JP2593568B2

JP2593568B2 - 電気的デバイスの接点のメッキ方法

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Publication number: JP2593568B2
Application number: JP2013465A
Authority: JP
Inventors: アレクサンダーホールデンクラレンス; ホンロウヘンリー
Original assignee: アメリカンテレフォンアンドテレグラフカムパニー
Priority date: 1989-02-01
Filing date: 1990-01-23
Publication date: 1997-03-26
Anticipated expiration: 2012-03-26
Also published as: CA2007578C; EP0384579A1; US4891480A; JPH02234318A; DE69030458T2; DE69030458D1; CA2007578A1; EP0384579B1

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は電気的デバイスに関する。更に詳細には、本
発明は高性能電気接点を有する電気的デバイスに関す
る。

［従来の技術］多くの電気的デバイスは接触抵抗の低い高性能接点を
必要とする。このような接点はプラグ、ピン、リレー、
集積回路などにおいて広範に使用されている。電気的デ
バイス用のコネクタで使用される接点の一般的な仕様と
して、接触抵抗が50ミリオーム（ｍΩ）未満であること
という要件が含まれている。更に、接点は大気腐食に対
して耐性があり、多数回の動作サイクルの全体を通して
その性能を維持できなければならない。

着脱可能な集積回路基板で使用される常用タイプのコ
ネクタの一例は“ワイピングコネクタ（wiping connect
or）”である。このコネクタでは、二つの接点表面が、
接続が為されるにつれて、互いに“擦合う”。このよう
な擦合接点は一般的に、回路基板の端部に配設され、そ
して、回路基板が対応するレセプタクルに挿入される際
に、接点自体は少なくとも部分的にクリーンになる。他
のタイプのコネクタは“ゼロ挿入力（zero insertion f
orce）”（ZIF）コネクタである。このコネクタでは、
第１の接点表面が第２の表面に対して法線方向に移動
し、擦合作用なしに接触を果たす。このタイプのコネク
タは集積回路基板の表面のどの位置にも配設することが
できる。従って、回路設計の柔軟性が大幅に向上され
る。

金、白金およびパラジウムのような貴金属は、接触抵
抗が低く、化学的に不活性であり、しかも、特に硬化用
添加剤と合金を形成した場合に、優れた耐摩擦性を示す
ので、接点材料として特に好適であることが知られてい
る。貴金属を使用する接点はしばしば、銅またはニッケ
ルをメッキした銅のような安価な金属の導電性支持体か
らなる。この場合、貴金属は接点表面を形成するような
形でメッキされる。例えば、広く使用されているタイプ
の一例の金電極は銅支持体と、この上に形成されたニッ
ケル中間層および厚さ25マイクロインチ（0.6μｍ）
の、コバルトで硬化された金表面層とからなる。

貴金属は値段が極めて高いので、接点中のこのような
貴金属の使用量は重要な問題である。一般的に、低多孔
性、低電気抵抗および耐摩耗性を確保するには金表面層
の厚さは0.6μｍ以上でなければならない。接点中の貴
金属の全部または一部の代わりに比較的安価な非貴金属
を使用すればコストを大幅に低減できるであろう。しか
し、非貴金属は精密な接点表面用の貴金属よりも信頼性
に劣ることが知られている。例えば、或る種のデバイス
では接点表面材料としてニッケルが使用されているが、
これは酸化されやすく、結果的に電気抵抗が増大するの
で、高性能接点に使用することはできない。電気メッキ
ニッケル薄膜の詳細な説明および特性に関しては、エム
・ロビンス（M.Robbins）らが、“プレーティングア
ンドサーフェスフィニッシング（Platingu and Sur
face finishing）”（1983年３月発行）の56〜59頁に開
示した「接点用電気メッキニッケル合金薄膜の特性」と
題する論文、エム・ロビンス（M.Robbins）らが、“エ
スクテンディッドアブストラクツオブザエレク
トロケミカルソサエテイー（Extended Abstracts of
the Electorochemical society）”の1987年秋季会議で
発表した「電解質の関数としての電気メッキNi薄膜の安
定性」と題する論文、ジェー・ケー・デニス（J.K.Denn
is）およびテイー・イー・サッチ（T.E.Such）の「ニッ
ケルおよびクロムメッキ」，第２版（ロンドンのバター
ウオース出版から1982年に発行）などに記載されてい
る。また、酸性溶液から接点表面にニッケルとアンチモ
ンの合金を電気メッキする方法は1985年５月21日に発行
された米国特許第4518469号明細書に開示されている。

