DE69019264T2

DE69019264T2 - Verfahren zur Behandlung einer Goldplattierungsschicht.

Info

Publication number: DE69019264T2
Application number: DE69019264T
Authority: DE
Inventors: Tomio Hirano; Kinya Horiba; Minoru Ikeda; Hideaki Murata
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1989-07-31
Filing date: 1990-07-31
Publication date: 1995-10-26
Anticipated expiration: 2010-08-01
Also published as: US5111023A; EP0415107A2; EP0415107B1; EP0415107A3; JPH0364494A; DE69019264D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung eines Goldplattierungsfilms, und insbesondere ein Verfahren zur Behandlung einer Goldschicht, die elektrochemisch beispielsweise auf einem elektrischen Kontaktmaterial abgelagert ist, so daß die Dicke der Goldplattierungsschicht ohne Verschlechterung von deren Kontaktwiderstand und Lebensdauer verringert werden kann.

BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK

Elektrische Kontakte werden in weitem Ausmaß auf verschiedenen Gebieten der Technik eingesetzt, und die Oberfläche des elektrischen Kontakts ist normalerweise mit einem Edelmetall plattiert, insbesondere mit Gold, um die Oberflächenstabilität und Lebensdauer des Kontakts zu verbessern, da Gold einen niedrigen Kontaktwiderstand und einen hohen Korrosionswiderstand aufweist.
In praktisch jedem Goldplattierungsfilm steht jedoch, da es kleine Defektstellen wie beispielsweise Poren gibt, wo die Filmdicke gering ist, die obere Oberfläche des Goldfilms mit dessen unterer Oberfläche in Verbindung (dies wird als Nadellöcher bezeichnet). Wird daher der Goldfilm einer korrosiven Umgebung ausgesetzt, so tritt in der Hinsicht eine Schwierigkeit auf, daß ein Korrosionseffekt aufgrund der Bildung eines Lokalelements zwischen einem Substratmetall (gewöhnlich einer Nickelplattierungsschicht) und der Goldplattierungsschicht hervorgerufen wird, was dazu führt, daß das Korrosionsprodukt oder die Substanz des Substrats von dessen Oberfläche ausgeschieden wird, was zu einer Erhöhung des Kontaktwiderstands des elektrischen Kontakts führt. Konventionellerweise war es daher erforderlich, die Oberfläche des Kontakts mit einem relativ dicken Goldplattierungsfilm zu beschichten, um die kleinen Poren innerhalb des Films soweit wie möglich auszuschalten, oder die Verschlechterung der Eigenschaften des Goldfilms zu verhindern.
Aus Versuchen weiß man, daß eine ausreichende Dicke des Goldfilms etw 0,5 um beträgt, wenn nur der Kontaktwiderstand und der Abriebwiderstand berücksichtigt werden. Da die Dicke des Goldplattierungsfilms zwischen 2,0 und 2,5 um liegt, unter Berücksichtigung der voranstehend geschilderten Korrosion infolge der Bildung eines Lokalelements, hervorgerufen durch das Vorhandensein von Poren, tritt in der Praxis allerdings die Schwierigkeit auf, daß die Kosten für das Kontaktmaterial unvermeidlich zunehmen.
Wenn eine große Anzahl von Gitterfehlern in dem Goldplattierungsfilm vorhanden ist, so wird zusätzlich die Lebensdauer der Kontaktteile durch die Gitterfehler noch weiter verschlechtert, da die Ausbreitung der Korrosion bei diesen Gitterfehlern beginnt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Unter Berücksichtigung dieser Schwierigkeiten besteht das Hauptziel der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Behandlung eines elektrochemisch plattierten Goldfilms, so daß die Dicke des Goldfilms minimalisiert werden kann, durch Ausschalten kleiner Poren und von Gitterfehlern, ohne die Kontakteigenschaften zu verschlechtern.
Um das voranstehend geschilderte Ziel zu erreichen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung der Einsatz von Strahlung zur Verbesserung golplattierter elektrischer Kontakte vorgesehen, wie nachstehend im Patentanspruch 1 angegeben.
Vorzugsweise wird der beinahe geschmolzene Film einer zweiten Bestrahlung ausgesetzt, deren Energie geringer ist als die erste Bestrahlungsenergie, um den beinahe geschmolzenen Film auszuglühen, bevor der geschmolzene Film allmählich in Luft abgekühlt wird. Die erste und zweite Bestrahlungsenergie ist Elektronen- oder Laserstrahlenergie. Die Intensität der zweiten Bestrahlungsenergie beträgt etwa 2/3 der Intensität der ersten Bestrahlungsenergie.
Bei dem Goldplattierungsfilm-Behandlungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, da zumindest der Oberflächenabschnitt (beispielsweise t/3) des Goldfilms geschmolzen oder beinahe geschmolzen wird, kleine Poren innerhalb des Goldfilms und die sich ergebenden Nadellöcher auszuschalten. Wenn der geschmolzene Goldfilm weiter ausgeglüht wird, so ist es darüber hinaus möglich, das Vorhandensein von Gitterfehlern innerhalb des Goldfilms zu minimalisieren. Daher ist es möglich, die Dicke des Goldplattierungsfilms wesentlich zu verringern. Beispielsweise im Falle elektrischer Kontakte kann die Dicke des Goldplattierungsfilms auf etwa 0,5 um verringert werden, ohne die Kontakteigenschaften zu verschlechtern, verglichen mit dem Goldfilm nach dem Stand der Technik, der auf ein Kontaktsubstratmaterial in einer Dicke von 2,0 bis 2,5 um aufplattiert ist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein schematisches Blockschaltbild, welches ein Beispiel für eine Laserbestrahlungsvorrichtung zeigt, die zur Durchführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird; und
Fig. 2 ist eine Tabelle, in welcher die Beziehungen zwischen der Golddicke, der Dicke der durch einen Laser geschmolzenen Goldschicht, Vorhandensein oder der Abwesenheit eines Laserglühens, und den Kontakteigenschaften aufgeführt sind.

