CN115298023A - 纳米结构的基于钯的合金和相关方法 - Google Patents

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Abstract

本文描述了包括多层电接触部的制品和用于将接触部施加至基底的方法。所述制品可以包括其上形成有多层电接触部的基底。在一些实施方案中，电接触部包括多个金属层。

Description

纳米结构的基于钯的合金和相关方法
技术领域
一般地描述了用于提供电接触部用基于钯的合金的制品和方法。
背景技术
金属合金在制品的设计和制造中具有许多用途。这样的制品可以用于各种应用，包括用于电子空间例如电连接器。不同的应用可以具有不同的性能/特性要求。例如，对于某些电连接器应用，诸如硬度、延展性、电阻率和耐腐蚀性的特性可能是重要的。为了提供某些特性增强，可以设计合金的组成和结构。
发明内容
本文中描述的制品和方法可以使用镍-钨合金和基于钯的合金以在材料之间形成电接触部。
在一个方面中，描述了用于提供电接触部的制品，所述制品包括：基底；在基底上方的第一层；和在基底上方的第二层，其中第一层包含纳米晶态的镍-钨合金，以及其中第二层包含含有第二金属的纳米晶态的基于钯的合金。
在另一个方面中，描述了用于提供电接触部的制品，所述制品包括基底、在基底上方的第一层、和在基底上方的第二层，其中第一层包含纳米晶态的镍-钨合金，其中第二层包含含有第二金属的纳米晶态的基于钯的合金，以及其中制品的低电平接触电阻不大于10mOhm。
在不同的方面中，制造电接触部的方法，所述方法包括：提供基底；在基底上方电沉积纳米晶态的镍-钨；在基底上方电沉积金属层；以及在基底上方电沉积含有第二金属的纳米晶态的基于钯的合金。
当结合附图考虑时，本发明的其他优点和新特征将从以下本发明的多个非限制性实施方案的具体实施方式中变得明显。在本说明书和通过引用并入的文献包括冲突和/或不一致的公开内容的情况下，应以本说明书为准。
附图说明
将参照附图通过实例来描述本发明的非限制性实施方案，附图是示意性的并且不旨在按比例绘制。在图中，所示出的每个相同或几乎相同的组件通常由单一附图标记表示。为了清楚起见，在不需要图解来使本领域普通技术人员理解本发明的情况下，不是每个组件在每幅图中都被标记，也不是本发明的每个实施方案的每个组件都被示出。在图中：
图1A至1C示意性地描绘了根据一组实施方案的包含镍-钨(nickel-tungsten，XT)和基于钯的合金的三个电接触部的堆叠体配置；
图2是根据一组实施方案的钯-锑合金/钯-锑合金覆盖的电接触部相比于钯-锑/金覆盖的电接触部的初始低电平接触电阻(low-level contract resistance，LLCR)的图；以及
图3示出了根据一些实施方案的动力浸没腐蚀测试的描述。
具体实施方式
描述了包括在基底上的基于钯的合金的制品(例如，电接触部、涂层)和用于施加电接触部用基于钯的合金涂层的方法。制品可以包括其上形成有基于钯的合金的基底。基于钯的合金可以为纳米晶态的基于钯的合金。在一些实施方案中，制品包括多个层(例如，基于钯的合金层、第一层、第二层、金属层)。例如，电接触部可以包括各自具有不同的组成的至少两个层。一个层(例如，第一层)可以包含镍-钨合金，以及另一个层(例如，第二层)可以包含基于钯的合金。在一些实施方案中，制品包括至少四个层(例如，基于钯的合金层、镍-钨层、金属层)。通常，金属层包含一种(例如，仅一种)或更多种金属。在一些情况下，制品的层中的至少一些(例如，全部)可以使用电沉积工艺来施加。如以下进一步描述的，包括多层电接触部的制品可以表现出期望的特性和特征，包括例如优异的浸没腐蚀特性和低于特定阈值的低电平接触电阻(LLCR)。制品可以用于各种应用，包括用于电气应用和/或电子应用例如电连接器。
以上和本文中其他地方所述的制品可以改善连接器涂层成品并且减少或消除其他金属(例如，铑)的使用。基于钯的合金可以针对关键性能指标提高电接触部性能，例如磨损耐久性(wear durability)、动力浸没腐蚀性能(powered immersion corrosionperformance)、盐雾耐久性(salt spray endurance)、热老化耐受性(heat agetolerance)和耐工业混合流动气体腐蚀性(industrial mixed flowing gas corrosionresistance)。本文中描述的纳米结构的基于钯的合金具有优于纯钯的改善的硬度和强度。所公开的合金体系的独特特征是改善的硬度、减小的微晶尺寸、以及在腐蚀测试中即在盐雾(ASTM B117)和动力浸没腐蚀中更有利的性能。
