TWI441957B - 金-鈷系非晶形合金電鍍被膜電鍍液及電鍍方法 - Google Patents
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Description
本發明係有關適用於電氣機器零件之端子電鍍被膜,電氣特性及機械特性均良好之金-鈷系非晶形合金電鍍被膜,可使此金-鈷系非晶形合金電鍍被膜成膜之電鍍液,及使用此電鍍液之電鍍方法。
電氣.電子零件之連接器、小型繼電器、印刷配線板等中,特別是被要求高信賴性部位之電氣接點材料者,目前以被稱為硬質鍍金被膜之鍍金被膜被廣泛使用之。硬質鍍金被膜係於金添加鈷、鎳等者,而不致降低金原本之良好導電性、化學安定性,提昇被膜之硬度。此硬質鍍金被膜具有其金之微細結晶(20~30nm)鍵結之微細構造,藉由此微細構造,可取得為取得接點材料所需之耐磨損性之最低必要限度之硬度(努普硬度下,Hk=170)。
另外,近年來伴隨電子零件之小型化,電氣接點之尺寸亦微小化,而此微小接點中所形成之電鍍被膜亦被期待更提升為取得小尺寸化、薄膜化、高磨損性之硬度。
又,不久的將來,其接點之尺寸將接近上述之硬質鍍金被膜之微細結晶之尺寸,於此微細之接點上形成如上述之硬質鍍金被膜時,為減少構成被膜之微細結晶的絕對數,可預知者於目前所適用尺寸之接點上形成硬質鍍金被膜時無法取得其相等之耐久性。
本發明鑑於上述課題,其目的以提供一種具良好之導電性、化學安定性,同時提昇硬度之耐磨損性良好之金-鈷系非晶形合金電鍍被膜,可使此金-鈷系非晶形合金電鍍被膜成膜之電鍍液,以及使用此電鍍液之電鍍方法。
本發明者為達成上述目的進行精密研討結果發現,含有所定濃度之氰化金鹽、鈷鹽及鎢酸鹽,較佳者更使用含有有機酸或其鹽等之錯化劑的電鍍液後,藉由電鍍取得不具微細結晶之均質非晶質相所形成之金-鈷系非晶形合金電鍍被膜,此被膜可於無實用上問題之程度上維持金原本之良好接觸電阻值、化學安定性,同時亦提昇硬度,進而完成本發明。
因此,做為本發明第1形態者,係提供一種其特徵為不具微細結晶之均質的非晶質相所形成之金-鈷系非晶形合金電鍍被膜。又,做為本發明第2形態者係提供一種其特徵為含有以金的基準下為0.01~0.1 mol/dm3
濃度之氰化金鹽,以鈷的基準下為0.02~0.2 mol/dm3
濃度之鈷鹽,及以鎢的基準下為0.1~0.5 mol/dm3
濃度之鎢酸鹽之電鍍液。更做為本發明第3形態者係提供一種其特徵為使用第2形態之電鍍液,於被鍍物上形成金-鈷系非晶形合金電鍍被膜之電鍍方法。
本發明金-鈷系非晶形合金電鍍被膜係藉由不具微細結晶之均質的非晶質相所形成,可於無實用上問題之程度上維持金原本之良好接觸電阻值、化學安定性,同時亦提昇硬度,因此,適用於繼電器等電氣.電子零件之連接材料。
以下,針對本發明進行更詳細之說明。
本發明之金-鈷系非晶形合金電鍍被膜係藉由不具微細結晶之均質非晶質相所形成。
做為電氣.電子零件之連接材料者於相互接點接觸時務必降低電氣電阻,且於連接材料之使用環境下務必為不變質等化學安定性佳者,由其觀點視之,金系之電鍍被膜為有效者。另外,做為如上述微小接點仍不降低硬度之電鍍被膜之微細構造者非晶質相構造比結晶性構造理想。
本發明之金-鈷系非晶形合金電鍍被膜係含有金與鈷,同時其微細構造為不具微細結晶之均質非晶質相構造,藉由此特徵,可具良好之接觸電阻值及化學安定性,同時可達成先行技術之金或金合金電鍍被膜所沒有的高硬度。不具此微細結晶之非晶質相構造可藉由X線繞射(XRD)圖案、透光型電子顯微鏡(TEM)像及透光型高能量電子線繞射(THEED)像確定之。
