DE102020128412A1

DE102020128412A1 - Verbinder und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE102020128412A1
Application number: DE102020128412.8A
Authority: DE
Inventors: Toshitaka Kubo; Mitsuhiro Okada; Tetsuo Shimizu; Hiroki Kawai
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2019-11-01
Filing date: 2020-10-29
Publication date: 2021-05-06
Also published as: CN112787130A; JP7373162B2; US20210135386A1; CN112787130B; JP2021072245A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbinder, der ein elektrisches Kontakt-Material beinhaltet, das ein Metall-Basis-Material und eine leitfähige Überzugs-Schicht auf einer Oberfläche des Metall-Basis-Materials enthält, wobei die leitfähige Überzugs-Schicht beinhaltet: eine Matrix-Phase, die aus einem anderen Metall als Gold besteht; und eine zweite Phase, die beinhaltet: langgestreckte Abschnitte, die sich in einer Tiefen-Richtung von einer Oberfläche der Matrix-Phase aus erstrecken; und Abschnitte mit vergrößertem Durchmesser, die sich in der Oberfläche der Matrix-Phase von den langgestreckten Abschnitten entlang der Oberfläche erstrecken, wobei die zweite Phase aus Gold oder einem nichtmetallischen leitfähigen Material besteht, das weniger oxidierbar ist als das Metall, das die Matrix-Phase bildet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Verbinder und ein Verfahren zur Herstellung des Verbinders.
STAND DER TECHNIK
Bei einem Steck-Verbinder zur Verbindung elektrischer Drähte untereinander oder zur Verbindung eines elektrischen Drahtes mit einem elektrischen Gerät schreitet in letzter Zeit eine Miniaturisierung und ein großer Strom voran. Daher wird von einem Steck-Verbinder eine hohe Zuverlässigkeit gefordert, die auch bei hoher Stromdichte einen störungsfreien Stromfluss durch den Steck-Verbinder ermöglicht.
Bei einem Steck-Verbinder wird in der Regel die Oberfläche (Kontaktfläche) jedes elektrischen Kontakts mit einem Metall beschichtet, um zu verhindern, dass die Leitfähigkeit durch Oxidation oder ähnliches herabgesetzt wird, und um Korrosion zu unterdrücken. In der Einsatzumgebung eines Steck-Verbinders werden jedoch andere Metalle als Gold in unterschiedlichem Maße oxidiert. Selbst wenn eine Kontaktfläche mit einem solchen Metall beschichtet ist, wird je nach Einsatzumgebung und -bedingungen eine Verschlechterung durch Oxidation oder ähnliches verursacht. Darüber hinaus ist bekannt, dass, wenn die Verschlechterung einmal begonnen hat, die Verschlechterung mit einer beschleunigten Geschwindigkeit fortschreitet.
Eine solche Verschlechterung eines elektrischen Kontakts, insbesondere die Verminderung der Leitfähigkeit, führt zu einer Verschlechterung der Zuverlässigkeit, wie zum Beispiel Erhöhung der Verlustleistung oder Leitungsfehler in einem Steck-Verbinder, und ist daher problematisch.
Wenn dagegen die Kontaktfläche eines elektrischen Kontakts mit Gold beschichtet wird, besteht fast keine Möglichkeit, dass eine Verschlechterung durch Oxidation auftritt, aber es besteht das Problem, dass Gold ein teures Material ist und daher die Produktionskosten erhöht werden.
Um die Oxidation der Oberfläche eines elektrischen Kontaktes bzw. die Absenkung der Leitfähigkeit durch die Oxidation kostengünstig zu unterdrücken, wurden verschiedene Gegenmaßnahmen untersucht.
Beispielsweise wird in JP-A-2018-56119 ein Material offengelegt, bei dem Schichten aus Graphen auf eine Kupferfolie geschichtet sind oder ein Kupfersubstrat als Material für einen elektrischen Kontakt verwendet wird. JP-A-2018-56119 lehrt: „Im elektrischen Kontakt-Material ist die Kohlenstoff-Material-Schicht auf dem Basis-Material vorgesehen. Dementsprechend kann durch die Verwendung des elektrischen Kontakt-Materials bei der Herstellung eines elektrischen Kontakts die Bildung einer Metall-Oxidschicht auf dem Basis-Material verhindert werden. Daher hat der elektrische Kontakt nach der vorliegenden Erfindung eine ausgezeichnete Kontaktzuverlässigkeit, ohne die Leitfähigkeit zu behindern“ (Absatz [0020]).
JP-A-2012-49107 und JP-A-2013-11016 legen ein elektrisches Kontakt-Material offen, das auf folgende Weise erhalten wird. Ein Metall-Plattierungs-Film, der ein Nano-Kohlenstoff-Material wie Kohlenstoff-Nanoröhren (CNTs) enthält, wird auf einem Basis-Material aus Kupfer oder einer Legierung davon gebildet, so dass mindestens ein Teil des Kohlenstoff-Nanomaterials von der Oberfläche des Plattierungs-Films freiliegt und gleichzeitig auch mit einem Teil eines Metalls, das den Plattierungs-Film bildet, in Kontakt gebracht wird, wobei der Teil nicht oxidiert wird. JP-A-2012-49107 lehrt, dass „das andere leitfähige Element direkt elektrisch mit einem Metall verbunden ist, das sich innerhalb (tiefer Teil) des Metall-Plattierungs-Films 4a durch die CNTs 4b mit höherer elektrischer Leitfähigkeit als die des Metall-Oxid-Films 4c mit niedriger elektrischer Leitfähigkeit befindet. Infolgedessen wird ein stabil niedriger Kontaktwiderstand erzielt.‟ (Absatz [0025]). JP-A-2013-11016 lehrt, dass „das andere leitfähige Element direkt elektrisch mit einem Metall verbunden ist, das sich im Inneren (tiefer Teil) der amorphen Plattierungs-Schicht 4 befindet, und zwar durch das Nano-Kohlenstoff-Material 6 mit einer höheren elektrischen Leitfähigkeit als die des Metall-Oxid-Films mit niedriger elektrischer Leitfähigkeit. Infolgedessen wird ein stabil niedriger Kontaktwiderstand erzielt.‟ (Absatz [0028]).
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Wenn jedoch in einem elektrischen Kontakt-Material, bei dem eine Graphen-Schicht auf der Oberfläche eines Metalls geschichtet ist, wie in JP-A-2018-56119 offenbart, ein Teil der Graphen-Schicht während des Gebrauchs beschädigt wird oder sich ablöst und das Metall in der unteren Schicht freigelegt wird, dann wird das Metall im freigelegten Teil oxidiert. Wenn Sauerstoff in die Grenzfläche zwischen dem Metall und der Graphen-Schicht und in das Metall diffundiert, schreitet die Oxidation fort, und es bildet sich ein Metall-Oxid-Film in der Grenzfläche zwischen dem Metall und der Graphen-Schicht, wodurch die Leitfähigkeit des elektrischen Kontakt-Materials herabgesetzt wird.
In einem elektrischen Kontakt-Material, in dem ein Metall-Plattierungs-Film, der ein Nano-Kohlenstoff-Material enthält, auf einem Metall-Basis-Material in einer Form gebildet wird, in der das Nano-Kohlenstoff-Material durch einen Oxid-Film der Oberfläche des Plattierungs-Films, wie in JP-A-2012-49107 und JP-A-2013-11016 offenbart, durchdrungen wird, wenn das elektrische Kontakt-Material mit einem anderen elektrischen Kontakt-Material mit einer ähnlichen Struktur verbunden wird, funktioniert nur das Nano-Kohlenstoff-Material, das mit einem Nano-Kohlenstoff-Material in Kontakt steht, das von der Oberfläche eines Gegen-Elektro-Kontakt-Materials freiliegt, als ein elektrischer Leit-Pfad mit einem niedrigen Widerstand. Daher ist der Effekt der Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit nicht so groß.
In Anbetracht der oben beschriebenen Umstände wird für einen Steck-Verbinder oder ein elektrisches Kontakt-Material, aus dem der Steck-Verbinder besteht, gefordert, eine Verminderung der Leitfähigkeit durch Oxidation der Oberfläche aufgrund eines Zeitablaufs von der Herstellung oder eine Beschädigung oder Ablösung der Folie, die durch wiederholte Verwendung verursacht wird, zu unterdrücken. Daher ist es Gegenstand der Erfindung, einen Verbinder zur Verfügung zu stellen, der die oben beschriebenen Probleme löst und bei dem die Leitfähigkeit über einen langen Zeitraum erhalten bleibt.