如本文所述的基于钯的合金可以包含第二金属。包含在基于钯的合金中的第二金属可以包括Sb、Re、Co、Ir、Os、Pt、Rh、Ru、W和/或Sn。在一些实施方案中，基于钯的合金为钯-锑合金(Pd-Sb)并且可以表现出上述独特特征中的一些。然而，在另一些实施方案中，可以制备另一些基于钯的合金并且也可以是纳米结构的。以3原子％至33原子％的变量将不同合金浓度的锑添加至钯基材中。所得合金是具有钯晶体结构的过饱和固溶体。这些合金可以为纳米晶态的。在一些实施方案中，包含锑作为第二金属的基于钯的合金可以表现出大于600HV的硬度。与Pd-Sb配合的Pd-Sb(偏平几何形状上的帽)的往复磨损耐久性测试产生了多于10,000次磨损耐久性循环(在3mm振荡擦拭物的情况下50fG，0.25Hz)，其中Pd-Sb层保持完整。
如上所述，包含锑作为第二金属的基于钯的合金可以包含高锑含量(25重量％至35重量％)。向基于钯的合金中添加锑可以减小微晶尺寸，从而大大改善合金的硬度和耐磨性。基于钯的合金中较低的锑浓度(最高至10重量％)也改善硬度，然而电镀涂层通常是高度受应力的，从而需要一些另外的措施来改善磨损性能。高锑基于钯的合金在镀敷时可以具有低得多的应力，可以相当快地沉积并且可以形成厚膜而不会开裂(例如，厚达至少30μm的膜不会开裂)。低应力Pd-Sb合金在磨损测试中表现良好。出乎意料的是，高锑基于钯的合金还可以表现出非常好的耐腐蚀性，如通过动力浸没腐蚀测试所证明的。
还描述了包含Re的基于钯的合金(例如，Pd-Re)。合金的Re含量可以是相对低的，最高至3原子％。使用本领域技术人员已知的工具，更高浓度的铼是可能的。在一些实施方案中，Pd-Re合金是纳米晶态的并且所得合金是具有钯晶体结构的过饱和固溶体。
本文所述的基于钯的合金(例如，Pd-Sb、Pd-Re)可以为纳米晶态的。如本文所用，“纳米晶态的”结构是指其中晶粒(例如，微晶)的数均尺寸小于一微米的结构。晶粒的数均尺寸为各个晶粒提供相同的统计权重，并且被计算为所有球形等同晶粒直径之和除以本体的代表性体积中的晶粒的总数量。在一些实施方案中，晶粒的数均尺寸可以小于200nm、小于100nm、小于50nm、小于25nm、和/或小于10nm。在一些实施方案中，晶粒的数均尺寸可以大于1nm、大于5nm、大于10nm和/或大于25nm。应理解，上述范围的所有合适组合均是可能的(例如，5nm至100nm、10nm至50nm、15nm至35nm，等等)。
基于钯的合金(例如，Pb-Sb)可以单独用作涂层或者用作多个镀敷层的堆叠体的一部分。在一些实施方案中，基于钯的合金可以用作电接触部或者用作电接触部的一部分。例如，现在参照图1A，电接触部包括基于钯的合金作为厚度为120μm至160μm的“Pd合金”层。在一些实施方案中，基于钯的合金可以直接镀敷到镍或镍合金上。通过使用如本文所述的基于钯的合金，交替的镀敷层堆叠体是有利的，特别是从减少如在某些现有体系中使用的铑合金的整体使用以及降低总成本的角度来看。例如，与图1A相比，图1B示意性地示出了仅使用一个铑合金层。此外，当与图1A和图1B相比时，图1C示意性地示出了不存在铑合金。然而，其他堆叠体配置是可能的，并且本领域技术人员能够配置堆叠体取向用于特定用途。
如上所述，基于钯的合金可以用作多层堆叠体中的堆叠体。现在参照图1A，基底(例如，Cu基材基底)可以具有在基底上方的基于钯的合金作为第一层(例如，120uin至180uin Pd合金)。基底还可以具有在基底上方的基于镍的合金(例如，40uin至80uin XT层)。在一些实施方案中，任选的金属层也可以在基底的上方。例如，在图1A中，基底具有与基底直接相邻的任选的铜金属层(例如，40uin至120uin Cu)。如图中所示，除了另外的金属层例如RhRu层之外，触击层或闪光层例如Au闪光层也可以位于基于钯的合金层之间。在一些实施方案中，使用基于钯的合金可以避免使用某些金属层。例如，在图1B中，仅出现了一个RhRu金属层，而基底、基于钯的合金和基于镍的合金仍然存在于堆叠体中。在一些实施方案中，堆叠体包括基底、任选的邻近基底的金属层、以及在基底上方的基于镍的合金和基于钯的合金，如图1C中示意性地示出。任选的触击层或闪光层(例如，Au或Pd触击层)可以在基于钯的合金层与基于镍的合金层之间，因为这样的层可以促进两个层之间的粘附，如图1C中所示。上述堆叠体可以用作电接触部；然而，其他布置是可能的，如以下和本文中其他地方所述。
如上所述，本文所述的制品可以包括基底。各种不同的基底可以是合适的。在一些情况下，基底可以包含导电材料，例如金属、金属合金、金属间材料等。合适的基础材料包括钢、不锈钢、铜和铜合金(例如黄铜或青铜材料)、铝和铝合金、镍和镍合金、具有导电性表面和/或表面处理的聚合物、以及透明导电氧化物等。在一些实施方案中，铜基础材料是优选的。在一些实施方案中，基底可以基本上由一种材料(例如，单个材料层或基体(bulk)材料)形成。在另一些实施方案中，基底由多于一个不同材料的层形成。
基底可以呈各种形状和尺寸的形式。例如，基底可以是条带。在一些情况下，基底可以是经穿孔的。在一些情况下，基底可以是分立组件。