DETAILLIERTE BSCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Das Merkmal des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung besteht in der Bestrahlung eines Golplattierungsfilms, der durch ein stromloses oder elektrisches Plattierungsverfahren gebildet wird, mit einem Laser oder einem Elektronenstrahl, um zumindest den Oberflächenabschnitt des Goldfilms in einen geschmolzenen oder beinahe geschmolzenen Zustand zu versetzen. Das geschmolzene Gold wird dann zum Rekristallisieren an Luft abgekühlt, um kleine Poren auszuschalten, die unvermeidlich innerhalb des Goldplattierungsfilms gebildet werden. Weiterhin wird vorzugsweise der geschmolzene Goldfilm mit einem weiteren, schwächeren Laser- oder Elektronenstrahl bestrahlt, vor der Abkühlung in Luft, um das geschmolzene Gold auszuglühen, um hierdurch Gitterfehler auszuschalten.
Obwohl auch ein Elekronenstrahl als Bestrahlungsenergie eingesetzt werden kann, ist andererseits der Laserstrahl, der in weitem Ausmaß auf verschiedenen Werkzeugmaschinen- und medizinischen Gebieten eingesetzt wird, einfach zu handhaben und zu kontrollieren. Daher wird ein geeigneter Laserstrahlgenerator dazu verwendet, den Goldplattierungsfilm entsprechend den Formen der Kontaktteile zu bestrahlen.
Da der Brennpunkt eines Laserstrahls einfach eingestellt werden kann, und die Wellenform eines Laserstrahls einfach so gesteuert werden kann, daß sich ein kontinuierlicher (DC) oder gepulster Laserstrahl ergibt, ist es möglich, einfach geeignete Bestrahlungsenergiebedingungen auf der Grundlage vorheriger Versuche festzulegen.
Das wirksamste Bestrahlungsverfahren, um das Ziel der vorliegenden Erfindung zu erreichen, besteht in der Bestrahlung der Goldfilmoberfläche zweifach, durch ein Bestrahlungsverfahren in zwei Stufen. Daher wird der Laser auf die Goldfilmoberfläche kontinuierlich oder gepulst aufgestrahlt, bis zumindest der Filmoberflächenabschnitt geschmolzen oder beinahe geschmolzen ist, und daraufhin wird die Bestrahlungsenergieintensität für den Kühlvorgang verringert, um nicht nur die kleinen Poren zu verringern, welche die Filmoberfläche durchdringen, sondern auch wesentlich die Gitterfehler.
Auf der Grundlage des voranstehend geschilderten Verfahrens ist es möglich, Kontaktteile mit ausreichend hoher Widerstandsfähigkeit zur Verfügung zu stellen, die eine relativ geringe Dicke des Goldfilms aufweisen, die zur Erfüllung der Anforderungen an die Kontakteigenschaften ausreicht.
Da bei dem Behandlungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung der Goldplattierungsfilm zuerst mit einem Laserstrahl so bestrahlt wird, daß er in einen Zustand gelangt, in welchem zumindest die Filmoberfläche geschmolzen oder beinahe geschmolzen ist, ist es möglich, kleine Poren innerhalb des Films und zur Filmoberfläche hin freiliegende Nadellöcher auszuschalten. Da die geschmolzene Oberfläche allmählich durch nachfolgende Bestrahlung der geschmolzenen Oberfläche mit einer relativ schwachen Bestrahlungsenergie abgekühlt wird, ist es darüber hinaus möglich, das Auftreten interner Gitterfehler zu minimalisieren.

