具有表面纹理的电接触元件和电接触元件的表面处理方法与流程

本发明涉及一种电连接器的具有接触表面的导电接触元件，并且涉及一种包括这种接触元件的电连接器。本发明还涉及一种在电连接器的导电接触元件的接触区域的端部区域的接触表面下方包封辅助材料的方法。

背景技术：

1、电连接器及其接触元件在现有技术中在许多设计中是已知的。电连接器旨在与合适的配合连接器配合，以便建立电连接。电连接器通常用于信号传输或用于电力传输，并且可以被定义为在两个电子子系统之间提供可分离接口的机电系统。为此，电连接器通常具有导电接触元件，当连接器插接在一起时，导电接触元件与配合连接器的接触元件接触。一个连接器的接触元件通常被设计为接触插针，而配合连接器的接触元件通常被设计为弹簧触头。当连接器和配合连接器插接在一起时，弹簧触头在接触插针上施加弹性弹簧力，以确保可靠的导电连接。

2、电连接器用于机动车辆中，例如，以传输电力和使电气和电子系统联网。在机动车辆中，连接器暴露于强烈的温度波动、振动和腐蚀性介质。运行温度的增加导致表面损耗(wear)增加，特别是在广泛使用的镀锡铜基接触元件的情况下。最严重的表面损耗机制是微动腐蚀。由微振动引起的这种振动表面损耗导致在接触区域中形成绝缘氧化物层，从而导致连接器的功能失效。

3、例如具有锡、镍或它们的合金的基部接触表面在小的相对移动的情况下特别易于摩擦腐蚀(微动或卡住(seizing))。此外，高极(high-pole)连接器的配合力通常在客户所要求的值之外。对于例如基于贵金属的贵重接触表面，冷焊的趋势是已知的问题。

4、除了高耐磨性之外，还需要低配合力和抽出力来促进连接器的组装和维护。

5、此外，在连接器与配合连接器配合期间，在接触元件的接触表面上发生局部磨损(abrasion)。由磨损引起的这种表面损耗限制了连接器的配合频率，从而减少了它们的运行时间。

6、为了优化配合力，在现有技术的连接器中的接触元件的接触表面下方形成微结构，并且辅助材料被包封在该微结构中。当连接器与配合连接器配合时，接触表面略微破裂敞开并且辅助材料出现。在现有技术中，连接器的接触元件的整个接触表面是结构化的。辅助材料的泄漏不仅减小了配合力，而且现在粘附到接触表面的辅助材料也可能导致导电率降低，并因此导致较不稳定的电接触。此外，当制造接触元件时，特别是当使用激光形成微结构时，仅可能使面向激光的一侧结构化。根据连接器类型，这可能不是用于减小配合力的最佳侧。

7、由于激光结构化工艺是自动化工艺，因此多个接触元件间隔几毫米布置在承载轨道上，并且使用激光一个接一个地被结构化。由于承载轨道上的这种布置，不可能照射面向相邻接触元件的侧面，因为激光束不能到达它们。

8、这意味着只有面向激光的一侧可以被照射并因此被结构化，这可能导致配合力的减小不足。

9、因此，需要一种用于连接器的改进的接触元件，其使配合力最小化，同时保持恒定和持久的电性能，并且需要一种能够使接触元件的任何侧面结构化的方法。

10、该问题通过独立权利要求的主题来解决。本发明的有利实施例是从属权利要求的主题。

技术实现思路

1、本发明包括以下构思：接触元件的整个接触表面不必构造成实现较低的配合力。必须在接触元件的最前面部段克服最高的配合力，而配合力贡献沿着接触元件的长度减小。这意味着仅使接触元件的一部分结构化就足够了。

2、特别地，本发明包括具有连接区域和接触区域的电接触元件。接触区域包括主区域、端部区域和用于与配合连接器的配合接触元件电接触的接触表面。接触表面布置在主区域的至少一侧上和端部区域的至少一侧上，并且填充有辅助材料的洞穴排他地布置在端部区域的接触表面下方、布置在微结构中。此外，接触表面在微结构的区域中部分地具有表面纹理。

3、根据本发明的解决方案将辅助材料牢固地嵌入接触元件中，因为辅助材料被填充在布置在接触表面下方的表面纹理中的洞穴中。这防止辅助材料受到负面影响，例如树脂化。辅助材料的不期望的损失通过它们的牢固嵌入而被防止。除了液体辅助材料之外，固体辅助材料也可以以这种方式包封在洞穴的表面纹理中。此外，微结构在配合力最高、但不与配合连接器形成电接触的区域中的布置确保泄漏的辅助材料不影响电性能。

4、辅助材料，也称为添加剂，是少量添加以实现或改善某些性质的物质。

5、洞穴是在表面下人工产生的腔室。洞穴在接触表面下方的布置意味着洞穴在接触表面处没有出口，或者至多出口窄到使得填充到洞穴中的辅助材料在不产生从接触表面到洞穴中的突破的情况下不能被接取。

6、根据本发明的有利的进一步发展，表面纹理包括凸起和凹部。凸起和凹部的布置导致表面纹理具有几何元件的预定图案。

7、纹理化表面或表面纹理是具有几何元件的确定性图案的表面。元件可以具有结构的深度或高度与其侧向延伸范围的高比率。纹理化表面可以在至少一个方向上具有周期性。纹理的示例是接触表面中具有圆形、椭圆形、正方形、线性或v形横截面的凸起或凹部。当连接器和配合连接器配合时，表面纹理或纹理化表面减小了接触元件的接触表面与配合连接器的接触表面之间的接触面积。这减小了作用在接触表面之间的摩擦力，这有利地伴随着所需配合力的减小。另外，接触表面之间的接触点增加，使得纹理化表面减小连接器的接触表面与配合连接器的接触表面之间的电接触电阻。另一个优点是通过纹理化减少了接触表面的磨损。