一般的な実施においては、接点表面が無光沢または艶
消仕上の状態よりもむしろ、光沢を有しピカピカの仕上
面になるような工程も含められる。無光沢仕上は一般的
に接点表面が酸化状態、多孔質またはその他の汚染状態
もしくは破裂状態にあることを示すので、光沢仕上は表
面的にも一層受け入れられるものであり、しかも、好ま
しいものである。しかし、1986年１月14日に発行された
米国特許第4564565号明細書には接点表面に結晶形のニ
ッケルを電着することによる艶消仕上電気接点表面の形
成方法が開示されている。この方法はTiF₆,ZrF₆,HfF₆お
よびTaF₇からなる群から選択される特定のアニオンとニ
ッケル塩を含有するメッキ浴から電着する工程を含む。

接点の表面上に不純物が存在すると、下部材料の導電
性に拘らず、コネクタの接触抵抗を著しく増大させる。
化学的に不活性な特性は一般的に、貴金属でメッキされ
た表面に酸化物が生成されたり、あるいは、その他の分
解生成物が形成されることを抑制するが、非貴金属の酸
化は問題になる。このような酸化は一般的に、接触抵抗
を増大させる強付着性の絶縁層を形成する。更に、炭化
水素類、塩類、微小塵埃などのような空中に浮遊する汚
染物が堆積した場合にも接点の接触抵抗を増大させ易く
なる。擦合接点の擦合作用は一般的に、疎雑な表面汚染
物を除去することはできるが、強固に付着した酸化物層
は簡単には除去されない。更に、ZIF形コネクタには擦
合作用なしに低接触抵抗接続を形成することが要求され
る。

［発明が解決しようとする課題］従って、本発明の目的は、接触抵抗の低い、耐久性の
ある高性能接点を有する電気的デバイスを提供すること
である。

本発明の別の目的は、非貴金属表面に形成された接触
抵抗の低い、耐久性のある高性能接点を提供することで
ある。

［課題を解決するための手段］前記目的を達成するために、本発明では、硬質な艶消
金属被膜の表面を含む優れた非貴金属接点を有する電気
的デバイスを提供する。まず、本発明においては、この
ような優れた接点を選別するための判定方法として、ヌ
ープ硬度数が少なくとも300で、拡散反射率が約20％未
満で、正反射率が約２％未満であるか否かを判定基準と
して接点の表面粗さを判定する。本発明を説明するため
に使用されている用語の「艶消仕上面」とは、拡散反射
率が約20％未満で、正反射率が約２％未満であることを
特徴とする表面を意味する。本発明の説明において、拡
散反射率は、ASTM規格のタイトルE97−82に規格されて
いるような、琥珀色のライトによる０度および45度方向
からの反射率と定義する。次に、本発明の電気的デバイ
スは、接点の表面が平均して約90度未満の尖頂角を有す
る凹凸からなることを特徴としている。長期間の使用に
よる耐摩耗性と信頼性を確保するために、表面はまた、
「硬質」でなければならない。本発明の説明のために、
「硬質」という用語は、少なくとも300のヌープ硬度数
（HK）を有するものと定義する。本発明の接点は、50
℃、相対湿度95％の促進酸化条件に20日間暴露させた後
でも、50gのテスト荷重において50mΩ未満の接触抵抗を
有する。

また、本発明においては、メッキ浴中でカソードとし
て導電性支持体を電気メッキすることにより接点の導電
性領域を形成する。

本発明の一実施例では、硬化ニッケル組成物は35℃〜
70℃の範囲内の温度に保たれ、約7.5〜8.5の範囲内のpH
を有する電解浴から金属接点表面に電解的にメッキされ
る。ニッケル／リンおよびニッケル／コバルト組成物を
使用すると特に優れた結果が得られる。ニッケル／リン
が最も好ましい。これらの材料はヌープ硬度数が300以
上で、酸化テスト後の接触抵抗が10mΩ未満の、所望の
表面形態を有する艶消仕上面を形成する。

［実施例］以下、図面を参照しながら本発明を更に詳細に説明す
る。

本発明によれば、硬質な艶消仕上面の領域を有する接
点を含む電気的デバイスが提供される。このような表面
は低接触抵抗と高耐摩耗性および耐酸化性をもたらす。

本発明の説明において、「艶消仕上面」とは、拡散反
射率が約20％未満で、正反射率が約２％未満であるよう
な仕上面を意味する。前記のように、拡散反射率は琥珀
色のライトによる０度および45度方向からの反射率とし
て定義される。これは、表面に垂直に入射されたビーム
から、45度の角度で表面から反射する光の量の尺度であ
る。測定に使用される光は琥珀色のフィルタを通して濾
波された可視波長範囲内の光でなければならない。低拡
散反射率は無光沢の艶消仕上面または、散乱なしに光を
反射する鏡様の高反斜面の何れかにより得ることができ
る。正反射率は反射により測定された放射輝度対直接測
定された放射輝度の比率の尺度である。正反射率判定基
準は艶消仕上低拡散反射面と鏡様低拡散反斜面とを区別
するために使用される。

