JP6655325B2 - 電気接触子及び電気部品用ソケット - Google Patents

Description

本発明は、電気部品と配線基板とを電気的に接続する電気接触子、及び、この電気接触子を備え、電気部品を着脱可能に収容しつつ配線基板上に配置固定される電気部品用ソケットに関する。

従来から、電気部品用ソケットとして、電気部品であるＩＣ（Integrated Circuit）パッケージを収容してバーンイン試験等の性能試験を行うＩＣソケットがある。かかるＩＣソケットは、ＩＣパッケージと配線基板とを電気的に接続する電気接触子として、表面に金属メッキを施したコンタクトピンを備えている。一方、ＩＣパッケージは、ＩＣソケットのコンタクトピンと電気的に接触する接続端子を備えている。この接続端子には、主成分がスズで鉛を含有しない、いわゆる鉛フリーはんだを含んで形成されたものがある。

ところで、ＩＣパッケージに要求される使用温度環境は、例えば、ＩＣパッケージをエンジンルーム内のコントロールユニットに適用する場合等、高温化する傾向にあり、これに伴い、バーンイン試験で設定される試験温度も高くなる（例えば１５０℃以上になる）傾向にある。このように試験温度を高温化してバーンイン試験を実施すると、ＩＣパッケージの接続端子に含まれるスズがＩＣソケットのコンタクトピンの表面に形成された金属メッキ層に溶け込み拡散して合金化する速度が速くなる。そして、コンタクトピンと接続端子とが貼り付いた状態で、ＩＣソケットからＩＣパッケージを取り外すときに、コンタクトピンの金属メッキ層とＩＣパッケージの接続端子との界面に形成された合金層が破断して金属メッキ層の一部が接続端子に奪われるので、試験温度が高温化して合金化速度が速くなれば、合金層の形成量が増加して金属メッキ層の減少が早まる。

このため、コンタクトピンには、下地層のニッケルメッキに対して、パラジウム−ニッケル合金メッキ層を重ねて形成するとともに、さらにその外側に、パラジウム−ニッケル合金メッキ層よりもスズの拡散速度が遅い銀メッキ層を最表層として形成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

かかるコンタクトピンでは、ＩＣパッケージの接続端子に含まれるスズがコンタクトピンの金属メッキ層に溶け込み拡散しても、コンタクトピンの金属メッキ層とＩＣパッケージの接続端子との界面には、最初に、極めて薄い銀−スズ合金層が形成されるだけであるので、ＩＣソケットからＩＣパッケージを取り外す場合に、銀メッキ層がＩＣパッケージの接続端子側へ奪われる量を最小限に抑えることができる。これにより、内側のパラジウム−ニッケル合金メッキ層に対するスズの拡散を遅らせることで、パラジウム−ニッケル合金メッキ層がスズとの合金化によりＩＣパッケージの接続端子側に奪われて減少する速度を、低下させている。

特開２０１４−１８２９７６号公報

しかしながら、バーンイン試験で設定される試験温度がさらに高温（例えば２００℃以上）になると、コンタクトピンの金属メッキ層とＩＣパッケージの接続端子との界面に形成される銀−スズ合金層の形成量が増加するため、銀メッキ層がＩＣパッケージの接続端子側に奪われやすくなる。銀メッキ層はパラジウム−ニッケル合金メッキ層に対するスズの拡散を遅らせているので、銀メッキ層の減少が加速すると、パラジウム−ニッケル合金メッキ層に対するスズの拡散が加速して、パラジウム−ニッケル合金メッキ層が減少しやすくなり、下地のニッケルメッキ層の露出が早期化するおそれがある。

これに対し、銀メッキ層のメッキ厚を大幅に増大させて、銀メッキ層が消失するまでの使用回数を増加させることも考えられるが、コンタクトピンの寸法ひいてはＩＣソケットとの嵌合に影響を与えてしまうことになり、好ましくない。

そこで、このような問題点に対処し、本発明が解決しようとする課題は、電気部品に対する性能試験で設定される試験温度が上昇した場合に、表面メッキ厚の大幅な増大を抑えつつ、下地層が露出するまでの使用回数を増加させることができる電気接触子、及び、この電気接触子を備えた電気部品用ソケットを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明による電気接触子は、導電性の基材の表面に複数層からなる表層を有することを前提とするものであって、パラジウム又はパラジウム合金を主成分として形成された第１表層と、第１表層に対して基材と反対側において、ニッケル、又は、熱を加えることでスズが溶け込んで拡散するニッケル合金のうち、スズの拡散速度が銀及び第１表層におけるものよりも遅くなるがスズとの合金化が可能なニッケル合金、を主成分として形成された第２表層と、第２表層に対して第１表層と反対側において、金、銀又はパラジウムを主成分とする電気接点材料で形成された最表層と、を備えたものである。

