TWI525923B - 電性接點零件 - Google Patents

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TWI525923B TW101108174A TW101108174A TWI525923B TW I525923 B TWI525923 B TW I525923B TW 101108174 A TW101108174 A TW 101108174A TW 101108174 A TW101108174 A TW 101108174A TW I525923 B TWI525923 B TW I525923B
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Description

電性接點零件
本發明係關於使用在繼電器(例如，電動車的電力繼電器)、開關、連接器、斷路器等電性零件之接點部(接點材料)的電性接點零件。
過去以來，市面提供具有如日本專利第40321116號公報所記載配線圖案的電子零件。
但是，在電性接點零件上，為了確保接觸可靠性與封裝性，一般會在接點部的最表層形成具有優異的導電性的Au、Ag、Pt、Rh、Ru、Ir、Pd等價格昂貴的貴金屬層。因為Au與Ag是軟質材料，所以大多使用Au-Co、Au-Ni、Ag-W、Ag-WC、Ag-Cu、Ag-Mo、Ag-CdO、Ag-Au、Ag-SnO、Ag-Pd、Ag-Ni、Ag-ZnO等合金或複合材料來提升硬度。又，為了確保耐腐蝕性，故常在貴金屬鍍敷後進行封孔處理。
但是，因為貴金屬價格昂貴，若大量使用則會有使電性接點零件成本增加的問題。又，回焊後因為在接點部的表面形成容易阻礙電性接觸的氧化物，故在低接觸壓區(接點部的表面形成金合金系鍍敷層時，接觸力為9.8×10-3N(lgf)以下)有接觸電阻變大而欠缺接觸可靠性的問題。因此，為了避免接觸可靠性降低，雖然可以仔細地去管理鍍敷的共析量，但卻會有使步驟管理變得煩雜的問題。又，進行封孔處理時，因其潤滑成份是使用具有絕緣性的油性成分，故有接觸可靠性降低的問題。
本發明之目的在於提供一種接觸可靠性與封裝性優異 的電性接點零件。
本發明之電性接點零件，其係具備藉由接觸進行電性連接的接點部、及藉由焊接而與外部進行電性連接的封裝部；在前述接點部之表面或接點因滑動磨耗、開閉等而露出的表面上選擇性地形成有含有碳奈米管(以下稱為CNT)或碳黑(以下稱為CB)的鍍敷層；在前述封裝部形成有焊接濕潤性比前述含有CNT或CB的鍍敷層還高的鍍敷層。藉由採用上述構成，使得電性接點零件具有優秀的接觸可靠性與封裝性。
該構成中，較佳為前述CNT或CB突出於含有前述CNT或CB的鍍敷層的表面。
該構成中，較佳為前述含有CNT或CB的鍍敷層係由電鍍或無電鍍所形成。
該構成中，較佳為前述CNT含有多層CNT(以下稱為MWCNT)。
該構成中，較佳為前述含有CNT的鍍敷層係含有相對其總量而言為0.02~2.0質量%的CNT。
該構成中，較佳為前述含有CB的鍍敷層係含有相對其總量而言為0.02~2.0質量%的CB。
該構成中，較佳為前述含有CNT或CB的鍍敷層露出在非晶質鍍敷層的表面。
該構成中，較佳為前述非晶質鍍敷層係Ni-P合金鍍敷膜。
本發明之電性接點零件，在表面形成有非晶質鍍敷層，前述非晶質鍍敷層含有奈米碳材料，且該奈米碳材料露出在前述非晶質鍍敷層的表面。藉由採用上述構成，可 使接觸可靠性與耐腐蝕性優異，並且可以便宜價格製造。
該構成中，較佳為具有藉由接觸進行電性連接的接點部、與藉由焊接而進行電性連接的封裝部，於前述接點部的表面形成有前述非晶質鍍敷層，於前述封裝部形成有焊接濕潤性比前述非晶質的鍍敷層還高的鍍敷層。
該構成中，較佳為使用MWCNT作為前述奈米碳材料。
該構成中，較佳為使用CB作為前述奈米碳材料。
該構成中，較佳為前述奈米碳材料相對於前述非晶質鍍敷層的總量而言係含有0.02~2.0質量%。