可以在基底上形成多层涂层。在一些情况下，涂层(例如，层、金属层、纳米晶态的镍-钨层、纳米晶态的基于钯的合金层)基本上覆盖基底的整个外表面区域。在一些情况下，涂层仅覆盖基底的外表面区域的一部分。例如，涂层可以仅覆盖基底的一个外表面。在一些情况下，可以在形成涂层时将基底的一些部分掩盖，使得在基底的某些部分上选择性地形成涂层而使基底的其他部分保持未涂覆。在一些实施方案中，涂层中的一个或更多个层在形成时可以选择性地沉积(例如，使用掩模)。即，一个或更多个层(例如，诸如Au或Rh的金属层)可以仅覆盖下面的层或基底的外表面区域的一部分。
第一层可以为在基底上方的任选的金属层例如铜层。例如，如图1B中所示，任选的金属层(例如40uin至120uin Cu)可以直接在Cu基材基底上。在一些实施方案中，可以在任选的金属层上直接涂覆另外的任选的金属层例如基于镍的层(例如，图1B中示意性地描绘的XT层)。接下来，任选的闪光层或触击层可以与基于镍的层直接相邻，后接基于钯的合金层，如在图1B中。另外的层(例如如图1B中所示的RhRu合金层)可以与基于钯的合金层相邻。
在一些情况下，第一金属层包含镍。镍可以呈镍金属(例如，基本上纯金属)的形式。在一些情况下，第一金属层包含基于镍的合金。在一些情况下，镍合金还包含钨和/或钼(例如，镍-钨合金、镍-钼合金、镍-钨-钼合金)。镍合金可以呈固溶体的形式。还可以使用其他镍合金。例如，镍合金还可以包含钴、磷和/或钯。在一些情况下，合金中镍的重量百分比可以为25重量百分比至85重量百分比；并且在一些情况下，为50重量百分比至80重量百分比。在这些情况下，合金的剩余部分可以为钨和/或钼。也可以使用在该范围之外的其他重量百分比。例如，在一些实施方案中以及对于某些应用，合金中钨的重量百分比可以大于或等于10重量百分比；在一些情况下，大于或等于14重量百分比；在一些情况下，大于或等于15重量百分比；并且在一些情况下，大于或等于20重量百分比。在一些情况下，合金中钨的总重量百分比小于或等于50重量百分比；在一些情况下，合金中钨的总重量百分比小于或等于45重量百分比；在一些情况下，合金中钨的总重量百分比小于或等于40重量百分比；在一些情况下，合金中钨的总重量百分比小于或等于35重量百分比；在一些情况下，合金中钨的总重量百分比小于或等于30重量百分比；并且在一些情况下，合金中钨的总重量百分比小于或等于20重量百分比。
在一些情况下，第一金属层可以具有特定的显微结构。例如，第一金属层可以具有纳米晶态的显微结构。如本文所用，“纳米晶态的”结构是指其中晶粒的数均尺寸小于一微米的结构。晶粒的数均尺寸为各个晶粒提供相同的统计权重，并且被计算为所有球形等同晶粒直径之和除以本体的代表性体积中的晶粒的总数量。在一些实施方案中，晶粒的数均尺寸可以小于200nm、小于100nm、小于50nm、小于25nm、和/或小于10nm。在一些实施方案中，晶粒的数均尺寸可以大于1nm、大于5nm、大于10nm和/或大于25nm。应理解，上述范围的所有合适组合均是可能的(例如，5nm至100nm、10nm至50nm、15nm至35nm，等等)。在一些实施方案中，第一金属层可以具有无定形结构。如本领域已知的，无定形结构是以原子位置没有长程对称为特征的非晶结构。无定形结构的实例包括玻璃或类玻璃结构。
在一些实施方案中，第一金属层的厚度可以大于0.1微米、大于0.25微米、大于0.5微米、大于1.0微米和/或大于2.0微米。在一些实施方案中，厚度小于20.0微米、小于10.0微米、小于5.0微米、小于3.0微米、小于2.0微米、小于1.0微米和/或小于0.5微米。应理解，上述范围的所有合适组合均是可能的(例如，0.1微米至5.0微米、0.25微米至3.0微米、0.5微米至2.0微米，等等)。
涂层的第二层可以为金属层。在一些实施方案中，第二层形成在基底上方。在一些实施方案中，第二层直接形成在第一层上。在另一些实施方案中，在第一层与金属层之间形成中间层。例如，可以在第一层与第二层之间形成中间触击层(例如，包含Pd和/或Au)用于多种目的，例如增强粘附。
第二层包含基于钯的合金。基于钯的合金可以包含第二金属(即，不同于钯的金属)。在一些实施方案中，基于钯的合金包括钯-锑。在一些实施方案中，基于钯的合金包括钯-铼。基于钯的合金可以呈钯金属(例如，基本上纯金属)的形式。基于钯的合金可以呈固溶体的形式。在一些实施方案中，优选第二层包含钯-锑合金。还可以使用其他钯合金。在一些实施方案中，基于钯的合金中钯和/或铼的重量百分比(例如，剩余部分基本上为钯)可以为至少25重量百分比、至少30重量百分比或至少35重量百分比。在一些实施方案中，基于钯的合金中锑和/或铼的重量百分比(例如，剩余部分基本上为钯)可以小于35重量百分比、小于30重量百分比、或小于25重量百分比。应理解，上述范围的所有合适组合均是可能的(例如，25重量百分比至30重量百分比、25重量百分比至35重量百分比、30至35，等等)。也可以使用在该范围之外的其他重量百分比。
