JPH0687384B2 - Manufacturing method of modified contact material - Google Patents
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- Manufacture Of Switches (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、電気的特性に優れた信頼性の高い改質接点
材料の製法に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a highly reliable modified contact material having excellent electrical characteristics.
電力用，自動制御用，情報伝達用の開閉器などに広く用
いられる電気接点は、電気回路中の数少ない可動部分で
あり、その電気的特性の高精度、高信頼性が強く要求さ
れている。すなわち、電気機器の障害の多くはこの部分
に生じており、接点材料の良し悪しが機器の寿命を決定
しているとも言われるからである。Electrical contacts, which are widely used for switches for electric power, automatic control, information transmission, etc., are a few moving parts in an electric circuit, and high precision and high reliability of their electrical characteristics are strongly demanded. That is, it is said that most of the failures of electric devices occur in this portion, and the quality of the contact material determines the life of the device.
一般に、接点材料の電気的特性は、その表面状態に大き
く影響される。たとえば、リレーなどの接点は、銀合金
の表面に、接触抵抗を低くするため金めっきまたは金ク
ラッド層を設けたものが多く用いられている。しかし、
めっきあるいはクラッド（合せ圧延）といった製法で
は、その表面に微小なピンホールが生じ、これの発生を
避けることができない。このような表面欠陥を有する接
点は、塩素系ガス、硫黄系ガスなどの腐食性ガスを含む
雰囲気下では、ピンホールを通じて下層の銀との腐食反
応が進行し、その表面に塩化銀、硫化銀などを生成し
て、接触抵抗の増加ひいては導通不良の原因となる。こ
のような接点を用いた場合、機器の信頼性は損われ、そ
の寿命も短くなる。In general, the electrical properties of contact materials are greatly affected by their surface condition. For example, a contact such as a relay is often used in which gold plating or a gold clad layer is provided on the surface of a silver alloy to reduce the contact resistance. But,
In a manufacturing method such as plating or clad (lamination rolling), minute pinholes are generated on the surface, and the generation of these is unavoidable. In a contact having such a surface defect, in an atmosphere containing a corrosive gas such as a chlorine-based gas or a sulfur-based gas, a corrosion reaction with silver in the lower layer proceeds through a pinhole, and silver chloride or silver sulfide on the surface. And the like, which causes an increase in contact resistance and eventually poor conduction. If such a contact is used, the reliability of the device is impaired and its life is shortened.
そのため、接点部分の改善を求める要求は、依然として
強いものがあった。Therefore, there is still a strong demand for improvement of the contact portion.
一方、接点の表面状態を微視的に観察すると微小な凹凸
があり、このため、接点の接触状態での密着度合は、接
点のみかけの表面の1/1000程度となっている。これでは
接点材料のもつ電気的特性を十分発揮することができ
ず、高精度，高信頼性の点で不十分であるという問題が
ある。しかし、表面を完全に平滑にすることも困難であ
る。On the other hand, when the surface condition of the contact is microscopically observed, there are minute irregularities. Therefore, the contact degree of the contact in the contact condition is about 1/1000 of the apparent surface of the contact. In this case, the electrical characteristics of the contact material cannot be fully exhibited, and there is a problem in that it is insufficient in terms of high accuracy and high reliability. However, it is also difficult to make the surface completely smooth.
そこで、接点材料として電気的特性の優れた金属または
これらの合金が開発されてきたが、いずれも、金，銀，
白金，ロジウムといった高価な貴金属が主体である。よ
り安価にするため、省貴金属化が進められているが、性
能とのかね合いで、未だ十分な材料は実現していないの
が現状である。Therefore, metals with excellent electrical characteristics or alloys of these have been developed as contact materials.
Mostly expensive precious metals such as platinum and rhodium. In order to make it cheaper, precious metal saving has been promoted, but the current situation is that sufficient materials have not yet been realized in consideration of performance.
他方、マグネットスイッチなどに使用される高電流型接
点には、銀合金材料が多く使用されているが、接点の開
閉動作時に接点間に生ずるアークにより、或いは接触点
に生ずるジュール熱により、接点材料の一部が溶けだす
場合が生ずる。このように、従来の銀合金では、耐アー
ク性，耐溶着性の点で未だ不十分という問題があった。On the other hand, silver alloy materials are often used for high-current type contacts used in magnetic switches, etc. There is a case where a part of the material begins to melt. As described above, the conventional silver alloy has a problem that it is still insufficient in arc resistance and welding resistance.
