JPS6129021A - 電気接点およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、低接触抵抗、かなり低」ス１〜、ハンダ容易
性、高耐腐蝕竹を有する（電気スイッヂ接点のような）
電気接触表面（接点）および製造方法に関する。

本発明による電気接触表面およびその形成方法は、特に
少なくとも約０．７６２ミクロンの厚みの金膜が結晶性
基板に加えられる従来の電気接点表面に買換されるよう
になっている。

低電圧あるいは電流が高信頼性を有して通電しなければ
ならない電気接続玉業界において、また中間の電圧ある
いは電流信号が通電され４Ｔ（）ればならないある状態
においては、金が実際に低接触抵抗、従って効果的な導
電を確保するために用いられていた。通常金は、ニッケ
ルの中間層の有無にかかわらず銅、真鍮、銀のような結
晶ｆ１卑金属上に加えられる。その金の厚みは通常少な
くとも約０．７６２ミクロン（すなわち１．２７〜２゜
５４ミク１」ン）である。１．２７ミクロンの金層の原
価は、５セント／　ｃｒｊである。このような厚みの金
層は、多孔質であり、従って長時間をかけて敷設物質す
なわちその腐蝕物質を金入面上に移動　　　　□さけて
、接触抵抗を許容値以上に上品させる特性を有している
。さらに、ある有機物質あるいは硫化物は、金入面上で
重合して高接触抵抗を生じさせる。また、金は、あるハ
ンダ合金に溶は込んで脆くするので理想的なハンダ容易
噴１１からほど遠い。

本発明によれば、電気接触表面が前述した従来の電気接
触表面に関連覆る欠点を克服して形成され、中間以下の
電圧あるいは電流信号の応用例において、導電効果が低
コス１〜で、また長時間にかけて実現できる。本発明に
よれば、電気接触表面が（好ましくは、銅、真鍮、ブ［
１ンズ、アルミニウム、あるいは銀のような金属）電気
導体基板と、この基板トに電解ｊ１１積させられたアモ
ーファス遷移金属合金（結晶性とは異なって）を備えて
形成される。

ア−し一ファス合金は、結晶性合金から異なった合金を
形成する原子の幾何学的あるいはトポロジ的な外形を有
する一つ（非結晶ｆ！ｌ）である。代表的に、金属合金
は結晶性である。これらの結晶性物質にＸ線回折検査を
実施した時には、高次の結晶構造の面間にｄだけ離れた
鋭利なピークが各々現れる。厚みに対するこれらのピー
クの狭さ寸なわち幅は、結晶の寸法を指示している。ア
モーファス物質にどっては、アモーファス物質が原子構
造に序数がないことが特徴イ１ので特別鋭利なピークが
現れない。アモーノ１ス構造の正確な性質は知られてい
ないが、アモーーノアス遷移金属物質における原子外郭
を記述しようとする数多くの理論が存在しでいる。この
点に関して、チャウドハリ氏その他による［メタリック
　ガラス１米国科学会、２４２巻、第４．１９８０年、
９８〜１１７頁が注目される。

本発明によるアモーファス遷移金属合金は、好ましくは
」バルトを有し、あるいはニッケルの代りあるいは添加
された他の遷移金属を右して、約１５〜２５（好ましく
は約２０％）原子％燐を有するニッケル燐合金である。

メッキ槽には、形成される電気接触表面の耐腐蝕性を向
上させるために、種々の物質が加えられる。特に石器な
物質が６弗化シリケイトＳｊ　Ｆ　ｅイオン、６弗化ヂ
タネイトＴＬ　Ｆ　ｅあるいは６弗化ジル］ネイｈ　Ｚ
ｒ　Ｆ　ｓイオンである。

このアモーファスニッケル合金は、電解堆積させられた
後、金の被膜で塗布されるのが好ましい。

このＩモーノアスニッケル合金に所定の厚みの金被膜が
加えられた場合には、得られた接触子は、同じ厚みの金
が結晶金属合金に加えられた従来の接触子に比べて優れ
た特性を示している。例えば、アモーファスニッケル合
金−トの０．７６２ミクロン以下の厚みの金【Ｊ、本発
明による電気接触構造を創造するが、これは１．２７〜
２．５４ミクロンの金が加えられた従来の接触子に等価
があるいは優れている。事実、０．１２７〜０．３８１
ミクロンの範囲が好ましい（プれども、金被膜が０゜０
２５４ミクロンである場合（この時の金の原価が約０．
１センｈ　／　ｃＩｊである）でも充分にｒ［容できる
１ｇ触了が得られることが可能である。この結果、電気
接触表面は、初期状態から、通常の大気腐蝕物にり゛っ
と露された後でも、安定した接触抵抗をｌｉ　Ｌ、初期
状態におけるＡＳＴＭ　　Ｂ６６７−８０の検査が４ミ
リオーム以下の接触抵抗を有している。