第二金属(例如，锑和/或铼)的浓度还可以用原子百分比(即，原子％)来描述。在一些实施方案中，钯合金中第二金属的浓度(例如，剩余部分基本上为钯)为至少3原子％、至少5原子％、至少10原子％、至少15原子％、至少20原子％、至少25原子％、至少30原子％、或至少33原子％。在一些实施方案中，钯合金中第二金属的浓度不大于33原子％、不大于30原子％、不大于25原子％、不大于20原子％、不大于15原子％、不大于10原子％、不大于5原子％、或不大于3原子％。上述范围的组合是可能的(例如，至少3原子％且不大于33原子％)。其他范围也是可能的。
在一些情况下，第二层可以具有特定的显微结构。例如，第二金属层可以具有纳米晶态的显微结构。在一些实施方案中，晶粒(例如，微晶)的数均尺寸可以小于200nm、小于100nm、小于50nm、小于25nm、小于10nm和/或小于5nm。在一些实施方案中，晶粒的数均尺寸可以大于1nm、大于5nm、大于10nm和/或大于25nm。应理解，上述范围的所有合适组合均是可能的(例如，5nm至100nm、10nm至50nm、15nm至35nm，等等)。在一些实施方案中，第二层可以具有无定形结构。
在一些实施方案中，第二层的厚度可以大于0.01微米、大于0.1微米、大于0.25微米、大于0.5微米、和/或大于1.0微米。在一些实施方案中，厚度小于25.0微米、小于10.0微米、小于5.0微米、小于2.5微米、小于1.0微米和/或小于0.5微米。应理解，上述范围的所有合适组合均是可能的(例如，0.1微米至10.0微米、0.25微米至5.0微米、0.5微米至3.0微米，等等)。电接触部的第三层可以为金属层。在一些实施方案中，第三金属层直接形成在第二层上。在另一些实施方案中，在第二层与第三层之间形成中间层。
在一些实施方案中，存在第三层。第三层可以为金属层。在一些实施方案中，第三层包含一种或更多种贵金属。合适的贵金属的实例包括Ru、Rh、Os、Ir、Pd、Pt、Ag和/或Au。在一些实施方案中，贵金属选自Ru、Os、Ir、Pd、Pt、Ag和Au，或其组合。在一些实施方案中，金可以是优选的。在一些实施方案中，钯可以是优选的。在一些实施方案中，Au可以是优选的。在一些实施方案中，金属层基本上由一种贵金属组成。在一些情况下，贵金属不是铑和/或不是钌。在另一些情况下，金属层可以包含含有至少一种贵金属和至少一种其他金属的合金。其他金属可以选自Ni、W、Fe、B、S、Co、Mo、Cu、Cr、Zn和Sn等。
在一些情况下，第三层可以具有特定的显微结构。例如，第三层可以具有纳米晶态的显微结构。在一些实施方案中，晶粒的数均尺寸可以小于200nm、小于100nm、小于50nm、小于25nm、和/或小于10nm。在一些实施方案中，晶粒的数均尺寸可以大于1nm、大于5nm、大于10nm和/或大于25nm。应理解，上述范围的所有合适组合均是可能的(例如，5nm至100nm、10nm至50nm、15nm至35nm，等等)。在一些实施方案中，第三层可以具有无定形结构。
在一些实施方案中，第三层的厚度可以大于0.01微米、大于0.05微米、大于0.1微米、大于0.25微米、大于0.5微米、大于1.0微米和/或大于5.0微米。在一些实施方案中，厚度小于10.0微米、小于5.0微米、小于2.0微米、小于1.0微米、小于0.5微米、小于0.25微米和/或小于0.1微米。应理解，上述范围的所有合适组合均是可能的(例如，0.05微米至5.0微米、0.1微米至3.0微米、0.1微米至2.0微米、0.25微米至0.75微米，等等)。
在一些实施方案中，制品(例如，电接触部、涂层)可以包括第四层。然而，应理解，在另一些实施方案中，可以不存在第四层。制品的第四层可以为金属层。在一些实施方案中，第四金属层直接形成在第三金属层上。在另一些实施方案中，在第三金属层与第四金属层之间形成中间层。
在一些实施方案中，第四层包含铂族金属(例如，第10族、钌、铑、钯、锇、铱和/或铂)。在一些情况下，铂族金属可以优选为铑。已经观察到，当第四金属层包含铑时，可实现特别有吸引力的特性(例如，浸没腐蚀)。铑可以呈铑金属(例如，基本上纯的)的形式。在一些情况下，铑可以呈与一种或更多种其他金属(例如，贵金属)一起的合金的形式。其他组成也可以适用于第四金属层。
在一些情况下，第四层(例如，第四金属层)可以具有特定的显微结构。例如，第四金属层可以具有纳米晶态的显微结构。在一些实施方案中，晶粒的数均尺寸可以小于200nm、小于100nm、小于50nm、小于25nm、和/或小于10nm。在一些实施方案中，晶粒的数均尺寸可以大于1nm、大于5nm、大于10nm和/或大于25nm。应理解，上述范围的所有合适组合均是可能的(例如，5nm至100nm、10nm至50nm、15nm至35nm，等等)。在一些实施方案中，第四金属层可以具有无定形结构。
在一些实施方案中，第四层的厚度可以大于0.01微米、大于0.05微米、大于0.1微米、大于0.25微米、大于0.5微米、大于1.0微米和/或大于2.5微米。在一些实施方案中，厚度小于10.0微米、小于5.0微米、小于2.0微米、小于1.0微米、小于0.5微米、小于0.25微米和/或小于0.1微米。应理解，上述范围的所有合适组合均是可能的(例如，0.01微米至10.0微米、0.05微米至5.0微米、0.05微米至2.0微米、或0.1微米至0.5微米，等等)。
