CN103582722A - 电接触部件 - Google Patents

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Abstract

电接触部件包括：接触点部，配置为通过接触提供电连接；以及安装部，配置为通过焊料接合提供外部电连接。在接触点部的表面上选择性地形成包含碳纳米管或碳黑的镀层。在安装部上形成具有比包含碳纳米管或炭黑的镀层高的焊料浸润性的镀层。

Description

电接触部件
技术领域
本发明涉及一种电接触部件，用作诸如继电器(例如，电动车的功率继电器)、开关、连接器或断路器之类的电子部件的接触点部件(接触点材料)。
背景技术
迄今为止，已经提出了例如在日本专利公开No.4032116中描述的电子部件。该电子部件具有配线图案。
在电接触部件中，具有优秀导电性的诸如Au、Ag、Pt、Rh、Ru、Ir或Pd等制成的昂贵的贵金属层通常形成于接触点部的最外表面上，以便确保接触可靠性和可安装性。因为Au或Ag是软材料，所以Au或Ag常用作合金或复合材料，例如Au-Co、Au-Ni、Ag-W、Ag-WC、Ag-Cu、Ag-Mo、Ag-CdO、Ag-Au、Ag-SnO、Ag-Pd、Ag-Ni或Ag-ZnO，以便增加其硬度。Au或Ag通常也在贵金属镀之后经历密封处理以便确保抗蚀性。
然而，因为贵金属是昂贵的，所以当大量使用贵金属时，不利地增加了电接触部件的成本。因为回流之后在接触点部的表面上形成易于阻止电连接的氧化物，所以增加了低接触压力区域(当在接触点部的表面上形成基于金合金的镀层时，9.8×10-3N(1gf)以下的接触能力)的接触电阻，不利地引起了低接触可靠性。于是，考虑精细地管理镀层的共析量，使得不会劣化接触可靠性。然而，这不利地引起了复杂的工艺管理。另外，当执行密封处理时，绝缘油状成分用作润滑成分，不利地劣化了接触可靠性。
发明内容
于是，本发明的目的是提供一种具有优秀接触可靠性和可安装性的电接触部件。
本发明的电接触部件包括：接触点部，配置为通过接触提供电连接；以及安装部，配置为通过焊料接合提供外部电连接。在接触点部的表面或者接触点部通过滑动磨损以及打开／关闭等而露出的表面上选择性地形成含碳纳米管(下文中，CNT)或碳黑(下文中，CB)的镀层。在安装部上形成具有比含CNT或CB的镀层高的焊料浸润性的镀层。这种构造提供了一种具有优秀接触可靠性和可安装性的电接触部件。
在这种构造中，优选地CNT或CB从含CNT或CB的镀层的表面突出。
在这种构造中，优选地通过电解镀或者非电解镀形成含CNT或CB的镀层。
在这种构造中，优选地CNT包括多壁CNT(下文中，MWCNT)。
在这种构造中，优选地含CNT的镀层包含基于总量的0.02至2.0(质量)％的CNT。
在这种构造中，优选地含CB的镀层包含基于总量的0.02至2.0(质量)％的CB。
在这种构造中，优选地含CNT或CB的镀层是非晶镀层，并且CNT或CB从非晶镀层的表面露出。
在这种构造中，优选地非晶镀层是Ni-P合金镀膜。
本发明的电接触部件具有其上形成有非晶镀层的表面。非晶镀层包含从非晶镀层的表面露出的纳米碳材料。这种构造具有优秀的接触可靠性和抗蚀性。此外，可以廉价地制造这种构造。
在这种构造中，优选地电接触部件包含：接触点部，配置为通过接触提供电连接；以及安装部，配置为通过焊料接合提供电连接；接触点部具有其上形成有非晶镀层的表面；以及安装部上形成有镀层，所述镀层具有比非晶镀层高的焊料浸润性。
在这种构造中，优选地纳米碳材料包括MWCNT。
在这种构造中，优选地纳米碳材料包括CB。
在这种构造中，优选地非晶镀层包含基于总量的0.02至2.0(质量)％的纳米碳材料。
在这种构造中，优选地通过电解镀或非电解镀形成非晶镀层。
在这种构造中，优选地非晶镀层是Ni-P合金镀膜。
附图说明
将进一步详细描述本发明的优选实施方式。为了更好地理解本发明的其他特征和优点，结合附图给出以下详细描述：
图1A是本发明第一实施方式的电接触部件的示意性侧视图；
图1B是本发明第一实施方式的电接触部件的部分截面图；
图1C是本发明第一实施方式的电接触部件的部分截面图；
图2A是示出了本发明第一实施方式的电接触部件的顶盖示例的透视图；
图2B是示出了本发明第一实施方式的电接触部件的插座示例的透视图；
图3是示出了本发明第一实施方式的用于形成CNT镀层的方法示例的示意图；
图4是示出了本发明第一实施方式的用于形成CNT镀层的方法的另一示例的示意图；
图5是示出了本发明第一实施方式的用于形成CNT镀层的方法的再一示例的示意图；
图6A是示出了本发明第一实施方式的用于形成CNT镀层的方法的又一示例的示意图；
图6B是示出了本发明第一实施方式的用于形成CNT镀层的方法的还一示例的示意图；
图7A示出了在本发明第一实施方式的实施例1中产生的CNT复合镀膜的表面SEM照片(x1000倍)；
图7B示出了在本发明第一实施方式的实施例1中产生的CNT符合镀膜的表面SEM照片(x5000倍)；
图8是示出了本发明第一实施方式中用于评估接触可靠性和可安装性的回流温度分布的曲线；
图9是示出了本发明第一实施方式中评估接触可靠性的曲线；
