KR20210100018A - 클래드 와이어 및 클래드 와이어의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 로듐 또는 로듐 베이스 합금으로 제조된 와이어 코어(2), 구리 또는 은 또는 알루미늄 또는 구리 베이스 합금 또는 은 베이스 합금 또는 알루미늄 베이스 합금으로 제조된 내부 클래딩(3), 와이어 코어(2)와 내부 클래딩(3) 사이에 배치된 금 또는 금 베이스 합금으로 제조된 접착 촉진층(5), 및 내부 클래딩(3)의 재료보다 경도가 더 큰 금속 또는 금속 합금으로 제조된 외부 클래딩(4)을 가지며, 내부 클래딩(3)이 적어도 두 반대쪽 면에서 와이어 코어(2)를 덮거나 완전히 둘러싸고, 외부 클래딩(4)이 내부 클래딩(3)을 둘러싸는, 테스트 니들 또는 슬라이딩 접점 제조용 클래드 와이어(1)에 관한 것이다.
본 발명은 또한 클래드 와이어의 제조 방법 및 하나 이상의 클래드 와이어(1)를 갖거나 또는 클래드 와이어(1)로부터 제조된 테스트 니들 및 서로 이격된 복수의 테스트 니들을 갖는 테스트 니들 어레이 및 복수의 클래드 와이어(1)를 갖거나 클래드 와이어(1)로부터 제조된 슬라이딩 접점에 관한 것이다.
본 발명은 또한 클래드 와이어의 제조 방법 및 하나 이상의 클래드 와이어(1)를 갖거나 또는 클래드 와이어(1)로부터 제조된 테스트 니들 및 서로 이격된 복수의 테스트 니들을 갖는 테스트 니들 어레이 및 복수의 클래드 와이어(1)를 갖거나 클래드 와이어(1)로부터 제조된 슬라이딩 접점에 관한 것이다.
Description
본 발명은 단자 패드의 접촉을 테스트하기 위한 테스트 니들을 제조하거나 터프트 브러시 및 멀티-와이어 슬라이더와 같은 슬라이딩 접점을 제조하기 위한 클래드 와이어에 관한 것이다.
본 발명은 또한 적어도 하나의 이러한 클래드 와이어를 갖는 테스트 니들 및 슬라이딩 접점 그리고 이러한 클래드 와이어를 제조하는 방법에 관한 것이다.
클래드 와이어는 여러가지 재료의 특성을 겸비하므로 여러 분야에서 유용하게 사용될 수 있다. 예컨대, 클래드 와이어는 마이크로일렉트로닉스에서 단자의 전기적 접촉을 테스트하기 위한 테스트 니들로서 또는 전기 슬라이딩 접점을 제조하기 위한 슬라이딩 와이어로서 사용될 수 있다.
칩 생산 과정에서, 언손 상태(unsawn state)에서 집적 회로(IC)의 작동성을 테스트하기 위하여 웨이퍼를 가공 직후 테스트 니들과 접촉시킨다. 개별 칩들을 구조화한 후의 기능성에 대해서는 테스트 니들의 어레이로 반도체 웨이퍼를 테스트한다. 테스트 니들은 웨이퍼 디자인에 맞는 프로브 카드에 고정된다. 테스트 과정에서, 웨이퍼가 테스트 니들 상에 압착되어 테스트 니들과 IC 패드 사이에 접촉이 이루어지며 알루미늄 패드의 경우에는 패시베이션 층을 통해 접촉이 이루어진다. 그런 다음, 접촉, 고전류 밀도에서의 전기적 특성값 및 온도 변화 동안의 전기적 거동과 같은 여러가지 매개변수를 테스트한다.
이렇게 테스트 니들은 전기 접점의 품질을 테스트하기 위하여 파워 일렉트로닉스의 생산에서, 칩 및 기타 전기 회로의 접촉에 사용된다(예컨대, US 2014/0266278 A1호 및 US 2010/0194415 A1호 참조).
양호한 테스트 니들의 핵심 매개변수는, 이 경우 고전류가 전달되어야 하기 때문에 높은 전기 전도율, 양호한 탄성 특성을 제공하는 높은 항복 강도(Rp0.2) 및 적합한 탄성 계수(mE)이다. 높은 열 전도율은 열 에너지의 양호한 소산을 가져오므로 전기 저항에서 최소한의 가능한 추가의 열 증가를 가져온다. 한편으로 유지 보수 간격을 짧게 유지하고 다른 한편으로 테스트 니들의 양호한 탄성 특성을 달성하기 위해 적절한 경도, 탄성 계수 및 항복 강도가 요구된다.
텅스텐, 탄화텅스텐, 팔라듐-구리-은 합금 및 텅스텐-레늄 재료로 제조된 테스트 니들은 알루미늄 패드 테스트에 널리 사용된다. 이들은 알루미늄 패드가 금 패드보다 더 견고하고 단단한 니들을 이용한 테스트를 금 패드보다 더 잘 견딜 수 있기 때문에 특히 경질이다.
금 패드에 적용하기 위해, 예컨대 Deringer Ney의 Paliney® H3C 또는 Advanced Probing의 NewTec®와 같은 Pd 합금이 알려져 있다. 또한, PtNi30 합금이 테스트 니들 시장에 존재한다. US 2010/0239453 A1호 및 EP 2 248 920 A1호는 테스트 니들의 제조를 위한 저-도핑 이리듐 합금을 개시하고 있다.
US 2006/0197542 A1호는 테스트 니들의 제조를 위한 이리듐 베이스 합금 및 백금 베이스 합금을 개시하고 있다. 이 합금은 금 패드에 배치되는 페인트 층을 통해 양호한 접촉을 설정할 수 있도록 300 HV 내지 500 HV의 높은 경도를 가지고 있다.
이리듐은 다른 금속에 비해 열 전도율과 전기 전도율이 낮다는 단점이 있다.
이들 합금의 단점은 팁을 연마해야 한다는 것인데, 이는 더 고가이고 종종 수동으로 수행되는 공정이다.
또한, 마이크로시스템 기술로 테스트 구조를 소량 생산할 수 있다. 이 경우 높은 생산 비용은 불리하다.
현재, 전기 및 열 전도성이 높을 뿐만 아니라 경도와 인장 강도도 높은 금속 또는 합금이 소위 프로브 니들(테스트 니들)에 사용된다. 순수 구리(100% IACS)의 전기 전도율이 기준으로 사용된다. 그러나, 구리(Cu)와 은(Ag)은 너무 연성이고 사용 중에 테스트 니들이 변형되기 때문에 이러한 목적으로 사용할 수 없다. 테스트 니들의 일반적인 재료는, 10% 금과 10% 백금을 함유하고 예컨대 Paliney® 7 및 Hera 648 제품명으로 시판되는 석출 경화형 팔라듐-은 합금이다. 그러나, PtNi 합금(백금-니켈 합금) 또는 로듐(Rh)도 테스트 니들을 제조하기 위해 호일용 재료로서 사용된다. 전기 전도율, 열 전도율, 인장 강도 및 경도 사이에서 가능한 한 균형이 좋은 금속 또는 합금의 경우, 최대 가능한 전기 전도율은 5% 내지 30% IACS이다.
프로빙 응용 분야의 일반적인 재료는 로듐 및 그 합금을 포함한다. 그러나, 순수한 형태의 로듐은 상대적으로 높은 탄성 계수(약 370 GPa)를 가지기 때문에 제한적으로만 사용할 수 있다. 이러한 제한은, 이들 재료로 제조된 테스트 니들이 탄성 계수 또는 그에 따른 필요한 기계적 힘과 응력을 보상하기 위해 가장 얇은 직경과 매우 길어진 테스트 니들로만 사용할 수 있다는 결과를 가져온다. 그러나, 니들이 길수록 테스트 니들의 전기 저항이 크게 증가하여 불리한 결과를 가져온다. 동시에, 로듐 및 그 합금은 어느 경우에도 일반적으로 IACS가 약 30%에 불과한 낮은 전기 전도율만 가진다. 또한, 얇고 긴 테스트 니들에 의해 열 방출이 손상된다.