このような電気接触子は、基材と第１表層との間に、ニッケルを主成分として形成された下地層と、下地層と第１表層との間に、スズの拡散速度がニッケルにおけるものよりも遅くなる材料で形成された第３表層と、を更に備えることができる。

一方、本発明による電気部品用ソケットは、スズを含む接続端子を備えた電気部品を収容するソケット本体と、ソケット本体に配設され、ソケット本体に収容された電気部品の接続端子に接触する上記の電気接触子と、を備えたものである。

本発明の電気接触子及び電気部品用ソケットによれば、電気部品に対する性能試験で設定される試験温度が上昇した場合に、表面メッキ厚を抑えつつ、下地層が露出するまでの使用回数を増加させることができる。

本発明の第１実施形態に係る電気部品用ソケットの正面からの部分断面図である。 同第１実施形態に係る電気部品用ソケットの平面図である。 同第１実施形態に係る電気部品用ソケットに配設された電気接触子の部分拡大図である。 同第１実施形態に係る電気部品用ソケットの側面からの部分断面図である。 同第１実施形態に係る電気接触子の第１作動状態を示す説明図である。 同第１実施形態に係る電気接触子の第２作動状態を示す説明図である。 同第１実施形態に係る電気接触子の層構造を示す模式図である。 同第１実施形態に係る電気接触子におけるバーンイン試験後の断面写真であり、（Ａ）は界面領域全体、（Ｂ）は（Ａ）の各部を部分拡大したものを示す。 本発明の第２実施形態に係る電気接触子の層構造を示す模式図である。 同第２実施形態に係る電気接触子におけるバーンイン試験後の断面写真であり、（Ａ）は界面領域全体、（Ｂ）は（Ａ）の各部を部分拡大したものを示す。 従来の電気接触子の層構造を示す模式図である。 従来の電気接触子におけるバーンイン試験後の断面写真であり、（Ａ）は界面領域全体、（Ｂ）は（Ａ）の各部を部分拡大したものを示す。

以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳述する。
図１〜図８は、本発明の第１実施形態に係る電気接触子及びこれを用いた電気部品用ソケットの一例を示す図である。

電気部品用ソケットは、ＩＣパッケージ等の電気部品を着脱可能に収容しつつ配線基板上に配置固定されるソケット本体を有するとともに、電気部品と配線基板との間を電気的に接続する電気接触子を備えたものであり、例えばバーンイン試験等、ＩＣパッケージの性能試験を行うためのＩＣソケットである。ＩＣソケットは、ＩＣパッケージと配線基板との間を電気的に接続する電気接触子としてコンタクトピンを備えている。

図１において、電気部品であるＩＣパッケージ１０が収容される電気部品用ソケットとしてのＩＣソケット１２は、ソケット本体１４と、カバー１６と、を備えてなる。

ソケット本体１４には、カバー１６が上下動できるように組み付けられている。詳しくは、ソケット本体１４にカバーガイド１８が形成され、このカバーガイド１８にスライド可能に係合するガイド溝２０がカバー１６に形成されており、カバー１６がソケット本体１４のカバーガイド１８に案内されて上下動するようになっている。なお、ソケット本体１４とカバー１６は、電気絶縁性の樹脂材料で形成されている。

カバー１６は、ソケット本体１４とカバー１６との間に配設されたコイルスプリング２２を所定量圧縮するようにソケット本体１４に組み付けられ、コイルスプリング２２でソケット本体１４の上方へ向けて常時付勢されるようになっており、ストッパ手段２４により上下方向で位置決めされるようになっている（図１及び図４参照）。なお、コイルスプリング２２は、図４における左右方向に少なくとも一対配置されている。

ストッパ手段２４は、特に図４に示すように、カバー１６の四隅に形成された爪２６と、これらの爪２６に係合するソケット本体１４の爪２８とで構成されている。ここで、カバー１６側の爪２６は、ソケット本体１４に形成された溝２９内にスライドできるように係合され、カバー１６が下方に押し下げられると、ソケット本体１４の爪２８の斜面２８ａに沿って弾性的に押し広げられてソケット本体１４の爪２８を乗り越え、その後ソケット本体１４の爪２８に係合する。これにより、カバー１６がソケット本体１４に組み付けられることになる。

ソケット本体１４には、主成分がスズ（Ｓｎ）で鉛（Ｐｂ）を含有しない、いわゆる鉛フリーはんだを含んで形成される、ＩＣパッケージ１０の接続端子３０と、外部の配線基板に形成された電気回路（図示省略）と、を電気的に接続する電気接触子として、コンタクトピン３２が複数配設されている。

コンタクトピン３２は、図１等に示すように、基部３４において圧入等によりソケット本体１４へ固定され、隣接する他のコンタクトピン３２に接触しないように、ソケット本体１４に形成されたリブ３６により仕切られる。また、コンタクトピン３２は、基部３４からソケット本体１４の下方へ突出する接続アーム３８を有し、この接続アーム３８が外部の配線基板に形成された電気回路（図示省略）に電気的に接続される。