图10是示出了本发明第一实施方式的电接触部件的另一示例的部分截面图；
图11是在本发明的第一实施方式的实施例3中形成的CB镀层的表面SEM照片；
图12A是本发明第二实施方式的电接触部件的部分截面图；
图12B是本发明第二实施方式的电接触部件的部分截面图；
图13A是本发明第二实施方式的用于形成含纳米碳材料的非晶镀层的方法的另一示例的示意图；
图13B是本发明第二实施方式的用于形成含纳米碳材料的非晶镀层的方法的又一示例的示意图；
图14A是本发明第二实施方式的实施例4的接触点部的表面SEM照片(x5000倍)；
图14B是本发明第二实施方式的实施例5的接触点部的表面SEM照片(x10000倍)；
图15是示出了本发明第二实施方式的实施例例中用于评估接触可靠性的回流温度分布的曲线；
图16是示出了本发明第二实施方式的实施例中接触可靠性的评估的曲线；
图17是示出了本发明第二实施方式的实施例中抗蚀性的评估的照片；以及
图18是示出了本发明第二实施方式的安装部的示例的截面图。
具体实施方式
(第一实施方式)
下文中将描述本发明的第一实施方式。
电接触部件A用作连接器的端子部、诸如开关或继电器之类的移动接触点和固定接触点等等。具体地，电接触部件A适用于低接触压力区域。
使用电接触部件A的连接器的示例包括具有图2A所示的顶盖(header)H和图2B所示的插座(socket)S的连接器。顶盖H包括顶盖本体30和多个顶盖接触40。顶盖本体30由诸如合成树脂之类的绝缘材料制成。顶盖接触40由导电材料制成。例如，顶盖接触40根据嵌件成型(insertmolding)由顶盖本体30保持。插座S包括插座本体50和多个插座接触60。插座本体50由诸如合成树脂之类的绝缘材料制成，并且配置有连接凹部20。插座接触60由具有导电性和弹性的材料制成。插座接触60由插座本体50保持，使得当将顶盖H插入到连接凹部20中时，在连接凹部20内侧插座接触60按照与顶盖接触40一一对应的关系与顶盖接触40相接触并导通。本发明的电接触部件A可以用作顶盖接触40和插座接触60。
如图1A所示，顶盖接触40包括第一接触部41、第二接触部42和端子部43。第一接触部41从顶盖本体30的左右外侧表面露出，并且与插座接触60的第一接触部64接触。第二接触部42与第一接触部41一起形成为夹着内凹部19的左右边缘的U形。第二接触部42朝着内凹部19的内侧露出，并且与插座接触60的第二接触部66接触。端子部43从第二接触部42的上端沿横向向外延伸，并且穿过内凹部19的底面。端子部43沿顶盖本体30的上端面(图2A中的下端面)横向突出，并且用于进行安装。
插座接触60包括端子部61、被保持部62、第一连接部63、第一接触部64、第二连接部65和第二接触部66。端子部61从插座本体50突出使得端子部的厚度方向沿竖直方向，并且用于进行安装。被保持部62与端子部61的左右端部中向内的端部相连，并且向上延伸。被保持部62由插座本体50保持。第一连接部63具有与被保持部62的上端相连的一端，并且沿左右方向中远离端子部61的方向延伸。第一接触部64具有与第一连接部63的另一端相连的一端，并且向下延伸。第一接触部64与顶盖接触40相接触。第二连接部65具有与第一接触部64的下端相连的一端，并且沿左右方向中远离保持部62的方向延伸。第二接触部66具有与第二连接部65的另一端相连的下端，并且沿从连接凹部20取出顶盖H的方向延伸。第二接触部66将顶盖接触40弹性地夹在第一接触部64和第二接触部66之间。
顶盖接触40的第一接触部41和第二接触部42以及插座接触60的第一接触部64和第二接触部66与诸如电路或其他电接触部件之类的导电件相接触，并且形成为通过接触提供电连接的接触点部1。顶盖接触40的端子部43和插座接触60的端子部61形成为安装部2，所述安装部2用于通过焊料接合提供与诸如电路之类的外部(其他部件)的导电件的电连接。
通过在电接触部件A的基底材料3的表面上提供含碳纳米管(下文中，CNT)的镀层(下文中称作“CNT镀层”)4来形成接触点部1。通过在基底材料3的表面上提供具有比CNT镀层4高的焊料浸润性的镀层(下文中称作“焊料接合镀层”)5来形成安装部2。在图1A中，通过交叉阴影线示出了接触点部1，并且通过对角线图案示出了安装部2。
根据电接触部件A的预期用途将基底材料3成型为所需形状。基底材料3可以由用于电接触部件的已知金属材料制成，例如铜或铜合金。铜合金的示例包括Cu-Ti、Cu-Ti-Fe、Cu-Be、Cu-Sn-P系、Cu-Zn系、Cu-Ni-Zn系、Cu-Ni-Si系和Cu-Fe-P系合金。
如图1B所示，通过附着到基底材料3表面的金属镀膜4a以及在金属镀膜4a中散布并结合的CNT4b的复合镀层形成了CNT镀层4。
可以考虑金属镀膜4a与基底材料3的附着性、保持CNT4b的性能以及金属镀膜4a的硬度，来确定金属镀膜4a的材料和厚度等。例如，金属镀膜4a可以由诸如Cu或Ni之类的材料形成。Ni镀膜是优选的。这是因为Ni镀膜是具有优秀抗蚀性、耐磨性和耐化学性的金属膜，具有良好的可加工性，并且提供相对低的处理成本。金属镀膜4a优选地具有0.1至10μm的厚度，更优选地1至5μm。