그러나, 테스트 니들 외에도, 전기 및 열 전도율이 높고 동시에 높은 경도 및 인장 강도와 같은 우수한 기계적 특성을 가진 재료의, 특히 슬라이딩 접점용 와이어와 같은 다른 적용예도 유익하다. 슬라이딩 접점의 경우, 한편으로는 표면에 의해 낮은 접촉 저항이 발생하고 다른 한편으로는 재료가 지나치게 빨리 마모되지 않는 것이, 즉 마멸 또는 침식되지 않는 것이 중요하다.
높은 전기 전도율 외에도, 테스트 니들(프로브 니들) 또는 파워 일렉트로닉스의 슬라이딩 와이어와 같은 적용예도 높은 기계적 강도와 경도를 필요로 한다. 이 경우, 내온도성 또는 내열성도 중요하다.
WO 2016/009293 A1호는 테스트 니들의 앞면에 팁이 배치된 테스트 니들을 제안하는데, 이 팁은 기계적으로 단단한 제1 재료로 이루어지고 테스트 니들의 나머지는 전기 전도율이 높은 제2 재료로 이루어진다. 유사한 테스트 니들은 또한 US 2013/0099813 A1호, EP 2 060 921 A1호 및 US 2012/0286816 A1호로부터 공지되어 있다. US 2019/0101569 A1호는 이러한 팁을 갖는 클래드 와이어를 제안하며, 이 팁은 클래드 와이어의 와이어 코어에만 고정된다. 클래드 와이어는 단일 코팅을 갖는 와이어 코어를 갖도록 의도된다. 이것의 단점은, 테스트 니들이 더 이상 그 길이에 걸쳐 균일한 물성을 갖지 않으며 전기 및 열 전도율과 인장 강도가 두 재료 사이의 결합에 매우 크게 의존한다는 것이다. 또한, 전기 저항을 직렬 연결하는 경우에서와 같이, 전류가 두 영역을 모두 통과해야 하기 때문에 한 영역의 낮은 전기 전도율이 다른 영역의 높은 전기 전도율로 쉽게 보상될 수 없다.
테스트 니들 또는 슬라이딩 와이어의 제조를 위한 복합 와이어로서, 예컨대 전체 코팅된 와이어가 사용될 수 있는데, 이는 연속 압연 공정에 의해 또는 갈바니 코팅의 도움으로 소위 클래드 와이어 또는 이중 와이어로서 제조될 수 있다. 예컨대, 이들은, 앞서 공개되지 않은 DE 10 2019130 522.5호에 개시된 바와 같이 슬립 링 트랜스미터의 슬라이딩 접점에서나 또한 마이크로스위치의 스위칭 접점에서의 접점 적용예에 사용할 수 있도록 귀금속 합금(예컨대 Hera238)으로 클래딩되는, 예컨대 내부에 CuBe2와 같은 Cu 합금을 포함하는, 비금속(base metal)을 가질 수 있다.
따라서, 본 발명의 과제는 종래 기술의 단점을 극복하는 것이다. 특히, 열전도율와 전기 전도율이 더 크고 동시에 탄성 특성 및 탄성 계수에 관하여 테스트 니들용으로 적합한 기계적 특성을 갖는 테스트 니들을 생산할 수 있는 재료 및 그러한 재료의 제조 방법을 찾아야 한다.
또한, 재료는 가능한 한 긴 서비스 수명을 보장하고 패드 손상이 거의 없거나 전혀 없도록 충분히 높은 경도를 가져야 한다. 동시에, 재료는 접촉 중에 테스트 니들이 소성 변형되지 않도록 그리고 이러한 테스트 니들로 프로브 카드를 제조하는 동안 허용 오차를 가능한 한 크게 유지하기 위하여 충분한 탄성을 가져야 한다.
본 발명의 또 다른 과제는 전술한 특성을 만족하는 테스트 니들을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명은 그러한 재료로 제조된 복수의 와이어를 포함하는 슬라이딩 접점을 개발하는 추가의 문제를 해결한다.
본 발명의 과제는
1. 로듐 또는 로듐 베이스 합금으로 제조된 와이어 코어,
2. 알루미늄 또는 구리 또는 은 또는 구리 베이스 합금 또는 은 베이스 합금 또는 알루미늄 베이스 합금으로 제조되고, 적어도 두 반대쪽 면에서 와이어 코어를 덮거나 또는 와이어 코어를 완전히 둘러싸는 내부 클래딩,
3. 와이어 코어와 내부 클래딩 사이에 배치되는, 금 또는 금 베이스 합금의 접착 촉진층, 및
4. 내부 클래딩의 재료보다 더 큰 경도를 갖는 금속 또는 금속 합금으로 제조되고, 내부 클래딩을 둘러싸는 외부 클래딩
을 포함하는, 테스트 니들 또는 슬라이딩 접점 제조용 클래드 와이어에 의해 해결된다.
베이스 합금은 합금이 50 at% 이상의 비율의 언급된 원소를 함유하는 합금을 의미하는 것으로 이해된다.
클래딩은 더 내측으로 놓인 클래드 와이어의 일부를 둘러싸는 층 또는 코팅을 의미하는 것으로 이해된다.
내부 클래딩이 와이어 코어를 완전히 둘러싸고 및/또는 외부 클래딩이 내부 클래딩을 완전히 둘러싸는 것이 제공될 수 있다.
외부 클래딩은 바람직하게는 클래드 와이어의 외부 표면을 형성한다.
와이어 코어는 클래드 와이어의 축방향으로 연장되는 최내측 부분을 의미하는 것으로 이해된다.
사용되는 로듐 베이스 합금은 바람직하게는 0.01 중량% 내지 30 중량%의 지르코늄 및 1 중량% 이하의 기타 원소(불순물) 또는 로듐 합금 Hera5270을 갖는 로듐 합금 이다. 특히 바람직하게는, EP 2 662 465 B1호에 기재된 합금, 또는 0.2 중량%의 지르코늄을 갖고 나머지는 생산 관련 불순물을 포함하는 로듐인 RhZr0.2 합금이 사용된다.
접착 촉진층용 금 베이스 합금은 바람직하게는 90 at% 이상의 금을 함유한다.
구리 베이스 합금은 바람직하게는 50 at% 이상의 구리 및 통상의 불순물을 갖는 구리-은 합금 또는 구리-금 합금 또는 구리-알루미늄 합금이거나, 또는 구리 베이스 합금은 50 at% 이상의 구리 및 금속 은, 금, 알루미늄 중 2종 이상 및 통상의 불순물을 함유한다.
은 베이스 합금은 바람직하게는 50 at% 이상의 은 및 통상의 불순물을 갖는 은-구리 합금 또는 은-금 합금 또는 은-알루미늄 합금이거나, 또는 은 베이스 합금은 50 at% 이상의 은 및 금속 구리, 금, 알루미늄 중 2종 이상 및 통상의 불순물을 함유한다.
본 발명에 따르면, 클래드 와이어가 다층 복합 와이어인 것이 바람직하게 제공될 수 있다.
특히 바람직하게는, 와이어 코어는 (통상의 불순물을 제외하고) 0.1 중량% 내지 30 중량%의 지르코늄(매우 특히 바람직하게는 0.2 중량%의 지르코늄)을 갖는 로듐 베이스 합금으로 이루어지고, 접착 촉진층은 금(통상의 불순물 제외)으로 이루어지며, 내부 클래딩은 구리, 은 또는 알루미늄(통상의 불순물 제외, 구리가 매우 특히 바람직함)으로 이루어지고, 외부 클래딩은 팔라듐-니켈 합금, 로듐, 로듐-지르코늄 합금, 구리-주석-아연 합금 또는 금 베이스 합금(통상의 불순물 제외)으로 이루어지며, 바람직하게는 금 베이스 합금(통상의 불순물 제외)은 금-코발트 합금, 금-철 합금 또는 금-니켈 합금이다.