本発明の他の目的によれば、電気接触表面の製造り法が
形成される。この方法は、導電基板にアモーノ１ス遷移
金属合金を電解堆積させるメッキ槽を形成し、この槽に
基板を浸し、次にアモーファス電解１１積合金に金を加
える段階を備えている。

塩化ニッケル、炭酸コバルトおよび燐酸は、メツｔ、　
Ｉ！酸成分して好ましい。数々のメツＶ槽添加物が接触
抵抗および腐蝕保護を積極的な方法で影響１）で形成さ
れる。代表的な槽添加物は、ホウ酸、グリコール酸、耐
酸、β−アラニン、こはく酸、金属水酸化鎖状アルコー
ルの表面活性剤、ＴＬ　Ｆ　６．５ＬＦ６およびＺｒ　
Ｆ　６イオンを含んでいる。メツ１槽の温度状態および
陰極での電流密度は、効果的な電解堆積が実施されるよ
うに維持される。

本発明の第１の目的は、たとえ腐蝕状態を受けても艮り
間にわたって安定な低接触抵抗表面をかなり低い］ス１
へで製造することである。この本発明の目的および他の
本発明の目的は、以下の配達から明白にされる。

アｔ−ファス遷移金属合金のＪイを積は、基板上に、メ
ッキ槽内に基板を全部あるいは部分的に浸して形成され
る。アモーファス遷移金属合金は、結晶物質に比べてよ
り良好な腐蝕抵抗力を有し、アモーノ７ス遷移金属ニッ
ケル合金上の薄い金被膜が結晶物黄土の厚い金被膜で形
成された接触子より同等あるいはより優れた特性を有す
る接触子を製造できることが発見された。さらに、本発
明によれば、許容できる接触子が非常に薄い金被膜で得
ることかできる。

本発明によれば、電気スイッチ接点のような電気接触表
面を形成するに有用な代表的な遷移金属合金はニッケル
およびコバルトである。ニッケルは、安い原価と高耐腐
蝕性を有しているので適当な遷移金属の内で最適な遷移
金属である。しかし、通常量等で、場合により優れた結
果がメツＶ槽内のニッケルを全であるいは部分を置換え
て達成される。

銅、ブ［１ンズ、真鍮、アルミニウム、銀あるいはこれ
らの合金を好ましく備えた導電基板へのニッケルのアモ
ーファスＪ（ｒ積は、メツ１槽内に燐酸が含まれ、かな
り高濃度の燐が合金内に形成される時に形成される。少
なくとも約１２％、好ましくは１５〜２５原子％の燐濃
度が良好な耐腐蝕性および低接触抵抗を達成するために
望まれる。最も好ましいアモーファス１ｆｆ積合金は約
２０原子％の燐を有ｌ〕でいる。

メツｉ槽温度条件および陰極での電流密度は、腐蝕抵抗
力を最大にし、接触抵抗を最小にするために制御される
。代表的な電流密度は約０．０５３５〜２．６７５アン
ペア／　ｃｒｌであり、好ましくは１０７〜９６９ミリ
アンペア／ｃＩＩである。代表的な温度は７０〜８５度
Ｃで、７５〜８０度Ｃが好ましい。湿度は重大で４丁い
が、ニッケルと］バルトとがメツ１槽内に共存している
限り、より低い温度がニッケルの代りにコバルトのＩｆ
ｆ　ｆｆｉを増加させる傾向にあるようである。

メッキ槽内には、種々の添加物が接触抵抗および腐蝕抵
抗力に積極的に影響させるために加えられてもよい。こ
の槽が（もし必要ならば溶解度を維持するために１１Ｆ
の少量を添加して）０．１モルから溶解限度モル数まで
の６弗化シリケイトイオンを含んでいる時には、アモー
フＩス　ニッケル合金の全体の腐蝕抵抗力が向上する。