CNT4b是碳材料，其在化学上稳定并且具有优秀的导电性、滑动性和机械强度。具有10至200nm直径和1至20μm长度的CNT用作CNT4b。CNT4b的示例包括通过筒状滚动作为一层的石墨片获得的单壁CNT以及通过滚动作为多层的两个或更多石墨片获得的多壁CNT。多壁CNT具有比单壁CNT更加优秀的大规模生产率，并且可以相对廉价地获得。因此，多壁CNT可以减小成本，是优选的。
在CNT镀层4中，优选地，将CNT4b形成为从金属镀膜4a的表面突出。也就是说，如图1B所示，金属镀膜4a中包含的一些CNT4b或者所有CNT4b部分地突出到金属镀膜4a表面的外部。当金属氧化膜形成于金属镀膜4a的表面上时，优选地，CNT4b与位于金属镀膜4a的表面上形成的金属氧化膜4c内部(深部)的非氧化部分接触。从而，CNT4b穿过在焊料回流工艺等中在金属镀膜4a的表面上形成的金属氧化膜4c，并且存在于CNT镀层4的表面上。因此，其他导电件通过导电性比低导电性金属氧化膜4c高的CNT4b，与位于金属镀膜4a内部(深部)的金属直接电连接。结果，获得了稳定的低接触电阻。认为由于在CNT镀层4的表面上存在CNT4b而不太可能发生金属镀膜4a和其他金属导电件的粘附和磨损现象，可以改进抗粘性。
CNT镀层4优选地包含基于总量的0.02至2.0(质量)％的CNT4b。当CNT4b的含量小于0.02(质量)％时，存在CNT4b对CNT镀层4的接触可靠性的改进不足的可能性。当CNT4b的含量大于2.0(质量)％时，存在镀液中CNT4b的分散性劣化或者CNT镀层4与基底材料3的附着性劣化的可能性。也就是说，当CNT4b的含量在上述范围内时，CNT4b对CNT镀层4的接触可靠性充分改进，并且可以充分确保镀液中CNT4b的分散性以及CNT镀层4与基底材料3的附着性。
焊料结合镀层5具有比CNT镀层4高的焊料浸润性。因为CNT本身具有疏水性并且CNT镀层4具有较大的表面粗糙度，所以焊料不太可能在CNT镀层4上扩展并且紧固地附着到CNT镀层4上。因此，如果将CNT镀层4应用到安装部2上，则存在降低电接触部件A与其他导电件的接合强度或者花费更多的时间和精力来接合电接触部件A的可能性，这劣化了可安装性。因此，在安装部2上形成具有比CNT镀层4更加优秀的焊料浸润性的焊料接合镀层5。例如，可以使用具有优秀导电性的Au、Ag、Pt、Rh、Ru、Ir、Pd或其合金等制成的贵金属镀膜，在基底材料3的表面上直接形成焊料接合镀层5。如图1C所示，基底镀层6可以插入到焊料接合镀层5和基底材料3的表面之间。在这种情况下，具有与基底材料3的优秀附着性的Ni镀膜可以用作基底镀层6。具有优秀导电性的Au镀膜和Au-Pd合金镀膜等可以用作层叠在基底镀层6的表面上的焊料接合镀层5。基底镀层6的厚度优选地是0.5至2μm。焊料接合镀层5的厚度优选地是0.01至5μm，更优选地是0.1至0.5μm。
可以通过在按照所需形状形成的基底材料3中将要形成接触点部1的部分上选择性地形成CNT镀膜4、并且在基底材料3中将要形成安装部2的部分上选择性地形成焊料接合镀层5，来制造上述电接触部件A。
当选择性地形成CNT镀层4时，可以采用多种方法。例如，当采用点镀(spot plating)方法时，如图3所示，可以通过从喷嘴10将镀液11部分地喷涂到基底材料3的表面上形成CNT镀层4的位置上，来形成CNT镀层4。镀液11包含用于形成金属镀膜4a的金属成分和CNT4b。此外，也可以使用喷淋器来部分地镀覆基底材料3的表面。
也可以通过掩模镀覆方法来选择性地形成CNT镀层4。在这种情况下，如图4所示，用掩模12覆盖基底材料3的表面上除了形成CNT镀层4的位置之外的部分(例如，将要成为安装部2的位置)。然后，将其上设置了掩模12的基底材料3浸没到镀液中。可以通过电解镀或非电解镀在基底材料3未被掩模12覆盖的位置上形成CNT镀层4。
也可以通过抗蚀剂镀覆方法来选择性地形成CNT镀层4。在这种情况下，如图5所示，用抗蚀剂膜13(由图5中的阴影表示)覆盖基底材料3的表面上除了形成CNT镀层4的位置之外的部分(例如，将要成为安装部2的位置)。然后，将其上设置了抗蚀剂膜13的基底材料3浸没到镀液中。可以通过电解镀或非电解镀在基底材料3未被抗蚀剂膜13覆盖的位置上形成CNT镀层4。
也可以通过催化镀覆方法来选择性地形成CNT镀层4。在这种情况下，如图6A所示，镀覆催化剂(图6A的阴影部分)14附着到基底材料3的表面上形成CNT镀层4的位置。然后，将其上设置了镀覆催化剂14的基底材料3浸没到镀液中。如图6B所示，可以通过非电解镀在基底材料3附着了镀覆催化剂14的位置上形成CNT镀层(图6B的点状图案)。
也可以通过诸如喷镀、部分浸没、毡镀(felt plating)或点镀之类的已知镀覆方法或者与CNT镀层4相同的镀覆方法来选择性地形成焊料接合镀层5和基底镀层6。
