Selektiv abgeschiedene Edelmetallschichten sorgen für höchste Zuverlässigkeit bei elektrischen und elektronischen Bauteilen
Die IMO Oberflächentechnik GmbH ist ein innovatives, dynamisches und international tätiges Unternehmen. Der 1973 gegründete Familienbetrieb ist auf die galvanische Beschichtung von Präzisionsteilen für die Automobilindustrie, Elektrotechnik, Telekommunikation und Medizintechnik spezialisiert und beschäftigt derzeit etwa 340 Mitarbeiter am Standort Königsbach. Mit 30 Bandanlagen und 4 Schüttgutvollautomaten verfügt das Unternehmen über eine einzigartige Technikvielfalt und ein umfangreiches Beschichtungsangebot.
Eine der Spezialitäten von IMO ist die Beschichtung von Bauteilen für die Elektrotechnik und Elektronik. Bauteile für solche Einsatzfälle werden aufgrund der guten elektrischen Leitfähigkeit zu einem großen Teil aus Kupfer bzw. Kupferlegierungen hergestellt. Die Kupferlegierungen weisen als weiteren Vorteil gute mechanische Eigenschaften wie Festigkeit oder Elastizität bei gleichzeitig guter Umformbarkeit auf. Allerdings unterliegen Kupfer und Kupferlegierungen bei Einwirkung von Luft und Feuchtigkeit einer Oxidation, die zu einer Erhöhung des Kontaktwiderstands führt – etwas, das bei den meisten Anwendungen in der Elektrotechnik und Elektronik zu erheblichen Problemen führen kann. Hier hilft die Oberflächenbeschichtung durch das Auftragen von dünnen Edelmetallschichten. Bevorzugt eingesetzt werden hierfür Silber und Gold. Beide Metalle zeichnen sich durch eine gute Beständigkeit gegenüber Oxidation durch Luftsauerstoff sowie den Angriff durch viele Korrosionsmedien aus.
Silber hat die beste elektrische und thermische Leitfähigkeit aller Metalle. Deshalb haben Silber und versilberte Kontakte in der Elektrotechnik eine hohe Bedeutung erlangt. Außerdem besitzt Silber einen niedrigen Kontaktwiderstand, eine sehr gute Verformbarkeit und ist durch gute Löt- und Schweißbarkeit charakterisiert.
Da bereits mit geringen Schichtstärken zuverlässige Kontakteigenschaften erreicht werden, ist die Versilberung sehr kostengünstig. Als Kontaktwerkstoff genügt reines Silber den Anforderungen im elektrischen Anwendungsbereich allerdings nur bedingt. Durch Legierungsbildung wird die elektrische Abbrandfestigkeit erhöht, die Korrosionsbeständigkeit verbessert sowie die Härte gesteigert. Durch diese Legierungsbildung wird allerdings die elektrische Leitfähigkeit herabgesetzt und der Kontaktwiderstand erhöht.
Die galvanisch abgeschiedenen Silberschichten besitzen je nach Abscheideverfahren Härten zwischen etwa 90 HV und bis zu 180 HV. Um die Entstehung von Deckschichten durch die Einwirkung von Schwefelverbindungen zu vermeiden, wird Silber bei Bedarf mit einem Anlaufschutz (Passivierung) versehen.
Metallisches Bauteil mit teilweise vergoldeter Oberfläche, wie es in der Elektronik in großen Mengen eingesetzt wird
IMO Oberflächentechnik GmbH in Königsbach-Stein
Mit Gold und Silber werden sowohl ganze Flächen als auch Teilflächen auf glatten und dreidimensionalen gestanzten Bändern beschichtet
Mit Silber beschichtete Teile werden überwiegend im Bereich der Hochfrequenztechnik eingesetzt, da die Teile eine hohe Leitfähigkeit aufweisen und sowohl optische als auch definierte Verschleiß- und Korro-
sionsbedingungen erfüllen müssen. In vielen Fällen ist im Bereich Steckverbinder für die Automobilindustrie und Elektrotechnik die Silberschicht ebenfalls eine gute Wahl.
Besteht eine wichtige Forderung des Bauteilherstellers vor allem im Bereich der Elektronik darin, zuverlässige Kontakteigenschaften sicher zu stellen, so ist Gold als Oberflächenwerkstoff das Metall der Wahl. Im technischen Bereich hat Gold als Beschichtungswerkstoff aufgrund der guten elektrischen Leitfähigkeit, der hohen Anlauf- und Korrosionsbeständigkeit sowie des sehr niedrigen Übergangswiderstandes eine nahezu alternativlose Position. Einerseits aufgrund der hohen Materialkosten, andererseits aber auch aufgrund der veränderbaren Werkstoffeigenschaften werden neben Reingold einige Legierungen für Oberflächenschichten eingesetzt.
Für Bond- und Lötanwendungen werden Feingoldschichten mit Gehalten von mehr als 99,9 % Gold abgeschieden. Solche Schichten sind rissfrei biegbar, allerdings nur beschränkt abriebbeständig. Sie werden aus diesem Grund in erster Linie für sicherheitsrelevante Bauteile in der Automobil- und Elektronikindustrie eingesetzt, bei denen eine hohe Korrosionsbeständigkeit und ein guter Kontakt erforderlich sind, es sich jedoch um unlösbare Verbindungsaufgaben handelt.