(BEISPIELE)

Nachstehend werden im einzelnen Versuchsproben, ein Lasergenerator, ein Untersuchungsverfahren, und ein beschleunigtes Korrosionsuntersuchungsverfahren beschrieben.
Tabelle 1 führt durchschnittlich Versuchsergebnisse von fünf Proben für jedes Beispiel auf. In der Tabelle sind Vergleichsbeispiele (eine nicht bestrahlte Probe und eine Probe, die mit einem dicken Film aus Gold plattiert ist) zusammen für Vergleichszwecke aufgeführt.

Proben:

Ein innerer Nickelfilm mit einer Dicke von etwa 1,0 um wurde auf einem Basis-(Substrat-)Material durch chemisches Plattieren ausgebildet, und dann wurde durch elektrolytisches Plattieren ein Goldfilm mit einer Dicke von 0,5 um auf dem inneren Nickelfilm ausgebildet.

Versuchs-Lasergenerator:

Es wurde ein YAG-Laser (Yttrium-Aluminium-Garnet) verwendet. Die maximale Strahlungsenergie betrug 400 Watt; die Impulsbestrahlungszeit war zwischen 0,5 Millisekunden und kontinuierlich einstellbar; und die Impulsfrequenz war steuerbar innerhalb eines Bereiches zwischen 0,2 und 500 Hz.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, weist die Laserbestrahlungsvorrichtung einen Lasergenerator 1 auf, eine Optik 2 zum Führen eines Laserstrahls zu einer Versuchsprobe 3, die auf einem beweglichen Tisch 4 angeordnet ist, und einen Fernsehüberwachungsbildschirm 5, einen Computer 6 zum Steuern des Laserstrahlgenerators 1 über eine Laserleistungssteuerung 7, und auch des beweglichen Tisches 4 über eine Tischsteuerung 8. Wenn daher die Laserbestrahlungsbedingungen wie Laserleistung, Laserwellenform, Laserbestrahlungsfrequenz, Laserbestrahlungszeit, die Tischverschiebungsgeschwindigkeit und so weiter, vorher entsprechend der Dicke und der Form der elektrischen Kontakte programmiert werden, und in den Computer 6 geladen wurden, so ist es daher möglich, automatisch den Goldplattierungsfilm zu schmelzen und auszuglühen, der ein elektrisches Kontaktteil beschichtet, am Ende des automatischen Goldplattierungsvorgangs.

Kontaktversuchsverfahren:

Der Kontaktwiderstand wurde dadurch gemessen, daß ein Goldstift, der einen Krümmungsradius von 0,5 mm am Ende aufwies, in Druckkontakt mit den Versuchsproben unter einer Kontaktbelastung von 100 gf gebracht wurde. Die gemessenen Werte sind Mittelwerte an zehn unterschiedlichen Orten.

Beschleunigter Korrosionsversuch:

Die Proben wurden acht Stunden lang innerhalb einer korrosiven Luftatmosphäre aufbewahrt, die eine Schwefeldioxidkonzentration (Dichte) von 1000 ppm aufwies, bei 90% (relativer Feuchte) und 40ºC. Darüber hinaus wurden die anderen Abschnitte der Probe, die nicht durch Goldplattierung abgedeckt waren, mit einem Schutzanstrich abgedeckt.
Die folgenden Beispiele liegen außerhalb des Schutzumfangs von Patentanspruch 1.