在上述电接触部件A的接触点部1上形成CNT镀层4。因此，即使在低接触压力下，接触点部1也可以通过CNT4b确保在接触点部1与其他导电件相接触的状态下提供电连接。电接触部件A即使在焊料回流之后也可以确保低接触压力区域中的接触可靠性。CNT4b插入到CNT镀层4的金属镀膜4a和其他导电件之间。因此，可以减小金属镀膜4a和其他导电件之间的粘附和磨损，并且可以改进抗粘性。另外，CNT镀层4可以具有比仅由金属制成的镀层小的滑动磨损和高的硬度，从而可以实现电接触部件A的寿命改进。因此，当将上述电接触部件A用作诸如具有高打开和关闭频率的开关或继电器之类的接触点部件(接触点材料)时，不太可能发生粘滞现象，并且可以容易地实现电接触部件A的寿命改进，因此是优选的。诸如镀Au之类的贵金属镀没有用于接触点部1，从而可以低成本地提供具有高可靠性的电接触部件A。同时，在安装部2上形成具有比CNT镀层4高的焊料浸润性且由Au等制成的焊料接合镀层5，从而可以确保高可安装性。因此，上述电接触部件A可以实现接触可靠性和可安装性两者。
在图10中示出了另一实施方式。在这种电接触部件A中，通过在电接触部件A的基底材料3的表面上提供含炭黑(下文称作“CB”)的镀层(下文中称作“CB镀层”)7来形成接触点部1。其他构造与上述实施方式的构造相同。通过如图1C在基底材料3的表面上形成具有比CB镀层7高的焊料浸润性的焊料接合镀层5来形成安装部2。基底材料3可以按照上述相同的方式由诸如铜或铜合金之类用于电接触部件的已知金属材料制成。
CB镀层7包含CB7b来代替CNT镀层4中包含的CNT4b。也就是说，如图10所示，通过附着到基底材料3表面的金属镀膜7a以及在金属镀膜7a中散布并结合的CB7b的复合镀层来形成CB镀层7。
可以按照与上述相同的方式，考虑金属镀膜7a与基底材料3的附着性、保持CB7b的性能以及金属镀膜7a的硬度，来确定金属镀膜7a的材料和厚度等。例如，金属镀膜7a可以由诸如Cu或Ni之类的材料形成。Ni镀膜是优选的。这是因为Ni镀膜是具有优秀抗蚀性、耐磨性和耐化学性的金属膜，具有良好的可加工性，并且提供相对低的处理成本。金属镀膜7a优选地具有1至5μm的厚度。
CB7b是碳材料，其在化学上稳定并且具有优秀的导电性、滑动性和机械强度。颗粒CB可以用作CB7b。优选地，使用通过激光衍射测量等测量的几nm至100nm颗粒直径的颗粒CB。CB7b是具有优秀导电性的品种。CB7b具有比CNT4b更加优秀的大规模生产率，并且可以相对廉价地获得。因此，CB7b可以减小成本，这是优选的。
在CB镀层7中，优选地，将CB7b形成为从金属镀膜7a的表面突出。也就是说，如图10所示，金属镀膜7a中包含的一些CB7b或者所有CB7b部分地突出到金属镀膜7a表面的外部。当金属氧化膜形成于金属镀膜7a的表面上时，优选地，一部分CB7b与位于金属镀膜7a的表面上形成的金属氧化膜7c内部(深部)的非氧化部分接触。从而，CB7b穿过在焊料回流工艺等中在金属镀膜7a的表面上形成的金属氧化膜7c，并且存在于CB镀层7的表面上。因此，其他导电件通过导电性比低导电性金属氧化膜7c高的CB7b，与位于金属镀膜7a内部(深部)的金属直接电连接。结果，获得了稳定的低接触电阻。认为由于在CB镀层7的表面上存在CB7b而不太可能发生金属镀膜7a和其他金属导电件的粘附和磨损现象，可以改进抗粘性。
CB镀层7优选地包含基于总量的0.02至2.0(质量)％的CB7b，并且更优选地0.02至1.0(质量)％。当CB7b的含量在上述范围内时，CB7b对CB镀层7的接触可靠性充分改进，并且可以充分确保镀液中CB7b的分散性以及CB镀层7与基底材料3的附着性。
焊料结合镀层5如上所述具有比CB镀层7高的焊料浸润性。因为CB本身具有疏水性并且CB镀层7具有较大的表面粗糙度，所以焊料不太可能扩展并且紧固地附着到CB镀层7上。因此，如果将CB镀层7应用到安装部2上，则存在降低电接触部件A与其他导电件的接合强度或者花费更多的时间和精力来接合电接触部件A的可能性，这劣化了可安装性。因此，在安装部2上形成具有比CB镀层7更加优秀的焊料浸润性的焊料接合镀层5。例如，可以按照与上述相同的方式使用具有优秀导电性的由Au等制成的贵金属镀膜，在基底材料3的表面上直接形成焊料接合镀层5。与上述相同的基底镀层6可以插入到焊料接合镀层5和基底材料3的表面之间。
可以通过在按照所需形状形成的基底材料3中将要形成接触点部1的部分上选择性地形成CB镀层7、并且在上述基底材料3中将要形成安装部2的部分上选择性地形成焊料接合镀层5，来制造上述电接触部件A。
在选择性地形成CB镀层7时，可以采用与上述相同的多种方法。在这种情况下，可以将CB7b结合到镀液等中代替CNT4b。也可以通过与上述相同的多种方法来选择性地形成焊料接合镀层5和基底镀层6。
与使用CNT4b的情况相同，使用CB7b时，也可以确保低接触压力区域中的接触可靠性。另外，不太可能发生粘滞现象，并且可以容易地实现电接触部件的寿命改进。在安装部2上形成具有比CB镀层7高的焊料浸润性且由Au等制成的焊料接合镀层5，从而可以确保高可安装性。因此，上述电接触部件A可以实现接触可靠性和可安装性两者。
下文中，将参考实施例1至3及比较例1和2具体地描述本发明的第一实施方式。
(实施例1)
诸如磷青铜或钛铜之类的Cu合金用作基底材料3的材料。将Cu合金成型为应用于开关的铜片或接触点材料的形状。
