JP3215452B2 - 電 極 - Google Patents
電 極Info
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Description
の先端につけられたハンドラーやICソケット等の高弾
性と高信頼性を要求される電極に関する。
の表面に、酸化防止のために金、白金及びロジウム等の
貴金属のメッキ被膜を施したものが知られている。従っ
て、基材は引張強さ及び弾性が低く、繰り返し使用し
ているうちに、ばね特性が弱り、へたりとか折れが生じ
ていた。被検査物の半田とか、銀とかが電極に付着し
て酸化し、絶縁性のごみとなり、接触不良となってい
た。又、電極の先端についたごみを取ろうとすると、
酸化防止のための貴金属メッキ被膜まで落ちてしまうな
どの問題があり、長期の使用に耐えなかった。
うな問題に鑑みてなされ、弾性及び耐摩耗性に優れた長
寿命電極を提供することを目的としている。
極との接触の際に弾性変形を伴う電極であって、比較的
硬い導電材の基材の上に、該基材より硬い導電性の金属
化合物を主成分とする上地被膜と、前記金属化合物の成
分である金属の下地被膜とからなる積層被膜を設けた、
前記基材に比して高い弾性限度を有する電極によって達
成される。
膜を形成しているため、密着層が基材と硬質層の密着強
度を強め、硬質層が基材から剥離しなくなる。また、基
材より硬い積層被膜を基材に形成することにより、引張
強さ及び弾性限度が高くなり、ばね特性が改善される。
る。図1に本発明の実施例にかかるICテスター4のコ
ンタクト1の斜視図を示し、図2にそのICテスター4
のコンタクト1の先端部の拡大断面を示している。
がある金属のステンレスを基材3として、積層被膜2を
形成したものであり、基材3の表面に下地被膜としてチ
タン(Ti)からなる密着層2aを形成し、その上の上
地被膜に、主として窒化チタン(TiN)からなる硬質
層2bを形成したものである。チタン及び窒化チタンは
いずれも導電性があり、かつ硬いものであり、更にコン
タクト1の酸化を防止することができる。
下のようなイオンプレーティング法によって行なった。
図3に示すような、排気弁6を介して真空排気系(図示
せず)に接続される真空槽5の中に設けられた支持板1
0に基材3を取りつけた。基材3と対向する位置に蒸発
物質としてチタン(Ti)の入った水冷銅製ハース7と
中空陰極型電子銃8とを設けた。又、他のノズル9から
は反応性ガスとして窒素ガスが供給される。
0-5Torrとした。次いで中空陰極型電子銃8にアル
ゴンガスを流しながら(5×10-4Torrになる)水
冷銅製ハース7と電子銃8との間に直流電源RFスター
ター(DC・RF)により電圧をかけ、中空熱陰極放電
を起こしてチタンを蒸発させ、支持板10にバイアス電
圧−50Vをかけると、基材3の表面にチタン被膜が形
成された。次いでノズル9から窒素ガスを導入し、内部
の真空度が2×10-3Torrになるように調整する
と、基材3上には更に窒化チタン(TiN)被膜が形成
された。X線回折によって調べたところ、この被膜は主
として窒化チタン(TiN)からなり、その他にチタン
(Ti)も含まれていた。以上の方法によって得られた
密着層2aのチタン被膜の厚さはコンマ数μm、窒化チ
タンを主とする硬質層2bの膜厚は約2μmであった。
上記工程中の成膜速度は0.1〜0.3μm/minで
あった。又、得られたコンタクト1の硬質層2bの上か
らマイクロビッカース硬度計で硬度を測定したところ、
約HV 1400であった。
って被膜の固着力が増加する。密着層2aを設けずに直
接硬質層2bを形成すると固着力が弱く、使用している
うちに剥離してしまう。密着層の厚さは1μm以下でも
充分であった。
と形成しない基材とについて弾性を比較するため、図3
に示す真空槽5を用い、コンタクト1の形状の基材3に
変えて、同じくステンレスを基材とするが、その厚さが
0.2mmである試料を支持板10に吊り下げて、上述
したコンタクト1の基材3に積層被膜2を形成させたの
と同様の方法により(なお、形成する積層被膜の厚さ
も、作業内容も同じであるのでその説明を省略す
る。)、ステンレス基材にチタンの密着層と窒化チタン
の硬質層からなる積層被膜を形成させた。これを巾×長
さが10mm×70mmとなるように切りだし、実験用
試料15を作製した。
試料15の一端(長さ20mm)を固定支持し、他端、
すなわち自由端に力を加えて、弾性限度(応力とともに