Die Erfinder haben verschiedene Studien durchgeführt, um den oben genannten Gegenstand zu erreichen, und fanden heraus, dass die folgende leitfähige Überzugs-Schicht, die auf einer Oberfläche eines Metall-Basis-Materials angeordnet ist, den Gegenstand erreichen kann, wodurch der oben genannte Gegenstand erreicht wird und die Erfindung vervollständigt wird. Die leitfähige Überzugs-Schicht beinhaltet: eine Matrix-Phase, die aus einem anderen Metall als Gold besteht; und eine zweite Phase, die beinhaltet: langgestreckte Abschnitte, die sich in Tiefen-Richtung von einer Oberfläche der Matrix-Phase aus erstrecken; und Abschnitte mit vergrößertem Durchmesser, die sich in der Oberfläche der Matrix-Phase von den langgestreckten Abschnitten entlang der Oberfläche erstrecken, wobei die zweite Phase aus Gold oder einem nicht-metallischen leitfähigen Material besteht, das weniger oxidierbar ist als das Metall, das die Matrix-Phase bildet.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Verbinder, der ein elektrisches Kontakt-Material beinhaltet, das ein Metall-Basis-Material und eine leitfähige Überzugs-Schicht auf einer Oberfläche des Metall-Basis-Materials enthält, wobei die leitfähige Überzugs-Schicht beinhaltet: eine Matrix-Phase, die aus einem anderen Metall als Gold besteht; und eine zweite Phase, die beinhaltet: langgestreckte Abschnitte, die sich in einer Tiefen-Richtung von einer Oberfläche der Matrix-Phase aus erstrecken; und Abschnitte mit vergrößertem Durchmesser, die sich in der Oberfläche der Matrix-Phase von den langgestreckten Abschnitten entlang der Oberfläche erstrecken, wobei die zweite Phase aus Gold oder einem nicht-metallischen leitfähigen Material besteht, das weniger oxidierbar ist als das Metall, das die Matrix-Phase bildet.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung des Verbinders gemäß des ersten Ausführungsbeispiels, das Verfahren beinhaltet die Bildung der leitfähigen Überzugs-Schicht durch: Bereitstellen eines Plattierungs-Bades, das ein Komponenten-Element der zweiten Phase enthält; und Durchführen eines Elektro-Plattierungs-Prozess, bei dem das Metall-Basis-Material in das Plattierungs-Bad eingetaucht wird, um eine Plattierungs-Schicht zu erhalten, in der die zweite Phase in einer dendriten-artigen Weise in der Matrix-Phase wächst.
Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung des Verbinders gemäß des ersten Ausführungsbeispiels, Verfahren beinhalte die Bildung der leitfähigen Überzugs-Schicht durch: Bereitstellen eines Plattierungs-Bades; Durchführen eines Elektro-Plattierungs-Prozess, bei dem das Metall-Basis-Material in das Plattierungs-Bad eingetaucht wird, um eine poröse Plattierungs-Schicht zu erhalten, die aus einer Aggregation feiner Teilchen mit einer Zusammensetzung der Matrix-Phase besteht; und Füllen offener Poren der porösen Plattierungs-Schicht und Bedecken mindestens eines Teils der Oberfläche der porösen Plattierungs-Schicht mit einem Material, das die zweite Phase oder eine Vorstufe des Materials bildet.
Ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung des Verbinders gemäß des ersten Ausführungsbeispiels, das Verfahren beinhaltet die Bildung der leitfähigen Überzugs-Schicht durch: Bereitstellen eines Plattierungs-Bades, das ein Komponenten-Element der zweiten Phase enthält; und Durchführen eines Elektro-Plattierungs-Prozess, bei dem das Metall-Basis-Material in das Plattierungs-Bad eingetaucht wird, um eine Plattierungs-Schicht zu erhalten, die aus feinen Teilchen mit einer Zusammensetzung der Matrix-Phase und einem Material, das die zweite Phase oder einer Vorstufe des Materials bildet, das die Räume zwischen den feinen Teilchen ausfüllt.
Ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung des Verbinders gemäß des ersten Ausführungsbeispiels, das Verfahren beinhaltet die Bildung der leitfähigen Überzugs-Schicht durch: Bereitstellen eines Plattierungs-Bades, das ein Komponenten-Element der zweiten Phase enthält; und Durchführen eines Elektro-Plattierungs-Prozess, bei dem das Metall-Basis-Material in das Plattierungs-Bad eingetaucht wird, unter Bedingungen, bei denen Blasen oder Konvektion im Plattierungs-Bad gebildet werden, um eine Plattierungs-Schicht zu erhalten, welche die zweite Phase mit einer Form, in der Blasen oder Streifen miteinander gekoppelt sind, in der Matrix-Phase, beinhaltet.
Ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung des Verbinders gemäß des ersten Ausführungsbeispiels, das Verfahren beinhaltet die Bildung der leitfähigen Überzugs-Schicht durch: Bereitstellen von Pulver des Metalls, das die Matrix-Phase bildet; Beschichten von Oberflächen von Teilchen, die das Pulver bilden, mit einem Material, das die zweite Phase oder eine Vorstufe des Materials bildet; und Aufbringen des Pulvers der beschichteten Teilchen auf das Metall-Basis-Material und Pressen und Erhitzen des Pulvers der beschichteten Teilchen zur Durchführung eines Form-Prozess.
Gemäß der Erfindung kann ein Verbinder vorgesehen werden, in dem die Leitfähigkeit über einen langen Zeitraum erhalten bleibt.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Mikro-Struktur des Steck-Verbinders der Erfindung zeigt.
Die 2A und 2B sind Diagramme, die ein weiteres Beispiel für die Mikro-Struktur des Steck-Verbinders der Erfindung zeigen (2A zeigt einen Zustand unmittelbar nach der Herstellung, und 2B zeigt einen Zustand, in dem die Oxidation (Korrosion) der Oberfläche fortschreitet).
3A und 3B sind Diagramme, die ein weiteres Beispiel für die Mikro-Struktur des Steck-Verbinders der Erfindung zeigen (3A zeigt einen Zustand unmittelbar nach der Herstellung, und 3B zeigt einen Zustand, in dem die Oxidation (Korrosion) der Oberfläche fortschreitet).
4 ist ein Diagramm, das die Mikro-Struktur einer leitfähigen Überzugs-Schicht zeigt, die durch einen Plattierungs-Prozess auf einem Metall-Basis-Material erhalten wird, und die eine Matrix-Phase, die aus feinen Metall-Partikeln besteht, und eine zweite Phase, die Räume zwischen den feinen Partikeln ausfüllt, beinhaltet.
5 ist ein Diagramm, das die Mikro-Struktur einer leitfähigen Überzugs-Schicht zeigt, die durch einen Plattierungs-Prozess auf einem Metall-Basis-Material erhalten wird, und die in einer Matrix-Phase eine zweite Phase hat, mit einer Form, in der Blasen miteinander gekoppelt sind.
Die 6A und 6B zeigen Beobachtungs- und Analyseergebnisse der Oberfläche einer leitfähigen Überzugs-Schicht in einem Probe-Stück aus Beispiel 1 (6A zeigt eine Raster-Elektronen-Mikroskopische (REM) Aufnahme, und 6B zeigt eine Aufnahme eines energie-dispersiven Röntgen-Spektrometers (EDX)).
Die 7A und 7B zeigen lichtmikroskopische Abbildungen der Oberfläche einer porösen Plattierungs-Schicht, die in Beispiel 2 auf einem Metall-Basis-Material gebildet wird (7A zeigt einen Zustand unmittelbar nach dem Wachstum feiner Metall-Partikel, und 7B zeigt einen Zustand, in dem feine Metall-Partikel miteinander zu einer schwammartigen Form gekoppelt sind).
Die 8A und 8B zeigen lichtmikroskopische Abbildungen der Oberfläche einer leitfähigen Überzugs-Schicht in einem Probe-Stück aus Beispiel 2 (8A zeigt einen Zustand, in dem Räume zwischen feinen Metall-Partikeln unmittelbar nach der Bildung der porösen Plattierungs-Schicht mit Graphen gefüllt sind, und 8B zeigt einen Zustand, in dem Räume zwischen schwammartigen Metallen mit Graphen gefüllt sind).
Die 9A und 9B zeigen Beobachtungs- und Analyseergebnisse der Oberfläche einer leitfähigen Überzugs-Schicht in einem Probe-Stück aus Beispiel 3 (9A zeigt eine lichtmikroskopische Abbildung, und 9B zeigt eine Abbildung eines energie-dispersiven Röntgen-Spektrometers (EDX)).
10 zeigt eine lichtmikroskopische Abbildung der Oberfläche einer leitfähigen Überzugs-Schicht in einem Probe-Stück aus Beispiel 4.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele ausführlich beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt.