8、根据本发明的另一有利改进，微结构形成周期性结构，至少部分地形成周期性结构。这种结构易于制造并且具有可再现性质的优点。周期性结构可以例如形成线图案、点图案、蜂窝图案、交叉图案等。

9、微结构是微米范围内的精细结构。这是特定元件(在这种情况下是洞穴)的基本规则的布置。洞穴中的空间尺寸优选在0.1-50μm的范围内。

10、微结构可以例如平行于接触表面延伸并且被布置成靠近表面。这确保了在磨损期间，产生从接触表面到微结构的洞穴中的开口，使得辅助材料从洞穴逸出到接触表面上并在那里实现期望的积极效果。

11、根据本发明的另一有利改进，表面纹理的几何元件上升到微结构的相应洞穴上方。在该实施例中，接触表面可以以球凸部纹理化，其中布置有填充有辅助材料的球凸部洞穴。以这种方式，可以以特别简单和节省空间的方式实现纹理化接触表面和在接触表面下方具有辅助材料的洞穴微结构的优点。当然，也可以交替地(即，彼此偏移)布置洞穴的表面纹理和微结构。

12、根据本发明的另一有利改进，接触区域的端部区域的至少两个侧表面沿着纵向轴线l在接触元件的插入方向上渐缩。有利地，端部区域的至少两个渐缩的侧表面各自具有两个会聚的边缘轮廓，这两个边缘轮廓会聚成使得每个边缘轮廓至少部分地遵循三次函数图的路径，三次函数图的路径取决于纵向轴线l的路径。

13、根据本发明的另一有利改进，三次函数图遵循等式其中x0＝主区域的总长度，并且d＝主区域的标称厚度，并且其中x遵循纵向轴线l的路径。

14、当连接器与配合连接器配合时，配合力的主要部分必须施加到接触元件的接触区域的端部区域。该端部区域必须将配合接触元件的弹簧触头推动而间隔开。因此，在该区域中优化的形状和减小的配合力是特别重要的。端部区域的有利设计另外减小了配合力，并且接触元件也对配合接触元件的几何形状不敏感。

15、根据本发明的另一有利发展，辅助材料可以选自抗氧化剂、腐蚀抑制剂、润滑剂和酸。辅助材料可以是固体或液体辅助材料，例如油、油脂、膏或固体润滑剂，例如石墨、碳纳米管(cnt)、mos2、ags2或这些物质的混合物。

16、根据本发明的接触元件可以通过根据本发明的方法制造。

17、根据本发明，提供了一种用于将辅助材料包封在用于电连接器的导电接触元件的接触区域的端部区域的接触表面下方的方法，该方法包括以下步骤：将辅助材料施加到端部区域的接触表面上，在端部区域的接触表面上形成微结构，将辅助材料包封在端部区域的接触表面下方的微结构的洞穴中。在端部区域的接触表面上形成几何元件的规定图案形式的表面纹理，并且用激光辐射处理端部区域的接触表面以形成微结构。激光辐射横向于端部区域的接触表面而不垂直于接触元件的纵向轴线l照射。

18、在根据本发明的方法的一个实施例中，激光辐射相对于接触元件的纵向轴线l以角度β照射端部区域的接触表面，该角度β在0°<β<90°之间的范围内。

19、通过在接触元件的端部区域处形成表面纹理和微结构，可以有利地使用激光辐射来处理接触元件的任何侧表面。激光束还可以处理接触元件的侧表面，当布置在承载轨道上时，所述侧表面面向相邻的接触元件。

20、端部区域的附加有利形状还意味着尽管激光束不垂直于纵向轴线l照射接触元件，但是激光束仍然照射将被横向照射的端部区域的表面，从而实现均匀照射。有利地，可以使用这种类型的照射在非常短的时间内以精确和可再现的方式在大面积上形成微结构。

21、在特别有利的实施例中，接触表面用激光辐射的干涉图案处理以形成微结构。两个或更多个叠加的、优选相干且线性偏振的激光束产生可选择性调节的干涉图案。激光辐射的强度在干涉图案内分布。在正干涉的情况下，它增加并导致接触表面熔化的特别热的区域。然而，在强度最小值下，接触表面冷得多，使得接触表面不熔化或者此时存在的任何辅助材料保持存在，同时其在正干涉区域中蒸发。此外，最低温度(在负干涉区域中)和最高温度(在正干涉区域中)之间的高温度梯度导致接触表面上熔融材料的对流和纹理的形成。当接触表面上的材料从最高温度区域输送到最低温度区域时，产生纹理。

22、在根据本发明的方法的另一实施例中，可以首先将辅助材料施加到接触表面，然后可以形成微结构。例如，接触表面可以首先用辅助材料涂覆，即完全覆盖，这有助于辅助材料的施加。当形成微结构时，辅助材料于是被施加到稍后将形成洞穴的区域，即其将被包封在微结构中的区域。为此目的，用激光辐射处理接触表面。

23、根据一个实施例，辅助材料可以在微结构的形成期间被包封在微结构中。根据该实施例，形成微结构和将辅助材料包封在微结构中(即在微结构的洞穴中)的步骤在一个步骤中进行，这加速了根据本发明的方法。