在一些实施方案中，电接触部包括包含镍(例如，镍-钨合金)的第一层、包含钯(例如，钯-锑合金)的第二层。在一些实施方案中，电接触部还包括包含金和/或钯的第三层(例如，触击层、闪光层)和第四层(例如，包含铑和/或钌的第四层)。层的这种布置出乎意料地表现出特别优异的特性，包括优异的浸没腐蚀特性(例如，在具有或没有施加的偏压下)。另一些特别优异的特性可以包括期望的着色(例如，期望的色度/色调、随时间的颜色稳定性等)、优异的耐磨性、和稳定的表面电导率(例如，如通过EIA 364测试方案所测量的，接触电阻随测试而相差小于1ohm、小于100m-ohm、小于50m-ohm、小于25m-ohm、和/或小于10m-ohm)。
应理解，制品(例如，电接触部)可以包括上述层的任意组合。例如，制品可以包括基于钯的合金(例如，纳米晶态的基于钯的合金)，后接基于镍的合金(例如，纳米晶态的镍-钨合金)，或者可以包括基于镍的合金、触击层(例如，Au)，后接基于钯的合金层。此外，应理解，电接触部可以包括多于四个层(例如，第五层、第六层、第七层等)和多于四个金属层。然而，在一些实施方案中，电接触部可以仅包括四个层。在一些实施方案中，电接触部可以包括少于四个层(例如，可以不存在上述第一层、第二层和第三金属层中的一者或两者)。在一些实施方案中，电接触部可以仅包括两个层，例如基于钯的合金层和基于镍的合金层。例如，涂层可以包括上述第四层以及一个(或更多个)其他层(例如，第一层、第二层和/或第三层)。
如上所述，电接触部的层可以使用电沉积工艺来形成。电沉积通常涉及通过以下在基底上沉积材料(例如，电镀物)：使基底与电沉积浴接触，并使电流在两个电极之间流动通过电沉积浴，即由于两个电极之间的电势差。例如，本文所述的方法可以涉及提供阳极、阴极、与阳极和阴极相关联(例如，接触)的电沉积浴(也称为电沉积流体)、以及与阳极和阴极连接的电源。在一些情况下，可以驱动电源以产生用于产生涂层的波形，如以下更充分描述的。
通常，不同的层(例如，金属层)可以使用单独的电沉积浴来施加。在一些情况下，可以使各个制品(例如，基底、电接触部)连接，使得其可以顺序地暴露于单独的电沉积浴，例如在卷对卷(reel-to-reel)工艺中。例如，可以使制品连接至常用的导电基底(例如，条带)。在一些实施方案中，可以使电沉积浴各自与单独的阳极相关联，并且通常可以使互相连接的各个制品与阴极连接。
电沉积工艺可以通过改变施加在电极之间的电势(例如，电势控制或电压控制)或者通过改变允许流动的电流或电流密度(例如，电流控制或电流密度控制)来调整。在一些实施方案中，可以使用直流(direct current，DC)电镀、脉冲电流电镀、反向脉冲电流电镀、或其组合来形成(例如，电沉积)涂层。在一些实施方案中，可以优选反向脉冲电镀来例如形成阻挡层(例如，镍-钨合金)。还可以在电沉积工艺期间并入电压、电势、电流和/或电流密度的脉冲、振荡和/或其他变化，如以下更充分描述的。例如，受控电压的脉冲可以与受控电流或电流密度的脉冲交替。通常，在电沉积工艺期间，待涂覆的基底(例如，基础材料)上可以存在电势，并且所施加的电压、电流或电流密度的变化可能导致基底上电势的变化。在一些情况下，电沉积工艺可以包括使用包含一个或更多个区段的波形，其中每个区段涉及一组特定的电沉积条件(例如，电流密度、电流持续时间、电沉积浴温度等)，如以下更充分描述的。
本发明的一些实施方案涉及其中可以控制电沉积材料(例如，金属、合金等)的晶粒尺寸的电沉积方法。在一些实施方案中，选择特定的涂层(例如，电镀物)组成例如合金沉积物的组成可以提供具有期望晶粒尺寸的涂层。在一些实施方案中，可以选择本文所述的电沉积方法(例如，电沉积条件)以产生特定的组成，从而控制所沉积的材料的晶粒尺寸。
在一些实施方案中，涂层、电接触部、或其部分可以使用直流(DC)电镀来电沉积。例如，可以将基底(例如，电极)定位成与包含待沉积在基底上的一种或更多种物质的电沉积浴接触(例如，浸入其中)。可以使恒定的稳态电流通过电沉积浴以在基底上产生涂层或其部分。在一些实施方案中，可以改变施加在电极之间的电势(例如，电势控制或电压控制)和/或允许流动的电流或电流密度(例如，电流控制或电流密度控制)。例如，可以在电沉积工艺期间并入电压、电势、电流和/或电流密度的脉冲、振荡和/或其他变化。在一些实施方案中，可以使受控电压的脉冲与受控电流或电流密度的脉冲交替。在一些实施方案中，可以使用脉冲电流电沉积、反向脉冲电流电沉积、或其组合来形成(例如，电沉积)涂层。
在一些情况下，可以使用包含至少一个正向脉冲和至少一个反向脉冲(即，“反向脉冲序列”)的双极性波形。在一些实施方案中，至少一个反向脉冲紧接着至少一个正向脉冲。在一些实施方案中，至少一个正向脉冲紧接着至少一个反向脉冲。在一些情况下，双极性波形包含多个正向脉冲和反向脉冲。一些实施方案可以包括包含多个正向脉冲和反向脉冲的双极性波形，每个脉冲具有特定的电流密度和持续时间。在一些情况下，使用反向脉冲序列可以允许调整所产生的涂层的组成和/或晶粒尺寸。