[Verbinder]
Wie in 1 dargestellt, ein Steck-Verbinder des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung (Nachfolgend nur noch als „erstes Ausführungsbeispiels“ bezeichnet) beinhaltet ein elektrisches Kontakt-Material 1, bei dem eine leitfähige Überzugs-Schicht 3 auf der Oberfläche eines Metall-Basis-Materials 2 positioniert ist. Die leitfähige Überzugs-Schicht 3 umfasst eine Matrix-Phase 31 und eine zweite Phase 32.
Für das Metall-Basis-Material 2 ist es gefordert, dass es elektrisch leitfähig ist, und Silber, Kupfer, Aluminium, Nickel, Zinn, Legierungen, die diese Metalle enthalten, oder ähnliches können als Metall-Basis-Material verwendet werden. Alternativ kann nichtrostender Stahl verwendet werden.
Die Form und die Abmessungen des Metall-Basis-Materials 2 können in Übereinstimmung mit der geforderten Leistung, dem Standard und dergleichen angemessen bestimmt werden. Eine Dicke des Metall-Basis-Materials 2 ist vorzugsweise 0,1 mm bis 3 mm.
Die leitfähige Überzugs-Schicht 3 ist eine elektrisch leitfähige Schicht, die auf der Oberfläche des Metall-Basis-Materials 2 positioniert ist, und funktioniert, so dass sie die elektrische Leitung zwischen dem Metall-Basis-Material 2 und einem angeschlossenen elektrischen Gerät (einem elektrischen Draht, einem elektrischen Apparat oder ähnlichem) sicherstellt, während Oxidation des Metall-Basis-Materials 2 unterdrückt ist.
Die Matrix-Phase 31 in der leitfähigen Überzugs-Schicht 3 besteht aus einem Metall, anders als Gold. Wenn die Matrix-Phase 31 aus einem Metall, anders als Gold, besteht, ist es möglich, die Oxidation des Metall-Basis-Materials 2 zu unterdrücken und die elektrische Leitfähigkeit in einem Innen-Teil der leitfähigen Überzugs-Schicht 3 zu gewährleisten und gleichzeitig die Material-Kosten zu senken. Beispiele für das Material der Matrix-Phase 31 sind Nickel, Kobalt, Kupfer, Silber, Chrom, Zink, Zinn, Legierungen dieser Metalle oder ähnliches. Die Matrix-Phase 31 kann kristallin oder amorph sein. Eine dicke der leitfähigen Überzugs-Schicht 3 ist vorzugsweise 0,1 µm bis 1 mm.
Wie in 1 dargestellt, enthält die zweite Phase 32 in der leitfähigen Überzugs-Schicht 3 langgestreckte Abschnitte 321, die sich in Tiefen-Richtung von der Oberfläche der Matrix-Phase 31 aus erstrecken, und Abschnitte mit vergrößertem Durchmesser 322, die sich in der Oberfläche der Matrix-Phase 31 von den langgestreckten Abschnitten 321 aus entlang der Oberfläche erstrecken. Der Begriff „in Tiefen-Richtung langgestreckt“ bedeutet, dass für die langgestreckten Abschnitte gefordert ist, dass sie einen Teil aufweisen müssen, der in eine Richtung weg von der Oberfläche der Matrix-Phase 31 gerichtet ist. Daher ist auch ein langgestreckter Abschnitt, von dem ein Teil parallel zur Oberfläche verläuft, in den langgestreckten Abschnitten 321 in dem Ausführungsbeispiel enthalten. Die zweite Phase 32 besteht aus Gold oder einem nicht-metallischen leitfähigen Material, das weniger oxidierbar ist als das Metall, das die Matrix-Phase 31 bestimmt. Da die zweite Phase 32 die langgestreckten Abschnitte 321 enthält, die weniger oxidierbar sind als die Matrix-Phase 31, kann die elektrische Leitung zwischen der Oberfläche der leitfähigen Überzugs-Schicht 3 und dem Metall-Basis-Material 2 auch dann aufrechterhalten werden, wenn die Matrix-Phase 31 oxidiert und ihre Leitfähigkeit herabgesetzt wird. Weiterhin, selbst in dem Fall, dass die zweite Phase 32 mit einem anderen elektrischen Kontakt-Material mit ähnlicher Struktur verbunden ist, ermöglicht es die Konfiguration, bei der die zweite Phase 32 mit einem anderen elektrischen Kontakt-Material mit ähnlicher Struktur verbunden ist, einen elektrischen Kontakt zwischen der zweiten Phase 32 und der zweiten Phase in einem elektrischen Gegen-Kontakt-Material zu gewährleisten und das Verhältnis der zweiten Phase (die langgestreckten Abschnitte 321), die als elektrisch leitfähiger Pfad funktioniert, zu erhöhen.
Als Struktur der zweiten Phase 32 ist es möglich, eine Struktur anzuwenden, die, wie in 1 gezeigt, beinhaltet: die langgestreckten Abschnitte 321, die in einem Innen-Teil der leitfähigen Überzugs-Schicht 3 in einer Weise, ähnlich wie Wurzeln einer Pflanze, ausgebildet sind; und die Abschnitte mit vergrößertem Durchmesser 322, die sich in der Oberfläche der leitfähigen Überzugs-Schicht 3 erstrecken, oder eine andere Struktur, die, wie in 2A oder 3A gezeigt, beinhaltet: die langgestreckten Abschnitte 321, die in einem Innen-Teil der leitfähigen Überzugs-Schicht 3 in einer Weise, ähnlich wie Blätter oder Blüten einer Pflanze, oder in einer dreidimensionalen netzartigen Weise, ausgebildet sind; und die Abschnitte mit vergrößertem Durchmesser 322, die integral ausgebildet sind und die die gesamte Oberfläche der leitfähigen Überzugs-Schicht 3 bedecken. Die Konfiguration, bei der die Abschnitte mit vergrößertem Durchmesser 322 die gesamte Oberfläche der leitfähigen Überzugs-Schicht 3 bedecken, ist vorzuziehen, da alle langgestreckten Abschnitte 321, die mit den Abschnitten mit vergrößertem Durchmesser in Kontakt stehen, als elektrisch leitfähiger Pfad funktionieren. Die Konfiguration, bei der die langgestreckten Abschnitte 321 eine Struktur ähnlich den Blättern oder Blüten einer Pflanze oder eine dreidimensionale netzartige Struktur aufweisen, ist aus folgendem Grund vorzuziehen. Selbst in dem Fall, in dem, wie in 2B oder 3B gezeigt, die Matrix-Phase 31 in der Nähe der Oberfläche der leitfähigen Überzugs-Schicht 3 sich durch Oxidation verschlechtert und zusammenbricht, bilden die langgestreckten Abschnitte 321, die von der Oberfläche freiliegen, neue Abschnitte mit vergrößertem Durchmesser 322, und der elektrische Kontakt ist gewährleistet.
Wie oben beschrieben, besteht die zweite Phase 32 aus Gold oder einem nichtmetallischen, leitfähigen Material, das weniger oxidierbar ist als das Metall, aus dem die Matrix-Phase 31 besteht. Beispiele für ein nichtmetallisches, leitfähiges Material, das weniger oxidierbar ist als das Metall, aus dem die Matrix-Phase 31 besteht, sind ein Kohlenstoff-Material wie Graphen oder Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT), ein organisches, elektrisch leitfähiges Material und ähnliches. Unter diesen Materialien ist ein Kohlenstoff-Material vorzuziehen, weil es wirtschaftlich ist und eine hohe Leitfähigkeit hat. Vor allem Graphen und CNTs sind vorzuziehen, weil sie wirtschaftlich sind und eine hohe chemische Stabilität und eine ausgezeichnete Leitfähigkeit haben. Wie oben beschrieben, ist Gold ein teures Material, jedoch ist im Falle der Verwendung von Gold als zweite Phase 32 nur eine geringe Menge erforderlich im Vergleich zu dem Fall, dass die gesamte Überzugs-Schicht 3 aus Gold besteht, und der Anstieg der Produktionskosten wird unterdrückt. Daher darf Gold als Material der leitfähigen Überzugs-Schicht verwendet werden.
Wie oben beschrieben, umfasst der Verbinder des ersten Ausführungsbeispiels die leitfähige Überzugs-Schicht, die aus der Matrix-Phase und der zweiten Phase besteht. Es ist eine Selbstverständlichkeit, dass die leitfähige Überzugs-Schicht andere als die oben genannten Komponenten enthalten kann, sofern eine gewünschte Leitfähigkeit und Oxidationsbeständigkeit erreicht wird.