この発明は、従来技術のもつ以上のような問題点を改良
し、電気特性に優れ、信頼性が高くかつ安価な改質接点
材料の製法を提供することを目的とする。It is an object of the present invention to provide a method for producing a modified contact material which is excellent in electrical characteristics, has high reliability and is inexpensive, by solving the above problems of the prior art.
発明者らは、これまで鋭意研究の結果、イオン注入法を
用いることにより、あらゆる問題点が解決されることを
見出した。この発明は、このような知見に基づいて完成
された。As a result of intensive research, the inventors have found that the use of the ion implantation method solves all the problems. The present invention has been completed based on such findings.
したがって第１の発明は、接点材料にイオンを注入する
ことにより、その改質を行う方法であって、接点材料と
して基地表面にその特性を改善するための金属層がコー
ティングされているものを用いることとし、この表面金
属層に不活性ガスのイオンを注入することを特徴とする
改質接点材料の製法を要旨とし、第２の発明は、接点材
料にイオンを注入することにより、その改質を行う方法
であって、接点材料として安価な導電材料を用いるもの
とし、これに貴金属およびその合金のうちの少なくとも
１種のもののイオンを注入することを特徴とする改質接
点材料の製法を要旨とし、第３の発明は、接点材料にイ
オンを注入することにより、その改質を行う方法であっ
て、接点材料に対し、これより融点の高い材料のイオン
を注入することを特徴とする改質接点材料の製法を要旨
とする。Therefore, the first invention is a method for modifying the contact material by injecting ions, wherein the contact material has a base surface coated with a metal layer for improving its characteristics. The summary of the present invention is a method for producing a modified contact material characterized by injecting ions of an inert gas into the surface metal layer. The second invention is to modify the contact material by injecting ions into the contact material. A method for producing a modified contact material, characterized in that an inexpensive conductive material is used as a contact material, and ions of at least one kind of a noble metal and its alloy are implanted into the material. According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of reforming an ion by implanting ions into a contact material, which comprises implanting ions of a material having a higher melting point into the contact material. The gist of the process of reforming the contact material for the butterflies.
以下にこれら３つの発明について、詳しく説明する。Hereinafter, these three inventions will be described in detail.
なお、貴金属とは原子番号44ないし47（Ru、Rh、Pd、A
g）および76ないし79（Os、Ir、Pt、Au）の金属元素を
いう。Noble metals are atomic numbers 44 to 47 (Ru, Rh, Pd, A
g) and 76 to 79 (Os, Ir, Pt, Au).
第１図は、接点材料の表面に、所定の元素をイオン化し
て注入する装置の概略を示している。試料室６に被イオ
ン注入接点材料７を配置し、真空ポンプによって排気口
８よりイオン注入装置本体１の内部を排気する。所定の
真空（10-5Torr以下）に達したところで、ガス導入口９
より窒素，アルゴンなどの不活性ガスを一定量流入さ
せ、イオン発生電源３を投入してイオン発生部２でイオ
ンを発生させる。固体元素、たとえば金属，銀などの貴
金属元素、タングステン，モリブデンなどの高融点金属
元素の場合は、たとえば、それら元素の金属粒子または
化合物を蒸発室10に挿入し、ヒーター（抵抗加熱器）11
などによって加熱しながら、この金属を蒸発させ、イオ
ン発生電源３を投入してイオン発生部２でイオンを発生
させる。ついで、イオン加速電源４を投入し、加速器５
によりイオンを加速し、接点材料７に注入する。加速電
圧は、50〜500keVがよく用いられるが、一般に加速電圧
を大きくすると、イオンの注入深さが深くなる性質を有
しているので、目的に応じて適宜選択することができ
る。この場合、加速器５から加速されたイオンのうち、
途中に質量分離器を配置することによって、所定のイオ
ンのみを選択し、純度の高いイオンを接点材料に注入す
ることが望ましいが、目的とする注入イオンの純度が当
初より高いことが期待できる場合（純度の高い物質を用
いる場合など）は、これに拘泥されるものではない。FIG. 1 schematically shows an apparatus for ionizing and implanting a predetermined element on the surface of a contact material. The ion implantation contact material 7 is placed in the sample chamber 6, and the inside of the ion implantation apparatus main body 1 is evacuated from the exhaust port 8 by a vacuum pump. When the specified vacuum (10 -5 Torr or less) is reached, the gas inlet 9