コンタクトピン３２は、図１等に示すように、逆Ｃ字形状の第１バネ部４０を介して基部３４に接続された第１接触部４２と、Ｓ字形状の第２バネ部４４を介して基部３４に接続された第２接触部４６と、を有している。

第１接触部４２は、第１バネ部４０を弾性変形させた状態で、図５に示す２点鎖線の位置から実線の位置まで移動させられて、ソケット本体１４のピン支持ブロック４８の係合溝５０に装着される。そして、第１接触部４２には位置決め段部５２が形成されている。この位置決め段部５２は、図３に示すように、ソケット本体１４のピン支持ブロック４８に形成された位置決め係合部５４に第１バネ部４０の弾性力で押圧されており、第１接触部４２が上下方向に位置決めされるようになっている。なお、この際、第１バネ部４０には引っ張り応力が生じており、この第１バネ部４０に生じる引っ張り応力によって位置決め段部５２が位置決め係合部５４に押圧される。また、第１接触部４２の下端部側面４２ａがピン支持ブロック４８の側端面４８ａに第１バネ部４０の弾性力で押圧されており、第１接触部４２が左右方向に位置決めされる。

コンタクトピン３２は、カバー１６がコイルスプリング２２のバネ力に抗して押し下げられる前の状態において、第２接触部４６がＩＣパッケージ１０の接続端子３０の厚さに相当する距離未満で第１接触部４２の上方に近接するか、あるいは、第２接触部４６が第２バネ部４４のバネ力により第１接触部４２を上方から押圧するように形成されている。

第２バネ部４４は、その上端部において、図１及び図５に示すように、図中上方へ向けて突出形成されたアーム５６を有している。このアーム５６は、カバー１６がコイルスプリング２２のバネ力に抗して押し下げられると、カバー１６に形成された円弧状の押圧部斜面５８で押され、図１及び図５の２点鎖線の位置まで反時計方向に移動するとともに、第２バネ部４４が弾性変形する。その結果、第２接触部４６は第１接触部４２の上方から退避する。

カバー１６がコイルスプリング２２のバネ力に抗して押し下げられた状態において、ＩＣパッケージ１０は、カバー１６に形成されたＩＣパッケージ挿入口６０からカバー１６の内部に挿入されて、ソケット本体１４に収容され、ＩＣパッケージ１０の接続端子３０は、夫々、第１接触部４２の上面に１対１で接触する。その後、カバー１６に作用させていた押し下げ力を解除すると、カバー１６がコイルスプリング２２のバネ力で元の位置に復帰する。これに伴い、アーム５６は押圧部斜面５８に沿って図１及び図５の２点鎖線の位置まで時計方向に移動する。その結果、図６に示すように、第２接触部４６が第２バネ部４４の弾性力でＩＣパッケージ１０の接続端子３０を第１接触部４２の上面に向けて押圧する。したがって、ＩＣパッケージ１０の接続端子３０は第１接触部４２と第２接触部４６とによって所定の接触圧で確実に挟持され、図示省略の配線基板に形成された電気回路とＩＣパッケージ１０とがコンタクトピン３２を介して電気的に接続される。この状態において、ＩＣパッケージ１０に対するバーンイン試験等の性能試験が行われる。

ＩＣパッケージ１０の性能試験が終了すると、カバー１６をコイルスプリング２２のバネ力に抗して押し下げ、カバー１６の押圧部斜面５８でアーム５６を押圧して、第２バネ部４４を弾性変形させ、図１及び図５の２点鎖線の位置まで第２接触部４６を接続端子３０の上方から退避させた後、ＩＣパッケージ１０を、ＩＣパッケージ挿入口６０を介してカバー１６の外部に取り出し、次のＩＣパッケージ１０の性能試験に移行する。

次に、コンタクトピン３２の材料について説明する。
コンタクトピン３２は、図７の層構造に示すように、基材６２の表面に、下地層６４と、下地層６４の外側に形成される表層６６と、が積層されて形成されている。

基材６２は、導電性を有する材料で形成され、本実施形態では、コンタクトピン３２に弾性が必要とされることを考慮して、例えば、ベリリウム銅（Ｂｅ−Ｃｕ）合金が用いられる。また、下地層６４は、例えば、２〜３μｍのニッケル（Ｎｉ）メッキにより形成されている。なお、基材６２及び下地層６４は、このようなものに限定されず、他の材料から適宜選択されて形成されてもよい。

表層６６は、少なくとも２つの層が積層されて形成され、本実施形態では、下地層６４の外側に形成される第１表層６８と、第１表層６８の外側に形成される第２表層７０と、第２表層７０の外側に形成される最表層７２と、が積層された３層で形成される。