应理解，可以使用其他技术来产生如本文所述的制品(例如，电接触部)，包括但不限于化学镀工艺、气相工艺(例如物理气相沉积、化学气相沉积、离子气相沉积等)、溅射、喷涂、基于粉末的工艺、基于浆料的工艺等。
如上所述，包括多层涂层的制品可以表现出期望的特性和特征，包括例如优异的浸没腐蚀特性。本文所述的浸没腐蚀特性可以在22℃下在三电极控温带夹套单元中测量。该单元包括在饱和KCl溶液中的作为对电极的铂丝和Ag/AgCl参比电极。将样品(例如，经涂覆的制品)浸入诸如人工汗液(例如，根据ISO 3160制造的人工汗液)的测试溶液中，并向样品施加正偏压(例如，5伏)。测量达到失效的时间(例如，以分钟计)。
存在可以以不同方式表征的数种类型的失效。如本文所用，达到“初始可见失效”的时间被定义为直到对肉眼的样品的最早可见腐蚀迹象的测试时间。
如本文所用，达到“功能失效”的时间是直到由样品形成的连接器不再起功能的测试时间，如通过其配合表面的根据EIA-364-23B测量时的LLCR(低电平接触电阻)大于50mOhm所定义的。在一些实施方案中，功能失效可以为直到配合表面的根据EIA-364-23B测量时的LLCR大于100mOhm；在一些实施方案中，LLCR大于250mOhm；在一些实施方案中，LLCR大于1Ohm；以及在一些实施方案中，LLCR大于10Ohm的测试时间。在一些实施方案中，达到功能失效的时间为直到由样品形成的连接器不再起功能的测试时间，如通过其配合表面的根据EIA-364-23B测量时的LLCR的变化大于或等于10mOhm；在一些实施方案中，LLCR的变化大于15mOhm；在一些实施方案中，LLCR的变化大于20mOhm；在一些实施方案中，LLCR的变化大于50mOhm；在一些实施方案中，LLCR的变化大于100mOhm；在一些实施方案中，LLCR的变化大于250mOhm；以及在一些实施方案中，LLCR的变化大于1Ohm所定义的。
如本文所用，达到“明显腐蚀”失效的时间可以定义为直到如EIA-364-53B“硝酸蒸气测试，电连接器和插座的金抛光测试程序(Nitric Acid Vapor Test,Gold Finish TestProcedure for Electrical Connectors and Sockets)”中描述的尺寸和位置的最早腐蚀产物具有大于2％；在一些实施方案中，大于10％；以及在一些实施方案中大于15％的频率的测试时间。
本领域普通技术人员将认识到，沿多层涂层边缘的可见腐蚀通常由“边缘效应”引起，并且在给定测试期间通常不被计为失效迹象。本领域普通技术人员还将认识到，局部加工缺陷、样品在层合成之前的不正确清洁或活化、或者多层涂层在测试之前的机械或化学损害暴露可能导致给定测试无效，不管被评估的失效类型如何。
包括多层电接触部的制品的优异浸没腐蚀特性可以通过浸没腐蚀测试中达到失效的时间来表征。例如，在一些实施方案中，经多层涂覆的制品达到失效(例如，初始可见失效、功能失效和/或明显腐蚀失效)的时间为在人工汗液中在5伏下至少5分钟；在一些实施方案中，在人工汗液中在5伏下至少10分钟；在一些实施方案中，在人工汗液中在5伏下至少20分钟；在一些实施方案中，在人工汗液中在5伏下至少40分钟；在一些实施方案中，在人工汗液中在5伏下至少80分钟；以及在一些实施方案中，在人工汗液中在5伏下至少100分钟。在一些实施方案中，达到初始可见失效的时间为在人工汗液中在5伏下少于360分钟、在人工汗液中在5伏下少于240分钟、或在人工汗液中在5伏下少于120分钟。
制品可以用于各种应用，包括电气应用例如电连接器(例如，插入式)。电连接器的非限制性实例包括红外连接器、数据和/或电源连接器(例如，USB连接器)、视频连接器(例如，HDMI连接器)、音频连接器(例如，3.5mm音频插头)、电池充电器、电池接触部、汽车电连接器等。
以下实施例旨在举例说明本发明的某些实施方案，而不是例示本发明的全部范围。
实施例1
以下实施例描述了使用锑作为第二金属的基于钯的合金Pd-Sb的制备和表征。
将Pd-Sb合金电镀到铜合金C7025基础金属上方的2μm镍-钨上方的Pd触击层上。将镀层沉积在扁材试样上以及沉积在为1mm半球形圆顶的“帽”上。评估所得样品的低电平接触电阻。在接触界面处没有任何擦拭物的情况下，使用柱塞式接触探针使配合力从25gF单调增加到1000gF。测试了两种配置：1)将PdSb合金帽与类似镀敷的PdSb合金扁材试样配合；以及2)将在2μm镍钨上方的镀敷有0.75μm硬Au的帽与镀敷有PdSb的扁材试样配合。图2的结果示出了这些新涂层的低且稳定的接触电阻。
通过电镀到铜基底上来制造各种Pd-Sb合金。通过X射线衍射来确定微晶尺寸。对样品进行剖视，并通过维氏硬度测试测量硬度。通过XRF测量锑含量并以重量百分比报告在表1中。
表1.