通常開等の腐蝕抵抗力は、５ＬＦ６イオンの全であるい
は部分の代りに、ＴＬ　ｒ　ｅイオンあるいは７ｒ　Ｆ
　ｓイオンを含んで１ｑられてもよい。

ニッケルあるいはコバルトおよび燐酸が含まれるメツ１
：Ｉにおいて（ｊ、どの好適な陽極および陰極材料が用
いられてもよい。例えば、陽極は、不活竹材１１１（白
金化され１＝チタン、白金あるいはグラファイト）ある
いはニッケル（あるいは堆積される遷移金属等）のいず
れかで構成される。もし、槽内に５ＬＦ６、ＴＬＦ６あ
るいはＺｒ　Ｆ　６イオンが含まれていたならば、ニッ
ケルあるいはコバルト陽極が用いられなければならない
。

不活性陽極では、ニッケルあるいはコバル１〜を時間、
時間毎に追加してニッケルの成分く好ましくはＮＬ　Ｃ
Ｏ３あるいはＣ０Ｃ０３）を維持しなければならない。

ニッケル陽極では、陽極上の各２個の電子が約１つのニ
ッケル　イオンを溶解させるのでメッキ槽内のニッケル
含楢が上品しがちである。一方、陰極では、ニッケルお
よび燐が減少する。ニッケルおよび不活性陽極は、各々
が電流の部分のみを運び、従って、ニッケルに関して平
衡したメッキ槽を維持するように互いに使用できる３、
燐酸あるいはハイポ燐酸、好ましくは燐酸の形態の燐は
、１！ｌ酸の比率が重大でなくメッキ槽の平衡かむしろ
容易に維持できるが、適切なメツ（槽平衡を維持するた
めに、陽極構造に関わらず、定期的に加えられなければ
ならない。

基板へのニッケル燐合金の［積後、このアモーファス合
金上には金の被膜が塗布される。好ましくは、これが制
御された電流密度で、制御された温度で加えられる電解
１ｆｆ積を形成して達成される。

この金被膜の厚みは、製造される接触子の所定の最終特
性によって決定される。広い範囲内では、アモーファス
合金に被覆される金被膜の厚みは、得られた接触子が結
晶物質に同じ厚みの金を被覆　　　　）して形成された
接触子と比べて向上した特ｆ１が期待できる。実際、許
容できる電気接点は、約Ｏ９＝　１２− ０２５４ミク１］ンの金の厚みでも製造できる。好まし
くは、金被膜が０．１２７へ−０，７６２ミクロン、更
に好ましくは０．１２７〜０．３８１ミクロンである。

被覆に用いられる金は、軟質金が実際的で通常好ましい
結果より僅かに程遠いが、硬質金が好ましい、、　ｊｉ
ｔ板十のアモーファス遷移金属合金の厚みは、特に重大
でない。本発明によれば所定の結果を達成するに充分な
厚みでいい。好ましい厚みは約１．２７〜３８１ミクロ
ンであり、現実には０．６３５〜２５．４ミクロンであ
る。

本発明による代表的な電気接点（これらはエツジ　カー
ド　］ネクタ、接触バネ、強固な電気スイッヂ接触構造
等に作られてもよい）の製造方法においては、電気導電
基板が所定の最終接点形状に形成されることが好ましい
。その後、導電基板は洗浄器内に、その後蓋溜水に、そ
の後希釈塩酸溶液内に浸される。その後洗浄基板は、Ｎ
１−Ｃｏ−Ｐメッキ槽に浸され、メッキ後、蒸溜水でリ
ンスされる。その後金メツレが従来の方法、例えば約１
０，７ミリアンペア／Ｃｄの電流密度および約３０〜３
５度Ｃを維持した金メツキ槽で形成される９゜金メッキ
が施された後、接点相別は再び洗浄される。

これの代りに、エツジ　カード　」ネクタのような数々
の電気接点形状にとっては、まずブランクあるいは折目
付き板をメッキし、メツｉ後金のストライクが加えられ
て所定形状に形成することが可能である。

以下は、本発明の実施例である。

第１実施例 メツ１一槽は次の成分を有して形成された。

０．７５Ｍ／ＪのＮ＝　ＣＲ２・６１−１２００．２５
Ｍ／ＪのＮ′ＬＣＯ３ １，２５Ｍ／Ｊの１−＋３ＰＯ３ 但しＭはモル数である。

電気導電基板は、約８０度Ｃの温度および約１５０１１
１ａ／　ｃｍの陰極での電流密度が維持されて、メッキ
槽内に浸された。このメッキ槽から取出された時には、
基板上にアモーファスニッケル燐合金が形成されていた
。このアセ−２１フ合金には０゜０２５４ミク［］ンの
ス１〜ライク金が形成された。