본 발명에 따른 클래드 와이어의 경우, 와이어 코어의 체적이 적어도 내부 클래딩의 체적만큼 크며, 바람직하게는 와이어 코어의 체적이 내부 클래딩의 체적만큼 크거나 내부 클래딩의 체적보다 최대 20배 더 큰 것이 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 클래드 와이어의 경우, 와이어 코어 및 내부 클래딩의 두께 또는 층 두께는 접착 촉진층의 2배이거나, 특히 접착 촉진층의 3배 이상인 것이 또한 제공될 수 있다.
이 두 가지 측정을 통해, 클래드 와이어의 본질적인 기계적 및 전기적 특성은 주로 와이어 코어와 내부 클래딩 및 이들의 부피비에 의해 정의된다.
또한, 확산 방지층이 내부 클래딩과 외부 클래딩 사이의 확산 장벽으로서 배치되고, 확산 방지층은 바람직하게는 니켈 또는 금 또는 니켈 베이스 합금 또는 금 베이스 합금으로 이루어지는 것이 제공될 수 있다.
그 결과, 특히 내부 클래딩의 전기적 특성이 외부 클래딩으로부터의 원자 또는 이온의 내부 확산에 의해 손상되지 않는다. 특히 내부 클래딩의 전기 전도율이 결과적으로 감소되지 않는다. 특히, 이는 클래드 와이어가 사용될 때 외부 원자가 내부 클래딩으로 내측으로 확산함으로써 경시적으로 전기 전도율이 저하되는 것을 방지한다.
이 경우, 내부 클래딩이 확산 방지층의 2배 이상의 층 두께를 갖고, 바람직하게는 내부 클래딩이 확산 방지층의 3배 이상의 층 두께를 갖는 것이 제공될 수 있다.
이는 확산 방지층이 내부 클래딩과 비교하여 클래드 와이어 자체의 기계적 특성 및 전기적 특성에 너무 강하게 영향을 미치지 않도록 보장하기 위한 것이다.
본 발명의 바람직한 개발에 따르면, 외부 클래딩은 로듐, 로듐 베이스 합금, 구리-주석-아연 합금, 팔라듐-니켈 합금 또는 금 베이스 합금으로 이루어질 수 있으며, 여기서 금 베이스 합금은 바람직하게는 금-코발트 합금, 금-철 합금 또는 금-니켈 합금이다.
이들 재료 및 합금은 경질이기 때문에 연마 보호층으로서 특히 양호하게 사용될 수 있다. 외부 클래딩은 팔라듐-니켈 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.
클래드 와이어는 실온에서 탄성 계수(탄성 모듈러스 또는 줄여서 mE)가 150 GPa 이상, 바람직하게는 200 GPa 이상, 특히 바람직하게는 215 GPa이고, 및/또는
클래드 와이어는 실온에서 0.2% 오프셋 항복 강도(Rp0.2)(탄성 한계)가 1800 MPa 이상, 바람직하게는 2000 MPa 이상, 특히 바람직하게는 2150 MPa이며, 및/또는
클래드 와이어는 실온에서 전기 전도율이 적어도 40% IACS, 바람직하게는 적어도 50% IACS, 특히 바람직하게는 57% IACS인 것이 또한 제공될 수 있다.
이들 기계적 및 전기적 특성, 특히 이들의 조합은 클래드 와이어가 특히 우수한 탄성 특성 및 높은 전기 전도율을 가지도록 보장하므로 상기 클래드 와이어는 테스트 니들 또는 슬라이딩 접점으로 사용될 수 있다.
탄성 계수(mE), 0.2% 오프셋 항복 강도(Rp0.2) 및 인장 강도(Rm)는 Zwick Z250 인장 시험기에 의해 결정된다. 인장 시험은 와이어 직경 55 ㎛의 클래드 와이어에 대해 수행되었으며 이에 관한 것이다. 탄성 계수(mE) 및 항복 강도(Rp0.2)에 대한 시험 속도는 1 mm/분이고, 인장 강도(Rm)에 대한 시험 속도는 10 mm/분이었다.
전기 전도율은 Burster Resistomat 2316을 사용하여 소정 길이에 대해 시험편에 걸친 전압 강하의 4 극 측정으로 결정되었다. 측정은 와이어 길이 0.06 m 내지 0.07 m, 직경 52 ㎛ 및 측정 전류 10 mA의 클래드 와이어를 사용하여 수행된다.
또한, 클래드 와이어의 직경 또는 두께가 최대 200 ㎛, 바람직하게는 직경 또는 두께가 10 ㎛ 내지 100 ㎛, 매우 특히 바람직하게는 직경 또는 두께가 20 ㎛ 내지 70 ㎛인 것이 제공될 수 있다.
이러한 직경의 클래드 와이어 또는 이러한 두께의 플랫 클래드 와이어는 테스트 니들 및 슬라이딩 와이어로서 특히 잘 사용할 수 있다.
또한, 와이어 코어의 직경 또는 두께가 9 ㎛ 내지 100 ㎛, 바람직하게는 20 ㎛ 내지 70 ㎛, 매우 특히 바람직하게는 30 ㎛ 내지 60 ㎛이고, 및/또는
내부 클래딩의 층 두께가 1 ㎛ 내지 20 ㎛, 바람직하게는 5 ㎛ 내지 15 ㎛이며, 및/또는
외부 클래딩의 층 두께가 0.5 ㎛ 내지 5 ㎛, 바람직하게는 1 ㎛ 내지 3 ㎛이고, 및/또는
접착 촉진층의 층 두께가 100 nm 내지 1000 nm, 바람직하게는 300 nm 내지 600 nm인 것이 제공될 수 있다.
이러한 재료 두께로, 와이어 코어 및 각각의 층이 클래드 와이어의 기계적 및 전기적 특성에 바람직한 기여를 제공하는 것이 달성된다.
접착 촉진층, 내부 클래딩, 외부 클래딩 및 임의로 확산 방지층이 갈바니 코팅인 것이 또한 제공될 수 있다.
이것은 비용 효율적인 코팅을 가능하게 한다. 또한, 이러한 방식으로 완전한 코팅이 이루어지는 것이 보장될 수 있다.
내부 클래딩이 알루미늄 또는 알루미늄 베이스 합금으로 이루어지는 경우, 이는 바람직하게는 PVD(물리적 기상 증착)와 같은 물리적 진공 증착 방법을 통해 와이어 코어에 적용될 수 있다.
바람직한 실시양태에 따르면, 와이어 코어가 가공 경화되는 것이 제공될 수 있다.
가공 경화된 재료는 기계적 성형에 의한 추가의 변형에 대항하여 경화된 재료를 의미하는 것으로 이해된다. 소성 변형(최대 1012 m-2)의 결과로 전위 밀도가 증가하기 때문에, 전위가 서로 그 이동을 방해할 확률이 증가한다. 따라서, 추가 변형에 더 큰 응력이 필요한데, 이는 항복 강도 및 강도의 증가에서 두드러진다. 이 거동을 가공 경화라고 한다. 예컨대, 압연 또는 인발에 의한 낮은 사전 변형에 의해 와이어 코어의 강도를 증가시키기 위해 본 발명에 따른 이러한 효과는 장점이라 여겨진다.
이로써 기계적 특성, 특히 클래드 와이어의 탄성 특성이 개선된다.
또한, 와이어 코어가 직사각형 단면을 갖는 것이 제공될 수 있다. 바람직하게는 클래드 와이어가 와이어 코어의 스트립으로부터 제조되는 것이 제공될 수 있고, 특히 바람직하게는 클래드 와이어가 내부 클래딩 및 접착 촉진층으로 코팅된 와이어 코어의 스트립으로부터 제조되는 것이 제공될 수 있다.
따라서 클래드 와이어는 직사각형 단면을 가진 클래드 와이어일 수도 있다. 그래서 클래드 와이어는 플랫 와이어라고 일컬어질 수 있다.
대안적으로, 와이어 코어는 둥근형, 특히 원형 단면을 가진 일반 와이어일 수 있다. 그래서 클래드 와이어는 또한 둥근형, 특히 원형 단면을 가진다. 특히 작은 직경이 80 ㎛ 미만인 경우 직경에 대해 20% 이하의 이상적인 원형 대칭으로부터의 편차가 발생할 수 있다.