Figure BDA0003846761340000131
实施例2
以下描述了用铼作为第二金属的基于钯的合金Pd-Re的制备。
将Pd-Re合金电镀到铜基底上。可以通过改变镀敷条件或浴中的Re含量来改变Re含量。对样品进行剖视，并通过维氏硬度测试测量硬度。通过SEM/EDS测量铼含量并以原子百分比报告在表2中。
表2.
Figure BDA0003846761340000141
与其他Pd合金(例如Pd-Ni和Pd-Co)相比，该Pd合金表现出改善的耐动力浸没腐蚀性。用于动力浸没腐蚀的测试方法示于图3中。使用该配置对涂覆有Pd-Sb的部件进行测试。
实施例3
以下将如本文所述制备的Pd-Sb合金与某些现有的Pd-Ni合金进行比较。
将Pd-Sb合金涂覆到铜合金基底连接器引脚上至不同的厚度，并且其中Sb含量为30原子％。将引脚暴露于不同的电压和持续时间以测量与现有商业合金相比的性能响应，如下表3中所示。
表3.
Figure BDA0003846761340000151
虽然本文已经描述和举例说明了本发明的数个实施方案，但是本领域普通技术人员将容易预想用于执行本文所述的功能和/或获得本文所述的结果和/或一个或更多个优点的各种其他方式和/或结构，并且这样的变化方案和/或修改方案中的每一者都被认为在本发明的范围内。更一般地，本领域技术人员将容易理解，本文所述的所有参数、尺寸、材料和配置意指是示例性的，并且实际的参数、尺寸、材料和/或配置将取决于使用本发明的教导的具体的一个或更多个应用。本领域技术人员将认识到或仅使用常规实验就能够确定本文所述的本发明的具体实施方案的许多等同方案。因此，应理解，前述实施方案仅通过实例的方式给出，并且在所附权利要求及其等同方案的范围内，本发明可以以除具体描述和要求保护之外的方式实施。本发明涉及本文所述的每个单独的特征、系统、制品、材料和/或方法。此外，如果这样的特征、系统、制品、材料和/或方法没有相互不一致，则两个或更多个这样的特征、系统、制品、材料和/或方法的任意组合包括在本发明的范围内。
除非明确地指出相反，否则如本文在说明书中和在权利要求中使用的没有数量词修饰的名词应理解成意指“至少一者”。
如本文在说明书中和在权利要求中使用的短语“和/或”应理解成意指如此连接的要素中的“之一或两者”，即在一些情况下要素共同存在，而在另一些情况下要素分别存在。除非明确地指出相反，否则可以任选地存在除了通过“和/或”连词明确指出的要素之外的其他要素，无论其与明确指出的那些要素相关或不相关。因此，作为一个非限制性实例，当与开放式语言例如“包括”结合使用时，提及“A和/或B”在一个实施方案中可以指A而没有B(任选地包括除B之外的要素)；在另一个实施方案中可以指B而没有A(任选地包括除A之外的要素)；在又一个实施方案中可以指A和B二者(任选地包括其他要素)；等等。
如本文在说明书中和在权利要求书中使用的，“或”应理解为具有与如上所定义的“和/或”相同的含义。例如，当分离列表中的项目时，“或”或“和/或”应理解为包括性的，即包括多个要素或要素列表中的至少一个，但也包括其中的多于一个，并且任选地包括另外的未列举项目。仅明确指出相反的术语，例如“仅一个”或“恰好一个”，或当用于权利要求时“由...组成”，将是指包括多个要素或要素列表中的恰好一个要素。通常，当前面有排他性术语(例如“任一”、“其一”、“仅其一”或“恰好其一”)时，如本文中使用的术语“或”应仅理解为表示排他性替代方案(即，“一个/种或另一个/种，但并非二者”)。当在权利要求中使用时，“基本上由......组成”将具有如专利法领域中所使用的通常的意义。
如本文在说明书中和在权利要求书中使用的，在提及一个或更多个要素的列表时，短语“至少一个”应被理解为意指选自要素列表中任一个或更多个要素的至少一个要素，但不一定包括要素列表内具体列出的各个和每个要素中的至少一个，并且不排除要素列表中要素的任意组合。该定义还允许可以任选地存在除在短语“至少一个”所提及的要素列表中具体指出的要素之外的要素，无论其与具体指出的那些要素相关或不相关。因此，作为一个非限制性实例，“A和B中的至少一者”(或等同地，“A或B中的至少一者”，或等同地，“A和/或B中的至少一者”)在一个实施方案中可以指至少一个A，任选地包括多于一个A，而不存在B(以及任选地包括除B之外的要素)；在另一个实施方案中，可以指至少一个B，任选地包括多于一个B，而不存在A(以及任选地包括除A之外的要素)；在又一个实施方案中，可以指至少一个A，任选地包括多于一个A，以及至少一个B，任选地包括多于一个B(以及任选地包括其他要素)；等等。