通过电解镀方法形成接触点部1的CNT镀层4。在这种情况下，使用含CNT4b的Ni镀液。使用昭和电工(株)(Showa Denko K.K.)制造的VGCF作为CNT4b。CNT4b使用单壁CNT和多壁CNT的混合物。Ni镀液包含CNT4b，每一个CNT具有100至200nm的直径(外径)和10至20μm的长度。Ni镀液包含具有硫酸镍(1mo1／dm3)、二氯化镍(0.2mol／dm3)、硼(0.5mol／dm3)和作为分散剂的分子量为5000的多聚羧酸(2×10-5mol／dm3)。将CNT4b的混合量设置为2g／dm3。包含CNT4b的镍镀液用作镀浴。在25℃的浴温和1至5A／dm2的电流密度的电镀条件下执行电镀。形成CNT镀层4，所述CNT镀层具有金属镀膜4a，所述金属镀膜具有5μm的厚度并且包含0.02(质量)％的CNT4b。
在基底材料3的表面上形成的基底镀层6的表面上层叠并形成安装部2的焊料接合镀层5。基底镀层6是具有0.5至2μm厚度的Ni镀膜。在硫酸镍(450g／l)、二氯化镍(3g／l)、硼酸(30g／l)、添加剂(适量)、抗凹剂(适量)、pH＝3.0至4.5以及浴温40至50℃的电镀条件下执行电解电镀1分钟。焊料接合镀层5是具有0.2μm厚度的Au镀膜。在Au氰化钾(8至10g／l)、柠檬酸(60至90g／l)、钴(100mg／l)、25至35℃的处理温度以及0.5至1.5A／dm2的电流密度的电镀条件下执行电解电镀30秒。
(实施例2)
按照与实施例1相同的方式执行实施例2，不同之处在于形成CNT镀层4，所述CNT镀层具有20μm厚度的金属镀膜4a。
(实施例3)
按照与实施例1相同的方式执行实施例3，不同之处在于：使用CB7来代替CNT4b，并且将金属镀膜4a的厚度设置为2μm，以形成CB镀层7。卡伯特公司(Cabot Corporation)制造的伍尔坎(Vulcan)XC-72用作CB7b。CB具有20至100nm(或20至40nm)的直径(颗粒直径)。
(比较例1)
按照与实施例1相同的方式执行比较例1，不同之处在于：在接触点部1上形成不含CNT并且具有20μm厚度的镍镀膜来代替CNT镀层4。
(比较例2)
按照与实施例1相同的方式执行比较例2，不同之处在于：在接触点部1上形成不含CNT并且具有0.2μm厚度的Au-Co镀膜来代替CNT镀层4。
(CNT镀层4和CB镀层7的表面纹理观察)
在扫描电子显微镜(SEM)照片(参见图7A和7B)中观察实施例1中形成的CNT镀层4的表面纹理。白色线状或针状部分是CNT。在扫描电子显微镜(SEM)照片(参见图11)中观察实施例3中形成的CB镀层7的表面纹理。
(接触可靠性的评估)
针对实施例1至3及比较例1和2测量热处理之后接触点部1的接触电阻值。在图8中示出了加热处理期间的温度分布。假设使用无铅焊料的空气回流安装。执行三个周期的热处理。
使用(株)山崎精机研究所(Yamazaki-Seiki Co.，Ltd.)公司制造的电接触点仿真器(型号：CRS-113-AU型)测量接触电阻值。在使用交流四端子方法的测量中，测量值不包括例如引线或连接器部的固有电阻值。可以测量在改变接触负载时的接触电阻值。可以通过电气台在固定负载下扫描接触位置，并且也可以执行假设在开关或继电器接触点中摩擦接触的测量。在0.2N的接触力下测量接触电阻值。在图9中示出了结果。
结果表明，与比较例1和2相比，可以说实施例1至3具有小接触电阻值并且在低接触压力区域中具有高接触可靠性。
(可安装性的评估)
针对实施例2和3以及比较例2评估了无铅焊膏的焊料浸润性。
使用具有0.12mm厚度的掩模丝网将无铅焊膏涂覆到CNT镀层或CB镀层的表面上，使得无铅焊膏具有4.5mm直径的圆形形状。使用千住金属工业(株)(Senju Metal Industry Co.，Ltd)制造的M705-221BM5-32-11.2K作为焊膏。安装条件为在大气氛围下使用图8的温度分布的回流。测量回流之后的焊料球直径，并且计算回流之后和回流之前焊料球直径的比率，以估计焊料球浸润性。在表1中示出了评估结果。
[表1]
Figure BDA0000429352950000131
发现比较例2(镀Au品)中(回流之后／回流之前)比率是125％，焊料很可能浸润并且蔓延从而获得良好的安装结果。相反，发现在实施例2(CNT镀层)中比率是42％，并且排斥焊料。认为这是由以下事实导致的：CNT镀层表面中包含的氧化镍层和CNT具有疏水行为。因此，可以说在接触点部上选择性地形成CNT镀层，并且将Au镀膜设置在焊料安装部上，从而提出了实践中最佳的构造。可以说使用CB的实施例3同样如此。
(第二实施方式)
下文中将描述本发明的第二实施方式。与第一实施方式中相同的部件由相同的附图标记来表示，并且将省略其重复描述。
在上述第一实施方式中，含CNT4b的CNT镀层4以及含CB7b的CB镀层7由诸如Cu和Ni之类的材料制成金属镀膜4a和7a形成。同时，本实施方式的含纳米碳材料8(例如CNT或CB)的镀层特征在于镀层是非晶镀层9。
通过在电接触部件A的基底材料3的表面上设置含纳米碳材料8的非晶镀层9来形成接触点部1。通过在基底材料3的表面上设置具有比含纳米碳材料8的非晶镀层9高的焊料浸润性的镀层(下文中称作“焊料接合镀层”)15来形成安装部2。
非晶镀层9由附着到基底材料3表面的非晶金属镀膜形成，如图12A和12B所示。纳米碳材料8以分散状态结合到非晶镀层9中。非晶镀层9形成为复合镀层。
