧化还原电位的材料尤其是包括相同材料的接触元件是可能的。

根据本发明的解决办法可根据期望结合并且根据以下有自身优势的附加配置进一步改进。

为了控制此效应，化学还原物质可以被稀释。这能够降低成本。此外，其他有附加效应的物质可以被引入至化学还原物质或是溶剂中。举例来说，此添加物可能有脱脂或是导电效应。

化学还原物质的应用可以通过使用多种技术实现，举例来说，加压、浸渍、喷洒或是涂装技术。特别的，对于将接触面仅仅有选择的和物质被处理可能是有优势的，因为因而节省了时间和材料。

化学还原物质可能残留于接触面，这节省了用于去除物质的附加步骤。这因而可能减少了时间、操作和成本开支。特别是当此物质仅仅施加于一个接触面并且此步骤在接触步骤之前发生，开支被限制到最小。由于此物质残留于连接处的情况，防止了对接触面的再次氧化、污染或是比如水的液体的浸润。然而，可能对很多应用来说在接触步骤之前将还原物质移除是有优势的。为了防止表面的中间氧化，在这种情况下需要使得移除化学还原物质和接触步骤之间的保持时间尽可能低或是使得中间的操作步骤是在一个无氧环境中进行。

为了减少组装过程中的时间开支，化学还原物质的应用可以与接触步骤在同一时间进行，举例来说，挤压的操作。举例来说，使用微测仪器施加化学还原物质于接触面中的一个是可能的。

化学还原物质也可能在接触元件的生产过程中或是在一个先前的操作步骤中已经被施加。举例来说，电线可能已经包含化学还原物质或是它可能包含于使用的冲压油中，举例来说。在压接连接件的生产过程中。

化学还原物质可能是酸。由于此种酸，一个接触元件的一个接触面，特别是在金属的情况下，会被腐蚀并且表面粗糙，这会进一步提高有效表面积因此进一步提高冷焊密度。此外，即使当在有效步骤后化学还原物质仍残留于接触表面时，酸里有离子因此保证了接触面之间的电导通。特别是无机酸有着不同的酸性特征并且从而导致强大的腐蚀效应同时有着离子的高浓度。

在本方法的一个优选实施例中，一种有机酸被用作化学还原物质。这提供了通常对人类和环境都是无毒的优势。此外，有机酸常常仅仅是弱酸，这防止了在大多数情况下包括金属的接触面以一种不必要的过度的方式受到损害。有机酸常常也是易于生产和储存的，几乎没有安全要求。特别的，长链的有机酸的使用可能是有优势的，因为它们没有味道并且大多数情况是奶油状或是蜡状的。此一致性与低的酸强度组合使得它们特别适合用于化学还原物质预期残留于连接处的应用中。这样有机酸的例子有棕榈油酸、脂肪酸、庚二酸、己二酸、戊二酸、丙二酸和伯恩斯坦酸。

对化学还原物质来说有着多种有还原效应的功能群是特别有优势的，因为此效应会因此而加强。

化学还原物质可能仅仅是弱酸或是弱碱，那就是说，它的pH值是在4.5到9.5的范围内。这提供的优势是，除了在氧化层上的还原效应之外，位于下方的常常是金属的接触面，仅仅受到很轻的损害。因此，即使在相对较长的动作中，举例来说，当化学还原物质残留于连接处时，发生的效应可以被很好的控制。

在本方法的一个优选实施例中，化学还原物质是助熔剂。这是很普遍的并且在电子电器中用于产生焊接连接广为所知。因而已经有关于这些性质的广泛的知识，特别是和多种材料的耐受性。对助溶剂的选择可以从而和将要连接的接触元件协调。这种助溶剂，除了化学还原物质之外，可能进一步包含其他物质或是有着其他有优势的性质。比如，助溶剂可能进一步有脱脂效应，这进一步改善了接触元件之间的电连接。然而，与焊接连接相反，连接的接触元件不是随后以物质组合的方式通过附加焊接来连接。特别的，没有必要加热连接位置。