生じた歪みが応力を取り去った後に消滅して、材料が完
全に弾性を保つ最大限の応力をいうが、応力とともに生
じた撓みが応力を取り去った後に消滅して、材料が完全
に弾性を保つ最大限の撓みの長さを測定する。)を示す
撓み量Fを測定したところ、撓みが20mmであった。
これに対して、積層被膜の形成されていない基材は6m
mであり、積層被膜を形成させたことにより弾性限度が
3倍以上となり、ばね特性が大巾に改善されることがわ
かる。
を形成したもののヤング率を測定すると287×10N
/mmと従来使用しているベリリウム銅の約2.26倍
(積層被膜を形成しないステンレス鋼SUS304とベ
リリウム銅では約1.5倍、機械工学便覧、材料編によ
ればステンレス鋼SUS304は197GPa、ベリリ
ウム銅は130GPa)であった。
とを各々ICテスターに組み込んで以下の比較実験を行
なった。従来のコンタクトは、ベリリウム銅製の表面に
金(Au)メッキしたものである。
3に、円筒体11を介在させて一定荷重Pを加え、コン
タクト1の先端部を押しつけ、ICリード13に電流を
流すテストを100サイクルづつ行なった。実験後の従
来コンタクト及び本実施例のコンタクトの接触した面を
それぞれ図6のA及び図6のBに示す。従来コンタクト
は図6のAに示すように表面に半田の付着が生じ、その
付着部の一部に黒色部が見られた。又、付着部以外に
も、黒色部が見られた。これらの黒色部は、金被膜が接
触するICリード13によってコンタクトから剥離し、
ベリリウム銅が酸化して生じたものと考えられる。更に
外部からのごみ及び半田の付着とも考えられる。
は図6のBに示すように変色がなく、初期状態と全く同
等であった。
イクルの実験をした時点で接触部に不具合の生じたもの
が3%あった。(良品が不良と判定された)本実施例の
コンタクトでは不具合は発生しなかった。
どうかを調べるために次の実験を行なった。
タクトのそれぞれに一定の電圧をかけ、負荷抵抗を変え
て0.092〜0.75mAの電流を流し、相関係数を
求めたところ、0.999という値が得られ、両コンタ
クトでは電気特性上の差は認められなかった。
した実例を示す。
ばねの基材の頭部表面のみにチタン及び窒化チタンの積
層被膜2が形成された構造であるので、コンタクトの下
部の被膜を設けていない部分を半田付けすることができ
る(窒化チタンには半田付けができない)。
サイクルの連続試験を行なったところ、ほんの少しの変
色が認められた。これを紙やすりでこすると、変色部の
みきれいに落ち、新品同様となった。
したのが変色部であり、紙やすりでこすることにより窒
化チタン膜上の半田はきれいに落ち、窒化チタン膜は紙
やすりより硬いので、落ちないためコンタクトの表面は
新品同様となる。
行なった。従来コンタクトは2〜3本折れが発生した
が、本発明品は、異常が全く発生しておらず、本発明は
従来品より非常に優れた特性を示した。
較的硬く、かつ導電性の高いものである。図8は各種化
合物の硬さと融点の関係を示す図であり、図9は各種化
合物の電気比抵抗を示す図であるが、硬度がヌープ硬度
(HN )で約1200以上、かつ電気比抵抗が約10-4
Ω・cm以下であればよく、具体的にはチタン(T
i)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、ニッケ
ル(Ni)、ニオブ(Nb)、バナジウム(v)の窒化
物、炭化物又は硼化物が使用できる。これらはいずれも
酸化しにくいものであり、基材の酸化を防ぐためにも有
効である。
以外は全く同一の条件で、次のような実験を行なった。
基材にステンレスばねを用いた点も同様である。
窒素ガスの代わりにメタンガスを導入して、チタンから
なる密着層と、炭化チタン(TiC)を主とする硬質層
を形成した。
ウム(Hf)を用い、窒素ガスを導入してハフニウムか
らなる密着層と、窒化ハフニウム(HfN)を主とする
硬質層を形成した。
ル(Ni)を用い、窒素ガスを導入してニッケルからな
る密着層と、窒化ニッケル(Ni3 N2 )を主とする硬
質層を形成した。
ステンレスばねにチタン(Ti)膜を3〜5μm形成
し、イオン注入にて硼素を注入することによって、チタ
ン膜の表面に硼化チタン(TiB)を主とする硬質層を
形成した。
ンタクトを用い、ICテスターの導通を繰り返す操作を
行なったが、いずれも先の実施例の場合と同様、変色及
び付着もなく、良好な結果が得られた。