艶消面は急峻な尖頂を有する微視的な凹凸の領域を含
むことが好ましい。「急峻な尖頂を有する」とは、前記
のような領域中の凹凸が平均して、約90度未満の尖頂角
を有しなければならないことを意味する。これらの微視
的な凹凸の尖頂角は反射電子鏡検法を用いた試験により
測定できる。反射電子鏡検法は、「視射角」と呼ばれ
る、一般的に、約２度（0.03ラジアン）未満の極めて僅
かな角度で表面と交差する電子顕微鏡ビームを照射する
ことにより、検体の微視的表面形態を測定する方法であ
る。凹凸の結晶構造により反射される光を焦点合わせ
し、そして、結像させることにより、凹凸の形状および
大きさを写真で表すことができる。この点については、
スー（Hsu）がジャーナルオブバキュウムサイエ
ンステクノロジービー（J.Vacuum Science Technol
ogy B），第３巻、第４号、1985年７月/8月,1035〜1036
頁に開示した論文も参照されたい。その後、結像された
凹凸の尖頂角を測定し、平均凹凸角を決定する。

この微視的凹凸を有する艶消仕上面が摩耗に耐えるた
めには、表面の金属のヌープ硬度数（HK）が、ヌープ圧
子を用いる標準的な硬さ試験機で測定して、少なくとも
300以上でなければならないことが発見された。この硬
さを有しない艶消仕上面は摩耗して平滑になり、その結
果、望ましい艶消仕上特性を失う。ヌープ圧子を用いる
電気メッキ被膜の微小硬度の標準的な試験方法の詳細な
記載はASTM規格、タイトルB578−87およびF384−84に開
示されている。要するに、この試験では、所定の荷重で
ダイヤモンド形状のプローブを電気メッキ面に発射し、
被膜の硬さを測定する。

本発明により作製された接点は、50℃、相対湿度95％
の促進酸化条件に20日間暴露された後でも、50gの試験
荷重において、50mΩ未満の接触抵抗を有する。下記に
述べる実施例において、接触抵抗（Rc）は、ASTM規格、
タイトルB539−80（1985）およびB667−80に記載されて
いるように、周知の試験方法により測定した。ASTM規
格、タイトルE104に記載された方法に従い、水溶液によ
り一定の温度と相対湿度に維持した。

艶消仕上面として使用するのに好都合な金属は硬化ニ
ッケルである。ニッケル用の好適な硬化添加剤は周知で
あり、リンおよびコバルトならびにクマリンのような様
々な有機材料などが挙げられる。ニッケル用の硬化添加
剤の更に詳細な説明は、ダブリュ・エッチ・サフラナッ
ク（W.H.Safranak）著の「電気メッキ金属および合金の
特性」、AESF学会，第２版（1986年発行）に開示されて
いる。

艶消仕上されたニッケル表面の耐酸化性に関する考え
られるうる説明は、生成するニッケル酸化物の絶縁層が
凹凸の鋭角性により機械的に接触すると簡単に破壊され
ることである。凹凸が他の表面と接触した時に発生する
局所的な高応力部分は酸化物層中に多数の微小な亀裂を
生成し、これにより電気的接触が為されるものと思われ
る。

本発明の好都合な実施例では、硬化ニッケル組成物は
メッキ浴から金属支持体に電気メッキされる。このメッ
キ浴は、ニッケルイオン（好ましくはNi⁺⁺）の可溶性
源、ニッケル硬化添加剤（好ましくはリンまたはコバル
ト）源、ニッケルを溶液状に維持するための錯化剤、お
よびメッキ浴のpHを約7.0〜8.5に維持するために十分な
量の水酸化アンモニウム（NH₄OH）を含有する。ニッケ
ルイオン源としてNiCl₂を使用し、錯化剤として塩化ア
ンモニウムまたはクエン酸アンモニウムもしくは両方を
使用すると優れた結果が得られる。