为了保证电连接，特别是当化学还原物质残留于接触表面时，对其来说同时为导电的是有优势的。举例来说，它可能包含离子或是其他自由电荷载体或是附加导电微粒可能嵌入于此物质中。举例来说，酸或是电解液仿佛是特别的适合。自由电荷载体的离子可能也是仅仅由于其和氧化层的反应而被制造出来。

根据本方法的一个优选实施例，化学还原物质有着奶油状或是蜡状的稠度。这有利于此物质的应用并且保证了此物质在此过程的剩余过程中保留在接触面上并且不会滴落或是蒸发。特别是当在施加此物质和连接步骤之间有相对长时间时，从而保证了仍然有充足的化学还原物质在接触表面上。此稠度可能或是化学还原物质的固有性质，比如由于长链或是支链的化学结构，或是可能通过添加提高或是降低稠度的物质获得。举例来说，可以添加增稠剂或是溶剂。由于生产规则要求，可能也需要更严格的稠度。可能还需要此物质以一种液态的形式存在，这有利于，举例来说，此物质的应用或是移除。

根据本方法的一个优选实施例，此化学还原物质可能被封装成在压力下会破裂的亚毫米级或是亚微米级的球。因此，可能达到一种化学还原物质可能在挤压操作过程中首次出现并且随后仅在接触表面作用的状态。此外，这从而保证了最小可能量的化学还原物质被浪费。

为了改进过渡电阻，有可能或是额外通过等离子束清洗的方式去清理或是激活至少一个接触元件的一个接触面。

本发明通过参考优选实施例和附图例子的方式在下文中进行详细的说明。描述的实施例仅仅构成可能的实施例，其中，然而，如上描述的单独的特征能够相互独立实现或是省略。

附图说明

图1是根据本发明配置的一种方法的示意性立体图；

图2是穿过利用根据本发明的方法而处理的部件的示意性剖面图。

具体实施方式

根据本发明的方法首先参考图1进行说明。通过使第一接触元件1的接触面3连接至第二接触元件2的接触面4，第一接触元件1（在此例中示出为电线1a）意图在其接触面3的区域电连接至第二接触元件2（在此例中示出为压接元件2a）。第一接触元件1具有除了接触面3之外的另外的绝缘区域5。第一接触元件1和第二接触元件2之间的电连接是通过将第一接触元件的接触面3放置于第二接触元件的接触面4上并且随后通过塑性变形的方式，比如挤压，将第二接触元件的接触面4围绕第一接触元件的接触面3进行弯曲的方式产生的。根据本发明，一种化学还原物质被施加于接触面3,4中的至少一个上。这能特别是在接触之前或是接触过程中进行实施。

此化学还原物质6可以使用多种技术进行施加。举例来说，可能通过压力、浸渍、喷洒或是涂装技术的方式被施加于接触面3,4中的一个。

为了保持低的时间和材料开支，并且处理仅仅一个小的表面，这些技术也可被有选择的用在仅仅接触表面3,4的一个的部分区域。

化学还原物质的施加也可与挤压连接的产生在一个操作步骤中被实施。当意图将化学还原物质6残留于连接处时这是有优势的。这样一种以永久的方式被施加的化学还原物质防止接触表面3,4的一个在部件的使用寿命中被再次氧化或是防止挤压连接中造成的中空空间被污染。从而保证了具有好的、永久的导电性质的连接。如果化学还原物质6并不意图残留于连接处，则它能够在有效步骤后被容易地移除。特别是化学还原物质6可被仅施加于单个接触元件1,2的事实有利于此清理步骤。举例来说，两个接触元件1,2可以在连接步骤之前利用化学还原物质6被处理并且接触元件1,2可随后脱离化学还原物质6因此完整的部件不包含化学还原物质6。

优选可以使用酸作为化学还原物质6。除了对氧化层的化学还原之外，这些酸腐蚀接触表面3,4，由此表面***糙并且冷焊密度还提高。进一步，酸提供了自由电荷载体，例如离子，因此保证了接触表面3,4之间的导电性。

