JPH0527926B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は電気、電子機器に用いられる電気接点
材料、特に長期間安定した電気接続性を有する経
済的な電気接点材に関するものである。 〔従来の技術〕 一般に電気、電子機器のスイツチ、リレー、コ
ネクター等の接点部にはAu，Ag，Pd，Pt等の
貴金属やこれらの合金例えばAu−Ag，Au−Ag
−Pd−Ge−Sn，Ag−Pd，Pd−Ir，Ag−CdO，
Ag−Ni等の合金が用いられている。また一部端
子やコネクターなどでSn，Sn−Pd，In等も用い
られている。これらは使用条件に応じて適宜選択
され、例えばアーク損耗を伴う中乃至大電流の開
閉用途では高融点と高温強度のものが要求され、
一方微弱電流の開閉や接続の用途では導電性と耐
食性が要求され、特に表面被覆による接触抵抗の
変動が問題となつている。 近時エレクトロニクスの発展に伴い微弱電流の
接続用コネクターやON−OFF信号を入力させる
キースイツチ等が多用されるようになり、このよ
うな微弱電流の開閉や接続にはAuが有効である
ことが知られているが、Auは高価な貴金属であ
り、経済的負担も大きい。そのため可及的に接点
部に局在化して使用することが望まれている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 然しながら可及的な接点部の局在化において
は、接点部の小型化に伴い、その周辺に露出する
卑金属基材の絶縁性腐食生成物がAuの表面にク
リープして接触不良をおこし、また薄膜化におい
ては、薄膜に伴つて不可避的ピンホールや機械的
損耗により卑金属基材の腐食とその生成物がAu
の表面にクリープし、更には基材との拡散により
Auの表面に卑金属が達して同様の腐食をおこし、
これが電気接続性の劣化の原因となつている。 上記の拡散は特に高温においておこりやすく、
例えば微弱電流の接点ではCu合金からなる基材
の表面にAuのメツキを行つているが、長期間の
使用において、100℃以下の温度でもCuが拡散す
ることが知られている。これを防止するため、中
間にバリヤー層としてNiメツキを行つているが、
300℃以上の高温では不十分な場合が多い。この
ため製造加工工程でガラス封止、ろう付け、半田
付け等を必要としてこれにより高温にさらされる
場合にはバリヤー層にRhなどの高融点Pt族金属
を使用するため更にコスト高の原因になつてい
る。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、かかる現状に鑑み鋭意研究を行つた
結果、長期間にわたり安定した電気接続性を有す
る経済的な電気接点材を開発したものである。即
ち、本発明はメタルボライドを表層の少くとも一
部に有する基体上にAu，Ag，Pt族金属、Sn，In
又はこれらの合金のうち少くとも何れか１種を被
着したことを特徴とするものである。 本発明はTiB，TiB₂，ZrB₂，ZrB₁₂，VB，
LB₁₂，TbB₁₂，UB₁₂，TaB₂，Cr₅B₃，CNB₂，
Mo₂B，MoB，W₂B₅，FeB，Co₃B，Ni₂B，
Pd₃B，MnB₄，Mn₄B，NbB，Nb₃B₄等のメタル
ボライドからなる基体上にAu，Ag，Pt族金属、
Sn，In又はこれらの合金例えばAu−Pd，Pt−
Ir，Au−Ag，Ag−Cu，Sn−Pd，Au−Ni等の
合金の内、少くとも何れか１種を被着したもので
あり、そのまま接点材とし又は卑金属基材上に形
成して接点材として使用される。 又メタルボライドはボライド粉末を焼結して所
定形状に成型するか或は基体上にスパツタリング
や蒸着などのPVD法、気相反応を応用したCVD
法により形成する。又メタルと硼素とを同時にス
パツタするが、メタルと硼素を層状に析出させて
熱拡散反応せしめてメタルボライドにすることも
出来る。また、Au，Ag，Pt族金属、Sn，In又は
これらの合金の被着は蒸着、スパツタリングなど
のPVD法、化学メツキ法、電気メツキ法などに
より容易に行うことが出来る。 本発明接点材は種々の状態で用いられる。例え
ばリレーやスイツチなどの固定側接点としてその
まま用い、可動側もそのままばね材と組合せて用
いることが出来る。また基材特に導電性の基材上