A certain amount of inert gas such as nitrogen or argon is flown in, the ion generating power source 3 is turned on, and ions are generated in the ion generating unit 2. In the case of a solid element, for example, a noble metal element such as metal or silver, or a refractory metal element such as tungsten or molybdenum, for example, metal particles or compounds of these elements are inserted into the evaporation chamber 10 and the heater (resistance heater) 11
The metal is evaporated while being heated by, for example, and the ion generating power source 3 is turned on to generate ions in the ion generating unit 2. Next, the ion acceleration power supply 4 is turned on, and the accelerator 5
Thereby accelerating the ions and injecting them into the contact material 7. An accelerating voltage of 50 to 500 keV is often used, but generally, when the accelerating voltage is increased, the ion implantation depth is deepened, and therefore it can be appropriately selected according to the purpose. In this case, of the ions accelerated by the accelerator 5,
It is desirable to select only predetermined ions and implant high-purity ions into the contact material by placing a mass separator in the middle, but when it is expected that the purity of the target implanted ions will be higher than originally This is not the case when using a high-purity substance (such as when using a high-purity substance).
以下に、３つの発明の具体例を、図面を参照しつつ詳し
く説明する。Hereinafter, three specific examples of the invention will be described in detail with reference to the drawings.
（第１の発明） 第２図（ａ）に、イオン注入前の接点材料を、第２図
（ｂ）に、イオン注入後の接点材料をそれぞれ示す。第
２図（ａ），（ｂ）にみるように、基材12上の接点材料
の基地13が銀合金であり、その上に電気的特性を良くす
るため金めっき（または、金クラッド）14が施されてい
る。しかし、金めっき層14には不可避のピンホール状の
微小欠陥15が存在する。このような接点にイオンを注入
すると、イオン注入層14′が形成され、接点材料表面の
微小欠陥15が消滅する。図示のごとく、金めっき層14の
表面側の一部だけイオン注入される場合もあれば、図示
されないが金めっき層14の全体にわたってイオン注入さ
れて内部の微少欠陥も消滅することもある。(First Invention) FIG. 2 (a) shows a contact material before ion implantation, and FIG. 2 (b) shows a contact material after ion implantation. As shown in FIGS. 2A and 2B, the base material 13 of the contact material on the base material 12 is a silver alloy, and gold plating (or gold clad) 14 is formed on the base material 13 in order to improve the electrical characteristics. Has been applied. However, inevitable pinhole-like microscopic defects 15 are present in the gold plating layer 14. When ions are implanted into such a contact, an ion-implanted layer 14 'is formed and the minute defects 15 on the surface of the contact material disappear. As shown in the figure, there may be a case where only a part of the surface of the gold plating layer 14 is ion-implanted, and although not shown, ion implantation may be carried out over the entire gold plating layer 14 and the microscopic defects inside may also disappear.
イオン注入により、そのような微小欠陥が修復される過
程をつぎに説明する。The process of repairing such minute defects by ion implantation will be described below.
第３図（ａ），（ｂ）は、イオン注入前、後の金めっき
層（または金クラッド層）14の変化の概念を示し、第３
図（ｃ）は、金めっき層14内部の注入イオンの分布曲線
を示す。注入前（ａ）は、金原子16が規則正しく配列し
た結晶構造をしており、その間に微小欠陥15を含んでい
る。これにイオン（たとえば、Ｎイオン,Arイオンな
ど）17を注入すると、原子との衝突が起こり、格子間原
子と空孔のいわゆるフレンケル欠陥を多数生ずる。この
うち、空孔は常温において大部分が回復し消滅するが、
格子間原子は注入するイオン量の増加とともに増大す
る。そのため、部分的に体積膨脹を起こし、微小欠陥15
が消滅するに至る。注入されたイオン１個に対し、金属
層の原子（この場合、金原子16）を約1000個を動かせる
ため、金属層の原子の配列が乱されアモルファス化され
ることにより、表面にイオン注入層14′が形成され、か
つ、ピンホール状の微少欠陥15が消滅する。また、注入
されたイオン17は、原子16とつぎつぎと衝突し、やがて
そのエネルギーを失い、停止する。したがって、イオン
を注入されためっき層14′内でのイオンの分布は、第３
図（ｃ）に示す如く、ほぼ約鐘状の濃度曲線を描く。注
入されたイオンの最大侵入深さｌは、イオンの原子量，
イオンを注入されるめっき層の結晶構造にも左右される
が、加速電圧の大きさに比例するので、比較的コントロ
ールは容易である。FIGS. 3 (a) and 3 (b) show the concept of changes in the gold plating layer (or gold cladding layer) 14 before and after ion implantation.