[Verfahren zur Herstellung eines Verbinders]
Ein Verfahren zur Herstellung eines Verbinders des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung (Nachfolgend lediglich als „zweites Ausführungsbeispiel“ bezeichnet) ist ein Verfahren zur Herstellung des Verbinders des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels, bei dem die leitfähige Überzugs-Schicht beinhaltet: die Matrix-Phase, die aus einem anderen Metall als Gold besteht; und die zweite Phase, die beinhaltet: langgestreckte Abschnitte, die sich in einer Tiefen-Richtung von einer Oberfläche der Matrix-Phase aus erstrecken; und Abschnitte mit vergrößertem Durchmesser, die sich in der Oberfläche der Matrix-Phase von den langgestreckten Abschnitten entlang der Oberfläche erstrecken, wobei die zweite Phase aus Gold oder einem nicht-metallischen leitfähigen Material besteht, das weniger oxidierbar ist als das Metall, das die Matrix-Phase bildet, das Verfahren beinhaltet die Bildung der leitfähigen Überzugs-Schicht durch: Herstellen eines Plattierungs-Bades, das ein Komponenten-Element der zweiten Phase enthält; und Durchführen eines Elektro-Plattierungs-Prozess, bei dem ein Metall-Basis-Material in das Plattierungs-Bad eingetaucht wird, um eine Plattierungs-Schicht zu erhalten, in der die zweite Phase in einer dendrit-artigen Weise in der Matrix-Phase wächst.
Das Plattierungs-Bad, das in dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendet wird, enthält das Komponenten-Element der zweiten Phase. Beispiele für die Formen des Komponenten-Elements der zweiten Phase sind feines Pulver eines Kohlenstoff-Materials, feines Pulver, das die Zusammensetzung der zweiten Phase, wie zum Beispiel Gold-Kolloid, hat, und Ionen, die das Komponenten-Element der zweiten Phase enthalten. Das Plattierungs-Bad kann, als Ionen, das Metall, das die Matrix-Phase bildet, enthalten. Die Arten und die enthaltenen Mengen anderer Bestandteile des Plattierungs-Bades können nach einem bekannten Verfahren eines Plattierungs-Prozess angemessen bestimmt werden.
Als Verfahren und Bedingungen des Elektro-Plattierungs-Prozess können ein bekanntes Verfahren und bekannte Bedingungen des Elektro-Plattierungs-Prozess in dem zweiten Ausführungsbeispiel übernommen werden, soweit die leitfähige Überzugs-Schicht, die durch das Wachstum der zweiten Phase in der Matrix-Phase in einer dendrit-artigen Weise erhalten wird, in einer vorbestimmten Dicke gebildet wird. Als Verfahren des Elektro-Plattierungs-Prozess kann, zum Beispiel, ein Verfahren, bei dem das Metall-Basis-Material und das Metall (Plattierungs-Metall), welches das Material der Matrix-Phase ist, in das Plattierungs-Bad eingetaucht werden, und eine Spannung ist zwischen ihnen angelegt, oder ein anderes Verfahren, bei dem ein Leiter, der unter Plattierungsbedingungen stabil ist (sich nicht auflöst), und das Metall-Basis-Material in das Plattierungs-Bad eingetaucht werden, das Ionen des Metalls, das die Matrix-Phase bildet, enthält, und eine Spannung ist zwischen ihnen angelegt, angewandt werden. Ein Beispiel für die Prozess-Bedingungen bei dem erstgenannten Verfahren ist, daß Salzsäure, die Ruß, der das Komponenten-Element der zweiten Phase ist, und ein oberflächenaktives Mittel wie Poly-Oxyalkylenalkyl-Ether enthält und eine Konzentration von etwa mehreren % hat, als Plattierungs-Bad verwendet wird, das Metall-Basis-Material, auf dem die Plattierung durchgeführt werden soll, und das Metall (Plattierungs-Metall), welches das Material der Plattierungs-Schicht ist, sind in das Plattierungs-Bad eingetaucht, und eine Spannung von weniger als mehreren Volt ist zwischen dem Metall-Basis-Material und dem Plattierungs-Metall angelegt. In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die angelegte Spannung in dem Elektro-Plattierungs-Prozess vorzugsweise 0,1 V bis 12 V.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Verbinders des dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung (Nachfolgend lediglich als „drittes Ausführungsbeispiel“ bezeichnet) ist ein Verfahren zur Herstellung des Verbinders des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels, bei dem die leitfähige Überzugs-Schicht beinhaltet: die Matrix-Phase, die aus einem anderen Metall als Gold besteht; und die zweite Phase, die beinhaltet: langgestreckte Abschnitte, die sich in einer Tiefen-Richtung von einer Oberfläche der Matrix-Phase aus erstrecken; und Abschnitte mit vergrößertem Durchmesser, die sich, in der Oberfläche der Matrix-Phase, von den langgestreckten Abschnitten entlang der Oberfläche erstrecken, in der die zweite Phase aus Gold oder einem nicht-metallischen leitfähigen Material besteht, das weniger oxidierbar ist als das Metall, das die Matrix-Phase bildet, das Verfahren beinhaltet die Bildung der leitfähigen Überzugs-Schicht durch: Herstellen eines Plattierungs-Bades; Durchführen eines Elektro-Plattierungs-Prozess, bei dem ein Metall-Basis-Material in das Plattierungs-Bad eingetaucht wird, um eine poröse Plattierungs-Schicht zu erhalten, die aus einer Aggregation feiner Teilchen mit einer Zusammensetzung der Matrix-Phase besteht; und Füllen offener Poren der porösen Plattierungs-Schicht und Bedecken mindestens eines Teils der Oberfläche der porösen Plattierungs-Schicht mit einem Material, das die zweite Phase oder eine Vorstufe des Materials bildet.
In dem dritten Ausführungsbeispiel kann ein Verfahren, ähnlich dem Verfahren des oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiels, als Plattierungs-Prozess-Verfahren angewandt werden. In dem dritten Ausführungsbeispiel ist jedoch die Konfiguration, bei der das Plattierungs-Bad das Komponenten-Element der zweiten Phase enthält, nicht wesentlich. Ein Beispiel für die Plattierungs-Prozess-Bedingungen zur Bildung der porösen Plattierungs-Schicht, die aus einer Aggregation feiner Teilchen mit einer Zusammensetzung der Matrix-Phase besteht, besteht darin, daß Salzsäure mit einer Konzentration von etwa mehreren % als Plattierungs-Bad verwendet wird, das Metall-Basis-Material, auf dem die Plattierung durchgeführt werden soll, und das Metall (Plattierungs-Metall, das die Matrix-Phase bildet), welches das Material der Plattierungs-Schicht ist, in das Plattierungs-Bad eingetaucht werden, und eine Spannung von weniger als mehreren Volt ist zwischen dem Metall-Basis-Material und dem Plattierungs-Metall angelegt. In diesem Fall kann das Plattierungs-Bad feine Teilchen, wie zum Beispiel eine Spur von Kohlenstoff-Teilchen in der Größenordnung von nm, die zu Initial-Kernen für die Ausfällung feiner Metall-Partikel werden, und ein oberflächenaktives Mittel, wie zum Beispiel Poly-Oxyalkylenalkyl-Ether, enthalten. In dem dritten Ausführungsbeispiel ist die angelegte Spannung in dem Elektro-Plattierungs-Prozess vorzugsweise 0,1 V bis 12 V.
In dem dritten Ausführungsbeispiel ist das Material, das die zweite Phase oder eine Vorstufe des Materials bildet, der porösen Plattierungs-Schicht, die auf dem Metall-Basis-Material gebildet ist, zugeführt, offene Poren der porösen Plattierungs-Schicht werden gefüllt, und mindestens ein Teil der Oberfläche der porösen Plattierungs-Schicht wird beschichtet. Das Verfahren zur Zufuhr des Materials, das die zweite Phase oder eine Vorstufe des Materials bildet, ist nicht besonders begrenzt. Als Verfahren kann das Aufbringen oder Aufsprühen einer Lösung oder einer Aufschlämmung, das Eintauchen in die Lösung oder die Aufschlämmung, das Verdampfen oder Zerstäuben oder ähnliches angewandt werden.
In dem dritten Ausführungsbeispiel kann die Plattierungs-Schicht, in der die Füllung offener Poren und die Beschichtung der Oberfläche durch das Material, das die zweite Phase oder eine Vorstufe des Materials bildet, durchgeführt ist, unter Druck gesetzt und erhitzt werden. Dies ermöglicht es, das die leitfähige Überzugs-Schicht dichter ist. Das Druckbeaufschlagungs- und Erwärmungs-Verfahren ist nicht besonders begrenzt, insoweit die leitfähige Überzugs-Schicht dichter gemacht werden kann. Beispiele für das Verfahren sind ein Verfahren, bei dem eine einachsige Druck-Formmaschine, die eine Heizung hat, verwendet wird, und das Heiß-Press-Verfahren. Auch die Form-Bedingungen können in Übereinstimmung mit dem konstituierenden Material und der Struktur der Plattierungs-Schicht und ähnlichem angemessen bestimmt werden.