와이어와 달리, 스트립형 와이어 코어는 직사각형 단면을 가지며, 모서리를 둥글게 할 수 있다. 클래드 와이어의 스트립형 와이어 코어의 폭은 바람직하게는 두께의 2 배 이상이다. 이 경우에도 스트립형 클래드 와이어 내에서 20% 이하의 편차가 가능하다.
본 발명에 의해 해결되는 문제는 또한 이하의 시계열적 단계:
A) 로듐 또는 로듐 베이스 합금으로 제조된 와이어 코어를 제공하는 단계,
B) 금 또는 금 베이스 합금으로 제조된 접착 촉진층으로 와이어 코어를 코팅하는 단계,
C) 접착 촉진층으로 코팅된 와이어 코어를, 구리 또는 은 또는 알루미늄 또는 구리 베이스 합금 또는 은 베이스 합금 또는 알루미늄 베이스 합금의 내부 클래딩으로 코팅하는 단계, 및
D) 접착 촉진층 및 내부 클래딩으로 코팅된 와이어 코어를, 내부 클래딩의 재료보다 경도가 더 큰 금속 또는 금속 합금으로 제조된 외부 클래딩으로 코팅하는 단계
를 특징으로 하는 클래드 와이어 제조 방법에 의해 해결된다.
이 방법에 의해 제조된 클래드 와이어는 본 발명에 따른 클래드 와이어와 동일한 이점을 갖는다.
이 경우, 바람직하게는 본 발명에 따른 클래드 와이어가 상기 방법에 의해 제조되는 것이 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서, 와이어 코어가 스트립형이고 하기 단계 C1)이 단계 C) 및 D) 사이에서 수행되며:
C1) 코팅된 스트립형 와이어 코어를 스트립의 종축에 대해 수직으로 복수의 코팅된 와이어 코어로 절단하는 단계로서, 여기서 와이어 코어는 두 반대쪽 면에서 접착 촉진층 및 내부 클래딩으로 코팅된 것인 단계,
단계 D)에서, 코팅된 와이어 코어 각각이 외부 클래딩으로 코팅되는 것이 또한 제공될 수 있다.
그 결과, 본 발명에 따른 클래드 와이어는 중간 제품으로서 스트립형 와이어 코어로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서, 단계 C)와 D) 사이에 하기 단계 C2)가 수행되고:
C2) 접착 촉진층 및 내부 클래딩으로 코팅된 와이어 코어를, 확산 방지층, 바람직하게는 니켈 또는 금 또는 니켈 베이스 합금 또는 금 베이스 합금으로 제조된 확산 방지층으로 코팅하는 단계,
단계 D)에서, 상기 접착 촉진층, 내부 클래딩 및 확산 방지층으로 코팅된 와이어 코어가 외부 클래딩으로 코팅되는 것이 또한 제공될 수 있다.
그 결과, 특히 내부 클래딩의 전기적 특성이 외부 클래딩으로부터의 원자 또는 이온의 내부 확산에 의해 손상되지 않는 것이 달성된다. 특히, 내부 클래딩의 전기 전도율이 결과적으로 감소되지 않는다.
또한, 단계 B), C) 및 D) 및 임의로 C2)에 따른 코팅이 갈바니 방법을 이용하여 적용되고/적용되거나 물리적 진공 증착법을 이용하여, 특히 물리적 기상 증착(PVD)을 이용하여 적용되는 것이 제공될 수 있다.
이것은 비용 효율적인 코팅을 가능하게 한다. 또한, 이러한 방식으로 완전한 코팅이 이루어지는 것이 보장될 수 있다. 알루미늄 또는 알루미늄 베이스 합금에 의한 코팅은 바람직하게 물리적 기상 증착(PVD)을 이용하여 수행된다. 다른 모든 코팅은 바람직하게는 갈바니 방법을 이용하여 수행된다.
본 발명에 따르면, 와이어 코어는 단계 A) 전에 가공 경화되고, 바람직하게는 기계 성형에 의해 가공 경화되고, 특히 바람직하게는 압연 및 연신에 의해 가공 경화된다.
본 발명에 의해 해결되는 문제는 또한 본 발명에 따른 적어도 하나의 클래드 와이어를 포함하거나 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 클래드 와이어를 포함하는 테스트 니들에 의해 해결되며, 바람직하게는 테스트 니들은 클래드 와이어의 원통축에 수직으로 또는 클래드 와이어의 종축에 수직으로 구부러진다.
본 발명에 의해 해결되는 문제는 서로 이격된 복수의 이러한 테스트 니들을 포함하는 테스트 니들 어레이에 의해 추가로 해결된다.
본 발명에 의해 해결되는 문제는 본 발명에 따른 복수의 클래드 와이어를 포함하거나 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 클래드 와이어를 포함하는 슬라이딩 접점에 의해 추가로 해결되며, 여기서 바람직하게는 클래드 와이어는 와이어 번들을 형성한다.
본 발명은, 로듐 또는 로듐 베이스 합금으로 제조된 내부 와이어 코어 및 구리 또는 은으로 제조된 고전도성 내부 클래딩 및 경질 외부 클래딩을 포함하는 클래드 와이어에 의하여, 구리, 은 또는 이들의 베이스 합금의 높은 전기 전도율을 가지며 동시에 와이어 코어 및 외부 클래딩을 통해 바람직한 기계적 탄성 특성을 제공하는 클래드 와이어를 제공할 수 있다는 놀라운 발견에 기초한다. 결과적으로 클래드 와이어는 테스트 니들로서 그리고 슬라이딩 접점의 제조에 모두 유용하다.
접착 촉진층은 클래드 와이어가 탄성 변형되는 경우 내부 클래딩을 와이어 코어에 보다 안정적으로 접합시키기 위해 사용된다. 이는 굽힘 하중의 변화의 결과로서 내부 클래딩의 재료가 와이어 코어의 재료로부터 국부적으로 분리되는 것을 방지함으로써 서비스 수명을 개선시킨다.
임의로 존재하는 확산 방지층은 내부 클래딩의 전기 전도율을 손상시키지 않기 위해 사용된다. 다른 재료들로 제조된 복수의 확산 장벽도 확산 방지층으로서 사용될 수 있다. 이는 또한 전기 전도율을 감소시키는 내부 클래딩 재료의 원치 않는 합금화가 방지되기 때문에 서비스 수명을 개선시킨다.
와이어 코어의 재료는 RhZr0.2 또는 최대 30 at%의 지르코늄으로 지르코늄을 함유하는 다른 로듐 베이스 합금(순수한 로듐을 사용하는 1500 MPa에 비해 3000 MPa)이 사용되는 경우 특히 인장에 저항성이며 지르코늄의 결과 특히 정밀하게 인발될 수 있다. 높은 인장 강도는 상대적으로 두꺼운 구리층 또는 은층을 내부 클래딩으로 적용할 수 있게 하여 전도율을 유의적으로 증가시킨다. 또한, 순수한 로듐은 약 100 ㎛ 내지 80 ㎛에서 취성이 되어 부서지기 때문에 순수 로듐으로 제조된 현재 시판중인 약 50 ㎛ 직경의 니들은 이러한 목적으로 사용할 수 없다.
약 60% IACS 이상의 전기 전도율이 본 발명으로 가능하다. 또한, 결과적으로 다층 구조의 전체 탄성 계수가 유의적으로 감소하여 탄성 특성이 유의적으로 개선되는데 이는 지수 Rp0.2/mE의 증가로 표현된다.
본 발명은, 한편으로 높은 항복 강도(Rp0.2)를 가지면서 클래드 와이어, 특히 다층 복합 와이어의 전체 탄성 계수(mE)를 대폭 낮추고, 다른 한편으로 전기 전도율을 크게 증가시키는 재료를 제공한다. 이 목적으로, Hera5270과 같은 로듐 및 로듐 합금으로 만든 와이어 코어가 사용되는데 후자는 다양한 기능성 층으로 갈바니 코팅된다.
연질 구리 또는 연질 은을 사용할 수 있기 위하여 그리고 이로써 이의 높은 전기 전도율을 클래드 와이어에 이용할 수 있기 위하여, 내부 클래딩 주위에 외부 클래딩의 형태로 더 경질의 포위층을 배치하는 것이 중요하다.