この結果、電気接触表面は、１．２７ミクロン以上の金
被覆を施した類似の基板ど略同じ稈低い一定低抗値を有
していた。この一定抵抗値は、時間に対して安定で、Ｓ
０２検査（１００％の相対湿度および１％の亜流酸ガス
内を４０時間放置する検査）に受（）るような腐蝕物環
境内でも安定で、また混合ガス検査（前記ＳＯ２検査と
同じ条件に、更に１％の硝酸ガスおよび１％の塩素ガス
を）０加１ノで実施した検査）でも安定であった。この
結果、電気接触表面は、従来のものと比べて相当安価で
、良好なハンダ容易性を有していた。

第２実施例 この実施例において（よ、電流密度性１１が第１実施例
ど１３７１”５１じである。アモーファス　ニッケル燐
合金を有する槽板がメツ１：１ｉｎｔから取出された後
、このア干−ファス合金上に約０．２５／Ｉミクロンの
ス１〜ライク金が形成された。この結果、電気接触表面
は、−・定の抵抗値を有し、他の特ｆ１が結晶構造の類
似物質を用いて、１，２７ミク［−１ンの金被膜を有し
て形成された電気接触表面にり同等あるいは優れていた
。

第３実施例 この実施例にお（Ｊるメツに僧の組成は次のＪ−うであ
る。

０．２Ｍ／ＪのＮｊ　Ｃｊ　２　　・６１−１２００．
８Ｍ／〕のＮＬ　Ｓ　Ｏ４・６　ｔ−ｌ　２００．５Ｍ
／Ｊの１−１３ＰＯ３ ０，５Ｍ／、ｉ！の１１３ＰＯ４ メッキ槽温度状態、電流密度および等価パラメータは第
１実施例と略等々である。単板に７モーフアス　ニッケ
ル燐合金を１ｆｌ積させた後、０．０２５４ミクロンの
フラッジ］金が加えられた。検査によって、得られた電
気接触表面は、第１実施例で製造された電気接触表面程
良くはなかったが、許容値以内の接触抵抗（すなわち、
ＡＳＴＭ　　Ｂ６７７−８０による検査時の４ミリオ一
ム以手）および耐腐蝕ｆ１を有していることが発見され
た。

第４実施例 この実施例におけるメツＶ槽の組成は次のようである。

０．８８Ｍ／ＪのＮＬＣＲ２・６Ｈ２００，２５Ｍ／Ｊ
のＮｉ　Ｃ０３ １，２５Ｍ／Ｊ（７）Ｈ３ＰＯ３ ０，４Ｍ／Ｊ　　の１−イ３　　［３０３０，２Ｍ／Ｊ
の酢酸 ０．１Ｍ／ＪのＣｏ　Ｃ０３ メッキ槽濃度は、約２００　ｍａ／、ｃｍの陰極電流密
度を右しながら、約８０度Ｃに維持された。このメッキ
槽内における基板の侵入時にお（」るメツ１分析は、６
．８±４％のコバルト、０．６％の酸素、７３．３％の
ニッケルおよび１９．３％の燐の容積量を示した。この
アモーファス合金には０゜０２５４ミクロンのストライ
ク金が形成された。

この結果、電気接触表面は、低接触抵抗および高耐腐蝕
竹を有し、結晶基部金属に被覆された約１゜２７ミクロ
ン（あるいはこれ以上の厚み）の金を有する従来の電気
接触表面に十分に置換できた。

第５実施例 数々のメツｔが次の表に示された組成を用いて約２０％
の燐、Ｘ％のコバルトおよび（８０−Ｘ）％のニッケル
を有するメッキを製造するために、電気導電基板に形成
された。

メッキは、硬質陽極（白金あるいは白金化チタニウム）
を用いて７５〜７８度Ｃおよび約０．１０６アンペア／
　ｃｔＭで達成された。

ニッケルとコバルトとの合計は、各実施毎に１モル／Ｊ
であり、Ｃｏ　ＣＯ３が各実施におけるすべての」バル
トの供給源である。従って、槽内のω”　／　Ｎ＝　２
＋比率は、Ｍ／　１　Ｃ０ＣＯ３／　（１−Ｍ／　１Ｃ
ＯＣＯ３）である。メッキ内のＣｏ　／　ＮＬ比率は、
％Ｃｏ（８０−％ＣＯ）である。