In dem dritten Ausführungsbeispiel ist die zweite Phase aus einer Vorstufe der zweiten Phase hergestellt, indem auf der Plattierungs-Schicht, die auf dem Metall-Basis-Material ausgebildet ist, ein Nachbearbeitungs-Prozess durchgeführt wird, wie ein Oxidations-Prozess, bei dem die Erwärmung unter einer oxidierenden Atmosphäre durchgeführt wird, ein Reduktions-Prozess, bei dem die Erwärmung unter einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt wird, ein Oxidations- oder Reduktions-Prozess auf der Basis von Licht- oder Spannungs-Anwendung oder ähnliches, je nach Anforderung.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Verbinders des vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung (Nachfolgend lediglich als „viertes Ausführungsbeispiel“ bezeichnet) ist ein weiteres Ausführungsbeispiel, das auf dem technischen Konzept beruht, das dem oben beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel gemeinsam ist, und dadurch gekennzeichnet, daß das Plattierungs-Bad zur Bildung der leitfähigen Überzugs-Schicht in dem dritten Ausführungsbeispiel so ausgebildet ist, daß es das Komponenten-Element der zweiten Phase und eine Plattierungs-Schicht enthält, gebildet durch: feine Teilchen, welche die Zusammensetzung der Matrix-Phase haben; und ein Material, das die zweite Phase bildet, oder eine Vorstufe des Materials, das die Räume zwischen den feinen Metallteilchen ausfüllt, durch ein Plattierungs-Prozess erhalten wird, der auf dem Metall-Basis-Material durchgeführt wird.
In dem vierten Ausführungsbeispiel kann ein Verfahren, das dem Verfahren des oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiels ähnlich ist, als das Plattierungs-Verfahren verwendet werden. Ein Beispiel für die Plattierungs-Prozess-Bedingungen, um feine Metallteilchen mit der Zusammensetzung der zweiten Phase auszufällen und wachsen zu lassen und die zweite Phase zu bilden, die Räume zwischen den feinen Teilchen ausfüllt, ist die Salzsäure, die das Komponenten-Element der zweiten Phase und ein Tensid wie Poly-Oxyalkylenalkyl-Ether enthält, und mit einer Konzentration von etwa einigen % wird als Plattierungs-Bad verwendet, das Metall-Basis-Material, auf dem die Plattierung durchgeführt werden soll, und das Metall (Plattierungs-Metall, das die Matrix-Phase bildet), welches das Material der Plattierungs-Schicht ist, werden in das Plattierungs-Bad eingetaucht, und eine Spannung von weniger als einigen Volt wird zwischen dem Metall-Basis-Material und dem Plattierungs-Metall angelegt. Als die Formen des Komponenten-Elements der zweiten Phase, die im Plattierungs-Bad enthalten sind, können die Formen, die in dem zweiten Ausführungsbeispiel beispielhaft dargestellt sind, genommen werden. Das Komponenten-Element der zweiten Phase, das eine feine partikelförmige Form hat, ist vorzuziehen, da die feinen Partikel auch als Ausgangskerne für die Abscheidung feiner Metall-Partikel dienen. Wenn der pH-Wert des Plattierungs-Bades oder die Größe, Konzentration oder ähnliches der feinen Partikel geändert wird, ist es möglich, entweder die Metalle, welche die zweite Phase oder die Matrix-Phase bilden, so zu steuern, dass sie bevorzugt kristallisieren. Nach Beendigung des Plattierungs-Prozesses kann die Plattierungs-Schicht unter Druck gesetzt und nach einem ähnlichen Verfahren wie bei der dritten Ausführung erhitzt werden, um die Plattierungs-Schicht dichter zu machen und die zweite Phase zu bilden. In ähnlicher Weise wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel kann ein Nachbearbeitungs-Prozess wie ein Oxidations- oder Reduktions-Prozess auf der Plattierungs-Schicht, die den Metall-Basis-Material gebildet ist, bei Bedarf ein durchgeführt werden. In dem vierten Ausführungsbeispiel ist die angelegte Spannung in dem Elektro-Plattierungs-Prozess vorzugsweise 0,1 V bis 12 V.
In dem dritten und vierten Ausführungsbeispiel werden feine Metall-Partikel, die sich auf dem Metall-Basis-Material niederschlagen und wachsen, und welche die Zusammensetzung der Matrix-Phase haben, als Schablone verwendet, und die feinen Metall-Partikel werden von dem Material bedeckt, das die zweite Phase bildet, wodurch die langgestreckten Abschnitte, die sich zwischen den feinen Metall-Partikeln füllen, und die Abschnitte mit vergrößertem Durchmesser, welche die langgestreckten Abschnitte und die feinen Metall-Partikel bedecken, gebildet werden, um die zweite Phase zu erhalten. Als Ergebnis wird die leitfähige Überzugs-Schicht mit der Mikro-Struktur, die in 4 gezeigt ist, erhalten.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Verbinders des fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung (Nachfolgend lediglich als „fünftes Ausführungsbeispiel“ bezeichnet) ist ein Verfahren zur Herstellung des Verbinders des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels, bei dem die leitfähige Überzugs-Schicht beinhaltet: die Matrix-Phase, die aus einem anderen Metall als Gold besteht; und die zweite Phase, die beinhaltet: langgestreckte Abschnitte, die sich in einer Tiefen-Richtung von einer Oberfläche der Matrix-Phase aus erstrecken; und Abschnitte mit vergrößertem Durchmesser, die sich, in der Oberfläche der Matrix-Phase, von den langgestreckten Abschnitten entlang der Oberfläche erstrecken, in dem die zweite Phase aus Gold oder einem nicht-metallischen leitfähigen Material besteht, das weniger oxidierbar ist als das Metall, das die Matrix-Phase bildet, das Verfahren beinhaltet die Bildung der leitfähigen Überzugs-Schicht durch: Herstellen eines Plattierungs-Bades, das ein Komponenten-Element der zweiten Phase enthält; und Durchführen eines Elektro-Plattierungs-Prozess, bei dem das Metall-Basis-Material in das Plattierungs-Bad unter Bedingungen eingetaucht wird, bei denen Blasen oder Konvektion in dem Plattierungs-Bad gebildet werden, um eine Plattierungs-Schicht zu erhalten, welche die zweite Phase beinhaltet, die eine Form hat, bei der Blasen oder Streifen in der Matrix-Phase miteinander gekoppelt sind.
In dem fünften Ausführungsbeispiel kann ein Verfahren ähnlich dem Verfahren von dem oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel als Plattierungs-Verfahren angewendet werden. Ein Beispiel für die Plattierungs-Prozess-Bedingungen zur Bildung von Blasen oder Konvektion im Plattierungs-Bad besteht darin, dass eine saure Lösung, die das konstituierende Material der zweiten Phase oder eine Vorstufe des Materials enthält, als Plattierungs-Bad verwendet wird, das Metall-Basis-Material, auf dem die Plattierung durchgeführt werden soll, und das Metall (Plattierungs-Metall, das die Matrix-Phase bildet), welches das Material der Plattierungs-Schicht ist, in das Plattierungs-Bad eingetaucht werden, und eine Spannung von weniger als mehreren Volt zwischen dem Metall-Basis-Material und dem Plattierungs-Metall angelegt wird. Unter dieser Methode und unter diesen Bedingungen werden Wasserstoff-Blasen, die durch die Elektrolyse im Plattierungs-Bad auf der Oberfläche des Metall-Basis-Materials erzeugt werden, durch die Funktion der feinen Partikel dazu gebracht, für eine bestimmte Zeitspanne auf der Oberfläche des Metall-Basis-Materials zu verweilen, ohne in das Plattierungs-Bad oder die Atmosphäre emittiert zu werden. In diesem Fall funktionieren die Wasserstoff-Blasen als Modell-Formen, und die feinen Partikel lagern sich auf den Formen ab und bilden so die zweite Phase mit den Formen der Wasserstoff-Blasen. Wenn die Wasserstoff-Blasen von der Oberfläche des Metall-Basis-Materials in das Plattierungs-Bad emittieren, wird die zweite Phase mit der Form der durch die Emission verursachten Konvektion gebildet. In dem fünften Ausführungsbeispiel ist die angelegte Spannung in dem Elektro-Plattierungs-Prozess vorzugsweise 0,1 V bis 12 V.