본 발명의 예시적인 실시양태를 12 개의 도면에 기초하여 아래에서 설명하지만 이는 본 발명을 제한하지 않는다:
도 1: 본 발명에 따른 클래드 와이어의 개략적인 사시 횡단면도를 도시한 것이다;
도 2: 주사 전자 현미경(SEM)에 의해 본 발명에 따른 클래드 와이어를 통한 단면 이미지를 도시한 것이다;
도 3: SEM에 의해 본 발명에 따른 클래드 와이어를 통한 단면의 추가 이미지를 도시한 것이다;
도 4: SEM에 의해 본 발명에 따른 클래드 와이어를 통한 단면의 추가 이미지를 도시한 것이다;
도 5: SEM에 의해 본 발명에 따른 클래드 와이어를 통한 단면의 추가 이미지를 도시한 것이다;
도 6: 본 발명에 따른 클래드 와이어의 힘-연신율 그래프를 도시한 것이다;
도 7: 고배율 SEM에 의해 본 발명에 따른 클래드 와이어를 통한 단면 이미지를 도시한 것이다;
도 8: 고배율 SEM에 의해 본 발명에 따른 클래드 와이어를 통한 단면의 추가 이미지를 도시한 것이다;
도 9: 경도 측정으로부터 크레이터를 포함하는, 고배율 SEM에 의한 본 발명에 따른 클래드 와이어를 통한 단면 이미지를 도시한 것이다;
도 10: 코팅된 스트립으로부터 본 발명에 따른 스트립형 클래드 와이어를 제조하기 위한 중간 제품의 개략적인 사시 횡단면도를 도시한 것이다;
도 11: 도 10에 따른 중간 제품으로부터 제조된 본 발명에 따른 스트립형 클래드 와이어의 개략적인 사시 횡단면도를 도시한 것이다;
도 12: 흐름도의 형태로 본 발명에 따른 방법의 순서를 도시한 것이다.
도 1: 본 발명에 따른 클래드 와이어의 개략적인 사시 횡단면도를 도시한 것이다;
도 2: 주사 전자 현미경(SEM)에 의해 본 발명에 따른 클래드 와이어를 통한 단면 이미지를 도시한 것이다;
도 3: SEM에 의해 본 발명에 따른 클래드 와이어를 통한 단면의 추가 이미지를 도시한 것이다;
도 4: SEM에 의해 본 발명에 따른 클래드 와이어를 통한 단면의 추가 이미지를 도시한 것이다;
도 5: SEM에 의해 본 발명에 따른 클래드 와이어를 통한 단면의 추가 이미지를 도시한 것이다;
도 6: 본 발명에 따른 클래드 와이어의 힘-연신율 그래프를 도시한 것이다;
도 7: 고배율 SEM에 의해 본 발명에 따른 클래드 와이어를 통한 단면 이미지를 도시한 것이다;
도 8: 고배율 SEM에 의해 본 발명에 따른 클래드 와이어를 통한 단면의 추가 이미지를 도시한 것이다;
도 9: 경도 측정으로부터 크레이터를 포함하는, 고배율 SEM에 의한 본 발명에 따른 클래드 와이어를 통한 단면 이미지를 도시한 것이다;
도 10: 코팅된 스트립으로부터 본 발명에 따른 스트립형 클래드 와이어를 제조하기 위한 중간 제품의 개략적인 사시 횡단면도를 도시한 것이다;
도 11: 도 10에 따른 중간 제품으로부터 제조된 본 발명에 따른 스트립형 클래드 와이어의 개략적인 사시 횡단면도를 도시한 것이다;
도 12: 흐름도의 형태로 본 발명에 따른 방법의 순서를 도시한 것이다.
도 1은 원통형 대칭 구조를 갖는 본 발명에 따른 클래드 와이어(1)의 개략적인 사시 횡단면도를 도시한 것이다. 클래드 와이어(1)는 로듐 또는 로듐 베이스 합금으로 제조된 와이어 코어(2), 구리 또는 은 또는 알루미늄 또는 구리 베이스 합금 또는 은 베이스 합금 또는 알루미늄 베이스 합금으로 제조된 내부 클래딩(3), 금속 또는 금속 합금으로 제조된 외부 클래딩(4) 및 금 또는 금 베이스 합금으로 제조된 접착 촉진층(5)으로 이루어진다. 임의로, 금속 확산 방지층(6)이 제공될 수 있다.
와이어 코어(2)는 클래드 와이어(1)의 최내측 부분에서 연장된다. 내부 클래딩(3)은 와이어 코어(2)를 둘러싼다. 외부 클래딩(4)은 내부 클래딩(3)을 둘러싸고, 예컨대, 로듐, 로듐 베이스 합금, 구리-주석-아연 합금, 팔라듐-니켈 합금 또는 금 베이스 합금과 같은, 내부 클래딩(3)의 재료보다 더 큰 경도를 갖는 금속 또는 금속 합금으로 이루어지며, 여기서 금 베이스 합금은 바람직하게는 금-코발트 합금, 금-철 합금 또는 금-니켈 합금이다. 접착 촉진층(5)은 와이어 코어(2)와 내부 클래딩(3) 사이에 배치된다. 확산 방지층(6)은 내부 클래딩(3)과 외부 클래딩(4) 사이에 배치될 수 있으며 외부 클래딩(4)으로부터 원자 및 이온이 내부 클래딩(3)으로 이동하여 이들이 내부 클래딩(3)의 전기 전도율을 손상시키는 것을 방지 또는 방해한다.
와이어 코어(2)는 약 40 ㎛의 직경을 가질 수 있고, 내부 클래딩(3)은 약 10 ㎛의 층 두께를 가질 수 있으며, 외부 클래딩(4)은 약 2 ㎛의 층 두께를 가질 수 있다. 접착 촉진층(5) 및 확산 방지층(6)은 1 ㎛보다 얇을 수 있다.
클래드 와이어(1)를 제조하기 위해, 와이어 코어(2)를 고화 후 와이어로서 인발함으로써 용융물로부터 와이어 코어(2)를 먼저 얻을 수 있다. 와이어 코어(2)는 바람직하게는 와이어 코어(2)의 기계적 특성을 개선하기 위해 가공 경화된다. 이어서 와이어 코어(2)의 표면을 후속 코팅 공정 전에 세정할 수 있다. 그러나, 와이어 코어(2)는 또한 다른 방법을 사용하여 제조될 수 있고 추가의 처리를 위해 제공될 수 있다.
이어서, 접착 촉진층(5)이 와이어 코어(2)에 갈바니 방식으로 적용될 수 있다. 이 후 내부 클래딩(3)이 접착 촉진층(5)으로 코팅된 와이어 코어(2)에 갈바니 방식으로 적용될 수 있다. 이 후 이 구조는 확산 방지층(6)으로 갈바니 코팅될 수 있다. 끝으로, 외부 클래딩(4)이 확산 방지층(6)에 갈바니 방식으로 또는 내부 클래딩(3)에 직접적으로 적용될 수 있다.
이렇게 제조된 클래드 와이어(1)는 임의로 열처리로 후처리될 수 있다. 추후의 처리를 단순화하기 위해 클래드 와이어(1)를 스풀(도시되어 있지 않음)에 긴 무한 와이어(10 m 이상)로 감을 수 있다. 짧은 조각들을 클래드 와이어(1)로부터 절단할 수 있으며, 이들은 이후 번들로 함께 결합되어 슬라이딩 접점으로서 와이어 번들을 제공한다. 대안적으로, 클래드 와이어(1)의 복수의 와이어 조각은 또한 서로 이격되어 어레이로서 배열되어 테스트 니들 어레이를 형성할 수 있다.
도 2 내지 도 5 및 도 7 내지 도 9는 주사 전자 현미경(SEM)으로 촬영한 본 발명에 따른 클래드 와이어(11)의 단면 이미지를 도시한 것이다. 도 2 내지 도 5에서는 후방 산란 전자에 의해 그리고 도 7 내지 도 9에서는 2차 전자에 의해 콘트라스트가 발생한다.