FIG. 6C shows a distribution curve of implanted ions inside the gold plating layer 14. Before the implantation (a), it has a crystal structure in which gold atoms 16 are regularly arranged, and contains minute defects 15 between them. When ions (for example, N ions, Ar ions, etc.) 17 are injected into this, collision with atoms occurs, and a large number of so-called Frenkel defects of interstitial atoms and vacancies occur. Of these, most of the vacancies recover and disappear at room temperature,
The interstitial atoms increase as the amount of implanted ions increases. As a result, a partial volume expansion occurs and the microdefects 15
Will disappear. About 1000 atoms (in this case, 16 gold atoms) in the metal layer can be moved with respect to one implanted ion, so that the arrangement of atoms in the metal layer is disturbed and amorphized, resulting in an ion-implanted layer on the surface. 14 'are formed, and the pinhole-shaped microscopic defects 15 disappear. The implanted ions 17 collide with the atoms 16 one after another, and eventually lose their energy and stop. Therefore, the distribution of the ions in the plating layer 14 'into which the ions are injected is the third
As shown in Figure (c), an approximately bell-shaped concentration curve is drawn. The maximum penetration depth l of the implanted ions is the atomic weight of the ions,
Although it depends on the crystal structure of the plating layer into which the ions are implanted, it is relatively easy to control because it is proportional to the magnitude of the acceleration voltage.
つぎに不活性ガスが窒素ガスである場合の１例を示す。Next, an example in which the inert gas is nitrogen gas will be shown.
第２図（ａ）に示すような構成の接点材料７を、第１図
のイオン注入装置１の試料室６に配置し、排気後、ガス
導入口９より窒素ガスを導入し、イオン発生電源３を投
入することによりイオン発生部２にて窒素イオンを発生
させ、イオン加速電源４を投入して100keVでイオンを加
速する。所定のイオン注入量を装置本体のモニターで確
認後、接点材料を取り出す。この接点材料の表面には、
ピンホールなどの微小欠陥が認められなかった。A contact material 7 having a structure as shown in FIG. 2 (a) is placed in the sample chamber 6 of the ion implantation apparatus 1 of FIG. 1, and after evacuation, nitrogen gas is introduced from the gas introduction port 9 to generate an ion generating power source. Nitrogen ions are generated in the ion generator 2 by turning on 3, and the ion acceleration power source 4 is turned on to accelerate the ions at 100 keV. After confirming the predetermined ion implantation amount on the monitor of the device body, the contact material is taken out. On the surface of this contact material,
No microscopic defects such as pinholes were found.
注入された窒素イオンの金めっき層14′における最大侵
入深さｌはおおよそ0.1μｍであった。このため、塩素
系ガス，硫黄系ガスなどの腐食性ガスを含む雰囲気下で
も、接点の耐食性が向上し、高信頼性が得られる。ま
た、高度がイオン注入前Hv70からイオン注入後のHv250
と向上していることにより、耐摩耗性にすぐれるように
なり、接点の摩耗量が少なくなる。窒素ガスイオンを注
入した場合、イオン注入層は硬化層となる。The maximum penetration depth l of the implanted nitrogen ions in the gold plating layer 14 'was about 0.1 μm. Therefore, even in an atmosphere containing a corrosive gas such as a chlorine-based gas or a sulfur-based gas, the corrosion resistance of the contact is improved and high reliability can be obtained. The altitude is from Hv70 before ion implantation to Hv250 after ion implantation.