In dem fünften Ausführungsbeispiel wird das konstituierende Material der zweiten Phase veranlasst, in einer blasen- oder streifenförmigen Form auszufällen, indem die Konvektion, die durch die im Plattierungs-Bad gebildete Blase erzeugt wird, oder das Rühren aufgrund dieser Konvektion verwendet wird, und die erzeugten Blasen oder Streifen werden miteinander gekoppelt, wodurch die langgestreckten Abschnitte und die Abschnitte mit vergrößertem Durchmesser gebildet werden, um die zweite Phase zu erhalten. Als Ergebnis wird die leitfähige Überzugs-Schicht mit der Mikro-Struktur, die in 5 gezeigt ist, erhalten.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Verbinders des sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung (Nachfolgend lediglich als „sechstes Ausführungsbeispiel“ bezeichnet) ist ein Verfahren zur Herstellung des Verbinders des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels, bei dem die leitfähige Überzugs-Schicht beinhaltet: die Matrix-Phase, die aus einem anderen Metall als Gold besteht; und die zweite Phase, die beinhaltet: langgestreckte Abschnitte, die sich in einer Tiefen-Richtung von einer Oberfläche der Matrix-Phase aus erstrecken; und Abschnitte mit vergrößertem Durchmesser, die sich in der Oberfläche der Matrix-Phase von den langgestreckten Abschnitten entlang der Oberfläche erstrecken, wobei die zweite Phase aus Gold oder einem nicht-metallischen leitfähigen Material besteht, das weniger oxidierbar ist als das Metall, das die Matrix-Phase bildet, das Verfahren beinhaltet die Bildung der leitfähigen Überzugs-Schicht durch: Herstellen von Pulver des Metalls, das die Matrix-Phase bildet; Beschichten von Oberflächen von Teilchen, die das Pulver bilden, mit einem Material, das die zweite Phase oder eine Vorstufe des Materials bildet; und Anordnen des Pulvers der beschichteten Teilchen auf dem Metall-Basis-Material, und Pressen und Erhitzen des Pulvers der beschichteten Teilchen, um ein Form-Prozess durchzuführen.
Das Metallpulver, das in dem sechsten Ausführungsbeispiel verwendet wird, ist in Partikel-Form und Partikel-Durchmesser nicht begrenzt, soweit das Pulver aus dem Metall besteht, das die Matrix-Phase bildet. Beispiele für das Metallpulver sind zerstäubtes Pulver, kopräzipitiertes Pulver und pulverisiertes Pulver des Metalls.
Auch das Verfahren zum Beschichten von Oberflächen von Partikeln, die das Metallpulver bilden, mit dem Material, das die zweite Phase oder eine Vorstufe des Materials bildet, ist nicht besonders begrenzt, und es kann das Eintauchen in eine Lösung oder einer Aufschlämmung, Verdampfen oder Besprühen oder ähnliches angewandt werden. In dem Fall, das Metallpulver, das aus Metall-Partikeln besteht, die zuvor mit dem Material beschichtet wurden, das die zweite Phase oder eine Vorstufe des Materials bildet, verfügbar ist, kann dieses Metallpulver verwendet werden.
Das Verfahren zur Durchführung eines Form-Prozess für Metallpulver, das aus Metall-Partikeln besteht, die mit dem Material beschichtet sind, das die zweite Phase oder eine Vorstufe des Materials bildet, ist nicht besonders begrenzt, soweit das Pulver und das Metall-Basis-Material, auf das das Pulver aufgetragen wird, gepresst werden kann während es erwärmt ist, um miteinander integriert zu werden. Beispiele für dieses Verfahren sind ein Verfahren, bei dem eine einachsige Druckformmaschine, die eine Heizung hat, verwendet wird, und das Heiß-Press-Verfahren. Auch die Form-Bedingungen können je nach Art des verwendeten Metall-Basis-Materials und Metallpulvers angemessen bestimmt werden.
In dem Fall, dass das Material, das die Metall-Partikel bedeckt, nicht das Material selbst ist, das die zweite Phase bildet, sondern eine Vorstufe des Materials, wird die zweite Phase durch die Durchführung eines Nachbearbeitungs-Prozess nach dem Formen erhalten. Beispiele für den Nachbearbeitungs-Prozess sind ein Oxidations-Prozess, bei dem die Erwärmung unter einer oxidierenden Atmosphäre durchgeführt wird, ein Reduktions-Prozess, bei dem die Erwärmung unter einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt wird, und ein Oxidations- oder Reduktions-Prozess, der auf der Anwendung von Licht oder Spannung beruht.
Beispiele
Nachfolgend werden die Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Beispielen weiter spezifisch beschrieben. Die Erfindung wird durch die Beispiele jedoch in keiner Weise beschränkt.
Beispiel 1
Die leitfähige Überzugs-Schicht wurde auf dem Metall-Basis-Material in einem Verfahren gebildet, das dem oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel entspricht.
Zuerst wurde eine Kupferplatte (hergestellt von The Nilaco Corporation) von 10 mm x 10 mm x 1 mm als Metall-Basis-Material, ein Zinnlegierungsdraht (Sn: 99,3%, Cu + Ni: 0,7%) von 1 mm <D als Plattierungs-Metall und eine Dispersions-Flüssigkeit, in der Ruß (hergestellt von KURETAKE Co., Ltd.) in 2%iger Salzsäure mit Poly-Oxyalkylenalkyl-Ether, der ein Tensid ist, dispergiert ist, als Plattierungs-Bad hergestellt. Dann wurden die Kupferplatte und der Zinnlegierungsdraht in das Plattierungs-Bad eingetaucht, eine Spannung von 0,7 V zwischen ihnen angelegt und ein Plattierungs-Prozess unter Bedingungen eines Stromwertes von 0,01 A und 15 Minuten durchgeführt, um die leitfähige Überzugs-Schicht zu bilden, wodurch ein Probe-Stück von Beispiel 1 erhalten wurde.
Die Oberfläche der leitfähigen Überzugs-Schicht des erhaltenen Probe-Stücks aus Beispiel 1 wurde mit einem Raster-Elektronen-Mikroskop (REM) (hergestellt von JEOL Ltd., JCM-6000Plus NeoScope™) beobachtet. Als Ergebnis wurde bestätigt, dass sich die dendriten-artige zweite Phase entlang der Oberfläche der Matrix-Phase ähnlich wie Blätter oder Blüten einer Pflanze ausbreitet. Die Zusammensetzung der leitfähigen Überzugs-Schicht wurde mit einem energie-dispersiven Röntgen-Spektrometer (EDX) überprüft, das am REM angebracht ist, und es wurde bestätigt, dass die Matrix-Phase Zinn als Hauptbestandteil und die zweite Phase Kohlenstoff als Hauptbestandteil enthält. Weiterhin, ebenso an Stellen, an denen nicht bestätigt wurde, dass die zweite Phase in der Oberfläche existiert, gab es einen Fall, in dem eine Spitze von Kohlenstoff durch das EDX beobachtet wurde. Daher kann man sagen, dass die zweite Phase in der Matrix-Phase in Richtung der Dicke der leitfähigen Überzugs-Schicht wächst, ähnlich wie Wurzeln einer Pflanze. 6A zeigt eine erhaltene REM-Abbildung, und 6B zeigt eine Abbildung einer Elementanalyse, die durch den EDX durchgeführt wurde.
Aus den oben beschriebenen Ergebnissen wird für den Fall, dass ein Verbinder unter Verwendung des Probe-Stücks aus Beispiel 1 gebildet wird, erwartet, dass selbst wenn Zinn, das die Matrix-Phase ist, oxidiert, die zweite Phase, die Kohlenstoff als Hauptkomponente enthält und dendriten-artig wächst, als elektrischer Leit-Pfad funktioniert, wodurch eine Absenkung der Leitfähigkeit unterdrückt wird und die Leitfähigkeit über einen langen Zeitraum erhalten bleibt.
Beispiel 2
Die leitfähige Überzugs-Schicht wurde auf dem Metall-Basis-Material in einem Verfahren gebildet, das dem oben beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel entspricht.
Zunächst wurden eine Kupferplatte und ein Zinnlegierungsdraht, die mit den in Beispiel 1 verwendeten identisch sind, als Metall-Basis-Material und als Plattierungs-Metall vorbereitet, und als Plattierungs-Bad wurde 2%ige Salzsäure vorbereitet. Dann wurden die Kupferplatte und der Zinnlegierungsdraht in das Plattierungs-Bad eingetaucht, eine Spannung von 0,7 bis 1 V zwischen ihnen angelegt und ein Plattierungs-Prozess unter Bedingungen eines Stromwertes von 0,02 bis 0,04 A und von einigen Minuten bis zu einer Stunde durchgeführt, bis die Bildung einer Plattierungs-Schicht visuell bestätigt wurde, um eine poröse, aus feinen Zinnteilchen bestehende Überzugs-Schicht zu bilden. Als nächstes wurden 0,5 mL einer oxidierten Graphen-Dispersion einer wässrigen Lösung auf die poröse Überzugs-Schicht aufgetragen, um in offene Poren einzudringen und eine Schicht auf der Oberfläche zu bilden, und dann wurde eine Trocknung durchgeführt, um das konstituierende Material der zweiten Phase zu erhalten. Dann wurde die Kupferplatte, auf der die poröse Überzugs-Schicht und das konstituierende Material, aus dem die zweite Phase besteht, geschichtet sind, 30 Sekunden lang bei Raumtemperatur und 0,5 MPa mit einer Druck-FormMaschine (hergestellt von AS ONE CORPORATION, Typ HP-1) gepresst. Schließlich wurde die Kupferplatte 30 Minuten lang bei 200°C in einer Stickstoff-Atmosphäre erhitzt, und es entstand ein Probe-Stück aus Beispiel 2.