클래드 와이어(11)는 20 중량%의 지르코늄과 80 중량%의 로듐을 포함하고 통상의 불순물을 포함하는 로듐-지르코늄 합금으로 제조된 와이어 코어(12)를 갖는다. 이 합금은 RhZr0.2라고도 일컬어진다. 로듐-지르코늄 합금은 반복 성형으로 가공 경화된다. 로듐내 지르코늄으로 인해, 와이어 코어(12)를 특히 정밀하게 인발할 수 있다. 높은 인장 강도로 인해 상대적으로 두꺼운 구리층을 와이어 코어(12)에 적용할 수 있다. 순수한 로듐은 취성이 되고 80 ㎛ 내지 100 ㎛ 이하의 직경에서 파손될 수 있다.
따라서 내부 클래딩(13)은 구리로 이루어지고 외부 클래딩(14)은 팔라듐-니켈 합금으로 이루어진다. 구리로 제조된 내부 클래딩(13)은 클래드 와이어의 전기 전도율을 증가시키는 동시에 클래드 와이어(11)의 탄성 특성을 개선시킨다. 외부 클래딩(14)은 기계적 부하 및 마모 효과로부터 내부 클래딩(13)의 구리를 보호하는 데 사용된다. 이 목적에서, 외부 클래딩(14)은 내부 클래딩(13)보다 더 경질이다. 내부 클래딩(13)과 와이어 코어(12)의 기계적 연결을 개선하기 위해 금으로 된 접착 촉진층(15)이 와이어 코어(12)와 내부 클래딩(13) 사이에 배치된다. 따라서 접착 촉진층(15)은 클래드 와이어(11)의 서비스 수명을 개선시킨다. 따라서 와이어 코어(12)의 로듐-지르코늄 합금으로부터 구리가 분리되는 것이 접착 촉진층(15)에 의해 방지될 수 있다. 팔라듐이 내부 클래딩(13)의 구리로 확산되는 것을 방지하는 확산 방지층(16)이 내부 클래딩(13)과 외부 클래딩(14) 사이에 제공될 수 있다. 이것이 클래드 와이어(11)의 수명을 증가시키며, 클래드 와이어(11)의 전기 전도율이 경시적으로 더 일정하게 유지된다. 확산 방지층(16)은 또한 복수의 상이한 확산 장벽으로 이루어질 수 있다.
와이어 코어(12)는 44 ㎛ 내지 47 ㎛의 직경을 갖는다. 내부 클래딩(13)은 2.5 ㎛ 내지 10 ㎛의 층 두께를 갖는다. 외부 클래딩(14)은 1.4 ㎛ 내지 2 ㎛의 층 두께를 갖는다. 접착 촉진층(15)은 420 nm 내지 470 nm의 층 두께를 갖는다. 내부 클래딩(13)으로서 상대적으로 두꺼운 구리층은 클래드 와이어(11)의 전기 전도율을 크게 증가시킨다.
도 6은 이러한 클래드 와이어(11)의 힘-연신율 그래프를 도시한 것이다. 클래드 와이어(11)는 mm2 당 약 1700 N의 힘을 견딘다. 클래드 와이어(11)의 직경은 55 ㎛였다. 30 N/mm2의 편향력이 사용되었다. 흐름 영역의 속도는 0.00025 s-1이다.
탄성 계수(mE), 0.2% 오프셋 항복 강도(Rp0.2) 및 인장 강도(Rm)은 Zwick Z250 인장 시험기에 의해 결정된다. 인장 시험은 와이어 직경 55 ㎛의 클래드 와이어에 대해 수행되었으며 이에 관한 것이다. 탄성 계수(mE) 및 항복 강도(Rp0.2)에 대한 시험 속도는 1 mm/분, 인장 강도(Rm)에 대한 시험 속도는 10 mm/분이었다.
전기 전도율은 Burster Resistomat 2316을 사용하여 소정 길이에 대해 시험편에 걸친 전압 강하의 4극 측정으로 결정되었다. 측정은 와이어 길이 0.06 m 내지 0.07 m, 직경 52 ㎛ 및 측정 전류 10 mA의 클래드 와이어를 사용하여 수행한다.
본 발명에 따른 클래드 와이어(11)에 대한 이하의 기계적 특성이 실험에서 얻어진다: mE 215.0 kN/mm2, ReL 2240 MPa, Rp0.2 2171.8 N/mm2, Rm 2368.3 N/mm2, Fm 5.6 N, A 100 mm 0.53%. 클래드 와이어의 경우, 지수 Rp0.2/mE 대해 2171.8 MPa/215 GPa가 발생하며 이는 0.0101의 비율에 해당한다. 이에 비해, 순수한 로듐의 경우 지수 Rp0.2/mE는 2300 MPa/370 GPa이며, 이는 단지 0.0062의 비율에 해당한다.
지수 Rp0.2/mE가 클수록 탄성 영역의 탄성 특성이 좋아진다.
추가 실험은 클래드 와이어(11)의 (지수 Rp0.2/mE로 정량 가능한) 탄성 특성이 크게 개선될 수 있음을 보여 주었다(로듐 와이어에 비해 68% 개선). 또한, 로듐으로 제조된 와이어에 비해 전기 전도율(EC)이 79%까지 증가될 수 있었다.
전기 전도율(EC)율 소정 길이에 대해 로듐 와이어 또는 클래드 와이어의 시험 물체에 걸친 전압 강하 측정을 위한 4극 측정을 통해 측정된다. BURSTER® Resistomat 2316이 측정에 사용되었다. 측정은 실온(22℃)에서 수행된다.
도 2 내지 도 5 및 도 7 내지 도 9에 따르면 클래드 와이어의 길이 70 mm, 직경 52 ㎛ 및 단면적 0.0021 mm2에 대해 1.00 ohm의 저항이 발생했다. 이는 0.030 ohm mm2/m의 비전기저항(Rspec) 및 32.90 m/(ohm mm2) 또는 56.7% IACS의 전기 전도율을 발생시킨다. 도 2 내지 도 5 및 도 7 내지 도 9에 따르면 클래드 와이어의 길이 50 mm, 직경 52 ㎛ 및 단면적 0.0021 mm2에 대해 0.70 ohm의 저항이 발생했다. 이는 0.030 ohm mm2/m의 비전기저항(Rspec) 및 33.73 m/(ohm mm2) 또는 58.2% IACS의 전기 전도율을 발생시킨다. 100% IACS는 58 m/(ohm mm2)에 해당한다.
도 1에 도시된 클래드 와이어(1) 대신에, 도 11에 도시된 바와 같이, 스트립형 와이어 코어(22)가 또한 클래드 와이어(21)의 제조에 사용될 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 스트립형 클래드 와이어(21)를 제조하기 위한 중간 제품(20)의 개략적인 사시 횡단면도를 도시한 것이다. 도 10 및 도 11은 도 10에 도시된 중간 제품(20)을 통한 스트립형 클래드 와이어(21)의 제조를 도시한 것이다. 도 11은 본 발명에 따른 클래드 와이어(21)의 개략적인 사시 횡단면도를 도시한 것이다. 클래드 와이어(21)는 로듐 또는 로듐 베이스 합금으로 제조된 와이어 코어(22), 구리 또는 은 또는 알루미늄 또는 구리 베이스 합금 또는 은 베이스 합금 또는 알루미늄 베이스 합금으로 제조된 내부 클래딩(23), 금속 또는 금속 합금으로 제조된 외부 클래딩(24), 및 금 또는 금 베이스 합금으로 제조된 접착 촉진층(25)으로 이루어진다. 임의로, 금속 확산 방지층(26)이 내부 클래딩(23)과 외부 클래딩(24) 사이에 제공될 수 있다.