該構成中，較佳為前述非晶質鍍敷層係由電鍍或無電鍍所形成。
該構成中，較佳為前述非晶質鍍敷層係Ni-P合金鍍敷膜。
進一步詳細描述本發明的實施方式。本發明之其他特徵與優點係與以下詳細的記述與圖式有關，而可藉此進一步理解。
<實施形態1>
以下係說明本發明的實施形態1。
電性接點零件A係使用於連接器的端子零件、開關或繼電器等可動接點或固定接點；電性接點零件A尤其適用於低接觸壓區。
使用電性接點零件A的連接器，可例示由圖2A所示的頭座H與圖2B所示的插槽S所構成者。頭座H係具有頭座本體30與複數根頭座接頭40；該頭座本體30係由例如合成樹脂般的絕緣材料所構成；該頭座接頭40係由導電 性材料所構成且藉由例如插入成形而保持在頭座本體30上。又，插槽S具有插槽本體50與複數根插槽接頭60；該插槽本體50係由例如合成樹脂般的絕緣材料所構成且設有連接凹部20；該插槽接頭60係由具有導電性與彈性的材料所構成且保持於插槽本體50上，使得當頭座H插入連接凹部20時在連接凹部20的內側可與頭座接頭40一對一地接觸導通。本發明的電性接點零件A可用作上述頭座接頭40與插槽接頭60。
如圖1A所示，頭座接頭40係具有第1接觸部41、第2接觸部42、及端子部43；該第1接觸部41係露出在頭座本體30的左右的外側面，而與插槽接頭60的第1接觸部64相接觸；該第2接觸部42係與第1接觸部41形成包夾內凹部19的左右邊的U字形狀，並露出在內凹部19的內側，而與插槽接頭60的第2接觸部66相接觸；該端子部43係從第2接觸部42的上端朝左右方向當中向外延長而貫穿內凹部19的底面，並沿著頭座本體30的上端面(圖2A中的下端面)往左右突出而用於封裝。
插槽接頭60係具有端子部61、被保持部62、第1連結部63、第1接觸部64、第2連結部65、及第2接觸部66；該端子部61其厚度方向位於上下方向，並從插槽本體50突出而用於封裝；該被保持部62其下端連結於端子部61的左右當中成為內側那一端，並朝上方延長，而保持在插槽本體50上；該第1連結部63其一端連結在被保持部62的上端，且往左右方向當中遠離端子部61的方向延長；該第1接觸部64其一端連結於第1連結部63的另一端，並朝下方延長，而與頭座接頭40相接觸；該第2連結部65 其一端連結於第1接觸部64的下端，且往左右方向當中遠離被保持部62的方向延長；該第2接觸部66其下端連結於第2連結部65的另一端，並往自連接凹部20拔起頭座H的方向延長，使得頭座接頭40有彈性地夾持在其與第1接觸部64之間。
接著，上述頭座接頭40的第1接觸部41與第2接觸部42與上述插槽接頭60的第1接觸部64與第2接觸部66，藉由與電路或其他的電性接點零件等導電構件接觸，而形成而進行電性連接的接點部1。又，前述頭座接頭40的端子部43與前述插槽接頭60的端子部61，藉由與電路等外部(其他構件)焊接，而形成進行電性連接的封裝部2。
接點部1係在電性接點零件A的母材3的表面上設有含有碳奈米管(以下稱CNT)的鍍敷層(以下稱CNT鍍敷層)4而形成者。封裝部2係在母材3的表面上設有比CNT鍍敷層4的焊接濕潤性還要高的鍍敷層(以下稱為焊接鍍敷層)5而形成者。又，在圖1A中，將接點部1以交叉線表示、並且以斜線表示封裝部2。
母材3係因應電性接點零件A的使用目的而成形為所需的形狀，可以使用銅或銅合金等用於電性接點零件的眾所周知的金屬材料。該銅合金可列舉Cu-Ti、Cu-Ti-Fe、Cu-Be、Cu-Sn-P系、Cu-Zn系、Cu-Ni-Zn系、Cu-Ni-Si系、Cu-Fe-P系合金等。
CNT鍍敷層4係如圖1B所示，係藉由附著於母材3表面的金屬鍍敷膜4a與分散配合於金屬鍍敷膜4a中的CNT4b之複合鍍敷層所形成者。