As a result, the wear resistance is improved and the contact wear amount is reduced. When nitrogen gas ions are implanted, the ion-implanted layer becomes a hardened layer.
つぎに、不活性ガスがアルゴンガスである場合の１例を
示す。Next, an example in which the inert gas is argon gas will be shown.
第４図（ａ）はイオン注入前の接点材料を示す。図にお
いて、基材12上の接点材料の基地13が銀合金であり、そ
の上に電気的特性を良くするため、金めっきまたは金ク
ラッドした層14が設けられている。接点のイオン注入後
における状態は第４図（ｂ）に示すとおりである。第４
図（ａ），（ｂ）とも接点材料の接触状態を模式的に示
している。接点材料の構成としては、金めっき，金クラ
ッド層などがない場合もある。金クラッド層14の表面
は、微視的にみると微小な凹凸が生じており、両接点は
実質的にわずかな接触点のみ共有している。図では金ク
ラッド層中に存在すると思われるピンホール状の微小欠
陥は省略してある。FIG. 4 (a) shows the contact material before ion implantation. In the figure, the base material 13 of the contact material on the base material 12 is a silver alloy, and a gold-plated or gold-clad layer 14 is provided on the base material 12 to improve the electrical characteristics. The state after ion implantation of the contact is as shown in FIG. 4 (b). Fourth
Both of the diagrams (a) and (b) schematically show the contact state of the contact material. The contact material may not include gold plating, a gold clad layer, or the like. Microscopically, the surface of the gold clad layer 14 has minute irregularities, and both contacts substantially share only a few contact points. In the figure, pinhole-like microdefects that are thought to exist in the gold clad layer are omitted.
第４図（ａ）の接点材料に、第１図のイオン注入装置を
用い、ガス導入口９よりアルゴンガスを導入する以外
は、先の例と同様な方法で、アルゴンイオンを注入す
る。イオン注入層14′は、原子配列の無秩序化が進み、
アモルファス化されている。この例では、結晶層に比
べ、アモルファス層は弾性に富んでいるので、両接点を
接触させ押圧すると、第４図（ｂ）の如く互いの表面は
容易に弾性変形し、実質的接触面積（密着面積）が飛躍
的に増大する。イオン注入前の両接点の接触面積は、み
かけの面積のほぼ1/1000であったが、イオン注入後にみ
かけの面積の1/2〜1/3に増大していた。Argon ions are implanted into the contact material of FIG. 4 (a) by the same method as in the previous example except that the ion implantation apparatus of FIG. 1 is used and argon gas is introduced from the gas introduction port 9. In the ion-implanted layer 14 ', the disorder of atomic arrangement progresses,
Amorphized. In this example, the amorphous layer is richer in elasticity than the crystalline layer. Therefore, when both contact points are brought into contact with each other and pressed, their surfaces are easily elastically deformed as shown in FIG. The contact area) increases dramatically. The contact area of both contacts before ion implantation was about 1/1000 of the apparent area, but increased to 1/2 to 1/3 of the apparent area after ion implantation.
事実、イオン注入した接点材料は、接触抵抗が極めて小
さく、良好な電気的特性を示した。In fact, the ion-implanted contact material had very low contact resistance and showed good electrical properties.
このように接点材料の表面金層にアルゴンイオンなどの
希ガスのイオンが注入されていると接触抵抗の極めて小
さい、高信頼性の接点が得られる。In this way, when ions of rare gas such as argon ions are implanted into the surface gold layer of the contact material, a highly reliable contact having a very small contact resistance can be obtained.
（第２の発明） 第５図は、接点材料の基地13が、接点材料として一般に
用いられる貴金属より安価な導電材料である銅であり、
その表面に金イオンおよび／または銀イオンを注入した
ときの状態を示す。(Second Invention) FIG. 5 shows that the base material 13 of the contact material is copper, which is a conductive material cheaper than the noble metal generally used as the contact material,
The state when gold ions and / or silver ions are implanted on the surface is shown.