Die Oberfläche der porösen Überzugs-Schicht, die sich auf der Kupferplatte bildet und auf der das oxidierte Graphen noch nicht aufgebracht war, wurde mit einem optischen Mikroskop beobachtet (hergestellt von Carl Zeiss Co., Ltd., Axioplan 2 imaging). Als Ergebnis wurde eine Struktur, in der nadelförmige feine Partikel aggregieren (7A), und eine Struktur mit schwammähnlichen Geweben, in denen feine Metall-Partikel aneinander gekoppelt sind, sowie netzartige Lufträume, die zwischen den Geweben gebildet werden (7B), bestätigt. Die Oberfläche des Probe-Stücks aus Beispiel 2 wurde mit einer ähnlichen Methode beobachtet. Als Ergebnis wurde eine Struktur, in der die Lufträume zwischen den oben beschriebenen nadelförmigen Feinpartikeln mit der zweiten Phase gefüllt sind (8A), und eine Struktur, in der die oben beschriebenen netzartigen Lufträume mit der zweiten Phase gefüllt sind (8B), bestätigt.
Aus den oben beschriebenen Ergebnissen wird für den Fall, dass ein Verbinder unter Verwendung des Probe-Stücks aus Beispiel 2 gebildet wird, erwartet, dass selbst wenn Zinn, das die Matrix-Phase ist, oxidiert wird, die dreidimensionale netzartige zweite Phase, die Kohlenstoff als Hauptkomponente enthält, als elektrischer Leit-Pfad funktioniert, wodurch eine Verringerung der Leitfähigkeit unterdrückt wird und die Leitfähigkeit über einen langen Zeitraum erhalten bleibt. Im Probe-Stück von Beispiel 2 hat die zweite Phase eine dreidimensionale netzartige Struktur. Es wird daher weiter erwartet, dass selbst dann, wenn Partikel der Matrix-Phase, die in der Nähe der Oberfläche der leitfähigen Überzugs-Schicht vorhanden sind, abblättern, durch die neu freigelegte zweite Phase ein elektrischer Kontakt ermöglicht und eine Absenkung der Leitfähigkeit unterdrückt wird.
Beispiel 3
Die leitfähige Überzugs-Schicht wurde auf dem Metall-Basis-Material in einem Verfahren gebildet, das dem oben beschriebenen fünften Ausführungsbeispiel entspricht.
Zuerst wurde eine Kupferplatte, die mit der in Beispiel 1 verwendeten identisch ist, als Metall-Basis-Material vorbereitet, ein Nickeldraht (Ni: 99,99%) von 1 mm Φ als Plattierungs-Metall bereitgestellt und eine Dispersions-Flüssigkeit, in der Ruß (hergestellt von KURETAKE Co., Ltd.) in 1 %iger Salzsäure dispergiert ist, die Poly-Oxyalkylenalkyl-Ether enthält, der ein Tensid ist, als Plattierungs-Bad bereitgestellt. Dann wurden die Kupferplatte und der Nickeldraht in das Plattierungs-Bad eingetaucht, eine Spannung von 1,2 V zwischen ihnen angelegt und ein Plattierungs-Prozess unter Bedingungen eines Stromwertes von 0,01 A und 60 Minuten durchgeführt, um die leitfähige Überzugs-Schicht zu bilden, wodurch ein Probe-Stück aus Beispiel 3 erhalten wurde. Während des Plattierungs-Prozesses wurde bestätigt, dass sich im Plattierungs-Bad Blasen gebildet haben.
Die Oberfläche der leitfähigen Überzugs-Schicht, die sich in dem erhaltenen Probe-Stück von Beispiel 3 befindet, wurde in einem Verfahren beobachtet, das dem von Beispiel 2 ähnlich ist, und es wurde bestätigt, dass die blasenartige zweite Phase dreidimensional miteinander gekoppelt ist, um eine netzartige Struktur zu bilden. Die Zusammensetzung der leitfähigen Überzugs-Schicht wurde in einem Verfahren geprüft, das dem von Beispiel 1 ähnlich ist, und es wurde bestätigt, dass die Matrix-Phase Nickel als Hauptkomponente und die zweite Phase Kohlenstoff als Hauptkomponente enthält. 9A zeigt eine erhaltene lichtmikroskopische Abbildung, und 9B zeigt eine Abbildung einer Elementanalyse, die von der EDX durchgeführt wurde.
Aus den oben beschriebenen Ergebnissen wird für den Fall, dass ein Verbinder unter Verwendung des Probe-Stücks aus Beispiel 3 gebildet wird, erwartet, dass selbst wenn Nickel, das die Matrix-Phase ist, oxidiert die dreidimensionale netzartige zweite Phase, die Kohlenstoff als Hauptkomponente enthält, als elektrischer Leit-Pfad funktioniert, wodurch eine Verringerung der Leitfähigkeit unterdrückt und die Leitfähigkeit über einen langen Zeitraum aufrechterhalten wird. Im Probe-Stück von Beispiel 3 hat die zweite Phase eine dreidimensionale netzartige Struktur. Es wird daher weiter erwartet, dass selbst dann, wenn Partikel der Matrix-Phase, die in der Nähe der Oberfläche der leitfähigen Überzugs-Schicht vorhanden sind, abblättern, durch die neu freigelegte zweite Phase ein elektrischer Kontakt ermöglicht und eine Absenkung der Leitfähigkeit unterdrückt wird.
Beispiel 4
Die leitfähige Überzugs-Schicht wurde auf dem Metall-Basis-Material in einem Verfahren gebildet, das dem oben beschriebenen sechsten Ausführungsbeispiel entspricht.
Zunächst wurde eine Kupferplatte, die mit der in Beispiel 1 verwendeten identisch ist, als Metall-Basis-Material vorbereitet und Zinnpulver (hergestellt von KISHIDA CHEMICAL Co., Ltd., mittlerer Partikel-Durchmesser 75 µm) wurde als Metallpulver vorbereitet, das die Matrix-Phase der leitfähigen Überzugs-Schicht bildet. Dann wurden das Auftragen und Trocknen einer wässrigen Lösung aus oxidiertem Graphen (hergestellt von ALLIANCE Biosystems, Inc., monolayer oxidiertes Graphen GO-W-60) viermal auf das Zinnpulver wiederholt, wodurch eine Schicht aus oxidiertem Graphen auf der Oberfläche der Zinnteilchen, die das Zinnpulver bilden, gebildet wurde. Als nächstes wurde das Zinnpulver, auf dem eine Schicht aus oxidiertem Graphen gebildet wird, auf die Kupferplatte aufgebracht, und es wurde ein Press-Form-Verfahren unter Verwendung einer Tisch-Pressen-Maschine durchgeführt, um ein Laminat mit Schichten aus Zinn und oxidiertem Graphen auf der Kupferplatte zu bilden. Schließlich wurde das Laminat einem Erwärmungs- und Reduktions-Prozess unter Bedingungen von 200°C und 10 Minuten in einer Stickstoff-Atmosphäre unterzogen, das oxidierte Graphen zu Graphen reduziert und ein Probe-Stück aus Beispiel 4 erhalten.
Die Oberfläche der leitfähigen Überzugs-Schicht, die sich in dem erhaltenen Probe-Stück von Beispiel 4 befindet, wurde in einem Verfahren beobachtet, das dem von Beispiel 2 ähnlich ist, und die Matrix-Phase, die aus der Aggregation von kompressionsverformten Partikeln besteht, und die zweite Phase, welche die Oberflächen der Partikel beschichtet, die Lufträume zwischen den Partikeln ausfüllt und die sich in einer dreidimensionalen netzartigen Struktur ausbildet, wurden bestätigt. 10 zeigt eine erhaltene optische mikroskopische Abbildung.
Aus den oben beschriebenen Ergebnissen wird für den Fall, dass ein Verbinder unter Verwendung des Probe-Stücks aus Beispiel 4 gebildet wird, erwartet, dass selbst wenn Zinn, das die Matrix-Phase ist, oxidiert wird, die dreidimensionale netzartige zweite Phase, die Kohlenstoff als Hauptkomponente enthält, als elektrischer Leit-Pfad funktioniert, wodurch eine Verringerung der Leitfähigkeit unterdrückt wird und die Leitfähigkeit über einen langen Zeitraum erhalten bleibt. Im Probe-Stück von Beispiel 4 hat die zweite Phase eine dreidimensionale netzartige Struktur. Deshalb wird weiterhin erwartet, dass selbst in dem Fall, dass Partikel der Matrix-Phase, die in der Nähe der Oberfläche der leitfähigen Überzugs-Schicht vorhanden sind, abblättern, durch die neu freigelegte zweite Phase ein elektrischer Kontakt ermöglicht und eine Absenkung der Leitfähigkeit unterdrückt wird.