在本方法的一个特别优选的实施例中，有机酸被用作化学还原物质6。有机酸在大多数情况下对人类和环境的伤害较小，因为它们毒性较低并且酸的强度较低。由于有机酸经常自然地产生，所以无需能源密集和成本密集的生产。更进一步，有机酸能够经常更为容易的处理和储存。

由于有机酸在大多数情况下有不太活泼的效用，所以在金属上仅薄的氧化层被还原，而剩余的金属受到保护。当使用有机酸时，特别是当其永久的残留在连接处时，对此效应有选择性的控制因而成为可能。这种有机酸的例子有棕榈油酸、脂肪酸、庚二酸、己二酸、戊二酸、丙二酸和伯恩斯坦酸。特别的，使用这些酸的混合物也是可能的。

在本方法的一个特别优选的实施例中，使用长链的有机酸。与短链的有机酸相反，长链的有机酸是无味的，并且由于其长链结构而呈奶油状或蜡状，这有利于在连接处的处理和长久的保留。

化学还原物质6可能呈各种聚集状态。举例来说，它可以是液体，这允许了通过浸渍技术和随后从连接位置移除的方式的应用。然而，在特定的生产方式下，化学还原物质6呈固态形式可能是有优势的。特别的，这允许此物质呈奶油状或蜡状，这可能有利于处理，因为它随后残留粘接到接触表面3,4并且不会滴落或是蒸发。如果此物质永久的残留于接触位置，则此稠度保证了永久的接触。为了获得所需要的稠度，额外的物质可能需要被添加进化学还原物质6，举例来说，增稠剂或是溶剂可能提高或是降低此稠度。

为了实现确定的效果或是为了节省材料，此物质可被稀释。为了获得额外的效用，实现其他功能的其他物质可被添加进此物质或是溶剂中。比如，这些添加物可通过提供自由电荷载体而进一步提高电导率，或者它们可能有降低效用。

化学还原物质6的效用可通过包括多种化学还原功能群的物质的使用而进一步提高。

由于接触元件1,2经常包含金属，对于化学还原物质6仅仅是弱酸性或是弱碱性，那就是说其pH值是4.5到9.5之间，是有优势的。这些金属因此免受此物质的损害。

在本方法的一个有利的实施例中，化学还原物质6是助熔剂。由于助熔剂已经在电气和电子器件中普及，所以关于其性质，特别是和多种金属的相互影响，已经广为所知。对不同的材料和材料组合以及对不同的应用场合有各种不同的助熔剂。此助熔剂因而能够适应于使用的材料和计划的应用。由于助熔剂经常也在其他的生产步骤中使用，所以不需要使用额外的化学还原药剂。这减少了材料的使用，储存的成本和操作的复杂度。

特别是如果还原物质6意图残留于连接处，则其是导电的是有优势的。这也保证了在接触面3,4之间没有直接接触的位置处的导电性。接触元件1,2之间的导电性因而进一步改善。

在本方法的一个特别有利的实施例中，化学还原物质6被封装在亚毫米级或是亚微米级的球中，所述球在压力作用下，例如在挤压或压接时出现的压力下，破裂开来。由于此封装，活性成分仅在接触面上作用，这使得对其他部件的负荷较低，并且防止了材料的不必要的使用。化学还原物质6的另一反应，举例来说，与其他反应搭档的反应，或是加速老化，也因而得到了避免。