注入法は第１の発明と同様であるが、第１図のイオン注
入装置において、金イオンの発生は、たとえば、少量の
金粒子などを蒸発室10に挿入して、これを加熱すること
により金蒸気を発生させ、これをイオン発生部２でイオ
ン化することにより行う。また、銀イオンの発生は、金
イオンの発生と同様に、たとえば、塩化銀蒸気を発生さ
せて行う。The implantation method is the same as that of the first invention, but in the ion implantation apparatus of FIG. 1, generation of gold ions is performed, for example, by inserting a small amount of gold particles into the evaporation chamber 10 and heating them. This is performed by generating gold vapor and ionizing it in the ion generator 2. Further, silver ions are generated, for example, by generating silver chloride vapor as in the generation of gold ions.
その接点の電気的特性は、銀合金に金めっきした従来の
接点材料とほぼ同等であった。このように、イオン注入
法によると、省貴金属化が可能となり、大巾なコスト低
下が実現できる。The electrical characteristics of the contact were almost the same as the conventional contact material in which a silver alloy was plated with gold. As described above, according to the ion implantation method, it is possible to save precious metals, and it is possible to significantly reduce the cost.
接点材料の基地13として、アルミニウムを用いて同様に
金イオンおよび／または銀イオンの注入を試みたが、接
点材料の基地13が銅の場合と同等の結果を得た。As the base material 13 for the contact material, aluminum was similarly used for the implantation of gold ions and / or silver ions, but the same result as when the base material 13 for the contact material was copper was obtained.
このように、安価な導電材料に，貴金属およびその合金
のうちの少なくとも１種のもののイオンを注入すると、
低コストで高性能（高信頼性および優秀な電気的特性）
の接点が得られる。Thus, when ions of at least one kind of noble metal and its alloy are implanted into an inexpensive conductive material,
High performance at low cost (high reliability and excellent electrical characteristics)
The contact point of is obtained.
（第３の発明） 第６図は、接点材料の基地13が銀合金であり、これに、
いわゆる高融点金属であるタングステンおよび／または
モリブデンをイオンにして注入したときの状態を示す。
注入法は第１の発明と同様であるが、第１図のイオン注
入装置において、タングステンイオンの発生は、たとえ
ば、少量の三酸化タングステン（WO3）などを蒸発室10
に挿入し、これを加熱した後、質量分離器を用いて、タ
ングステンイオンのみを接点材料に注入するようにす
る。また、モリブデンイオンの注入も、モリブデンを含
む化合物を用いて同様に行える。もちろん、タングステ
ン，モリブデンの各単体を用いてもよい。(Third invention) FIG. 6 shows that the base material 13 of the contact material is a silver alloy.
The state is shown when the so-called refractory metal tungsten and / or molybdenum is ionized and implanted.
The implantation method is the same as that of the first invention, but in the ion implantation apparatus of FIG. 1, tungsten ions are generated by, for example, a small amount of tungsten trioxide (WO 3 ) etc. in the evaporation chamber 10.
After heating and heating it, only the tungsten ions are injected into the contact material using a mass separator. Further, the implantation of molybdenum ions can be similarly performed using a compound containing molybdenum. Of course, each of tungsten and molybdenum may be used alone.
この接点は、接点表層の高融点化が実現され、アーク発
生時やジュール熱などによる蒸発量が極めて少なく、溶
着がほとんど認められず、耐アーク性，耐溶着性に優れ
ている。This contact has a high melting point on the surface layer of the contact, has a very small amount of evaporation due to arc generation or Joule heat, and has almost no welding, and has excellent arc resistance and welding resistance.
接点材料の基地13が銀であり、これにタングステンイオ
ンおよび／またはモリブデンイオンを注入した場合も、
基地が銀合金である場合と同様、アーク発生時やジュー
ル熱などによる蒸発量が極めて少ない結果が得られた。When the base material 13 of the contact material is silver and tungsten ions and / or molybdenum ions are implanted into this,
Similar to the case where the base is a silver alloy, the result was that the evaporation amount at the time of arc generation or due to Joule heat was extremely small.
また、接点材料の基地13が金であり、これにタングステ
ンイオンおよび／またはモリブデンイオンを注入した場
合も、アーク発生時やジュール熱などによる蒸発量が極
めて少ない結果を得た。Also, when the base material 13 of the contact material is gold and tungsten ions and / or molybdenum ions are implanted into this, the evaporation amount due to arc generation or Joule heat is extremely small.