が、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明
の技術的思想に基き種々の変形が可能である。
法によって積層被膜を形成したが、スパッタ法によって
もよい。
を考慮し、目的に応じて選定できるが、厚さについては
コンマ数μm〜10μmの範囲で変えられる。又、ばね
特性を調整するため、積層被膜を三重以上の多層膜にし
てもよい。
ンレスばねを用いたが、代わりにステンレス以外の鉄合
金、ニッケル合金や銅合金、アルミニウム合金、タング
ステン、モリブデン、チタンも使用できる。更に、基材
の表面に直接積層被膜を形成したが、基材の表面に予め
熱処理やコーティング層を施した後に積層被膜を形成し
てもよい。
ているが、被測定物とのなじみを良くする必要がある場
合には、更にその上に金や白金の被膜を形成してもよ
い。この場合は蒸着やスパッタにより膜厚を100〜8
00Å程度にすればよい。
タクトに高弾性電極を用いたがICソケットのICリー
ドの受け口や電磁リレー等のばね電極にも使用できる。
グ方法を採用しているため、基材に銅合金よりも引張強
さ及び弾性限度の高い材料を選ぶことができる。又基材
が銅合金であったとしても本発明の被膜は弾性限度を向
上させるのに有効な方法なので、ばね特性が改善され、
長寿命となる。
の電極には付着しにくく、付着したごみを取ろうとする
と酸化防止被膜(金メッキ)まで取れてしまうが、本発
明の被膜は、従来品の被膜より基材との密着強度が非常
に強く、剥離することは殆どない。又、被膜自体が付着
したごみより硬いので、ごみだけを取ることが容易にで
きる。
厚さ、層の数等を変えることにより、目的に応じた弾性
を有する高弾性電極を適宜選択することができ、更には
基材が強化された分だけ、基材を薄くして材料費も節約
できる。
視図である。
面図である。
ある。
図である。
施例のコンタクトについて、導通試験を5000回行な
った後の接触した面を示す図である。
ついて、電気特性を比較したグラフである。
る。
Claims (3)
- 【請求項1】 他の電極との接触の際に弾性変形を伴う
電極であって、比較的硬い導電材の基材の上に、該基材
より硬い導電性の金属化合物を主成分とする上地被膜
と、前記金属化合物の成分である金属の下地被膜とから
なる積層被膜を設けた、前記基材に比して高い弾性限度
を有する電極。 - 【請求項2】 前記基材が銅合金、鉄合金、ニッケル合
金、アルミニウム合金、タングステン、モリブデン、チ
タンのうちいずれか1つである請求項1に記載の電極。 - 【請求項3】 前記金属がチタン、タンタル、ニッケ
ル、ニオブ、バナジウム、ハフニウムのうちいずれか1
つであり、前記金属化合物が前記金属の窒化物、炭化物
又は硼化物である請求項1又は2に記載の電極。
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JP15558091A JP3215452B2 (ja) | 1991-05-30 | 1991-05-30 | 電 極 |
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---|---|---|---|
JP15558091A Expired - Lifetime JP3215452B2 (ja) | 1991-05-30 | 1991-05-30 | 電 極 |
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---|---|---|---|---|
WO2006064546A1 (ja) * | 2004-12-14 | 2006-06-22 | Advantest Corporation | コンタクトピン、それを用いたプローブカード及び電子部品試験装置 |
KR100747077B1 (ko) | 2005-12-16 | 2007-08-07 | 가부시키가이샤 아드반테스트 | 콘택트핀, 그것을 사용한 프로브 카드 및 전자부품시험장치 |
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-
1991
- 1991-05-30 JP JP15558091A patent/JP3215452B2/ja not_active Expired - Lifetime
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