槽内のＣｏ２＋／ＮＬ”“およびメッキ内のＣｏ／ＮＬ
間の関係は、 槽内の　　　メッキの　メッキのＣｏ　／　ＮシＣｏ　
２”／ＮＬ”　　　　Ｃｏ／ＮＬ　　　　　　槽のＣｏ
　２”／ＮＬ”■　　０．０３１　　　’０．０６７　
　２．２■　　０．０８１　　　０．１４３　　１．８
■　　０．１３６　　　０．２３１　　１．７コバルト
は、ニッケルより優先してメツヤ堆積されるが、低いコ
バルト濃度ではこの優先度が僅かに１胃する。より低い
温度での操作では、より高い電流密度で操作したのと同
様に優先度を大きくさせる。更に、これらの形成は、新
しい時の公称のコバルト量より低く産出する。すなわち
、第１の１００アンペア・分７／リットル毎に、槽はメ
ッキの所望のコバルト成分の１／２〜・２／３のみを産
出する。

実際の電気接点として形成された１０％のコバルトを有
するメツ１は、０．１２７．０．２５４あるいは０．３
８１ミクロンの硬質金、あるいは０．１２７の軟質金で
被覆されて、従来の技術に用いられるサイクル試験を受
【プ、ＰＣ基板とコネフタの開口とに同じ材質を用いて
ＢＣＩ−クラス■環境に露呈される。次の結果（第１表
）が達成されｌ〔。

但し、ＲＣは接触抵抗おＪ：びσは個々の接点の平均値
からの偏差値である。

これらの結果は、従来のリルファ　ニッケルに１．２７
ミク１］ンの硬質金を被覆したちのに比べて本発明【、
、′Ｊ、る電気接触子が改良されたパフオーマンスを６
している（ことを示している。

出願人　バーリングトン　インジス１〜リーズインｊ−
ボレーデツド

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気的な導電基板と、この導電基板に堆積させら
   れるアモーファス遷移金属と、このアモーファス遷移金
   属の上に被覆される金とを備え、前記金の厚みが約０．
   ０２５４〜０．７６２ミクロンであることを特徴とする
   製造後の接触抵抗が４ミリオーム以下である、アモーフ
   ァス遷移金属に薄い金被膜を有する合金電気接点。
2. （２）前記遷移金属合金は、ニッケル燐合金であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電気接点。
3. （３）前記ニッケル燐合金は、約１５〜２５原子％の燐
   と、約５〜１５原子％のコバルトを含むことを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項記載の電気接点。
4. （４）前記被覆金は、約０．１２７〜０．３８１ミクロ
   ンの厚みの硬質金であることを特徴とする特許請求の範
   囲第３項記載の電気接点。
5. （５）（ａ）遷移金属合金要素を含むメッキ槽に基板を
   浸し、 （ｂ）この槽の温度条件および陰極での電流密度を各々
   制御して、前記遷移金属合金要素を前記導電基板にアモ
   ーファスの形態で電解堆積させ、（ｃ）前記電解堆積ア
   モーファス遷移金属合金に０．０２５４〜０．７６２ミ
   クロンの厚みの金被膜を加えたことを特徴とする電気接
   点の製造方法。
6. （６）前記（ａ）段階における前記メッキ槽には、燐酸
   とニッケルのみ、あるいは燐酸とニッケルおよびコバル
   トが含まれていることを特徴とする金膜を有する特許請
   求の範囲第５項記載の電気接点の製造方法。
7. （７）前記（ｂ）段階においては、前記槽の温度条件を
   約７０〜８５度Ｃ、前記陰極での電流密度を約１０７〜
   ９６９ミリアンペア／ｃｍ＾２に制御して、前記アモー
   ファス遷移金属合金を０．６３５〜２５．４ミクロンの
   厚みに電解堆積させ、 前記（ａ）段階における前記メッキ槽には、ＴｉＦ＿６
   、ＳｉＦ＿６およびＺｒＦ＿６イオンからなる群から選
   択されたイオンの０．１モルから不溶解になる限界まで
   のモル数が含まれていることを特徴とする特許請求の範
   囲第５項記載の電気接点の製造方法。
8. （８）前記（ａ）および（ｂ）において、前記基板に堆
   積させられる前記アモーファス合金は、約１５〜２５原
   子％の燐と、少なくとも約５原子％のコバルトを含むニ
   ッケル燐合金であることを特徴とする特許請求の範囲第
   ７項記載の電気接点の製造方法。
9. （９）前記（ｃ）における前記被覆金は、約０．１２７
   〜０．３８１ミクロンの厚みの硬質金であることを特徴
   とする特許請求の範囲第５項記載の電気接点の製造方法
   。