にろう付けや機械的かしめなどにより固定するか
或は基材上に、上記PVD法やCVD法によりメタ
ルボライドを形成し、これにAu，Ag，Pt族金
属、Sn，In又はこれらの合金を被着して接点材
とすることも出来る。 〔作用〕 上記メタルボライドは1000〜3000℃の高融点を
有し、化学的に安定で硬質であり、しかも高い導
電性を有し固有抵抗は５〜100μΩ.cm程度であり、
例えばTiB₂はTiの55μΩ.cmよりも小さい10〜
20μΩ.cmである。しかし導電性ゴムの固有抵抗10
〜10³Ω.cmより遥かに小さいので微弱電流キース
イツチやコネクターの一部に使用されている。即
ちメタルボライドは金属に匹敵する導電性を有し
且つ熱的、化学的に安定で、金属よりも硬質であ
るため耐摩耗性が優れている。 本発明において上記のメタルボライドの上に
Au，Ag，Pt族金属、Sn，In又はこれらの合金の
内少くとも１種を被着する理由は、メタルボライ
ドの電気接続性を更に改善するためである。即
ち、電気接触はAu等の軟質、耐食性のメタル表
面で行われるが、下層のメタルシリサイドの有す
る優れた電気的、化学的、機械的、熱的特性が電
気接点として広範囲の用途において相乗的効果を
発揮する。 即ち、例えばメタルボライドのみでは接触抵抗
の低下をもたらし、またAu，Ag，Pt族金属、
Sn，Inの被覆のみによつても接触抵抗の低下を
もたらすような過酷な環境において使用する場合
において、これらの組み合わせによつて各々の特
性からのみでは引き出せない優れた接触抵抗を維
持できる。 また、例えば従来は高価なAuをCu合金などの
基材上に可及的に薄膜化して使用するため、Au
と基材との拡散を防止するのにバリヤー層として
Niを使用するがNiでは不十分の場合には高価な
Rhバリヤーが不可欠となる。これに対しメタル
シリサイドは極めて有効なバリヤーとして作用し
且つ電気的、機械的特性を満足しAu層にピンホ
ールがあるとしても通常の卑金属に比べて遥かに
腐食し難いため長期間にわたり安定した低い接触
抵抗を維持することができる。同様にしてAuを
接点部のみに局在化して使用する場合にも、従来
の接点材の如き不都合は生じない。このような相
乗効果はAu以外の他の金属についても同様の効
果を奏し、例えば接点用金属であるSnやSn−Pb
合金は、CuやNiからなる基材と拡散反応し易い
が、メタルボライドとは拡散し難い。また、スラ
イド接点においても顕著な効果を奏する。例えば
Au，Ag，In，Sn等の軟質金属は、単体では極め
て摩耗し易くスライド接点に使用し得ないが、メ
タルボライドとの組合により耐摩耗性を有する。
これは接点圧力が硬質のボライドにより支持され
軟質金属は一種の潤滑剤的作用をなし摩擦係数を
著しく低下せしめるためである。 さらには、リードリレーにおいても顕著な効果
を有する。例えば、Auなどの貴金属はそれ自体
では溶着し易く、リードリレーの接点に使用でき
ないが、メタルボライドとの組合わせにおいて耐
溶着性となる。またさらに、例えばコバールを基
体とする接点においても顕著な効果を発揮する。
Au−Co合金被覆コバールは、それ自体では腐食
され易く、キースイツチやコネクター接点として
使用できないが、メタルボライドとの組合わせに
おいて耐腐食性となる。 而してメタルボライドからなる基材上に被着す
る金属層の厚さは接点の使用条件、例えば電流条
件、摩耗条件、接点荷重条件、使用環境条件によ
り設定されるがエレクトロニクスの多くの分野に
おける微弱電流用途には約0.02〜0.5μ厚で十分で
ある。 〔実施例〕 (1) 焼結して得たMoBとTiBのチツプ（巾2.0mm、
長さ10.0mm、厚さ0.4mm）を用い、これをスパ
ツタリングにより第１表に示す各種金属を0.1μ
の厚さに被着して本発明接点材とした。 又本発明接点材と比較するために金属被着を
行わないメタルボライド及びCu−9.3Ni−
2.5Snの合金上にAu，Ag，Sn，Inを夫々上記
と同様に被着して比較例接点材をえた。 斯くして得た接点材の性能を試みるために温
度130℃、湿度85％の高温高湿槽内に1000時間
保持した後、Auプルーブ（先端半径1.6mm）を
用いて荷重25g、電流10mA（open電圧20mV）
の条件で接触抵抗（mΩ）を測定した。その結
果は第１表に示す通りである。