Unterliegen Kontakte einer Reibbelastung, beispielsweise durch häufiges Öffnen und Schließen von Kontakten, so eignen sich Goldlegierungen mit geringem Legierungsanteil. Legierungen mit Anteile von 0,1 % bis 0,5 % Nickel oder etwa 0,2 % Kobalt besitzen ausgezeichnete Anlauf- und Korro-
sionsbeständigkeiten, eine gute elektrische Leitfähigkeit und einen niedrigen Übergangswiderstand. Zugleich sind aber die Gleiteigenschaften und die Abriebbeständigkeit deutlich besser als die von Reingoldschichten. Damit kommen solche Beschichtungen bei Bauteilen für Computer und Kommunikationssysteme oder elektronische Geräte in Bereich der Automobiltechnik, Luft- und Raumfahrt oder Medizintechnik zum Einsatz.
Neben den Kupferlegierungen werden auch Materialien wie Edelstahl mit Edelmetallen beschichtet. Je nach Anforderungen in Bezug auf Korrosion, elektrische Eigenschaften oder mechanischen Verschleiß werden unterschiedliche Schichtaufbauten gewählt. So wird zur Vermeidung von Diffusionsprozessen beispielsweise mit einer Nickelzwischenschicht gearbeitet. Um die Gefahr der Bildung von minimalen Poren in Edelstahlsubstraten zu vermeiden, empfiehlt sich als Haft- und Zwischenschicht die Verwendung einer speziellen Goldhaftschicht an Stelle der Nickelzwischenschicht.
Bereits mit Beginn der Bandgalvanisierung gewann die Selektivbeschichtung von Voll- und Stanzbändern insbesondere aufgrund der stetig ansteigenden Kosten für Edel-
metalle immer mehr an Bedeutung. Dank moderner Techniken werden Kontaktbänder heutzutage mit geringem Aufwand selektiv beschichtet. Durch die selektive Beschichtung gelingt es, den Einsatz der Edelmetalle auf die tatsächlichen Funktionsflächen zu beschränken. Damit lassen sich gegenüber der klassischen Vollbeschichtung zum Teil bis zu 90 % des Edelmetalls einsparen. Besonders interessant ist die Tatsache, dass Bänder mit gestanzten und dreidimensional geprägten oder gebogenen Partien inzwischen ebenso gut verarbeitet werden können, wie flaches Bandmaterial. Dadurch wird das Rationalisierungspotential im Arbeitsprozess bestmöglich ausgeschöpft.
In der eigenen Forschungs- und Entwicklungsabteilung werden kontinuierlich neue Techniken, vor allem im Bereich der Selektivbeschichtung, untersucht und entwickelt.
Bereits seit vielen Jahren ist die Spottechnik (punktgenaue Beschichtung der Funk-
tionsflächen) erfolgreich in der Bandgalvanik im Einsatz und findet im Hause IMO als sogenannte Mikro-Spot-Technik ihre Anwendung. Hierbei können gestanzte Bänder mit einer Materialdicke von 0,3 mm und
einer Breite von 80 mm hochpräzise mit Edelmetallen beschichtet werden.
Eine Weiterentwicklung dieser Technik ist das von IMO patentierte MPP-Verfahren (Micro Precision Plating), mit welchem es sogar möglich ist, ohne hohen Aufwand Edelmetalle an jeder beliebigen Position und in jeglicher Form auf dem Trägermaterial aufzubringen. Diese beiden Verfahren der Spottechnik-Familie haben nun durch die neue Makro-Spot-Technik Zuwachs bekommen. Diese besondere Technik ermöglicht es dank geringer Werkzeugkosten das Trägermaterial kostengünstiger selektiv mit Spots zu beschichten und Edelmetall einzusparen.
Die Besonderheit der Makro-Spot-Technik liegt im Vergleich zu konventionellen Verfahren wie dem selektiven Tauchverfahren darin, dass Verbindungs- und Haltestege des Trägermaterials abgedeckt und somit nur die für den Kunden relevanten Flächen beschichtet werden. Außer den minimalen Kosten für die Spotwerkzeuge ist ein weiterer Vorteil die größeren Abmessungen des Trägermaterials. Es können Bänder mit einer Breite von bis zu 150 mm und einer
Materialstärke bis 0,8 mm bearbeitet werden. Die Verfahren der Spottechnikfamilie eignen sich zur selektiven Beschichtung von vorgestanzten Kontaktbändern mit
Silber oder Gold.
Um die richtige Auswahl für das beste Schichtsystem, das passende Beschichtungsverfahren und die notwendigen Anforderungen an das Gesamtbauteil treffen zu können, empfiehlt sich daher immer eine
Beratung durch die Fachleute von IMO.
(Fuchs/hk/dir)
IMO Oberflächentechnik GmbH, Remchinger Straße 5, D-75203 Königsbach-Stein