金屬鍍敷膜4a可考量對母材3的附著性與CNT4b的 保持性、硬度等，再決定該材質與厚度。例如，金屬鍍敷膜4a可以使用Cu鍍敷膜或Ni鍍敷膜等材質來形成，但較佳為Ni鍍敷膜。因為Ni鍍敷膜為耐腐蝕性、耐磨耗性、耐化學性優異的金屬皮膜，作業性也優良，處理成本比較低。又，金屬鍍敷膜4a的厚度較佳為0.1~10μm，其範圍內又以1~5μm更佳。
CNT4b係碳材料，化學特性安定且具優秀的導電性、滑動性和機械強度。CNT4b係使用直徑10~200nm、長度1~20μm者。又，以CNT4b來說，存在著石墨片捲成單層筒狀的單層CNT與石墨片捲成2層以上的多層之多層CNT，但是多層CNT比單層CNT的量產性好，可以較便宜的價格購入，所以在能夠抑制成本這點上較佳。
CNT鍍敷層4較佳為在金屬鍍敷膜4a的表面突出有CNT4b而形成者。也就是說，在圖1B所示的金屬鍍敷膜4a所含有的一部分或全部的CNT4b的一部分是成為比金屬鍍敷膜4a的表面更向外側突出的狀態。又，當金屬鍍敷膜4a的表面形成有金屬氧化皮膜時，較佳為CNT4b接觸到金屬鍍敷膜4a的表面的金屬氧化皮膜4c更內部(深部)的未氧化的部分。藉此，利用回焊步驟等貫穿金屬鍍敷膜4a表面所形成之金屬氧化皮膜4c，使得CNT4b存在於CNT鍍敷層4的表面。因此，藉著導電性較金屬氧化皮膜4c來得高的CNT4b來使其他導電構件與金屬鍍敷膜4a的內部(深部)的金屬進行電性連結，其結果可得到穩定的低接觸電阻。又，一般認為藉由CNT鍍敷層4的表面的CNT4b，可使金屬鍍敷膜4a與其他金屬製的導電構件不容易發生附著、磨耗的現象，可以提高耐卡住性(sticking resistance)。
CNT鍍敷層4較佳為對其總量而言含有0.02~2.0質量%的CNT4b。若CNT4b的含量比0.02質量%低，則藉由CNT4b而得到的CNT鍍敷層4的接觸可靠性可能無法充分提升；而若CNT4b的含量若比2.0質量%多，則對鍍敷液的分散性會降低、或對母材3的密合性也可能降低。也就是說，CNT4b的含量若為上述範圍之內，藉由CNT4b而得到的CNT鍍敷層4的接觸可靠性可充分提升，又對CNT4b的鍍敷液分散性與CNT鍍敷層4的母材3的密合性可以充分確保。
焊接鍍敷層5係比CNT鍍敷層4具備更高焊接濕潤性者。CNT鍍敷層4由於CNT本身具有疏水性且表面粗糙度的程度較高，所以焊料不容易展開而不容易密合。因此，若將CNT鍍敷層4施作到封裝部2，則電性接點零件A對其他導電構件的連接強度就會降低、連接也會花很多時間和手續等，而可能使封裝性降低。因此，在封裝部2需形成比CNT鍍敷層4的焊接濕潤性更優異的焊接鍍敷層5。焊接鍍敷層5可在母材3表面直接形成例如導電性優異的Au、Ag、Pt、Rh、Ru、Ir、Pd及該等之合金等貴金屬鍍敷膜。又，如圖1C所示，焊接鍍敷層5與母材3的表面之間亦可隔著基底鍍敷層6。此時，基底鍍敷層6可以使用對母材3的密合性優異的Ni鍍敷膜，而於其表面所積層的焊接鍍敷層5可以使用導電性優異的Au或AuPd合金鍍敷膜等。又，基底鍍敷層6的厚度較佳為0.5~2μm，焊接鍍敷層5的厚度較佳為0.01~5μm，其範圍內又以0.1~0.5μm更佳。
如上所述之電性接點零件A可藉由以下方式製造：在 形成所需形狀的母材3之待形成接點部1的部分選擇性形成CNT鍍敷層4，並同時在前述母材3待形成封裝部2的部分選擇性形成焊接鍍敷層5。
選擇性地形成CNT鍍敷層4時可以採取各種方法。例如，當採取點鍍敷法時，如第3圖所示，在母材3的表面的待形成CNT鍍敷層4的地方可從噴嘴10將鍍敷液11部分地噴附上去而形成CNT鍍敷層4。鍍敷液11係含有用以形成金屬鍍敷膜4a的金屬成分與CNT4b。除此之外，也可以使用噴液器部分地進行鍍敷。
又，可以藉由掩膜鍍敷法來選擇性形成CNT鍍敷層4。此時，如第4圖所示，在母材3的表面待形成CNT鍍敷層4的地方以外的部分(例如，待形成封裝部2的地方)以掩膜12被覆，其後將設有掩膜12的母材3浸漬在鍍敷液中，藉由電鍍或無電鍍，可在母材3上未被掩膜12被覆的部位形成CNT鍍敷層4。