本發明金-鈷系非晶形合金電鍍被膜為含有金屬成份之金及鈷、金屬成份之含有率以含有96質量%以上者宜,理想者為96.5質量%以上,較佳者為97質量%以上,更佳者為97.5質量%以上,特別以98質量%為最佳。只要金屬成份之含有率為96質量%以上即可取得充分之電氣特性。另外,由可取得均衡之金-鈷系非質形合金電鍍被膜之導電性及化學安定性及硬度面視之,其金屬成份中之金及鈷之組成係為金及鈷之總量的98質量%以上,特別以99質量%以上,甚至99.5質量%以上為最佳,且金與鈷之比(金/鈷(質量比))為0.5以上,較佳者為1.0以上,更佳者為2.0以上,10.0以下,較佳者為9.0以下,更佳者為8.0以下。本發明金-鈷系非晶形合金電鍍被膜中金含有率即使較少,仍具充分之化學安定性,可控制適用減少高價金使用之電鍍被膜之零件成本。
又,本發明金-鈷系非晶形合金電鍍被膜其除金屬成份以外碳之含有率以含有4質量%以下為宜,較佳者為3.5質量%以下,更佳者為3質量%以下,甚至以2質量%以下為最佳。
本發明之金-鈷系非晶形合金電鍍被膜可使用含有氰化金鹽,鈷鹽及鎢酸鹽之電鍍液藉由電鍍形成。
此電鍍液中含有氰化金鹽、鈷鹽及鎢酸鹽,而做為氰化金鹽之具體例如:氰化金鉀、氰化金鈉、氰化金鋰等,做為鈷鹽之具體例如:硫酸鈷、硝酸鈷等,做為鎢酸鹽之具體例者如:鎢酸鈉、鎢酸鉀等例。電鍍液中之氰化金鹽濃度以金基準下為0.01~0.1 mol/dm3
,較佳者為0.015~0.04 mol/dm3
,更佳者為0.02~0.035 mol/dm3
,鈷鹽濃度以鈷基準下為0.02~0.2 mol/dm3
,較佳者為0.05~0.1 mol/dm3
,更佳者為0.07~0.08 mol/dm3
,鎢酸鹽濃度以鎢基準下為0.1~0.5 mol/dm3
,較佳者為0.15~0.25 mol/dm3
,更佳者為0.17~0.19 mol/dm3
。
另外,此電鍍液以含有錯化劑為更佳。做為此錯化劑例者如具有錯化作用及pH緩衝作用之有機酸或其鹽例者,有機酸及其鹽例如:檸檬酸、酒石酸、蘋果酸及此等鈉鹽、鉀鹽、銨鹽等例。電鍍液中之錯化劑濃度以0.1~0.5 mol/dm3
為宜,更以0.17~0.34 mol/dm3
,特別以0.24~0.27 mol/dm3
為最佳。
又,此電鍍液為中性或酸性,特別以弱酸性為最佳,其適當之pH為5以上,較佳者為6以上、10以下,較佳者為9以下。另外,pH之調整可使用NH3
,硫酸等之先行技術公知之pH調整劑。
電鍍條件並未特別限定,一般電鍍溫度為50~80℃,特別以65~75℃為最佳。又,電流密度為2mA/cm2
以上,較佳者為5 mA/cm2
以上,更佳者為10 mA/cm2
以上,又為200 mA/cm2
以下,較佳者為150 mA/cm2
以下,更佳者為100 mA/cm2
以下。另外,陽極可使用鉑等之不溶性陽極。又,亦可使用鈷做為陽極。另外,被鍍物例者如:電氣配線等所使用之銅等之金屬材料例。此金屬材料亦可於金屬基材或非金屬基材上做為基底層形成之。又,不管是否進行攪拌,而以於攪拌下進行電鍍為較佳,另外亦可藉由本體電流外加電流。