メッキ電流が水の解離よりもむしろニッケルのメッキ
に使用されるようにするため、メッキ浴中のニッケルイ
オン濃度は電流密度に対して十分に高くなければならな
い。最大ニッケル濃度は一般的に、単に、使用される特
定のニッケル化合物の溶解度限界に等しい。NiCl₂・6H₂
として供給されるニッケルを最小濃度約30g/、最大濃
度約20g/で使用することにより優れた結果が得られ
る。

所望の表面特性を有する艶消仕上被膜は、メッキ浴の
pHを約7.5〜8.5、好ましくは、7.7〜8.3の範囲内の比較
的に中性か、または僅かに塩基性に維持することにより
金属支持体上にメッキされる。メッキ浴のpHが約7.0未
満になると、ニッケルイオンは溶液から沈殿しやすくな
る。アンモニアは例えば、水酸化ナトリウムのようなナ
トリウム塩として浴中に堆積しないので、水酸化アンモ
ニウム（NH₄OH）を添加することによりメッキ浴のpHを
維持することが好ましい。メッキ浴のpHは約8.5、好ま
しくは、約8.3以下に維持し、アンモニアの過剰な蒸発
を防止する。これは、本発明の方法の標準的な操作温度
において、pHが約９以上ではアンモニアが急速に蒸発す
る傾向があるためである。

不都合なことに、ニッケルイオンは本発明のメッキ浴
の操作条件でNi（OH）_２として沈殿を起こし易い。ニッ
ケルイオンを溶液状態に維持するために、塩化アンモニ
ウム（NH₄Cl）またはクエン酸アンモニウム［（NH₄）₂H
C₆H₅O₇］もしくはこの両方のような錯化剤をメッキ浴に
添加することが好ましい。過剰量の塩化アンモニウムは
メッキ浴にあまり悪影響を与えないが、塩生成が起こる
ほどの過剰量を添加すべきではない。約150g/以下、
好ましくは、約５〜80g/の範囲内でNH₄Clを使用する
と良好な結果が得られる。クエン酸アンモニウムはNH₄C
lの一部分を代用する錯化剤として有用である。しか
し、クエン酸イオンがニッケルイオンよりも過剰にある
と、ニッケルイオンの還元よりも水の分解が優先的に起
こり易くなり、その結果、ニッケルメッキの電流効率が
低下する。ニッケルイオンと結合せず、競合反応がメッ
キ効率を著しく低下させなければ、その他の適当な錯化
剤も使用できる。

所望の最小硬度の300HKを得るのに、ニッケルと併用
するのに適した硬化剤はリンである。好適なニッケル／
リン被膜は、所望の硬度を得るために、少なくとも約0.
01原子％（a/o）以上のリンを含有しなければならな
い。好ましくは、被膜は約0.1〜0.5a/oのリンを含有し
なければならない。本発明の電解メッキ法を使用する
と、約3a/o以上のリンを含有するNi/P被覆を得ることは
困難であるが、約8a/o以下のリンを含有する被覆も使用
できる。しかし、リンの含有量が約8a/o以上になると、
Ni/Pは非昌質になるので好ましくない。

Ni/Pメッキ浴は電着中にニッケルと結合する利用可能
なリンの可溶性源を含有しなければならない。Ni/P被膜
中のリン源として亜リン酸（H₃PO₃）を使用すると良好
な結果が得られる。H₃PO₃を約５〜80g/の好ましい範
囲内で使用すれば、メッキ浴に悪影響を及ぼすことなく
メッキ中に所望のリン濃度が得られる。その他の好適な
リン源としては、可溶性リンイオン塩、次亜リン酸（PO
₂）化合物などがある。しかし、リン酸（PO₄）基は被膜
にリンを供給するには安定すぎるので、使用には適さな
い。

前記のメッキ浴を電解質的に使用し、導電性金属支持
体カソードにニッケル／リン被膜を形成する。約５〜20
0mA/cm²の電流密度を使用すると良好な結果が得られ
る。この範囲内ならば、電流密度が高いほど、一層硬質
な被膜を形成しやすい。この硬度の増大は、高電流密度
で加えられたNi/P被膜中の高リン含量によるものと思わ
れる。5mA/cm²未満の電流密度では、メッキ速度が実際
的な速度よりも遅くなりすぎる。200mA/cm²超の電流密
度では望ましくない光沢被膜を形成しやすい。

ニッケル硬化剤としてコバルトを使用する場合、コバ
ルトは可溶性で、利用可能な形で供給しなければならな
い。コバルト源としてCoCl₂・6H₂Oを使用すると良好な
結果が得られる。しかし、その他の適当なコバルト源は
当業者に明らかである。