第１表層６８は、パラジウム（Ｐｄ）又はＰｄ合金を主成分として形成される。本実施形態では、一例として、第１表層６８がＰｄ及びＮｉからなるＰｄ−Ｎｉ合金を主成分として形成されている。このＰｄ−Ｎｉ合金におけるＰｄとＮｉとの重量比は、ＩＣパッケージ１０の接続端子３０に含まれるＳｎが第１表層６８に適度に溶け込んで拡散しやすくするため、ＮｉよりもＰｄの方が大きく、例えば、Ｐｄが６０〜９０重量％であるのに対し、Ｎｉが４０〜１０重量％である。

第１表層６８の厚さは、Ｓｎが溶け込んで拡散する機能を得るために、０．１μｍ以上である必要があるが、Ｓｎが拡散する期間を長くするために、０．５μｍとしてもよい。一方、第１表層６８の厚さは、クラックの発生を抑制すべく５μｍ以下としてもよい。

なお、第１表層６８は、熱を加えることによりＳｎが溶け込んで拡散する材料のうち、Ｓｎの拡散速度がＰｄよりも遅い材料で形成されていれば、Ｐｄ−Ｎｉ合金に限定されず、例えば、Ｐｄとコバルト（Ｃｏ）とを含んでなるＰｄ−Ｃｏ合金であってもよい。このＰｄ−Ｃｏ合金においても、ＰｄとＣｏとの重量比は、ＩＣパッケージ１０の接続端子３０からＳｎが第１表層６８に適度に溶け込んで拡散しやすくするため、Ｐｄの方が大きく、例えば、Ｐｄが９０重量％であるのに対し、Ｃｏが１０重量％である。

この第１表層６８は、例えば、メッキによる製法、又はイオンプレーディングによる製法により形成される。メッキによる製法は、下地層６４としてＮｉメッキを施し、その上に密着層としてストライクＡｕメッキをした上で、第１表層６８としてＰｄ−Ｎｉ合金メッキを重ねたものである。また、イオンプレーディングによる製法は、下地層６４としてＮｉメッキを施し、その上に第１表層６８としてＰｄ−Ｎｉ合金をイオンプレーディングにより付着させたものである。

第２表層７０は、Ｎｉ、又は、熱を加えることでＳｎが溶け込んで拡散するＮｉ合金のうちＳｎの拡散速度がＡｇ及び第１表層６８におけるものよりも遅くなるがＳｎとの合金化が可能なＮｉ合金を主成分として形成される。本実施形態では、一例として、第２表層７０がＮｉで形成されている。第２表層７０の厚さは、第１表層６８へのＳｎの拡散を遅延させるために、０．１μｍ以上である必要がある。第１表層６８へ拡散するＳｎの拡散速度はコンタクトピン３２周囲の雰囲気温度によって異なる。第２表層７０は、第１表層６８の上から、前述の第１表層６８の製法と同様に、例えば、メッキによる製法、又はイオンプレーディングによる製法により形成される。

最表層７２は、ＩＣパッケージ１０の接続端子３０との間の電気接点として機能する電気接点材料（例えば、金、銀、パラジウム等）で形成され、第２表層７０の表面における酸化膜の形成を抑制してＩＣパッケージ１０の接続端子３０からコンタクトピン３２に対するＳｎの拡散をある程度促進するようにしている。最表層７２は、前述の第１表層６８と同様の方法で形成される。

例えば、第２表層７０をＮｉメッキ層として形成して最表層７２を形成しなかった場合、接続端子３０のＳｎは、Ｎｉメッキ層として形成された第２表層７０に溶け込みにくいため、第２表層７０の表面に蓄積して酸化膜を形成し、電気的な絶縁体を構成する。このため、ＩＣパッケージ１０の接続端子３０とコンタクトピン３２との間の電気抵抗値が急激に上昇してしまう。しかし、最表層７２の形成によりＳｎは最表層７２の内部に拡散し、酸化膜を形成しにくくなるので、電気抵抗値が急激に上昇する可能性を大幅に低減できる。

このようなコンタクトピン３２及びＩＣソケット１２によれば、ＩＣパッケージ１０に対するバーンイン試験で設定される試験温度が上昇した場合（２００℃以上）に、従来と比較して、コンタクトピン３２の表面メッキ厚を抑えつつ、下地層が露出するまでの使用回数を増加させることができる。その理由について説明する。

ＩＣパッケージ１０に要求される使用温度環境は、例えば、ＩＣパッケージ１０をエンジンルーム内のコントロールユニットに適用する場合等、高温化する傾向にあり、これに伴い、バーンイン試験で設定される試験温度も高くなる（例えば１５０℃以上になる）傾向にある。このように試験温度を高温化してバーンイン試験を実施すると、ＩＣパッケージ１０の接続端子３０に含まれるスズがＩＣソケットのコンタクトピンの表面に形成された金属メッキ層に溶け込み拡散して合金化する速度が速くなる。そして、コンタクトピンと接続端子３０とが貼り付いた状態で、ＩＣソケットからＩＣパッケージ１０を取り外すときに、コンタクトピンの金属メッキ層とＩＣパッケージ１０の接続端子３０との界面に形成された合金層が破断して金属メッキ層の一部が接続端子に奪われるので、試験温度が高温化して合金化速度が速くなれば、合金層の形成量が増加して金属メッキ層の減少が早まる。