利用電鍍液經電鍍所形成之金-鈷系非晶形合金電鍍被膜中,做為金屬成份者含有金及鈷,而,金屬成份更含有鎢。此時,含鎢量於電鍍液中儘管含相當量之鎢(鎢酸鹽)仍為較少量者,做為金屬成份中之含有率者可為2質量%以下,特別為1質量%以下,甚至為0.5質量%以下最佳。又,不同情況下,視其痕跡程度,更以電鍍被膜之組成分析下一般所使用之分析手法中不被檢出亦可。
因此,此電鍍方向,藉由適度選取電鍍液中之各成份組成,電鍍條件後,金、鈷及鎢均被檢出之非晶形合金電鍍被膜,亦即,形成金-鈷-鎢非晶形合金電鍍被膜與未被檢出鎢之金-鈷非晶形合金電鍍被膜之兩者。此未儉出鎢之金-鈷非晶形合金電鍍被膜中,雖存在雜質量以上之鎢,惟,於電鍍被膜之組成分析,一般所使用之分析技術中未被檢出程度量之含有鎢者。
特別是,含金、鈷及鎢之上述金-鈷-鎢非晶形合金電鍍被膜所含金屬成份由金、鈷及鎢所成者宜,而此時亦可含有其他金屬成份之雜質量。
本發明其接觸電阻為5mΩ以下,較佳為4mΩ以下,特別為3mΩ以下最佳,又,努普硬度為Hk=200以上,特別是Hk=210以上可取得具有良好接觸電阻與硬度之金-鈷系非晶形合金電鍍被膜。又,本發明金-鈷系非晶形合金電鍍被膜於300℃以下之鍛燒處理中,其不具微細結晶之均質非晶質相未有變化(亦即不產生結晶化生成微細結晶),又,鍛燒處理前後之接觸電阻亦幾乎無變化。
本發明之金-鈷系非晶形合金電鍍被膜其具有良好接觸電阻值及化學安定性,同時具有先行技術之金或金合金電鍍被膜所未見之高硬度之特徵,因此,適用於電磁開關器、電路阻斷器、恆溫器、繼電器、計時器、各種開關、印刷配線基板等之電氣.電子零件之端子等導通接點。
以下,顯示實施例進行本發明具體說明,惟,本發明並未受限於下述實施例。另外,實施例中各分析,測定方法及條件如下。
XRD理學電機公司製依RINT-TTR:CuK α(50kV/200mA)金屬組成日本電子公司製依JAX-8600:EDS-EPMA法非金屬元素測定LECO公司製無機組成元素分析裝置CS-44,依TC-436努普硬度依JIS Z2251為基準測定:荷重49.0mN(HK0.005)荷重保持時間5秒接觸電阻藉由山崎精機製電氣接點模擬電路CRS-112-AL:以四端子法、荷重1N、外加電流10mA之條件下測定耐摩損性試驗山崎精機製電氣接點模擬電路CRS-112-AL+旋轉滑動裝置:完成硬質鍍金Probe接觸於電鍍試料、於速度55rpm、荷重50gf下旋轉滑動。每一定旋轉數中測定Probe與試料之接觸電阻。
使用含有0.035 mol/dm3
之KAu(CN)2
、0.076 mol/dm3
之CoSO4
.7H2
O,0.182 mol/dm3
之Na2
WO4
.2H2
O.0.258 mol/dm3
之檸檬酸,藉由氨水及硫酸調整pH為6之電鍍液,使於溫度70℃,電流密度40 mA/cm2
(實施例1)、10 mA/cm2
(實施例2)、5 mA/cm2
(實施例3)下純度99.96%之銅板上形成金-鈷系非晶形合金電鍍被膜(膜厚5μm)。另外,於陽極使用鉑板,電鍍中之電鍍浴進行強攪拌。
將取得金-鈷系非晶形合金電鍍被膜藉由XRD進行分析。使XRD圖案示於圖1。其結果證明所得電鍍被膜均取得非晶質構造。又,測定所得金-鈷系非晶形合金電鍍被膜之組成分析,努普硬度及接觸電阻。其結果示於表1。被檢出非金屬元素之碳。又,電鍍被膜具有高於鈷-硬質金之努普硬度(Hk=200)之硬度。
更進行實施例1之電鍍被膜之耐磨損性試驗後,與鈷硬質金同等之耐磨損性。
除使KAu(CN)2
做成3.5×10- 3