このように、接点材料に、これより融点の高い材料のイ
オンを注入すると、高信頼性が得られ、電気的特性の優
れた接点が得られる。Thus, by implanting ions of a material having a higher melting point than the contact material, high reliability can be obtained, and a contact having excellent electrical characteristics can be obtained.
なお、これら３つの発明は、以上に説明したものに限ら
れない。Note that these three inventions are not limited to those described above.
第１の発明は、上にみたようであるから、これによれ
ば、接点材料表面に微小なピンホール状の欠陥があって
も、注入イオンによって欠陥が修復される。このため、
接点材料の耐食性が向上し、高信頼性が得られる。ま
た、アルゴンイオンを注入した場合、表面原子が注入イ
オンとの相互作用により、アモルファス化され、表層が
弾性に富んだ層となり、押圧により平滑化し易いため、
表面に存在する微小な凹凸により実質的接触面積の低下
をきたすような場合も、接点表面の接触抵抗を著しく低
減することができる。Since the first aspect of the present invention is as seen above, according to this, even if there is a minute pinhole-like defect on the surface of the contact material, the defect is repaired by the implanted ions. For this reason,
Corrosion resistance of the contact material is improved and high reliability is obtained. Also, when argon ions are implanted, the surface atoms are made amorphous by the interaction with the implanted ions, and the surface layer becomes a layer rich in elasticity, and it is easy to smooth by pressing,
The contact resistance on the contact surface can be remarkably reduced even when the contact surface area is reduced due to the minute irregularities present on the surface.
第２の発明は、上にみたようであるから、銅，アルミニ
ウムといった安価な導電材料の表面に貴金属イオンを注
入することで、製造コストが安く、かつ電気的特性に優
れた高信頼性接点材料とすることができる。Since the second invention is as seen above, by implanting noble metal ions into the surface of an inexpensive conductive material such as copper or aluminum, the manufacturing cost is low and the highly reliable contact material has excellent electrical characteristics. Can be
第３の発明は、耐アーク性の要求される接点材料につい
て、接点表面にタングステンなどの高融点金属イオンを
注入するようにしているため、通電時に溶融，蒸発が少
なく信頼性の高い（耐アーク性，耐溶着性の良い）接点
材料を得ることができる。A third aspect of the present invention is a contact material that requires arc resistance, in which refractory metal ions such as tungsten are implanted into the contact surface. It is possible to obtain a contact material (having excellent properties and welding resistance).
第１図は、イオン注入装置の概略平面断面図、第２図
（ａ）は欠陥を有する接点材料を示す側断面図、第２図
（ｂ）はこの接点材料を用い、第１の発明の一実施例に
かかるイオン注入後の状態を示す側断面図、第３図
（ａ），（ｂ）は、第１の発明の一実施例にかかり、欠
陥を有する表面にイオンを注入する前（ａ），後（ｂ）
の接点材料表面の断面概念図、第３図（ｃ）は、イオン
を注入したときの材料表面から深さ方向における注入イ
オンの濃度曲線を示し、第４図（ａ），（ｂ）は、第１
の発明の別の実施例にかかり、イオン注入前（ａ），後
（ｂ）における接点の接触状態をあらわす断面図、第５
図は、第２の発明の実施例にかかり、通常の導電材料に
貴金属イオンを注入したときの側断面図、第６図は、貴
金属接点材料に高融点金属イオンを注入したときの側断
面図を示す。 １……イオン注入装置本体、６……試料室、７……被イ
オン注入接点材料、10……蒸発室、13……接点材料の基
地、14……コーティング層、14′……イオン注入層、15
……ピンホールなどの微小欠陥、17……注入イオンFIG. 1 is a schematic plan sectional view of an ion implanter, FIG. 2 (a) is a side sectional view showing a contact material having a defect, and FIG. 2 (b) uses this contact material. FIGS. 3 (a) and 3 (b) are side cross-sectional views showing a state after ion implantation according to one embodiment, according to one embodiment of the first invention, before implanting ions into a surface having defects ( a), later (b)
FIG. 3 (c) is a conceptual cross-sectional view of the contact material surface of FIG. 4, showing a concentration curve of implanted ions in the depth direction from the material surface when ions are implanted, and FIGS. 4 (a) and 4 (b) are First
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a contact state of contacts before (a) and after (b) ion implantation according to another embodiment of the invention of FIG.