【表】 第１表から明らかの如く本発明接点材は何れ
も過酷な劣化処理後も低い接触抵抗を示し低荷
重キースイツチやコネクター接点として金属基
材上にろう付け等により固定して使用できるも
のである。 (2) 第１表に示す接点材について、スライド接触
のコネクタ接点としての実用性について試験を
行つた。即ちバウデン型摩擦試験器によりスラ
イド速度200mm／min、荷重50gの条件によりス
ライドヘツダ（ライダー）に直径10mmの鋼球を
用いて50回スライド後の動摩耗係数（μK）を
測定した。その結果は第２表に示す通りであ
る。

【表】

【表】 第２表から明らかな如く本発明接点材は何れ
も動摩擦係数が小さく、コネクターなどとして
摺動に伴う摩耗が少なく挿抜力も小さくてすむ
ことが認められた。 (3) 第１表における本発明品(1)(2)及び(3)をリード
リレー接点用42％Ni−Fe合金基材にろう付け
し、その１個を可動片として、これを挾んで２
個の固定片をセツトしてリレーを組立てた。こ
れについて電圧30V、電流1A、振動数1Hzの
条件で接点寿命試験を行い、溶着して動作不良
を生ずるまでの振動回数を測定した。その結果
は第３表に示す通りである。 なお従来品として厚さ2.5μのAuメツキした
もの及びRhメツキをしたものについても同様
試験を行つて、その結果を第３表に併記した。

【表】 第３表から明らかの如く本発明接点材はリー
ドリレーの接点として従来品より遥かに優れて
いることが認められた。 (4) コバール板上にスパツタリング法により厚さ
0.2μのPd₃BとNiBを被覆し、その中央に一部
（直径約2.5mm）ジエツトメツキ法によりAu−
Co（約0.4％）合金を0.50μの厚さにメツキを施
し本発明接点材をえた。これについてキースイ
ツチやコネクター接点として実用する場合の長
期の環境劣化を試験するため、Cl₂20ppb，
NO₂200ppb，H₂S100ppb、温度30℃、湿度75
％の混合ガス中に100時間暴露し、その前後の
接触抵抗を実施例(1)と同様にして測定した。そ
の結果は第４表に示す通りである。 なお本発明接点材と比較するために従来の直
接部分Auメツキと全面Niメツキ（厚さ1.5μ）
を行つた後の部分Auメツキ材とについても上
記と同様試験を行い、その結果を第４表に併記
した。

〔効果〕

以上詳述した如く本発明によれば広範囲な電
気、電子機器や部品に使用し、長期に亘り安定し
た電気接続性を示し、機器や部品の信頼性を高め
ることが出来うる等工業上極めて有用である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ メタルボライド、表層の少くとも一部に有す
   る基体上に、Au，Ag，Pt族金属、Sn，In又はこ
   れらの合金の内少くとも何れか１種を被着したこ
   とを特徴とする電気接点材。