Beispiel 1

Di Poben wurden 20 ms lang bestrahlt, mit einem Laserstrahl einer Leistung von 3,0 W/cm² (auf der Probenoberfläche) und einer Frequenz von 10 Hz, durch Verschiebung des Laserstrahls mit einer Geschwindigkeit von 1 mm. Daraufhin wurden die Proben in Luft abgekühlt. Unter diesen Bedingungen wurde etwa 1/3 der Dicke des Goldfilms beinahe geschmolzen.

Beispiel 2

Die Proben wurden mit einem Laserstrahl bei einer Leistung von 5,0 W/cm² unter sonst denselben Bedingungen wie im Beispiel 1 bestrahlt. Unter diesen Bedingungen wurde praktisch der gesamte Goldfilm geschmolzen, und wurde in Luft abgekühlt.

Beispiel 3

Die Proben wurden mit demselben Laserstrahl wie im Beispiel 2 bestrahlt, um praktisch den gesamten Goldfilm zu schmelzen. Daraufhin wurde die Laserleistung auf 2/3 der Anfangsintensität verringert, um die Probenfilmoberflächen noch weiter auszuglühen. Dann wurden die Proben in Luft abgekühlt.
Tabelle 1 zeigt, daß die Glühwirkung (Beispiel 3) sich von den Beispielen 1 und 2 unterscheidet. Darüber hinaus entsprechen die Goldplattierungsfilme mit einer Dicke von 0,5 um der Beispiele 1 bis 3 im Korrosionsversuch dem Goldplattierungsfilm nach dem Stand der Technik mit einer Dicke von 2,5 um (Vergleichsbeispiel 2).
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine hohe Verläßlichkeit zu erzielen, die beinahe gleich jener golplattierter Kontaktteile ist, trotz der Tatsache, daß die Dicke des Goldplattierungsfilms wesentlich verringert wird, was dazu führt, daß eine Verschwendung von Ressourcen verhindert wird, oder zu einer Verringerung der Kosten für Kontaktteile.
Da bei der vorliegenden Erfindung die Behandlungszeit kurz ist, und ein einfacher Lasergenerator verwendet werden kann, ist es darüber hinaus möglich, die Bestrahlungsbehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung für die Kontaktteile zur Verfügung zu stellen, nach der Goldplattierungsbehandlung entlang eines Fließbands zur automatischen Goldplattierung, wodurch es möglich ist, die Produktivität für Kontaktteile zu verbessern.

Claims

1. Verfahren zur Verbesserung goldplattierter elektrischer Kontakte, die einige Nadellöcher innerhalb eines plattierten Films aufweisen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

i) elektochemisches Plattieren des Kontakts mit Gold in Form eines Films mit einer Dicke zwischen 0,5 und 2,0 um,

ii) eine erste Bestrahlung des Films mit ausreichender Energie, um Nadellöcher innerhalb des Films auszuschalten, und einen Oberflächenabschnitt des Films in einen geschmolzenen Zustand zu versetzen, jedoch nicht ausreichend, die Gesamtdicke des Films zu schmelzen;

iii) Aussetzen des bestrahlten Films einer zweiten Bestrahlungsenergie, die schwächer als die erste Bestrahlungsenergie ist, zum Ausglühen des Films; und

iv) Abkühlen des Films.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die erste und zweite Bestrahlungsenergie Laserstrahlenergie ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die erste und zweite Bestrahlungseneergie Elektronenstrahlenergie ist.

4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welchem die Intensität der zweiten Bestrahlungsenergie etwa das 2/3-fache der Intensität der ersten Bestrahlungsenergie beträgt.

5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welchem die Dicke des Goldplattierungsfilms etwa 0,5 um beträgt, wenn der Goldfilm auf ein Substratmaterial eines elektrischen Kontakts aufplattiert ist.

6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welchem zumindest ein Drittel der Dicke des Goldplattierungsfilms in einen geschmolzenen Zustand versetzt wird.