従来のコンタクトピン１００では、ＩＣパッケージ１０に対する性能試験で設定される試験温度が高温化している（例えば１５０℃以上になる）ことを考慮して、図１１の層構造で示されるように、基材１０２の表面に形成される下地層１０４のＮｉメッキ層に対して、表層１０６の第１表層１０８として、Ｐｄ−Ｎｉ合金メッキ層を重ねて形成するとともに、さらにその外側に、最表層である第２表層１１０として、第１表層１０８よりもＳｎの拡散速度が遅い銀（Ａｇ）メッキ層を形成している。

このような従来のコンタクトピン１００では、ＩＣパッケージ１０の接続端子３０に含まれるＳｎがコンタクトピン１００の金属メッキ層に溶け込み拡散しても、コンタクトピンの金属メッキ層とＩＣパッケージ１０の接続端子３０との界面には、最初に、極めて薄いＡｇ−Ｓｎ合金層が形成されるだけであるので、ＩＣソケットからＩＣパッケージ１０を取り外す際に、Ａｇ−Ｓｎ合金層が破断してＩＣパッケージ１０の接続端子３０側へ奪われる量を最小限に抑えることができる。これにより、内側の第１表層１０８であるＰｄ−Ｎｉ合金メッキ層に対するＳｎの拡散を遅らせることで、Ｐｄ−Ｎｉ合金メッキ層がＳｎとの合金化によりＩＣパッケージ１０の接続端子３０側に奪われて減少する速度を低下させている。

しかしながら、ＩＣパッケージ１０に対する性能試験で設定される試験温度がさらに高温（例えば２００℃以上）になると、コンタクトピン１００の第２表層１１０とＩＣパッケージ１０の接続端子３０との界面に形成されるＡｇ−Ｓｎ合金層の形成量が増加するため、Ａｇメッキ層がＩＣパッケージ１０の接続端子側に奪われやすくなる。Ａｇメッキ層はＰｄ−Ｎｉ合金メッキ層に対するＳｎの拡散を遅らせているので、Ａｇメッキ層の減少が加速すると、Ｐｄ−Ｎｉ合金メッキ層に対するＳｎの拡散が加速して、Ｐｄ−Ｎｉ合金メッキ層が減少しやすくなり、下地のＮｉメッキ層の露出が早期化するおそれがある。

これに対し、第２表層１１０におけるＡｇメッキ層のメッキ厚を大幅に増大させて、Ａｇメッキ層が消失するまでの使用回数を増加させることも考えられるが、コンタクトピン１００の寸法ひいてはソケット本体１４との嵌合に影響を与えてしまうことになり、好ましくない。

そこで、本実施形態に係るコンタクトピン３２は、従来のコンタクトピン１００においてＡｇメッキ層として形成された第２表層１１０を、図７に示されるように、Ｎｉを主成分として形成された第２表層７０で置き換えたことを特徴としている。第２表層７０としては、Ｎｉの他に、熱を加えることでＳｎが溶け込んで拡散するＮｉ合金のうち、Ｓｎの拡散速度がＡｇ及び第１表層におけるものよりも遅くなるがＳｎとの合金化が可能なＮｉ合金、を主成分として形成することができる。

本実施形態に係るコンタクトピン３２によれば、Ｎｉ等で形成された第２表層７０は、従来のコンタクトピン１００におけるＡｇで形成された第２表層１１０と比べて、ＩＣパッケージ１０の接続端子３０からコンタクトピン３２に対するＳｎの拡散を遅らせることができる。したがって、ＩＣパッケージ１０に対する性能試験で設定される試験温度が上昇した場合（例えば２００℃以上）、従来のコンタクトピン１００において下地層１０４が露出するまでの使用回数に比べると、コンタクトピン３２において下地層６４が露出するまでの使用回数は、表面メッキ厚が同等であれば増加する。

Ｎｉで形成された下地層６４が露出すると、下地層６４の表面に接続端子３０のＳｎが蓄積して酸化膜を形成するか、あるいは、接続端子３０のＳｎが下地層６４の内部に拡散して合金層を形成する。酸化膜が形成されれば、ＩＣパッケージ１０の接続端子３０とコンタクトピン３２との間の電気抵抗値が急激に上昇する一方、合金層が形成されれば、ＩＣパッケージ１０の接続端子３０に対して下地層６４の一部が奪われる。したがって、コンタクトピン３２において下地層６４が露出するまでの使用回数が増加するということは、ＩＣソケット１２の寿命が延びることを意味している。

