JPH04354144A - 電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＩＣ／ＬＳＩテスター
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。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】従来の電極は銅合金基材
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。

【０００３】

【発明が解決しようとする問題点】本発明は、以上のよ
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。

【０００４】

【問題点を解決するための手段】上記の目的は、基材に
特殊被膜を施した電極において、前記基材を比較的硬い
導電材で構成し、前記特殊被膜を比較的硬い導電性の金
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とするこ
とを特徴とする電極によって達成される。

【０００５】

【作用】電極の基材に密着層と硬質層とからなる積層被
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。

【０００６】

【実施例】次に実施例について図面を参照して説明する
。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。

【０００７】コンタクト１は図２に示すように、導電性
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。

【０００８】基材３の表面上への積層被膜２の形成は以
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。

【０００９】まず、真空槽５の内部を真空引きし５×１
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。

【００１０】以上のように密着層２ａを設けることによ
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。

【００１１】次に、高度の高い積層被膜を形成した基材
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１０
ｍｍ×７０ｍｍとなるように切りだし、実験用試料１５
を作製した。

【００１２】実験用試料１５は図４に示すように、この
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。

【００１３】又、本実施例のステンレス基材に積層被膜
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。

【００１４】従来のコンタクトと本実施例のコンタクト
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。

【００１５】図５に示すようにＩＣ１２のＩＣリード１
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。

【００１６】一方本実施例によって得られたコンタクト
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。

【００１７】なお、従来のコンタクトでは、５０００サ
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。

【００１８】次に両コンタクトで電気特性に差があるか
どうかを調べるために次の実験を行なった。

【００１９】初期状態の従来コンタクトと本実施例コン
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。

【００２０】図７に０．３８〜０．７５ｍＡのプロット
した実例を示す。

【００２１】なお、本実施例のコンタクトはステンレス
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）。

【００２２】本発明のコンタクトを引き続き１５０００
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。

【００２３】窒化チタン膜の上に半田が付着した後酸化
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。

【００２４】引き続き５００００サイクルの連続試験を
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。

【００２５】本発明の金属化合物として適切なものは比
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
−４Ω・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。

【００２６】前記実施例のチタン及び窒素ガスを変えた
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。

【００２７】（１）金属としてチタン（Ｔｉ）を用い、
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。

【００２８】（２）金属としてチタンの代わりにハフニ
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。

【００２９】（３）金属としてチタンの代わりにニッケ
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。

【００３０】（４）金属としてチタン（Ｔｉ）を用い、
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。

【００３１】以上のような積層被膜を形成した高弾性コ
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。

【００３２】以上、本発明の実施例について説明したが
、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。

【００３３】例えば、実施例ではイオンプレーティング
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。

【００３４】積層被膜の材質と厚さは、硬度と電気特性
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。

【００３５】高弾性コンタクトの材質は実施例ではステ
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。

【００３６】又、積層被膜は密着層と硬質層とからなっ
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１００〜８０
０Å程度にすればよい。

【００３７】又、以上の実施例ではＩＣテスターのコン
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。

【００３８】

【発明の効果】本発明は従来品と全く異なるコーティン
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。

【００３９】又、被検査物の半田、銀のメッキが本発明
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。

【００４０】又、基材の材質、厚さや積層被膜の材質、
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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかるＩＣテスターの拡大斜
視図である。

【図２】同テスターにおけるコンタクトの一部の拡大断
面図である。

【図３】積層被膜を形成する装置の概略模式図である。

【図４】比較実験のための撓み量の測定方法を示す図で
ある。

【図５】コンタクトとＩＣリードの接触動作を示す断面
図である。

【図６】Ａ及びＢは従来例のコンタクトと、本発明の実
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。

【図７】従来例の電極と本発明の実施例のコンタクトに
ついて、電気特性を比較したグラフである。

【図８】各種化合物の電気比抵抗を示す図である。

【図９】各種化合物の硬さと融点の関係を示す図である
。

【符号の説明】

１　　　　ＩＣテスターのコンタクト ２　　　　積層被膜 ２ａ　　密着層 ２ｂ　　硬質層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基材に特殊被膜を施した電極において
   、前記基材を比較的硬い導電材で構成し、前記特殊被膜
   を比較的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
   らなる積層被膜とすることを特徴とする電極。
2. 【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
   。
3. 【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。