FIG. 6 is a side sectional view of an ordinary conductive material implanted with noble metal ions, and FIG. 6 is a side sectional view of a precious metal contact material implanted with refractory metal ions according to an embodiment of the second invention. Indicates. 1 ... Ion implanter body, 6 ... Sample chamber, 7 ... Ion-implanted contact material, 10 ... Evaporation chamber, 13 ... Contact material base, 14 ... Coating layer, 14 '... Ion implantation layer , 15
…… Small defects such as pinholes, 17 …… Injected ions
Claims (16)
その改質を行う方法であって、接点材料として基地表面
にその特性を改善するための金属層がコーティングされ
ているものを用いることとし、この表面金属層に不活性
ガスのイオンを注入することを特徴とする改質接点材料
の製法。1. By implanting ions into the contact material,
A method of performing the modification, in which a base material surface coated with a metal layer for improving its characteristics is used as a contact material, and ions of an inert gas are injected into the surface metal layer. A method for producing a modified contact material characterized by:
囲第１項記載の改質接点材料の製法。2. The method for producing a modified contact material according to claim 1, wherein the inert gas is nitrogen gas.
の範囲第１項記載の改質接点材料の製法。3. The method for producing a modified contact material according to claim 1, wherein the inert gas is argon gas.
第１項ないし第３項のいずれかに記載の改質接点材料の
製法。4. The method for producing a modified contact material according to any one of claims 1 to 3, wherein the base material is a silver alloy.
いし第４項のいずれかに記載の改質接点材料の製法。5. The method for producing a modified contact material according to claim 1, wherein the metal layer is gold.
の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記載の改質接点
材料の製法。6. The method for producing a modified contact material according to any one of claims 1 to 5, wherein the coating method is a plating method.
求の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記載の改質接
点材料の製法。7. The method for producing a modified contact material according to any one of claims 1 to 5, wherein the coating method is a clad method.
その改質を行う方法であって、接点材料として安価な導
電材料を用いるものとし、これに貴金属およびその合金
のうちの少なくとも１種のもののイオンを注入すること
を特徴とする改質接点材料の製法。8. By implanting ions into the contact material,
A method for performing the modification, wherein an inexpensive conductive material is used as a contact material, and ions of at least one kind of a noble metal and its alloy are implanted into the modified contact material. Manufacturing method.
第８項記載の改質接点材料の製法。9. The method for producing a modified contact material according to claim 8, wherein the inexpensive conductive material is copper.
許請求の範囲第８項記載の改質接点材料の製法。10. The method for producing a modified contact material according to claim 8, wherein the inexpensive conductive material is aluminum.
種のものである特許請求の範囲第８項ないし第10項のい
ずれかに記載の改質接点材料の製法。11. The precious metal is at least one of gold and silver.
A method for producing a modified contact material according to any one of claims 8 to 10 which is of the kind described in claims 8 to 10.
り、その改質を行う方法であって、接点材料に対し、こ
れより融点の高い材料のイオンを注入することを特徴と
する改質接点材料の製法。12. A method of reforming a contact material by implanting ions to the contact material, comprising implanting ions of a material having a higher melting point than the contact material. Manufacturing method.
項記載の改質接点材料の製法。13. The method according to claim 12, wherein the contact material is silver.
A method for producing the modified contact material according to the item.
第12項記載の改質接点材料の製法。14. The method for producing a modified contact material according to claim 12, wherein the contact material is a silver alloy.
項記載の改質接点材料の製法。15. The method according to claim 12, wherein the contact material is gold.
A method for producing the modified contact material according to the item.
リブデンのうちの少なくとも１種のものである特許請求
の範囲第12項ないし第15項のいずれかに記載の改質接点
材料の製法。16. The method for producing a modified contact material according to claim 12, wherein the material having a high melting point is at least one of tungsten and molybdenum.
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|---|---|---|---|
| JP60138383A JPH0687384B2 (en) | 1985-06-25 | 1985-06-25 | Manufacturing method of modified contact material |
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|---|---|
| JPS61296618A JPS61296618A (en) | 1986-12-27 |
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