次に、本発明の第１実施形態に係る電気接触子（コンタクトピン）及び電気部品用ソケット（ＩＣソケット）の効果を裏付ける第１評価試験について説明する。
第１評価試験では、第１表層にＰｄ−Ｎｉメッキ層を有し、第２表層にＡｇメッキ層を有する従来のコンタクトピン（以下、「従来コンタクトピン」という）と、第１表層にＰｄ−Ｎｉ合金メッキ層を有し、第２表層にＮｉメッキ層を有する本実施形態に係るコンタクトピン（以下、「第１改良コンタクトピン」という）との間で、接続端子３０に対する第１接触部４２の界面領域に相当する部分での合金形成の状態を比較した。

（１）供試されたＩＣソケットの仕様
従来コンタクトピンが取り付けられたＩＣソケット（以下、「従来ＩＣソケット」という）と、第１改良コンタクトピンが取り付けられたＩＣソケット（以下、「第１改良ＩＣソケット」という）とを、夫々、１台ずつ用意した。ＩＣソケットの構成は共通であった。
従来コンタクトピン及び第１改良コンタクトピンのいずれも、基材にＢｅ−Ｃｕ合金を使用した。

従来コンタクトピンは、基材の上に下地層としてＮｉメッキを２〜３μｍ施し、下地層の上に第１表層としてＰｄ−Ｎｉメッキ層を１μｍ施し、第１表層の上に第２表層としてＡｇメッキ層を５μｍ施して形成した。

第１改良コンタクトピンは、基材の上に下地層としてＮｉメッキを２〜３μｍ施し、下地層の上に第１表層としてＰｄ−Ｎｉ合金メッキ層を０．５μｍ施し、第１表層の上に第２表層としてＮｉメッキ層を０．５μｍ施し、最表層としてＡｕメッキ層を０．５μｍ施して形成した。

（２）供試されたＩＣパッケージにおける接続端子の仕様
従来ＩＣソケット及び第１改良ＩＣソケットのいずれにも、接続端子がＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ合金で形成されているＩＣパッケージを収容した。

（３）試験方法
試験手順としては、従来ＩＣソケット１台及び第１改良ＩＣソケット１台の計２台のＩＣソケットに、夫々、未使用のＩＣパッケージを装着した状態で、各ＩＣソケットの周囲温度を２００℃まで昇温させ、この温度を維持して２４時間経過した後、室温まで降温させて、各ＩＣソケットからＩＣパッケージを取り外した。これを１サイクルとして、順次、２０サイクルを実施した。そして、２０サイクルが終了した段階で、各ＩＣソケットのコンタクトピンとＩＣパッケージの接続端子との接触による合金形成の状態を観察すべく、各コンタクトピンのうち第１接触部４２の界面領域に相当する部分の切断面に対して、顕微鏡を用いて写真撮影を行った。

（４）結果
図１２は、第１評価試験終了後の従来コンタクトピンにおける合金形成の状態を示している。従来コンタクトピンとＩＣパッケージの接続端子とが接触する接触範囲の周囲及び端部では（図１２Ｂの３つの写真のうち最も右側及び中央の写真）、第２表層であるＡｇメッキ層はそのまま残存しているか、あるいは、ＩＣパッケージの接続端子からのＳｎの拡散によりＡｇ−Ｓｎ合金層として最表層に残存していることが確認された。
しかし、接触範囲の中央部では（図１２Ｂの３つの写真のうち最も左側の写真）、第２表層であるＡｇメッキ層はＡｇ−Ｓｎ合金層としてさえも残存しておらず、ＩＣパッケージの接続端子へ略全て奪われて消失していることが確認された。

図８は、第１評価試験終了後の第１改良コンタクトピンにおける合金形成の状態を示している。図８Ｂに示されるように、第１改良コンタクトピンとＩＣパッケージの接続端子とが接触する接触範囲の端部から中央部付近にかけて、最表層であるＡｕメッキ層はＩＣパッケージの接続端子へ略全て奪われて消失しているものの、第２表層であるＮｉメッキ層は、ＩＣパッケージの接続端子からのＳｎの拡散によりＮｉ−Ｓｎ合金層として最表層に残存していることが確認された。

以上の結果から、第１改良コンタクトピンにおける第２表層であるＮｉメッキ層の減少速度は、従来コンタクトピンにおける第２表層であるＡｇメッキ層の減少速度よりも遅いことが確認された。これは、第１改良コンタクトピンが、最表層としてメッキ厚０．５μｍのＡｕメッキ層を有していたとしても、Ａｕメッキ層におけるＳｎの拡散速度は、従来コンタクトピンの第２表層であるＡｇメッキ層におけるＳｎの拡散速度よりも速く、しかも、従来コンタクトピンの第２表層であるＡｇメッキ層のメッキ厚が５μｍと、第１改良コンタクトピンの最表層であるＡｕメッキ層の１０倍もあることから明らかである。したがって、下地層であるＮｉメッキ層が露出するまでの使用回数は、従来コンタクトピンよりも第１改良コンタクトピンの方が多いことが確認された。