一些实施方案可以体现为方法，其中已经描述了多个实施例。作为所述方法的一部分而执行的动作可以以任何合适的方式排序。因此，可以构建以不同于所示顺序执行动作的实施方案，其可以包括与所描述的那些不同(例如，更多或更少)的动作，和/或可以涉及同时执行一些动作，即使这些动作是在以上具体描述的实施方案中显示为顺序执行。
在权利要求中使用序数术语例如“第一”、“第二”、“第三”等来修饰权利要求要素本身并不意味着一个权利要求要素相对于另一权利要求要素的任何优先级、优先顺序或次序或者执行方法的动作的时间顺序，而仅仅被用作标记以对具有某个名称的一个权利要求要素和具有同一名称(但是使用了序数术语)的另一要素进行区分，以区分权利要求要素。
在权利要求中以及以上说明书中，所有过渡短语例如“包含”、“包括”、“带有”、“具有”、“含有”、“涉及”、“持有”等都应理解为开放式的，即理解为意指包括但不限于。仅过渡短语“由......组成”和“基本上由......组成”应分别为封闭或半封闭的过渡短语，如美国专利局专利审查程序手册的第2111节中所述。

Claims (20)

1.一种用于提供电接触部的制品，所述制品包括：
基底；
在所述基底上方的第一层；和
在所述基底上方的第二层，
其中所述第一层包含纳米晶态的镍-钨合金，以及
其中所述第二层包含含有第二金属的纳米晶态的基于钯的合金。
2.一种用于提供电接触部的制品，所述制品包括：
基底；
在所述基底上方的第一层；和
在所述基底上方的第二层，
其中所述第一层包含纳米晶态的镍-钨合金，
其中所述第二层包含含有第二金属的纳米晶态的基于钯的合金，
以及其中所述制品的低电平接触电阻不大于10mOhm。
3.一种制造电接触部的方法，所述方法包括：
提供基底；
在所述基底上方电沉积纳米晶态的镍-钨；
在所述基底上方电沉积金属层；以及
在所述基底上方电沉积含有第二金属的纳米晶态的基于钯的合金。
4.根据前述权利要求中任一项所述的制品，包括第三层。
5.根据前述权利要求中任一项所述的制品，包括第三层，所述第三层包含Au和/或Pd。
6.根据前述权利要求中任一项所述的制品，包括第四层。
7.根据前述权利要求中任一项所述的制品，包括第四层，所述第四层包含铑金属。
8.根据前述权利要求中任一项所述的制品或方法，其中所述基底包含铜。
9.根据前述权利要求中任一项所述的制品或方法，其中所述纳米晶态的基于钯的合金包括不大于30重量％的所述第二金属的浓度。
10.根据前述权利要求中任一项所述的制品或方法，其中所述纳米晶态的基于钯的合金包括不大于35重量％的所述第二金属的浓度。
11.根据前述权利要求中任一项所述的制品或方法，其中所述纳米晶态的基于钯的合金包括至少25重量％的所述第二金属的浓度。
12.根据前述权利要求中任一项所述的制品或方法，其中所述纳米晶态的基于钯的合金包括不大于33原子％的所述第二金属的浓度。
13.根据前述权利要求中任一项所述的制品或方法，其中所述纳米晶态的基于钯的合金包括至少3原子％的所述第二金属的浓度。
14.根据前述权利要求中任一项所述的制品或方法，其中所述纳米晶态的基于钯的合金包括至少600HV的硬度。
15.根据前述权利要求中任一项所述的制品或方法，其中所述纳米晶态的基于钯的合金包括不大于12nm的微晶尺寸。
16.根据前述权利要求中任一项所述的制品或方法，其中所述纳米晶态的基于钯的合金包括至少5nm的微晶尺寸。
17.根据前述权利要求中任一项所述的制品或方法，其中所述第二金属包括锑。
18.根据前述权利要求中任一项所述的制品或方法，其中所述第二金属包括锑、铼、钴、铱、锇、铂、铑、钌、钨和/或锡。
19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述金属层包含Au和/或Pd。
20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括邻近所述纳米晶态的钯合金电沉积铑合金。
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