メッキ浴を普通に撹拌すると好ましい艶消仕上が促進
される。撹拌しすぎても、あるいは、撹拌しなさすぎて
も許容できない光沢仕上面が形成されやすい。特定の浴
組成および電流密度について適正な撹拌量は、対照サン
プルを使用することにより容易に確認できる。メッキ浴
について好適な温度は約35〜70℃である。下記の実施例
で説明するように、約35℃未満の浴温度は促進老化試験
で品質的に劣る被膜を形成することが発見された。ま
た、70℃超の温度では、浴中のアンモニア濃度を維持す
るのに不都合であった。浴温度は一般的に、約40〜65℃
の範囲内に維持される。

本発明の別の実施例では、金の層が艶消仕上導電性面
の最上部に被着される。最小厚さが約１〜５マイクロイ
ンチ（0.025〜0.13μｍ）の金の薄いフラッシュメッキ
層はワイピング（擦合）接点用の潤滑剤として機能す
る。その結果、耐摩耗性を改善する。厚さが５〜10マイ
クロインチ（0.13〜0.25μｍ）の金被膜を使用すると特
に良好な結果が得られる。厚さが約10マイクロインチ
（0.25μｍ）超の金層も接点表面に保護性の光沢被膜を
与える。本発明の艶消仕上面の優れた耐摩耗性と耐酸化
性のために、厚さが25マイクロインチ（0.6μｍ）未満
の金被膜により優れた結果を得ることができる。金被膜
を本発明の艶消仕上面に被着する場合、凹凸は動作摩耗
サイクル中に、金被膜を所定の箇所に保持する機能を果
たすものと思われる。

実施例１僅かに塩基性（約7.5〜8.0のpH値）のアンモニア性メ
ッキ浴で、銅支持体上にNi/PおよびNi/Co接点被膜を電
解的にメッキした。このメッキ浴はニッケル源として塩
化ニッケルを、リン源としてリン酸を、コバルト源とし
て塩化コバルトを、錯化剤としてクエン酸アンモニウム
および／または塩化アンモニウムを、また、pH維持用に
水酸化アンモニウムをそれぞれ含有していた。下記の表
１に使用した４種類のメッキ浴の組成を示す。

本発明によりNi/PおよびNi/Coメッキ層を形成する一
般的な条件として、温度45〜５℃および電流密度25〜10
0mA/cm²を使用した。メッキ浴No.2により形成された代
表的なNi/P被膜はオージェ電子分光法（AES）で測定し
て約0.3a/oのリンを含有していた。メッキ液を調製する
際、ニッケルはpH6〜７の範囲内でNi（OH）_２としてメ
ッキ液から沈殿しやすいので、近似量の水酸化アンモニ
ウムを迅速に添加し、そして、激しく撹拌することが望
ましいことが発見された。

前記の各メッキ浴中で銅支持体をメッキすることによ
り製造されたサンプルについて拡散反射率、正反射率お
よび硬度を測定した。更に、硬化剤を全く含有しない標
準的なNiCl₂ワッツ（Watts）ニッケルメッキ浴から艶消
仕上面を有する銅支持体を電気メッキすることにより比
較用サンプルを製造した。拡散反射率は“T"サーチユニ
ットを有するホトボルトモデル577反射計により、600nm
のピーク波長をもたらした琥珀色フィルタを使用して測
定した。測定を始める前に、約20％の反射率標準によ
り、反射計をゼロ反射率で較正した。正反射率も同じ反
射計で測定した。但し、“M"サーチユニットを使用し
た。全てのサンプルが２％未満の正反射率を有してい
た。

硬度は前記のように、ヌープ圧子を有する標準的な硬
度試験機を用いて測定した。下記の試験において、硬度
プローブ上で50gの荷重を使用した。結果はヌープ硬度
数（HK）で表される。下記の表２に拡散反射率と硬度の
結果を示す。

平均凹凸角は、120kVで操作されるフィリップス400電
子顕微鏡を用いて、反射電子鏡検法（REM）により測定
した。REM測定のために、サンプルを３×1mmの面積に切
断した。次いで、これらのサンプルを、入射電子ビーム
が約0.01ラジアンの視射角で表面に当射するように、電
子顕微鏡の単傾ホルダに実装した。これにより、電子ビ
ームはサンプル表面の凹凸により反射され、暗視野上に
結像される。従って、REM像から表面形態のプロファイ
ルが得られた。このプロファイルから各凹凸に尖頂夾角
を測定した。本発明の代表的な実施例として、前記のN
o.3のメッキ浴は、約45度の平均凹凸夾角を有すること
が発見された。ワッツのニッケルサンプルの平均夾角は
約90度であった。