そして、従来コンタクトピンの第２表層であるＡｇメッキ層のメッキ厚が第１改良コンタクトピンの第２表層であるＮｉメッキ層と同等のメッキ厚であれば、下地層であるＮｉメッキ層が露出するまでの使用回数は、第１改良コンタクトピンと従来コンタクトピンとの間でさらに広がる、という予測が得られた。

次に、本発明の第２実施形態に係る電気接触子（コンタクトピン）及びこれを用いた電気部品用ソケット（ＩＣソケット）について説明する。なお、第２実施形態は、第１実施形態と比較すると、コンタクトピンの層構造のみ異なるので、第１実施形態に係るコンタクトピン及びＩＣソケットと共通の構成については、同一の符号を付してその説明を極力省略する。

図９は、第２実施形態に係るコンタクトピン３２の層構造を示す。
コンタクトピン３２は、第１表層６８と下地層６４との間にさらに第３表層７４を備えている。

第３表層７４は、Ｓｎの拡散速度がＮｉにおけるものよりも遅くなる材料で形成されている。このような材料としては、例えば、ロジウム、クロム、ルテニウム、インジウム等が含まれる。また、ロジウムと等価な電子状態を持つ、パラジウムとルテニウムとの合金を含んでもよい。このパラジウム−ルテニウム合金は、例えば「日本経済新聞、“京都大学、ロジウムの特性を持つ合金を開発”、[online]、[平成２７年８月３日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.nikkei.com/article/DGXNASFK2302H_T20C14A1000000/＞」に開示されている。本実施形態では、一例として、第３表層７４はＲｈで形成されている。第３表層７４は、前述の第１表層６８の製法と同様に、例えば、メッキによる製法、又はイオンプレーディングによる製法により形成される。

ここで、前述の第１評価試験における第１改良コンタクトピンに関する評価試験結果について考察すると、図８Ｂに示されるように、ＩＣパッケージにおける接続端子のＳｎは、下地層であるＮｉメッキ層に達してＮｉ−Ｓｎ合金を形成するだけでなく、基材のＢｅ−Ｃｕ合金にも達してＣｕ−Ｂｅ−Ｓｎ合金を形成していた。これは、試験温度が高温化する（例えば２００℃以上になる）と、比較的低い試験温度環境ではＳｎが拡散しにくいＮｉメッキ層の下地層にも、Ｓｎが溶け込んで合金化しやすくなることによる。

そして、Ｓｎが下地層であるＮｉメッキ層へ溶け込んで合金化することで、下地層が急激に膨張したため、各層が膨張部を境にして途切れてしまい、第１表層及び第２表層においてコンタクトピンの表面に沿ったＳｎの拡散・合金化が断絶していた。このため、接続端子のＳｎは膨張部で拡散し続け、コンタクトピンが厚さ方向にさらに膨張してしまっていた。

そこで、第２実施形態に係るコンタクトピン３２では、第１表層６８と下地層６４との間にさらに第３表層７４を備え、第３表層７４により、下地層６４に対するＳｎの拡散速度を遅くして、Ｓｎとの合金化による下地層６４の膨張を抑制するようにしている。

次に、本発明の第２実施形態に係る電気接触子（コンタクトピン）及び電気部品用ソケット（ＩＣソケット）の効果を裏付ける第２評価試験について説明する。

第２評価試験では、第１表層にＰｄ−Ｎｉ合金メッキ層を有し、第２表層にＮｉメッキ層、第３表層にＲｈメッキ層を有する第２実施形態に係るコンタクトピン（以下、「第２改良コンタクトピン」という）について、接続端子３０に対する第１接触部４２の界面領域に相当する部分での合金形成の状態を観察して、第１実施形態における第１改良コンタクトピンの評価試験結果と比較した。

第２改良コンタクトピンは、第１改良コンタクトピンと比較すると、基材、下地層、第１表層、第２表層及び最表層が共通であり、これに加えて、下地層と第１表層との間に第３表層としてＲｈメッキ層を０．１μｍ施した。また、第２改良コンタクトピンが取り付けられたＩＣソケット（以下、「第２改良ＩＣソケット」という）を１台用意した。第２改良ＩＣソケットは第１改良ＩＣソケットと同様の構成であった。試験に供試されたＩＣパッケージにおける接続端子の仕様や試験方法は、第１改良ＩＣソケットと同様であった。そして、試験終了後、第２改良コンタクトピンとＩＣパッケージの接続端子との接触による合金形成の状態を観察すべく、第２改良コンタクトピンのうち第１接触部４２の界面領域に相当する部分の切断面に対して、顕微鏡を用いて写真撮影を行った。

図１０は、第２評価試験終了後の第２改良コンタクトピンにおける合金形成の状態を示している。第２改良コンタクトピンとＩＣパッケージの接続端子とが接触する接触範囲の中央部では（図１０Ｂの３つの写真のうち最も左側の写真）、最表層であるＡｕメッキ層は、ＩＣパッケージの接続端子へ略全て奪われて消失しているものの、第２表層であるＮｉメッキ層は、第１評価試験の第１改良コンタクトピンに関する評価試験結果と同様、ＩＣパッケージの接続端子からのＳｎの拡散によりＮｉ−Ｓｎ合金層として最表層に残存した。