可以考虑非晶镀层9与基底材料3的附着性、保持纳米碳材料8的性能以及非晶镀层9的硬度和抗蚀性等，来确定非晶镀层9的材料和厚度等。例如，非晶镀层4可以由诸如Ni合金之类的材料制成。Ni合金的具体示例包括Ni-P合金镀膜、Ni-Sn合金镀膜、Ni-W合金镀膜、Ni-Mo合金镀膜和Ni-B合金镀膜。在这些合金中，Ni-P合金镀膜是优选的，其具有优秀的抗蚀性、耐磨性和耐化学性，具有良好的可加工性，并且提供相对低的处理成本。非晶镀层4中除了镍(Ni)之外的成分(磷(P)、锡(Sn)、钨、钼(Mo)和硼(B)等)的浓度优选地是6％至12％。当浓度在这一范围中时，非晶镀层9的金属镀膜不太硬，不太可能引起裂纹等的产生，并且可以确保抗蚀性。优选地，非晶镀层9具有5μm以下的厚度。当厚度比5μm厚时，易于丧失接触点部1的弹簧性质，并且易于产生由应力引起的裂纹。因此，优选地将非晶镀层9的厚度如上所述地设置，使得不会发生质量问题。优选地，非晶镀层9的厚度的下限是1μm以便获得本发明的效果，但是不限于此。
优选地，纳米碳材料8是诸如CNT8a或CB8b之类的纳米尺度的碳材料，其在化学上稳定并且具有优秀的导电性、滑动性和机械强度。具有100至200nm直径和10至20μm长度的CNT用作CNT8a。CNT8a的示例包括单壁CNT(单壁碳纳米管)和多壁CNT(多壁碳纳米管；下文中的MWCNT)。通过筒状滚动作为一层的石墨片来获得单壁CNT。通过滚动作为多层的两个或更多石墨片来获得MWCNT。MWCNT具有比单壁CNT更加优秀的大规模生产率，并且可以相对廉价地获得。因此，MWCNT可以减小成本，这是优选的。颗粒CB可以用作CB8b。优选地，使用通过激光衍射测量等测量的几nm至100nm颗粒直径的颗粒CB。CB8b是具有优秀导电性的品种。CB8b优选地以微米量级尺寸以下的簇状集合状态存在。CB8b具有比CNT8a更加优秀的大规模生产率，并且可以相对廉价地获得。因此，CB8b可以减小成本，这是优选的。
纳米碳材料8从非晶镀层9的表面突出。也就是说，如图12A和12B所示，非晶镀层9中包含的一些纳米碳材料8或者非晶镀层9中包含的所有纳米碳材料8部分地突出并且露出到非晶镀层9表面的外部，或者通过接触点部的滑动和打开／关闭而从表面露出。当金属氧化膜形成于非晶镀层9的表面上时，优选地，纳米碳材料8与位于非晶镀层9上形成的金属氧化膜内部(深部)的非氧化部分接触。从而，纳米碳材料8在焊料回流工艺等中穿过金属氧化膜，并且存在于非晶镀层9的表面上。因此，其他导电件通过导电性比低导电性金属氧化膜高的纳米碳材料8与位于非晶镀层9内部(深部)的金属直接电连接。结果，获得了稳定的低接触电阻。认为由于在非晶镀层9的表面上存在纳米碳材料8而不太可能发生非晶镀层9和其他金属导电件的粘附和磨损现象，可以改进抗粘性。
优选地，含纳米碳材料8的非晶镀层9包含基于总量(非晶镀层9和纳米碳材料8的总量)的0.02至2.0(质量)％的纳米碳材料8。当纳米碳材料8的含量在上述范围内时，纳米碳材料8对接触点部1的接触可靠性充分改进。可以充分确保镀液中纳米碳材料8的分散性以及非晶镀层9与基底材料3的附着性。
焊料结合镀层15具有与比含纳米碳材料8的非晶镀层9高的焊料浸润性。因为纳米碳材料8本身具有疏水性并且含纳米碳材料8的非晶镀层9具有较大的表面粗糙度，所以焊料不太可能扩展并且紧固地附着到非晶镀层9上。因此，如果将含纳米碳材料8的非晶镀层9应用到安装部2上，则存在降低电接触部件A与其他导电件的接合强度或者花费更多的时间和精力来接合电接触部件A的可能性，这劣化了可安装性。因此，在安装部2上形成具有比含纳米碳材料8的非晶镀层9更加优秀的焊料浸润性的焊料接合镀层15。例如，可以使用具有优秀导电性的Au、Ag、Pt、Rh、Ru、Ir、Pd或其合金等制成的贵金属镀膜，在基底材料3的表面上直接形成焊料接合镀层15。如图18所示，基底镀层16可以插入到焊料接合镀层15和基底材料3的表面之间。在这种情况下，具有与基底材料3的优秀附着性的Ni镀膜可以用作基底镀层16。具有优秀导电性的金镀膜和Au-Pd合金镀膜等可以用作层叠在基底镀层16的表面上的焊料接合镀层15。基底镀层16的厚度优选地是0.5至2μm。焊料接合镀层15的厚度优选地是0.01至5μm，并且更优选地是0.1至0.5μm。
可以通过在按照所需形状形成的基底材料3中将要形成接触点部1的部分上选择性地形成含纳米碳材料8的非晶镀层9、并且在上述基底材料3中将要形成安装部2的部分上选择性地形成焊料接合镀层15，来制造上述电接触部件A。
当选择性地形成含纳米碳材料8的非晶镀层9时，可以采用多种方法。例如，当采用点镀方法时，按照与在第一实施方式所述的图3相同的方式，可以通过从喷嘴10将镀液11部分地喷涂到基底材料3的表面上形成含纳米碳材料8的非晶镀层9的位置上，来形成含纳米碳材料8的非晶镀层9。镀液11包含用于形成非晶镀层9的金属成分和纳米碳材料8。替代地，也可以使用喷淋器来部分地镀覆基底材料3的表面。