Vergleichendes Beispiel 1
Um zu bestätigen, dass die zweite Phase mit einer dreidimensionalen netzartigen Struktur in der leitfähigen Überzugs-Schicht den Effekt des Schutzes der Matrix-Phase erreicht, wurde eine Überzugs-Schicht erzeugt, welche die zweite Phase nicht einschließt, und die Korrosionsbeständigkeiten gegen eine Säure wurden miteinander verglichen.
Ein Probe-Stück aus Vergleichsbeispiel 1 wurde in einem Verfahren erhalten, das dem von Beispiel 4 ähnlich ist, außer dass die Oberflächen der Zinnteilchen, aus denen das Zinnpulver besteht, nicht mit oxidiertem Graphen beschichtet wurden und dass der Reduktions-Prozess auf dem Laminat nicht durchgeführt wurde.
Das Probe-Stück von Vergleichsbeispiel 1 und das von Beispiel 4 wurden 16 Tage lang in eine 3%ige wässrige Salzsäurelösung getaucht, und ihre Korrosionsgrade wurden miteinander verglichen. Beim Probe-Stück aus Vergleichsbeispiel 1 betrug die Massenreduktion 48%, beim Probe-Stück aus Beispiel 4 dagegen betrug die Massenreduktion weiterhin 35%. Aus den Ergebnissen kann gesagt werden, dass die zweite Phase, die sich in der Matrix-Phase in einer dreidimensionalen netzartigen Struktur ausbildet, zur hohen Leitfähigkeit der leitfähigen Überzugs-Schicht beiträgt und darüber hinaus die Funktion hat, eine Verschlechterung der Leitfähigkeit zu unterdrücken.
Gemäß der Erfindung ist es möglich, einen Verbinder bereitzustellen, in dem die Leitfähigkeit über einen langen Zeitraum erhalten bleibt. In den bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung, bei denen die zweite Phase eine dreidimensionale netzartige Struktur in der leitfähigen Überzugs-Schicht bildet, ist es möglich, einen Verbinder bereitzustellen, bei dem Verschlechterungen wie Oxidation und Korrosion unterdrückt werden. Daher ist die Erfindung insofern nützlich, als dass ein Verbinder sehr haltbar gemacht werden kann und über einen langen Zeitraum funktionieren kann. In der oben beschriebenen Überzugs-Schicht, bei der die zweite Phase eine dreidimensionale netzartige Struktur bildet oder die gesamte Oberfläche durch die zweite Phase beschichtet wird, ist selbst in dem Fall, dass zum Beispiel eine zivile oder architektonische Struktur, eine Pflanze, ein Fahrzeug, ein künstlicher Knochen oder Zahn oder ähnliches als Basis-Material verwendet wird, ein Effekt zu erwarten, bei dem die leitfähige Überzugs-Schicht einen solchen Gegenstand vor Verschlechterungsfaktoren schützt.
Bezugszeichenliste

1: elektrisches Kontakt-Material
2: Basis-Material aus Metall
3: leitfähige Überzugs-Schicht
31: Matrix-Phase
32: Zweite-Phase
321: langgestreckter Abschnitt
322: Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018056119 A [0007, 0009]
JP 2012049107 A [0008, 0010]
JP 2013011016 A [0008, 0010]

Claims

Ein Verbinder, der ein elektrisches Kontakt-Material (1) umfasst, das ein Metall-Basis-Material (2) und eine leitfähige Überzugs-Schicht (3) auf einer Oberfläche des Metall-Basis-Materials (2) enthält, wobei die leitfähige Überzugs-Schicht (3) beinhaltet: eine Matrix-Phase (31), die aus einem anderen Metall als Gold besteht; und eine zweite Phase (32), die beinhaltet: langgestreckte Abschnitte (321), die sich in einer Tiefen-Richtung von einer Oberfläche der Matrix-Phase (31) aus erstrecken; und Abschnitte mit vergrößertem Durchmesser (322), die sich in der Oberfläche der Matrix-Phase (31) von den langgestreckten Abschnitten entlang der Oberfläche erstrecken, wobei die zweite Phase (32) aus Gold oder einem nicht-metallischen leitfähigen Material besteht, das weniger oxidierbar ist als das Metall, das die Matrix-Phase (31) bildet.
Der Verbinder gemäß Anspruch 1, wobei die Abschnitte mit vergrößertem Durchmesser (322) eine gesamte Oberfläche der Matrix-Phase (31) bedecken.
Der Verbinder gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Phase (32) aus einem Kohlenstoff-Material besteht.
Der Verbinder gemäß Anspruch 3, wobei das Kohlenstoff-Material ein Graphen und/oder ein Kohlenstoff-Nano-Röhrchen ist.
Der Verbinder gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die langgestreckten Abschnitte (321) eine dreidimensionale netzartige Struktur bilden.
Der Verbinder gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Matrix-Phase (31) aus einem Metall besteht, aus der Gruppe von: Nickel, Kobalt, Kupfer, Silber, Chrom, Zink, Zinn, Legierungen dieser Metalle.
Der Verbinder gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Matrix-Phase (31) kristallin oder amorph ist.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Verbinders gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, das Verfahren umfasst die Bildung der leitfähigen Überzugs-Schicht (3) durch: Bereitstellen eines Plattierungs-Bades, das ein Komponenten-Element der zweiten Phase enthält; und Durchführen eines Elektro-Plattierungs-Prozess, bei dem das Metall-Basis-Material (2) in das Plattierungs-Bad eingetaucht wird, um eine Plattierungs-Schicht zu erhalten, in der die zweite Phase (32) in einer dendriten-artigen Weise in der Matrix-Phase (31) wächst.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Verbinders gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, das Verfahren umfasst die Bildung der leitfähigen Überzugs-Schicht (3) durch: Bereitstellen eines Plattierungs-Bades; Durchführen eines Elektro-Plattierungs-Prozess, bei dem das Metall-Basis-Material (2) in das Plattierungs-Bad eingetaucht wird, um eine poröse Plattierungs-Schicht zu erhalten, die aus einer Aggregation feiner Teilchen mit einer Zusammensetzung der Matrix-Phase (31) besteht; und Füllen offener Poren der porösen Plattierungs-Schicht und Bedecken mindestens eines Teils der Oberfläche der porösen Plattierungs-Schicht mit einem Material, das die zweite Phase (32) oder eine Vorstufe des Materials bildet.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Verbinders gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, das Verfahren umfasst die Bildung der leitfähigen Überzugs-Schicht (3) durch: Bereitstellen eines Plattierungs-Bades, das ein Komponenten-Element der zweiten Phase enthält; und Durchführen eines Elektro-Plattierungs-Prozess, bei dem das Metall-Basis-Material (2) in das Plattierungs-Bad eingetaucht wird, um eine Plattierungs-Schicht zu erhalten, die aus feinen Teilchen mit einer Zusammensetzung der Matrix-Phase (31) und einem Material, das die zweite Phase (32) oder einer Vorstufe des Materials bildet, das die Räume zwischen den feinen Metallteilchen ausfüllt.
Verfahren zur Herstellung eines Verbinders gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, das Verfahren umfasst die Bildung der leitfähigen Überzugs-Schicht (3) durch: Bereitstellen eines Plattierungs-Bades, das ein Komponenten-Element der zweiten Phase enthält; und Durchführen eines Elektro-Plattierungs-Prozess, bei dem das Metall-Basis-Material (2) in das Plattierungs-Bad eingetaucht wird, unter Bedingungen, bei denen Blasen oder Konvektion im Plattierungs-Bad gebildet werden, um eine Plattierungs-Schicht zu erhalten, welche die zweite Phase (32) mit einer Form, in der Blasen oder Streifen miteinander gekoppelt sind, in der Matrix-Phase (31), beinhaltet.
Verfahren zur Herstellung eines Verbinders gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, das Verfahren umfasst die Bildung der leitfähigen Überzugs-Schicht (3) durch: Bereitstellen von Pulver des Metalls, das die Matrix-Phase (31) bildet; Beschichten von Oberflächen von Teilchen, die das Pulver bilden, mit einem Material, das die zweite Phase (32) oder eine Vorstufe des Materials bildet; und Aufbringen des Pulvers der beschichteten Teilchen auf das Metall-Basis-Material (2) und Pressen und Erhitzen des Pulvers der beschichteten Teilchen zur Durchführung eines Form-Prozess.