そして、接続端子のＳｎは、第１表層であるＮｉメッキ層まで達してＮｉ−Ｓｎ合金を形成しているが、第１評価試験における第１改良コンタクトピンの評価試験結果と比較すると、下地層６４であるＮｉメッキ層とＳｎとの合金形成量は、合金化が生じていない領域も存在するなど少なく、また、基材６２であるＢｅ−Ｃｕ合金とＳｎとの合金化も生じていないため、下地層６４の膨張をある程度抑制できることが確認できた。

また、接続端子のＳｎは、第２改良コンタクトピンとＩＣパッケージの接続端子とが接触する接触範囲の中央部の第２表層及び第１表層だけでなく、接触範囲の端部及び周囲における第２表層及び第１表層にまで拡散しているため（図１０Ｂの３つの写真のうち中央及び最も右側の写真）、接続端子のＳｎはコンタクトピンの表面に沿って拡散・合金化していることが確認できた。

なお、前述の第１実施形態及び第２実施形態において、コンタクトピン３２には、ＩＣパッケージ１０に対する性能試験で設定される試験温度が上昇した場合（例えば２００℃以上）、ＩＣパッケージ１０の接続端子３０からコンタクトピン３２に対するＳｎの拡散速度が極端に速くならないか、あるいは、逆に、極端に遅くならないことを条件として、第２表層７０と最表層７２との間、第１表層６８と下地層６４との間、及び、第１表層６８と第２表層７０との間の少なくとも１つの層間に、１つ以上の層が形成されてもよい。

また、前述の第１実施形態及び第２実施形態において、第２表層７０の外側に最表層７２を形成していたが、最表層７２を形成しない場合であっても、試験温度が高温化すれば、接続端子３０のＳｎは第２表層７０の表面に蓄積して酸化膜を形成することなく、第２表層７０に溶け込んで拡散・合金化しやすくなるので、試験温度に応じて、最表層７２を省略することもできる。

前述の第１実施形態及び第２実施形態において、電気部品であるＩＣパッケージ１０が収容される電気部品用ソケットとして、オープントップ型のＩＣソケット１２を一例として説明したが、これに限定するものではなく、ＩＣパッケージ１０が収容されるソケット本体と、ソケット本体に設けられ、収容されたＩＣパッケージ１０の接続端子３０と接触する、前述の実施形態に係るコンタクトピン３２と同様の層構造を有している電気接触子と、を備えているＩＣソケットであれば、他の型のソケットでもよい。

また、電気接触子として、第１接触部４２と第２接触部４６とでＩＣパッケージ１０の接続端子３０を挟持するコンタクトピン３２を例に説明したが、電気部品の接続端子と接触する電気接触子であれば、これに限定されるものではない。

前述の第１実施形態及び第２実施形態において、便宜上、ＩＣソケット１２に対するＩＣパッケージ１０の着脱方向を上下方向として説明していたが、これに限定されず、着脱方向が例えば水平方向になる等、ＩＣソケット１２の姿勢を自由に設定することができる。

１０ ＩＣパッケージ
１２ ＩＣソケット
１４ ソケット本体
３０ 接続端子
３２ コンタクトピン
４２ 第１接触部
４６ 第２接触部
６０ ＩＣパッケージ挿入口
６２ 基材
６４ 下地層
６６ 表層
６８ 第１表層
７０ 第２表層
７２ 最表層
７４ 第３表層

Claims (3)

1. 導電性を有する基材の表面に複数層が積層された電気接触子であって、
   パラジウム又はパラジウム合金を主成分として形成された第１表層と、
   前記第１表層に対して前記基材と反対側において、ニッケル、又は、熱を加えることでスズが溶け込んで拡散するニッケル合金のうち、スズの拡散速度が銀及び前記第１表層におけるものよりも遅くなるがスズとの合金化が可能なニッケル合金、を主成分として形成された第２表層と、
   前記第２表層に対して前記第１表層と反対側において、金、銀又はパラジウムを主成分とする電気接点材料で形成された最表層と、
   を含んで構成されたことを特徴とする電気接触子。
2. 前記基材と前記第１表層との間に、ニッケルを主成分として形成された下地層と、
   前記下地層と前記第１表層との間に、スズの拡散速度がニッケルにおけるものよりも遅くなる材料で形成された第３表層と、
   を更に含んで構成されたことを特徴とする請求項１に記載の電気接触子。
3. スズを含む接続端子を備えた電気部品を収容するソケット本体と、
   前記ソケット本体に配設され、前記ソケット本体に収容された前記電気部品の前記接続端子に接触する請求項１又は請求項２に記載の電気接触子と、
   を含んで構成される電気部品用ソケット。