也可以通过掩模镀覆方法来选择性地形成含纳米碳材料8的非晶镀层9。在这种情况下，按照与第一实施方式所述的图4相同的方式，用掩模12覆盖在基底材料3的表面上形成含纳米碳材料8的非晶镀层9的位置之外的部分(例如，将要成为安装部2的位置)。然后，将其上设置了掩模12的基底材料3浸没到镀液中。然后，可以通过电解镀或者非电解镀在基底材料3未被掩模12覆盖的位置上形成含纳米碳材料8的非晶镀层9。
也可以通过抗蚀剂镀覆方法来选择性地形成含纳米碳材料8的非晶镀层9。在这种情况下，按照与第一实施方式所述的图5相同的方法，用抗蚀剂膜13(由图5中的阴影表示)覆盖基底材料3的表面上除了形成含纳米碳材料8的非晶镀层9的位置之外的部分(例如，将要成为安装部2的位置)。然后，将其上设置了抗蚀剂膜13的基底材料3浸没到镀液中。然后，可以通过电解镀或非电解镀在基底材料3未被抗蚀剂膜13覆盖的位置上形成含纳米碳材料8的非晶镀层9。
也可以通过催化镀覆方法来选择性地形成含纳米碳材料8的非晶镀层9。在这种情况下，如图13A所示，镀覆催化剂(图13A的阴影部分)14附着到基底材料3的表面上形成含纳米碳材料8的非晶镀层9的位置。然后，将其上设置了镀覆催化剂14的基底材料3浸没到镀液中。然后，如图13B所示，可以通过非电解镀在基底材料3附着了镀覆催化剂14的位置上形成含纳米碳材料8的非晶镀层(图13B的点状图案)9。
也可以通过诸如喷镀、部分浸没、毡镀或点镀之类的已知镀覆方法或者与含纳米碳材料8的非晶镀层9的情况相同的镀覆方法来选择性地形成焊料接合镀层15和基底镀层16。
在上述电接触部件A的接触点部1上形成含纳米碳材料8的非晶镀层9。因此，即使在低接触压力下，接触点部1也可以通过纳米碳材料8确保在接触点部1与其他导电件相接触的状态下提供电连接。接触点部1即使在焊料回流之后也可以确保低接触压力区域中的接触可靠性。纳米碳材料8插入到非晶镀层9和其他导电件之间。因此，可以减小非晶镀层9和其他导电件之间的粘附和磨损，并且可以改进抗粘性。另外，含纳米碳材料8的非晶镀层9可以具有比仅由金属制成的镀层小的滑动磨损和高的硬度，从而可以实现电接触部件A的寿命改进。另外，不必精细地管理共析量以便改进接触可靠性。不必执行密封处理以便改进抗蚀性。因此，工艺管理不复杂，并且不会劣化接触可靠性，实现了廉价的制造。
因此，当将上述电接触部件A用作诸如具有高打开和关闭频率的开关或继电器之类的接触点部件(接触点材料)时，不太可能发生粘滞现象，并且可以容易地实现接触点部件的寿命改进，因此是优选的。诸如镀Au之类的贵金属镀可以不用于接触点部1，从而可以低成本地提供具有高可靠性的电接触部件A。同时，在安装部2上形成具有比非晶镀层9高的焊料浸润性且由Au等制成的焊料接合镀层15，从而可以确保高可安装性。因此，上述电接触部件A可以实现接触可靠性和可安装性两者。另外，电接触部件A具有高抗蚀性，并且可以廉价地制造。
下文中，将参考实施例4至6及比较例3至5具体地描述本发明第二实施方式。
(实施例4)
诸如磷青铜或钛铜之类的Cu合金用作基底材料的材料。将Cu合金成型为应用于开关的铜片或接触点材料的形状。
通过电解镀方法形成接触点部1的含纳米碳材料的非晶镀层。在这科情况下，使用含CNT的Ni-P镀液作为纳米碳材料。使用昭和电工(株)制造的VGCF作为CNT。CNT使用单壁CNT和多壁CNT的混合物。Ni-P镀液包含CNT，每一个CNT具有100至200nm的直径(外径)和10至20μm的长度。使用Ni-P镀液，所述Ni-P镀液包含硫酸镍(1mol／dm3)、二氯化镍(0.2mol／dm3)和硼(0.5mol／dm3)。在含CNT的Ni-P镀液中，将CNT的混合量设置为2g／dm3。含CNT的Ni-P镀液用作镀浴。在25℃的浴温和1至5A／dm2的电流密度的电镀条件下执行电镀。形成含CNT的Ni-P合金镀层。Ni-P合金镀层具有非晶镀层，所述非晶镀层具有5μm的厚度并且包含0.02(质量)％的CNT。
在基底材料3的表面上形成的基底镀层16的表面上层叠并形成安装部2的焊料接合镀层15。基底镀层16是具有0.5至2μm厚度的Ni镀膜。在硫酸镍(450g／l)、二氯化镍(3g／l)、硼酸(30g／l)、添加剂(适量)、抗凹剂(适量)、pH＝3.0至4.5以及浴温40至50℃的电镀条件下执行电解电镀1分钟。焊料接合镀层15是具有0.2μm厚度的Au镀膜。在Au氰化钾(8至10g／l)、柠檬酸(60至90g／l)、钴(100mg／l)、25至35℃的处理温度以及0.5至1.5A／dm。的电流密度的电镀条件下执行电解电镀30秒。
(实施例5)
按照与实施例4相同的方式执行实施例5，不同之处在于：使用CB作为纳米碳材料来代替CNT以形成含CB的Ni-P合金镀层。卡伯特公司制造的伍尔坎XC-72用作CB。CB具有20至100nm(或者20至40nm)的直径(颗粒直径)。
(实施例6)
按照与实施例5相同的方式执行实施例6，不同之处在于：形成含CB的Ni-P合金镀层，所述Ni-P合金镀层具有厚度2μm的非晶镀层。
(比较例3)
按照与实施例4相同的方式执行比较例3，不同之处在于：在接触点部1上形成不含CNT的Ni-P合金镀层来代替含CNT的Ni-P合金镀层。
(比较例4)
按照与实施例4相同的方式执行比较例4，不同之处在于在接触点部1上形成不包含CNT的Au-Co合金镀层来代替包含CNT的Ni-P合金镀层。
(比较例5)