스트립형 와이어 코어(22)는 처음에 도 10에 도시된 바와 같이 직사각형 단면을 갖는다. 이 스트립형 와이어 코어(22)는 접착 촉진층(25) 및 내부 클래딩(23)으로 코팅된다. 이어서, 이렇게 코팅된 와이어 코어(22), 즉, 중간 제품(20)이 스트립형 와이어 코어(22)의 종축에 대해 수직으로(도 10의 이미지 평면으로) 많은 조각으로 절단된다. 절단면 중 하나가 절단면(28)으로서 점선으로 도 10에 표시된다. 코팅된 와이어 코어(22)의 절단된 조각은 접착 촉진층(25) 및 내부 클래딩(23)으로 두 반대쪽 면에 코팅된다. 이들 조각은 이후 확산 방지층(26)으로 갈바니 코팅된 다음 외부 클래딩(24)으로 갈바니 코팅되거나 또는 외부 클래딩(24)으로만 코팅된다. 결과적으로, 클래드 와이어(21)가 도 11에 도시된 바와 같이 얻어진다.
와이어 코어(22)는 클래드 와이어(21)의 최내측 부분에서 연장된다. 내부 클래딩(23)은 두 반대쪽 면에서 와이어 코어(22)를 피복한다. 외부 클래딩(24)은 내부 클래딩(23) 및 와이어 코어(22)를 둘러싸고, 내부 클래딩(23)의 재료보다 경도가 더 큰 금속 또는 금속 합금, 예컨대 로듐, 로듐 베이스 합금, 구리-주석-아연 합금, 팔라듐-니켈 합금 또는 금 베이스 합금으로 이루어지며, 여기서 금 베이스 합금은 바람직하게는 금-코발트 합금, 금-철 합금 또는 금-니켈 합금이다. 접착 촉진층(25)은 와이어 코어(22)와 내부 클래딩(23) 사이에 배치된다. 확산 방지층(26)은 외부 클래딩(24)과 내부 클래딩(23) 사이 및 또한 외부 클래딩(24)과 와이어 코어(22) 사이에 배치될 수 있고, 내부 클래딩(23)의 전기 전도성을 손상시키지 않도록 외부 클래딩(24)으로부터 내부 클래딩(23)으로의 원자 및 이온의 이동을 방지하거나 방해한다.
와이어 코어(22)는 폭이 약 100 ㎛이고 두께가 약 30 ㎛일 수 있으며, 내부 클래딩(23)은 약 10 ㎛의 층 두께를 가질 수 있고, 외부 클래딩(24)은 약 2 ㎛의 층 두께를 가질 수 있다. 접착 촉진층(25) 및 확산 방지층(26)은 1 ㎛보다 더 얇을 수 있다.
클래드 와이어(21)를 제조하기 위해, 와이어 코어(22)를 고화하고 이어서 스트립으로서 연신 및 압연함으로써 용융물로부터 스트립형 와이어 코어(22)를 먼저 얻을 수 있다. 와이어 코어(22)는 바람직하게는 와이어 코어(22)의 기계적 특성을 개선하기 위해 가공 경화된다. 이 후 와이어 코어(22)의 표면을 후속 코팅 공정 전에 세정할 수 있다. 그러나, 와이어 코어(22)는 또한 다른 방법에 의해 제조될 수 있고 추가 처리를 위해 제공될 수 있다.
이어서, 접착 촉진층(25)이 스트립형 와이어 코어(22)에 갈바니 방식으로 적용될 수 있다. 그 후, 중간 제품(20)을 얻기 위하여, 접착 촉진층(25)으로 코팅된 와이어 코어(22)에 내부 클래딩(23)이 갈바니 방식으로 적용될 수 있다. 중간 제품(20)을 절단한 후, 절단된 조각을 확산 방지층(26)으로 갈바니 코팅할 수 있다. 끝으로, 외부 클래딩(24)이 확산 방지층(26)에 갈바니 방식으로 적용되거나 또는 내부 클래딩(23) 또는 와이어 코어(22)에 직접 적용될 수 있다.
이러한 방식으로 제조된 스트립형 클래드 와이어(21)는 임의로 열처리로 후처리될 수 있다. 클래드 와이어(21)로부터, 클래드 와이어(21)의 복수의 스트립형 와이어 조각이 또한 서로 이격된 방식으로 어레이로서 배열되어 테스트 니들 어레이를 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 순서를 도 10, 도 11 및 도 1과 함께 도 12에 의해 이하에 도시한다.
제1 작업 단계(100)에서, 와이어 코어(2, 22)는 용융물로부터 그리고 인발에 의해 제조될 수 있다. RhZr0.2 합금이 와이어 코어용 재료로서 사용될 수 있다. 와이어 코어(2, 22)는 제조하고자 하는 클래드 와이어의 기계적 특성, 특히 탄성 특성을 개선하기 위해 가공 경화될 수 있다. 와이어 코어(2, 22)의 표면은 추가 처리 전에 세정될 수 있다.
제2 작업 단계(101)에서, 와이어 코어(2, 22)는 접착 촉진층(5, 25)으로서 얇은 금층으로 갈바니 코팅될 수 있다.
제3 작업 단계(102)에서, 구리층 또는 은층 또는 알루미늄층은 내부 클래딩(3, 23)으로서 접착 촉진층(5, 25)으로 코팅된 와이어 코어(2, 22)에 갈바니 방식으로 적용될 수 있다.
임의적인 제4 작업 단계(103)에서, 중간 제품(20), 즉 코팅된 스트립형 와이어 코어(22)는 절단면(28)으로서 도 10에 점선으로 표시된 바와 같이 스트립형 와이어 코어의 종축에 대해 수직으로 조각들로 절단될 수 있다.
임의적인 제5 작업 단계(104)에서, 니켈의 확산 방지층(6, 26)이 내부 클래딩(3, 23)에 그리고 임의로 또한 와이어 코어(22)의 개방 표면에 적용될 수 있다.
제6 작업 단계(105)에서, 로듐, 로듐 베이스 합금, 금 베이스 합금, 금-코발트 합금, 금-철 합금, 금-니켈 합금, 구리-주석-아연 합금 또는 팔라듐-니켈 합금의 층이 외부 클래딩(4, 24)으로서 내부 클래딩(3, 23)에 그리고 임의로 또한 와이어 코어(22)의 개방 표면 또는 확산 방지층(6, 26)에 갈바니 방식으로 적용될 수 있다.
이어서, 이러한 방식으로 제조된 클래드 와이어(1, 21)의 열처리가 제7 작업 단계(106)에서 임의로 수행될 수 있다.
전술한 설명 그리고 청구범위, 도면 및 예시적인 실시양태에 개시된 본 발명의 특징은 다양한 실시양태에서 본 발명을 실현하기 위해 개별적으로 그리고 임의의 조합으로 본질적일 수 있다.
