DE2638135A1

DE2638135A1 - Elektrischer schaltkontakt

Info

Publication number: DE2638135A1
Application number: DE19762638135
Authority: DE
Inventors: Guenther Dr Herklotz; Walter Dr Reichelt
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1976-08-25
Filing date: 1976-08-25
Publication date: 1978-03-02
Also published as: US4129765A; FR2363174A1; JPS5326975A; JPS5627961B2

Description

Hanau, den 24. Aug. 1976 PA-Dr.Hn/My

¥. C. Heraeus GmbH, Hanau (Main)

Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

"Elektrischer Schaltkontakt"

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schwachstrom Schaltkontakt für Betrieb unter Vakuum oder unter Schutzgas.

Elektrische Schwachstrom - Schaltkontakte dieser Art sind aus der DT-AS 1764 233 bekannt. Sie weisen auf einem Träger aus weichmagnetischem Werkstoff eine bis zu 0,02 mm dicke Kontaktschicht aus einer Gold-Palladium-Legierung auf, die beide durch eine Zwischenschicht aus Molybdän, Wolfram, Rhenium, einem Karbid oder Borid dieser Metalle, Tantalkarbid oder Tantalborid voneinander getrennt sind. Diese Zwischenschicht gestattet eine höhere Belastbarkeit des Schwachstrom - Schaltkontaktes gegenüber einem solchen ohne Zwischenschicht. Durch ihre Anbringung wird darüberhinaus die Klebewirkung des Schaltkontaktes wesentlich herabgesetzt. Die Zwischenschicht übt also eine aktive Schaltfunktion aus.

Bekannt sind aus der DT-AS 1160 060 ferner elektrische Schaltkontakte für Betrieb unter Schutz- oder Edelgas, die einen ferromagnetischen Träger aufweisen. Auf diesem Träger ist eine Kontaktschicht aus einem hochschmelzenden Metall aufgewalzt,

deren Dicke zwischen einigen tausendstel und einigen hundertste] Millimetern liegt. Zur Vermeidung der Aufnahme von Fremdstoffen wird diese Unedelmetall-Kontaktschicht mit einer gegenüber ihr dünnen Goldschicht versehen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Schaltverhalten und die Lebensdauer von elektrischen Schwachstrom-Schaltkontakten für Betrieb unter Vakuum oder unter Schutzgas mit einem Träger aus magnetisch mittelhartem Werkstoff und einer Kontaktschicht aus einem Edelmetall, einer Legierung aus Edelmetallen oder aus einer Edelmetallbasis-Legierung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird nun erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Störstellen mit hohem Übergangswiderstand, von denen einzelne aus der der Kontaktschicht zugewandten Oberfläche des Trägers aus einem magnetisch mittelhartem Werkstoff mit Koer.zitivfeidstärken von 20 bis 90 Oe herausragen, mit einer 1 bis 20/um dicken Schicht aus wenigstens einem der Metalle der Gruppe Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob und Tantal abgedeckt sind. Die die Störstellen abdeckende Schicht ist vorteilhafterweise 2 bis 10/um dick. Als Werkstoff für die Kontaktschicht hat sich besonders Ruthenium bewährt. Auch Schichten aus Legierungen auf Gold- oder Silberbasis sowie aus Rhodium sind als Kontaktwerkstoffe gut geeignet.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Abdeckschicht zwischen dem Träger aus magnetisch mittelhartem Werkstoff und der im wesentlichen aus Edelmetall bestehenden Kontaktschicht werden die den magnetisch mittelharten Werkstoffen eigenen Oberflächenfehler, die zu Schaltfehlern führen können, wirkungslos gemacht Es ist nämlich eine Eigenart der magnetisch mittelharten Werkstoffe mit Koerzitivfeidstärken von 20 bis 90 Oe, daß sie leicht Ablagerungen aus Titan- oder Aluminium- Oxid-Par-tikeln

809809/0123

oder Partikeln aus solchen Oxiden mit eingelagertem Metall auf der mit dem Kontaktwerkstoff zu belegenden Oberfläche bilden, die einen hohen Übergangswiderstand besitzen und als Störstellen wirken. Dabei kann es sich um kleine Gebiete von

2
einigen/um Größe oder um Partikel von 1 bis 50/um Durchmesser handeln, deren Spitze aus der Oberfläche des Trägerwerkstoffs einige/um herausragt. Ein Abschleifen oder Wegätzen dieser Ablagerungsspitzen scheidet aus, weil dies durch Herausbrechen oder durch den Ätzvorgang zur Kraterbildung in der Trägeroberfläche führt. Es wurde überraschenderweise festgestellt, daß bei Schwachstrom - Schaltkontakten mit erfindungsgemäßer Abdeckschicht aus wenigstens einem der Metalle Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob oder Tantal keine wesentlichen Störungen des Schaltverhaltens beobachtet werden, was nicht allein auf die ausgewählte Dicke der Abdeckschicht, sondern auch auf die ausgewählten Metalle zurückzuführen ist. Diese gehen auf Grund ihrer hohen Affinität zu Sauerstoff eine feste Verbindung nicht nur mit der Trägeroberfläche, sondern auch mit den Ablagerungspartikeln ein, ohne dabei selbst völlig in Oxid überzugehen, und sie bilden außerdem an der Grenzschicht mit dem Kontaktwerkstoff eine Übergangszone, die eine gute Haftverbindung zwischen beiden Schichten gewährleistet, ohne daß dadurch der Kontaktwiderstand unzulässig erhöht wird.