下記の試験において、プローブを制御するための改造
微小硬度試験機と、サンプルを位置決めするためのコン
ピュータプログラム可能なＸ−Ｙステージを用いて接触
抵抗（Rc）を測定した。Rcは荷重50gで測定した。報告
された値は、0.5mm段階の規定グリッドパターについて
行われた50回の測定の幾何平均である。プローブとして
純金のワイヤ（直径0.5mm）を使用した。接触抵抗は乾
燥回路モードで、自動切替マイクロアンペア計（ケイス
リー（Keithley）モデル580）により測定した。この試
験では、テストサンプルで発生するかもしれない薄膜の
絶縁破壊を防止するために、最大開回路電圧を20mVに限
定した。制御とデータ捕捉のためにパソコン（AT ＆ T
モデル6300）を使用した。

実施例２前記のNo.1メッキ浴の組成を使用し、浴温度の変更結
果を試験した。下記の表３に、50℃、相対湿度95％の雰
囲気に晒すことにより老化されたサンプルの接触抵抗
（Rc:単位ｍΩ）に対するメッキ浴温度（℃）の効果を
示す。浴のpHは7.5〜8.0に維持した。また、メッキは25
mA/cm²の電流密度で行った。サンプルの様々な箇所で接
触抵抗を測定した。下限および上限測定値を下記の表３
に示す。

サンプルは浴温30℃でメッキした。望ましくない光沢
仕上面は殆ど有していなかった。また、Ni/Pメッキ膜の
Rcは50℃、95％RHに20日間暴露した後、50mΩ以上に増
大した。このテスト結果は、この雰囲気に晒すことによ
り全てのサンプルについて接触抵抗の増加も示す。しか
し、35℃以上のメッキ浴から製造されたサンプルの場
合、20日間晒した後でも、接触抵抗は10mΩ以下のまま
であった。

実施例３前記のNo.2のメッキ浴組成を使用し、温度約45℃、pH
約7.8および電流密度約27mA/cm²で銅支持体をメッキす
ることによりテストサンプルを製造した。このサンプル
を50℃、95％RHのテスト条件に９日間晒した。サンプル
の多数の箇所で接触抵抗を測定した。結果を第１図にグ
ラフで示す。このグラフは所定のレベル（単位:mΩ）以
下の接触抵抗（Rc）を有する測定箇所の百分率の累積確
率分布プロットを示す。図示された結果は、測定箇所の
99％が10mΩ以下の接触抵抗であることを示している。

実施例４実施例３と同じ方法でテストサンプルを製造した。こ
のサンプルに厚さ0.06μｍの金のフラッシュメッキ層を
更に被着させた。このサンプルについて、周知の“クリ
ーブランド”促進環境試験（バーダー（Barder）ら、
「電気接点現象に関する技術セミナー会報」,IEEE,1978
年,341頁参照）を105日間の期間にわたって行った。こ
のクリーブランド試験は、一般的な都市工業環境で使用
されると予想される接点に関する現実的な促進酸化試験
であると思われる。空調されていない屋外環境と比較し
た場合の促進係数は大雑把に20〜25であり、空調された
室内環境と比較した場合の促進係数は約100である。す
なわち、90日間試験は標準的な環境条件に５〜25年間暴
露されたものと同等であると思われる。第２図に、105
日間暴露した後にテストサンプルの様々な箇所で測定し
た接触抵抗の累積確率分布プロットを示す。図示された
結果は、金がフラッシュメッキされたNi/Pサンプルの99
％が接触抵抗2mΩ未満であることを示している。

実施例５前記のNo.3のメッキ浴組成を使用し、温度約55℃、pH
約7.9および電流密度約54mA/cm²で銅支持体をメッキす
ることによりNi/Pテストサンプルを製造した。比較のた
めに、第２の支持体には標準的なワッツのニッケルメッ
キ浴から艶消仕上膜をメッキした。Ni/Pテストサンプル
は50℃、95％RHの促進酸化を125日間行った。一方、ワ
ッツのニッケルサンプルは同じ環境に96時間晒した。第
３図に、前記の実施例３に記載したように測定した両テ
ストサンプルの接触抵抗の累積確率分布プロットを示
す。図示された結果は、Ni/Pサンプルの99％が5mΩ未満
の接触抵抗を示すのに対して、ワッツのニッケルメッキ
膜は、僅かに96時間しか晒されていないのに、対応する
99％以上が100mΩを越える接触抵抗を示す。