1, 11, 21
클래드 와이어
2, 12, 22 와이어 코어
3, 13, 23 내부 클래딩
4, 14, 24 외부 클래딩
5, 15, 25 접착 촉진층
6, 16, 26 확산 방지층
20 중간 제품
28 절단면
100 제1 작업 단계
101 제2 작업 단계
102 제3 작업 단계
103 제4 작업 단계
104 제5 작업 단계
105 제6 작업 단계
106 제7 작업 단계
2, 12, 22 와이어 코어
3, 13, 23 내부 클래딩
4, 14, 24 외부 클래딩
5, 15, 25 접착 촉진층
6, 16, 26 확산 방지층
20 중간 제품
28 절단면
100 제1 작업 단계
101 제2 작업 단계
102 제3 작업 단계
103 제4 작업 단계
104 제5 작업 단계
105 제6 작업 단계
106 제7 작업 단계
Claims (17)
- 로듐 또는 로듐 베이스 합금으로 제조된 와이어 코어(2, 12, 22),
구리 또는 은 또는 알루미늄 또는 구리 베이스 합금 또는 은 베이스 합금 또는 알루미늄 베이스 합금으로 제조되고, 적어도 두 반대쪽 면에서 와이어 코어(2, 12, 22)를 덮거나 또는 와이어 코어(2, 12, 22)를 완전히 둘러싸는 내부 클래딩(3, 13, 23),
금 또는 금 베이스 합금으로 제조되고, 와이어 코어(2, 12, 22)와 내부 클래딩(3, 13, 23) 사이에 배치되는 접착 촉진층(5, 15, 25), 및
내부 클래딩(3, 13, 23)의 재료보다 더 큰 경도를 갖는 금속 또는 금속 합금으로 제조되고, 내부 클래딩(3, 13, 23)을 둘러싸는 외부 클래딩(4, 14, 24)
을 갖는, 테스트 니들 또는 슬라이딩 접점 제조용 클래드 와이어(1, 11, 21). - 제1항에 있어서,
와이어 코어(2, 12, 22)의 부피는 적어도 내부 클래딩(3, 13, 23)의 부피만큼 크고, 바람직하게는 와이어 코어(2, 12, 22)의 부피는 정확히 내부 클래딩(3, 13, 23)의 부피만큼 크거나 그보다 최대 20배 크고, 및/또는
와이어 코어(2, 12, 22) 및 내부 클래딩(3, 13, 23)의 두께 또는 층 두께는 접착 촉진층(5, 15, 25)보다 2배 이상 크고, 특히 접착 촉진층(5, 15, 25)보다 3배 이상 큰 것을 특징으로 하는 클래드 와이어(1, 11, 21). - 제1항 또는 제2항에 있어서,
확산 방지층(6, 16, 26)이 내부 클래딩(3, 13, 23)과 외부 클래딩(4, 14, 24) 사이에 확산 장벽으로서 배치되며, 여기서 확산 방지층(6, 16, 26)은 바람직하게는 니켈 또는 금 또는 니켈 베이스 합금 또는 금 베이스 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 클래드 와이어(1, 11, 21). - 제3항에 있어서,
내부 클래딩(3, 13, 23)의 층 두께가 확산 방지층(6, 16, 26)보다 2배 이상 크고, 바람직하게는 내부 클래딩(3, 13, 23)의 층 두께가 확산 방지층(6, 16, 26)보다 3배 이상 큰 것을 특징으로 하는 클래드 와이어(1, 11, 21). - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
외부 클래딩(4, 14, 24)은 로듐, 로듐 베이스 합금, 구리-주석-아연 합금, 팔라듐-니켈 합금 또는 금 베이스 합금으로 이루어지며, 여기서 금 베이스 합금은 바람직하게는 금-코발트 합금, 금-철 합금 또는 금-니켈 합금인 것을 특징으로 하는 클래드 와이어(1, 11, 21). - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
클래드 와이어(1, 11, 21)는 실온에서 탄성 계수(mE)가 150 GPa 이상, 바람직하게는 200 GPa 이상, 특히 바람직하게는 215 GPa이고, 및/또는
클래드 와이어(1, 11, 21)는 실온에서 0.2% 오프셋 항복 강도(Rp0.2)(탄성 한계)가 1800 MPa 이상, 바람직하게는 2000 MPa 이상, 특히 바람직하게는 2150 MPa이며, 및/또는
클래드 와이어(1, 11, 21)는 실온에서 전기 전도율이 40% IACS 이상, 바람직하게는 50% IACS 이상, 특히 바람직하게는 57% IACS인 것을 특징으로 하는 클래드 와이어(1, 11, 21). - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
클래드 와이어(1, 11, 21)는 직경 또는 두께가 최대 200 ㎛, 바람직하게는 직경 또는 두께가 10 ㎛ 내지 100 ㎛, 매우 특히 바람직하게는 직경 또는 두께가 20 ㎛ 내지 70 ㎛인 것을 특징으로 하는 클래드 와이어(1, 11, 21). - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
와이어 코어(2, 12, 22)의 직경 또는 두께가 9 ㎛ 내지 100 ㎛, 바람직하게는 20 ㎛ 내지 70 ㎛, 매우 특히 바람직하게는 30 ㎛ 내지 60 ㎛이고, 및/또는
내부 클래딩(3, 13, 23)의 층 두께가 1 ㎛ 내지 20 ㎛, 바람직하게는 5 ㎛ 내지 15 ㎛이며, 및/또는
외부 클래딩(4, 14, 24)의 층 두께가 0.5 ㎛ 내지 5 ㎛, 바람직하게는 1 ㎛ 내지 3 ㎛이고, 및/또는
접착 촉진층(5, 15, 25)의 층 두께가 100 nm 내지 1000 nm, 바람직하게는 300 nm 내지 600 nm인 것을 특징으로 하는 클래드 와이어(1, 11, 21). - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
접착 촉진층(5, 15, 25), 내부 클래딩(3, 13, 23), 외부 클래딩(4, 14, 24) 및 임의로 확산 방지층이 갈바니 코팅인 것을 특징으로 하는 클래드 와이어(1, 11, 21). - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
와이어 코어(2, 12, 22)가 가공 경화되고, 및/또는
와이어 코어(22)가 스트립, 특히 코팅된 스트립인 것을 특징으로 하는 클래드 와이어(1, 11, 21). - 클래드 와이어(1, 11, 21), 특히 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 클래드 와이어(1, 11, 21)의 제조 방법으로서, 이하의 시계열적 단계
A) 로듐 또는 로듐 베이스 합금으로 제조된 와이어 코어(2, 12, 22)를 제공하는 단계,
B) 와이어 코어(2, 12, 22)를 금 또는 금 베이스 합금으로 제조된 접착 촉진층(5, 15, 25)으로 코팅하는 단계,
C) 접착 촉진층(5, 15, 25)으로 코팅된 와이어 코어(2, 12, 22)를, 구리 또는 은 또는 알루미늄 또는 구리 베이스 합금 또는 은 베이스 합금 또는 알루미늄 베이스 합금의 내부 클래딩(3, 13, 23)으로 코팅하는 단계, 및
D) 접착 촉진층(5, 15, 25) 및 내부 클래딩(3, 13, 23)으로 코팅된 와이어 코어(2, 12, 22)를, 내부 클래딩(3, 13, 23)의 재료보다 경도가 더 큰 금속 또는 금속 합금으로 제조된 외부 클래딩(4, 14, 24)으로 코팅하는 단계
를 특징으로 하는 제조 방법. - 제11항에 있어서,
와이어 코어(22)는 스트립형으로 형상화되고 하기 단계 C1)이 단계 C)와 D) 사이에서 수행되며:
C1) 코팅된 스트립형 와이어 코어(22)를 스트립형 와이어 코어(22)의 종축에 대해 수직으로 복수의 코팅된 와이어 코어(22)로 절단하는 단계로서, 여기서 와이어 코어(22)는 두 반대쪽 면에서 접착 촉진층(25) 및 내부 클래딩(23)으로 코팅된 것인 단계,
단계 D)에서, 코팅된 와이어 코어(22) 각각이 외부 클래딩(24)으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 제조 방법. - 제11항 또는 제12항에 있어서,
하기 단계 C2)가 단계 C)와 단계 D) 사이에서 수행되고:
C2) 접착 촉진층(5, 15, 25) 및 내부 클래딩(3, 13, 23)으로 코팅된 와이어 코어(2, 12, 22)를, 확산 방지층, 바람직하게는 니켈 또는 금 또는 니켈 베이스 합금 또는 금 베이스 합금으로 제조된 확산 방지층으로 코팅하는 단계,
단계 D)에서, 접착 촉진층(5, 15, 25), 내부 클래딩(3, 13, 23) 및 확산 방지층으로 코팅된 와이어 코어(2, 12, 22)가 외부 클래딩(4, 14, 24)으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 제조 방법. - 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
단계 B), C) 및 D) 및 임의로 C2)에 따른 코팅은 갈바니 방법을 사용하여 적용되고/되거나 물리적 방법, 특히 물리적 기상 증착(PVD)을 사용하여 적용되는 것을 특징으로 하는 제조 방법. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 클래드 와이어(1, 11, 21)를 하나 이상 포함하거나 또는 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조된 클래드 와이어(1, 11, 21)를 포함하며, 바람직하게는 클래드 와이어(1, 11)의 원통축에 대해 수직으로 또는 클래드 와이어(1, 11, 21)의 종축에 대해 수직으로 구부러지는 테스트 니들.
- 서로 이격된 제15항에 따른 복수의 테스트 니들을 갖는 테스트 니들 어레이.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 복수의 클래드 와이어(1, 11, 21)를 포함하거나 또는 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조된 클래드 와이어(1, 11, 21)를 포함하며, 바람직하게는 클래드 와이어(1, 11, 21)가 와이어 번들을 형성하는 슬라이딩 접점.
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