按照与比较例3相同的方式执行比较例5，不同之处在于：使用含作为分散剂的分子量为5000的多聚羧酸(2×10-5mol／dm3)的Ni-P合金镀液来形成不含CNT的Ni-P合金镀层。
(含CNT的Ni-P合金镀层和含CB的Ni-P合金镀层的表面纹理观察)
在扫描电子显微镜(SEM)照片(参见图14A)中观察实施例4中形成的包含CNT的Ni-P合金镀层的表面纹理。白色线型或针状部分是CNT。在扫描电子显微镜(SEM)照片(参见图14B)中观察实施例5中形成的包含CB的Ni-P合金镀层的表面纹理。
(接触可靠性的评估)
针对实施例4至6及比较例3至5测量热处理之后接触点部1的接触电阻值。图15中示出了热处理期间的温度分布。假设使用无铅焊料的空气回流安装。在260℃的峰值温度下执行三个周期的热处理。
使用(株)山崎精机研究所制造的电接触点仿真器(型号：CRS-113-AU型)测量接触电阻值。在使用交流四端子方法的测量中，测量值不包括例如引线或连接器部的固有电阻值。可以测量在改变接触负载时的接触电阻值。可以通过电气台在固定负载下扫描接触位置，并且也可以执行假设在开关或继电器接触点中摩擦接触的测量。在0.1N的接触力下测量接触电阻值。根据实施例4至6及比较例3至5的每一个制备和测量10个样品。在图16中示出了结果。
结果表面，与比较例3至5相比，可以说实施例4至6具有小接触电阻值并且在低接触压力区域中具有高接触可靠性。
(抗蚀性的评估)根据针对实施例4和5以及具有Ni镀层的连接器的耐亚硫酸测试，来评估抗蚀性。也就是说，将实施例4和5以及具有Ni镀层的连接器留在60℃的温度、95％的湿度以及10ppm的亚硫酸气体浓度的条件下20小时，观察侵蚀程度。在图17中示出了测试之前和之后实施例4和5以及具有Ni镀层的连接器的的照片。在具有Ni镀层的常规连接器中，侵蚀进行到镀膜中，并且在表面上出现了硫化物膜的升高。在实施例4的含CNT的Ni-P合金镀层和实施例5的含CB的Ni-P合金镀层中，极少的表面层部分被硫化。然而，抑制了向镀膜内部的侵蚀，从而看不出测试之前和之后的较大外观差异。
尽管已经参考一些优选实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员在不脱离本发明原本的精神和范围即不脱离权利要求的情况下可以进行各种变化和改进。

Claims (15)

1.一种电接触部件，包括：
接触点部，配置为通过接触提供电连接，所述接触点部具有其上选择性地形成有镀层的表面，所述镀层包含碳纳米管或碳黑；以及
安装部，配置为通过焊料接合提供外部电连接，所述安装部上形成有镀层，所述镀层具有比包含碳纳米管或碳黑的镀层高的焊料浸润性。
2.根据权利要求1所述的电接触部件，其中所述碳纳米管或碳黑从包含碳纳米管或碳黑的镀层的表面突出。
3.根据权利要求1或2所述的电接触部件，其中通过电解镀或者非电解镀形成包含碳纳米管或碳黑的镀层。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电接触部件，其中所述碳纳米管包括多壁碳纳米管。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电接触部件，其中包含碳纳米管的镀层包括基于总量的0.02至2.0(质量)％的碳纳米管。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的电接触部件，其中包含碳黑的镀层包括基于总量的0.02至2.0(质量)％的碳黑。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电接触部件，其中包含碳纳米管或碳黑的镀层是非晶镀层，并且碳纳米管或碳黑从非晶镀层的表面露出。
8.根据权利要求7所述的电接触部件，其中所述非晶镀层是Ni-P合金镀膜。
9.一种电接触部件，具有其上形成有非晶镀层的表面，
其中所述非晶镀层包含从非晶镀层的表面露出的纳米碳材料。
10.根据权利要求9所述的电接触部件，其中所述电接触部件包括：接触点部，配置为通过接触提供电连接；以及安装部，配置为通过焊料接合提供电连接；
所述接触点部具有其上形成有所述非晶镀层的表面；以及
所述安装部上形成有镀层，所述镀层具有比非晶镀层高的焊料浸润性。
11.根据权利要求9或10所述的电接触部件，其中所述纳米碳材料包括多壁碳纳米管。
12.根据权利要求9或10所述的电接触部件，其中所述纳米碳材料包括碳黑。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的电接触部件，其中所述非晶镀层包括基于总量的0.02至2.0(质量)％的纳米碳材料。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的电接触部件，其中通过电解镀或非电解镀形成所述非晶镀层。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的电接触部件，其中所述非晶镀层是Ni-P合金镀膜。
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