実施例６前記のNo.4のメッキ浴組成を使用し、温度約55℃、pH
約8.0および電流密度約75mA/cm²でメッキすることによ
りNi/Coテストサンプルを製造した。前記の実施例と同
様に、Ni/Coテストサンプルを50℃、95％RHの条件で125
日間促進酸化した。第４図に、前記の実施例３に記載し
たように測定したテストサンプルの接触抵抗の累積確率
分布プロットを示す。図示された結果は、99％が10mΩ
未満の接触抵抗を示す。

実施例７前記の実施例の方法によりメッキされたNi/Pテストサ
ンプルを、代表的なコバルト硬化金メッキ比較サンプル
と一緒に、耐摩耗性について試験した。耐摩耗性は、ワ
イピングタイプのコネクタについて発生する摩耗に似せ
た交差ワイヤ摩耗試験法を用いて評価した。この試験方
法の詳細な内容は、“電気接点現象に関する技術セミナ
ー会報",IIT研究所発行（1967年11月６〜９日）の１〜2
0頁に記載された、シー・エー・ホールデン（C.A.Holde
n）の「接点用電気メッキ被膜の摩耗性研究」という論
文に開示されている。この摩耗試験方法を使用し、同様
なコネクタの金メッキを評価した。二本のメッキワイヤ
（直径2mm）をそれらの軸が直角になるように装置に装
架した。上部のワイヤは固定状態で保持し、一方、摩耗
製品を、端部を積み重ねる代わりに、摩耗トラックの側
面に押し付けるために、下部のワイヤは45度の角度で前
後に移動させた。平衡ビーム装置により下部のワイヤを
押圧することにより200gの荷重をかけた。試験の前に、
ワイヤを有機潤滑剤により潤滑した。硬化金で製造され
ている場合であっても、コネクタは一般的に、摩耗初期
の段階では、何らかの種類の潤滑剤を必要とする。Ni/P
サンプルの耐摩耗性は硬質金サンプルの耐摩耗性と同様
に、2000摩耗テストサイクルを通して良好であった。

実施例４におけるように金の薄いフラッシュメッキ層
で被覆されたNi/Pサンプルについても耐摩耗性試験を行
った。軟質金の比較的薄い層は初期摩耗における潤滑剤
として機能することが発見された。従って、このような
場合には、有機潤滑剤は不要である。前記のように、硬
化金サンプルの耐摩耗性は2000テストサイクルを通して
良好であった。

実施例８前記のように、接点表面が汚染環境に晒されている場
合、ZIFタイプのコネクタは良好な低接触抵抗を形成す
ることが重要である。前記のNo.3のメッキ浴組成を使用
し、実施例５と同じ条件でNi/Pメッキテストサンプルを
製造した。銅支持体に標準的なコバルト硬化金をメッキ
することにより比較用サンプルを製造した。次いで、こ
の両方のサンプルを23℃の周囲実験室空気に２ヶ月間晒
した。その後、前記の実施例３と同様に、接触抵抗試験
を行った。結果を第５図に示す。これらの結果から明ら
かなように、金メッキサンプル（Au）の平均接触抵抗は
実験室環境に晒された後に増大したが、Ni/Pサンプルは
優れた低接触抵抗を維持した。両方のサンプルの表面と
も実験室空気中の不純物により汚染されたが、微視的な
凹凸を有するNi/P表面はこのような汚染に対して高い耐
性を有するものと思われる。

比較のために、前記のような米国特許第4564565号明
細書に開示された方法により作製された艶消仕上面を有
するサンプルを製造した。このサンプルは前記特許明細
書に記載されているように、TiF₆およびZrF₆添加剤を用
いて製造した。TiF₆を使用する場合、製造し得る最高硬
度の被膜の硬度は約285HKであった。これは140mA/cm²超
の電流密度を使用することにより得られた。140mA/cm²
以下の電流密度における硬度は全て215HK以下であっ
た。ZrF₆被膜サンプルの場合、140mA/cm²超の電流密度
で最良の硬度は約265HKであった。これよりも低い電流
密度では、硬度は全て245HK以下であった。これらのサ
ンプルは何れも、300HKよりも高い硬度を必要とする本
発明の要件に適合しない。

前記の実施例では被膜材料として硬化ニッケルを使用
した。しかし、本発明の要件に適合する硬質艶消仕上面
を形成する金属は全て好適に使用できる。例えば、コバ
ルトは艶消仕上被膜を形成するのに好適な別の非貴金属
金属である。艶消仕上被膜は、パラジウムからも製造で
き、これは光沢仕上パラジウム被膜よりも有望である。