此物质在一个先前的处理步骤中已经被施加于接触面3,4中的一个是特别有优势的。举例来说，这可通过此物质被包含于在接触元件1,2的生产中使用的冲压油中进行实施。

图2是通过两个接触元件之间的连接的剖面图，所述接触元件使用根据本发明的方法生产的。第一接触元件1是由股线1b形成，并且被第二接触元件2包围，在此例中第二接触元件2为压接元件2a的形式。第二接触元件2由力进行塑性变形并且夹紧此第一接触元件1。股线1b的单独的电线1a也被塑性变形，因此电线3的大多数接触面以一种正锁定的方式或是非正锁定的方式邻接第二接触元件4的接触面。由于根据本发明的方法的先前使用，因为第一接触元件的接触面3和第二接触元件的接触面4已经通过根据本发明的方法进行激活并且更好的相互附着，所以在它们之间的接口处的冷焊密度得到提升。除了在第一接触元件1和第二接触元件2之间的更强连接之外，第一接触元件1的两根电线1a之间的连接也能得到改善。特别的，如果整个股线使用根据本发明的方法进行处理，第一接触元件的第一接触面3’和第二接触面3’’之间的连接也得到改善。为了节省时间和材料，使用根据本发明的方法处理仅仅股线1b的外部也是可能的。

因为不管单独电线1a的塑性变形如何，仍然有中空空间7留在股线1b中，所以股线1b能够由于空气中氧气的渗入而从这样的位置再次被氧化。在此例中灰尘或是液体的渗入也是有可能的。为了防止这种情况，在本方法的一个特别有利的配置中，化学还原物质6在连接步骤之前以奶油状稠度施加于接触元件1,2中的一个，并且这两个接触元件1,2随后通过挤压的方式相互连接。由于奶油状的稠度，化学还原物质6被引入这些中空空间7中并且永久残留于此，因此保证了其免受氧化、污染和液体的渗入。由于仅仅使用了轻微活泼的物质，所以能够保证仅仅是氧化层受到损害，而不是构成接触元件的金属受到损害。

为了节省施加的操作步骤，化学还原物质可在其他操作步骤中已经施加于接触元件1,2中的一个的接触面3,4上。举例来说，化学还原物质6可包含于用于从片材冲压出压接接触件的冲压油中。特别的，此物质可已经在接触元件之一的生产中被施加。

为了允许化学还原物质6在冲压步骤中仅仅在接触面3,4上起作用，在根据本发明的方法的一个特别有利的实施例中化学还原物质6被包含于仅仅在施加机械压力时破裂开来并且将化学还原物质添加于其中的亚毫米级或是亚微米级的球中。由于此封装，化学还原物质6还在有效步骤前防止以其他任何方式反应。

作为对用于改善过渡电阻的上述方法的替代方法，或是为了而进一步改善过渡电阻，至少接触面中的一个可通过等离子束清洗的方式被清理并且激活。

图2也是部件8的一个示意性截面图。部件8是使用根据本发明的方法生产的。在此例中，接触元件1,2间的接触面3,4上或是中空空间中有化学还原物质6。特别的，有机酸、助熔剂或是亚毫米级或是亚微米级的球可包含于化学还原物质6中。

Claims (10)

1.产生电连接的方法，借助了在例如一根电线（1a）或是一根股线（1b）的第一接触元件（1）的至少一个接触面和第二接触元件（2）的接触面（4）间的塑性变形，其特征在于一种化学还原物质被施加于接触面（3,4）中的至少一个上。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于化学还原物质是酸。

3.根据权利要求2的方法，其特征在于这种酸是有机酸。

4.根据权利要求1至3的任一项的方法，其特征在于化学还原物质是助熔剂。

5.根据权利要求1至4的任一项的方法，其特征在于此物质被封装进亚毫米级或是亚微米级的球中，所述球在一个接触面塑性变形状态时至少部分破裂开来。

6.电气部件，包括至少两个接触元件（1,2），每个都分别有至少一个接触面（3,4），至少一个接触元件（1,2）已经被塑性变形，其特征在于化学还原物质存在于接触元件的至少一个一部分上。

7.根据权利要求6的电气部件，其特征在于化学还原物质是酸。

8.根据权利要求6或7的电气部件，其特征在于化学还原物质是有机酸。

9.根据权利要求6至8的任一项的电气部件，其特征在于化学还原物质是助熔剂。

10.根据权利要求6至9的任一项的电气部件，其特征在于化学还原物质中嵌入有在压力下破裂开来的亚毫米级或是亚微米级的球。

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