Die Aufbringung der die Störstellen des Trägerwerkstoffes abdeckenden Schicht sowie der Kontaktschicht erfolgt vorteilhafterweise durch Abscheiden der entsprechenden Werkstoffe aus der Gasphase, also beispielsweise durch Aufdampfen bei einem Druck kleiner als 10"^mm Hg oder Aufstäuben bei einem Druck im Bereich von 10 bis 10 ^mm Hg. Dabei wird der Träger in bevorzugter Weise auf einer Temperatur von 250 bis 450°C, vorzugsweise 350 C gehalten.

In der Figur ist schematisch ein erfindungsgemäßer Schwachstrom - Schaltkontakt im Längsschnitt dargestellt.

809809/0129

Mit der Bezugsziffer 1 ist der Träger aus magnetisch mittelhartem Werkstoff bezeichnet, aus dessen Oberfläche einzelne Ablagerungen 2 herausragen. Im Bereich der Kontaktschicht 3 aus Edelmetall, einer Legierung aus Edelmetallen oder einer Edelmetallbasis-Legierung ist zwischen dieser und dem Träger 1 die die Ablagerungen 2 abdeckende Schicht 4 aus Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium,' Niob und/ oder Tantal angeordnet.

Die Herstellung eines erfindungsgemäßen Schwachstrom - Schaltkontaktes erfolgt beispielsweise nach folgendem Verfahren:

Ein Träger wird in einer Bedampfungsanlage derart angeordnet, daß nur die zu beschichtende Fläche dem Dampfstrom aus dem Beschichtungswerkstoff ausgesetzt wird. Nach Evakuierung der Anlage auf einen Druck von weniger als 10"^ mm Hg wird der Träger mittels eines geeigneten Heizelements, beispielsweise durch Wärmestrahlung, auf eine Temperatur von 350 C erhitzt. Aus einem wassergekühlten Kupfertiegel wird durch Beschüß mittels energiereicher Elektronenstrahlen Titan verdampft und als abdeckende Schicht auf dem Träger in einer Dicke von 10 /um niedergeschlagen. Im Anschluß an die Aufbringung der die Störstellen auf dem Träger abdeckenden Schicht wird aus einem anderen Tiegel Kontaktwerkstoff, beispielsweise Ruthenium, verdampft und auf der zuvor abgeschiedenen Titan-Schicht niedergeschlagen. Hierbei ist es vorteilhaft zur Verhinderung einer Oxidbildung von Titan, daß der Kontaktschichtwerkstoff im gleichen Bedampfungszyklus, d.h., ohne Unterbrechung des Vakuums, auf die abdeckende Schicht aufgebracht wird.

Anstelle des vorbeschriebenen Aufdampf verfahrens können das Titan und/oder das Ruthenium auch durch Ionenbeschuß von einem auf negativer Spannung liegenden Target abgetragen und auf dem Träger bzw. der auf ihm abgeschiedenen, abdeckenden Schicht niedergeschlagen werden. Die Ionen werden in einem Gleich-

809803/0129

203813b

spannungs-oder Hochfrequenzplasma in einer Argon-AtmoSphäre

-1 —"3
von 10 bis 10 mm Hg Druck erzeugt.

809809/0129

L e e r s e i t e

Claims

Patentansorüche

.J Elektrischer Schwachstrom - Schaltkontakt für Betrieb unter Vakuum oder unter Schutzgas, der auf der kontaktgebenden Seite auf einem Träger aus magnetischem Werkstoff eine

1 bis 10/um, vorzugsweise 3 bis 6/um_f dicke Kontaktschicht aus einem Edelmetall, einer Legierung aus Edelmetallen oder aus einer Edelmetallbasis-Legierung aufweist, die durch eine Zwischenschicht aus Unedelmetall voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß Störstellen mit hohem Übergangswiderstand^ ^us der der Kontaktschicht zugewandten Oberfläche des Trägers aus einem magnetisch mittelhartem Werkstoff mit Koerzitivfeldstärken von 20 bis 90 Oe herausragen, mit einer 1 bis 20/um dicken Schicht aus wenigstens einem der Metalle der Gruppe Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob und Tantal abgedeckt sind.
2. Schwachstrom - Schaltkontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Störstellen abdeckende Schicht

2 bis 10/um dick ist.
3. Schwachstrom - Schaltkontakt nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht aus Ruthenium besteht.
4. Verfahren zur Herstellung eines Schwachstrom - Schaltkontaktes nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen auf eine Temperatur im Bereich von 250 bis 450° C erhitzten Träger aus magnetisch mittelhartem Werkstoff durch Aufdampfen bei einem Druck von weniger ^0"* mm Hg oder Aufstäuben bei einem Druck von 10 bis 10"" ^ mm Hg eine 1 bis 20/um dicke Schicht aus wenigstens einem der Metalle aus der Gruppe Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob

809809/0129

ORIGINAL INSPECTED

lind Tantal niedergeschlagen wird, auf die der Kontaktschichtwerkstoff ebenfalls durch Kondensation aus der Gasphase unter vermindertem Druck abgeschieden wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger während der Abscheidung der abdeckenden Schicht und der Kontaktschicht auf einer Temperatur von

250 bis 450° C gehalten wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 und/oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktwerkstoff ohne Unterbrechung des Vakuums auf die abdeckende Schicht abgeschieden wird.

8 0 9 8 0 9/0129