本明細書で使用されている用語および表現は記述の用
語として使用されているのであって、限定するために使
用されているものではない。従って、このような用語お
よび表現の使用において、これらにより示され、記載さ
れた特徴と同等なもの、および、それらの一部分を排除
する意図は全くない。本発明にもとることなく、様々な
改変が為し得ることは当業者に明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により製造されたNi/Pメッキサンプルの
促進酸化試験に結果を示すグラフ図である。第２図は本発明により製造された金のフラッシュメッキ
層を有するNi/Pメッキサンプルの促進酸化試験に結果を
示すグラフ図である。第３図は本発明により製造されたNi/Pメッキサンプル
と、ワッツのニッケルメッキ浴からメッキされた比較サ
ンプルの促進酸化試験に結果を示すグラフ図である。第４図は本発明により製造されたNi/Coメッキサンプル
の促進酸化試験に結果を示すグラフ図である。第５図は本発明により製造されたNi/Pメッキサンプルと
比較用金メッキサンプルについて、これらを汚染環境に
暴露した後に行った接触抵抗試験の結果を示すグラフ図
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ヘンリーホンロウアメリカ合衆国、07922 ニュージャージィ、バークレイハイツ、マーチンスレーン 72 (56)参考文献特開昭54−110470（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−134417（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−29021（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−278292（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−121716（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性領域を含む接点を有する電気的デバ
イスの接点のメッキ方法において、（ａ）可溶性ニッケルイオン塩、利用可能なニッケル硬
化元素の可溶性源およびニッケルイオンを溶液状態に維
持する手段を有するメッキ浴を準備し、（ｂ）メッキ浴の温度を35℃〜70℃の範囲内に維持し、
かつ、メッキ浴のpHを約7.0以上のレベルに維持し、（ｃ）前記メッキ浴中で導電性支持体をカソードとして
電気メッキすることにより、ヌープ硬度数が少なくとも
300で、拡散反射率が約20％未満で、正反射率が約２％
未満である艶消仕上面を有する硬化ニッケルメッキ層を
含む導電性領域を形成することを特徴とする電気的デバイスの接点のメッキ方法。
【請求項２】前記メッキ浴の温度を40℃〜65℃の範囲内
に維持することを更に特徴とする請求項１記載の電気的
デバイスの接点のメッキ方法。
【請求項３】前記メッキ浴のpHを約7.7〜8.3の範囲内の
レベルに維持することを更に特徴とする請求項１記載の
電気的デバイスの接点のメッキ方法。
【請求項４】前記ニッケル硬化元素は、リンまたはコバ
ルトであることを更に特徴とする請求項１記載の電気的
デバイスの接点のメッキ方法。
【請求項５】前記ニッケル硬化元素はリンであり、前記
リンの可溶性源はリン酸または次亜リン酸もしくは塩で
あることを更に特徴とする請求項４記載の電気的デバイ
スの接点のメッキ方法。
【請求項６】前記硬化ニッケルメッキ層は0.01〜0.8原
子％の範囲内のリンを含有するニッケル／リン材料から
なることを更に特徴とする請求項４記載の電気的デバイ
スの接点のメッキ方法。
【請求項７】前記ニッケル／リン材料は0.1〜0.5原子％
の範囲内のリンを含有することを更に特徴とする請求項
６記載の電気的デバイスの接点のメッキ方法。
【請求項８】前記硬化ニッケルメッキ層は少なくとも0.
01原子％のコバルトを含有するニッケル／コバルト材料
からなることを更に特徴とする請求項４記載の電気的デ
バイスの接点のメッキ方法。
【請求項９】前記ニッケルイオンを溶液状態に維持する
前記手段は１種類以上の可溶性アンモニウム塩からなる
錯化剤であることを更に特徴とする請求項１記載の電気
的デバイスの接点のメッキ方法。
【請求項１０】前記メッキ浴のpHを維持する前記工程は
メッキ浴に水酸化アンモニウムを添加する工程を含むこ
とを更に特徴とする請求項１記載の電気的デバイスの接
点のメッキ方法。
【請求項１１】前記艶消仕上面は、平均して約90度未満
の尖頂角を有する凹凸からなることを更に特徴とする請
求項１記載の電気的デバイスの接点のメッキ方法。
【請求項１２】前記導電性領域は前記艶消仕上面の上に
金層を有し、この金層は約0.025〜0.6μｍの範囲内の厚
さを有することを更に特徴とする請求項１記載の電気的
デバイスの接点のメッキ方法。