mol/dm3
之外,與實施例1同法進行電鍍,針對所得電鍍被膜進行XRD分析,螢光X線。XRD圖案與實施例1為相同,證明所得合金為非晶質。又,螢光X線分析之結果其Au
與Co之比為Au/Co(質量比)=0.55。
除CoSO4
.7H2
O為0.155 mol/dm3
之外,與實施例1同法進行電鍍,針對所得電鍍被膜,進行XRD分析,螢光X線。XRD圖案與實施例1為相同,證明所得合金為非晶質。又,螢光X線分析之結果證明Au與Co之比為Au/Co(質量比)=1.3。
除Na2
WO4
.2H2
O做成0.364 mol/dm3
之外,與實施例1同法進行電鍍,針對所得電鍍被膜,進行XRD分析,螢光X線。XRD圖案與實施例1為相同,所得合金為非晶質。又,螢光X線分析之結果,證明Au與Co之比為Au/Co(質量比)=1.5。
使用含有0.035 mol/dm3
之KAu(CN)2
、0.026 mol/dm3
之CoSO4
.7H2
O,0.234 mol/dm3
之Na2
WO4
.2H2
O.0.260 mol/dm3
之酒石酸銨,藉由硫酸調整pH為8.5之電鍍液,於溫度70℃,電流密度40mA/cm2
(實施例7)、20 mA/cm2
(實施例8)、15 mA/cm2
(實施例9)、12.5 mA/cm2
(實施例10),純度99.96%之銅板上形成金-鈷系非晶形合金電鍍被膜(膜厚5μm)。另外,於陽極中使用鉑板,電鍍中電鍍浴進行強攪拌。
藉由XRD分析所得之金-鈷系非晶形合金電鍍被膜。XRD圖案示於圖2。由此結果證明取得電鍍被膜均為非晶質構造。又,進行所得金-鈷系非晶形合金電鍍被膜之螢光X線分析後,Au與Co之比分別為Au/Co(質量比)=1.2(實施例7)、1.4(實施例8)、1.4(實施例9)、1.5(實施例10)。更測定實施例8之電鍍被膜之努普硬度後,Hk=233,具有高於鈷硬質金之努普硬度(Hk=200)之硬度。
圖1係代表實施例1~3取得之金-鈷系非晶形合金電鍍被膜之XRD圖案之圖。
圖2係代表實施例7~10取得之金-鈷系非晶形合金電鍍被膜之XRD圖案之圖。
Claims (7)
- 一種金-鈷系非晶形合金電鍍被膜,其特徵係以形成不具微細結晶之均質非晶質相所成,含有96質量%以上含有金及鈷之金屬成分,及4質量%以下之碳,同時上述金屬成份中金及鈷之組成,係為金及鈷之總量的98質量%以上,且金/鈷=0.5~10.0(質量比)。
- 如申請專利範圍第1項之金-鈷系非晶形合金電鍍被膜,其中上述金屬成份中更含有鎢,而上述金屬成份中含鎢率為2質量%以下。
- 如申請專利範圍第1項之金-鈷系非晶形合金電鍍被膜,其接觸電阻為5mΩ以下。
- 如申請專利範圍第1項之金-鈷系非晶形合金電鍍被膜,其努普硬度為Hk=200以上。
- 一種電鍍液,其係用於形成如申請專利範圍第1項之金-鈷系非晶形合金電鍍被膜之電鍍液,其特徵係含有以金的基準下為0.01~0.1mol/dm3 濃度之氰化金鹽,以鈷的基準下為0.02~0.2mol/dm3 濃度之鈷鹽,及以鎢的基準下為0.1~0.5mol/dm3 濃度之鎢酸鹽。
- 如申請專利範圍第5項之電鍍液,其中更含有錯化劑。
- 一種電鍍方法,其特徵係於被電鍍物上利用如申請專利範圍第5項之電鍍液形成金-鈷系非晶形合金電鍍被膜。
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