又，可以藉由阻隔鍍敷法來選擇性形成CNT鍍敷層4。此時，如第5圖所示，在母材3的表面待形成CNT鍍敷層4的地方以外的部分(例如，待形成封裝部2的地方)以阻隔膜13被覆(在第5圖以影線表示)，其後將設有阻隔膜13的母材3浸漬在鍍敷液中，藉由電鍍或無電鍍，可在母材3上未被阻隔膜13被覆的部位形成CNT鍍敷層4。
又，可以藉由觸媒鍍敷法來選擇性形成CNT鍍敷層4。此時，如第6A圖所示，在母材3的表面待形成CNT鍍敷層4的地方附著上鍍敷觸媒(第6A圖的影線部分)14，其後將設有鍍敷觸媒14的母材3浸漬在鍍敷液中，藉由無電鍍，如第6B圖所示，可在母材3之附著有鍍敷觸媒14的 部位形成CNT鍍敷層(第6B圖的點點圖樣部分)4。
又，焊接鍍敷層5與基底鍍敷層6也可以藉由噴鍍、部分浸漬、刷鍍、點鍍等眾所周知的鍍敷方法或與形成CNT鍍敷層4相同的鍍敷方法來選擇性地形成。
如上所述的電性接點零件A，因在接點部1上形成CNT鍍敷層4，故即使是低接觸壓力亦可以使用CNT4b確保與其他導電構件的接觸而進行電性連結，回焊後也可以確保在低接觸壓力區域內的接觸可靠性。又，因為CNT鍍敷層4的金屬鍍敷膜4a與其他導電構件之間存在著CNT4b，所以可以使金屬鍍敷膜4a與其他導電構件的附著、磨耗減少，使耐卡住性提升。進一步地，CNT鍍敷層4與只有金屬的鍍敷層相比其滑動摩耗少，可以使之成為高硬度，所以可以使電性接點零件A的壽命更長。因此如上述般將電性接點零件A使用於開關次數多的開關或繼電器等的接點零件(接點材料)時，不容易發生卡住(sticking)的現象，又，很容易延長壽命，因而較佳。又，因可以不需要使用Au等貴金屬鍍敷於接點部1上，故可以低成本製造具高可靠性的電性接點零件A。另一方面，因為在封裝部2上形成比CNT鍍敷層4的焊接濕潤性更佳的Au等焊接鍍敷層5，故可確保高封裝性。因此，前述電性接點零件A可以同時兼顧接觸可靠性和封裝性。
第10圖表示其他實施方式。該電性接點零件A中，其接點部1係於電性接點零件A的母材3的表面設有含碳黑(以下稱CB的)的鍍敷層(以下稱CB鍍敷層)7而形成者。其他構成則與前述實施的形態相同。封裝部2係與第1C圖相同，在母材3的表面設有比CB鍍敷層7的焊接濕潤性更高 的焊接鍍敷層5。母材3係與前述相同，可以銅或銅合金等用於電性接點零件之眾所周知的金屬材料來形成。
CB鍍敷層7係含有CB7b以取代CNT鍍敷層4所含有的CNT4b而形成者。也就是說，如第10圖所示，其係以母材3的表面所附著的金屬鍍敷膜7a與金屬鍍敷膜7a中分散混合的CB7b的複合鍍敷層所形成者。
金屬鍍敷膜7a係與前述相同，可考量對母材3的附著性與CB7b的保持性、硬度等，再決定其材質或厚度等。例如，金屬鍍敷膜7a係可以Cu鍍敷膜和Ni鍍敷膜等材質來形成；但較佳為Ni鍍敷膜。因為Ni鍍敷膜為耐腐蝕性、耐磨耗性、耐化學性優異的金屬皮膜，作業性也優良，處理成本也比較低。又，金屬鍍敷膜7a的厚度較佳為1~5μm。
CB7b係碳材料，化學特性安定且導電性、滑動性、機械強度皆優異。CB7b可以使用粒子狀者，該粒徑較佳為使用藉由雷射繞射法等檢測之數nm~100nm者。又，CB7b為導電性優良的種類。又，CB7b比CNT4b有更優異的量產性，可以比較便宜的價格購入，所以在能抑制成本這點上較佳。
CB鍍敷層7較佳為於金屬鍍敷膜7a的表面突出有CB7b而形成者。也就是說，如第10圖所示，金屬鍍敷膜7a所含有的一部分或全部的CB7b的一部分，呈現從金屬鍍敷膜7a的表面向外側突出的狀態。又，當金屬鍍敷膜7a的表面形成金屬氧化皮膜時，較佳為CB7b的其他的一部分接觸到比金屬鍍敷膜7a的表面的金屬氧化皮膜7c更內部(深部)的未氧化的部分。藉此，利用回焊步驟等貫穿金屬鍍敷膜7a表面所形成之金屬氧化皮膜7c，使得CB7b存在於 CB鍍敷層7的表面。因此，藉由導電性較金屬氧化皮膜7c來得高的CB7b來使其他導電構件與金屬鍍敷膜7a的內部(深部)的金屬進行電性連結，其結果可得到穩定的低接觸電阻。又，一般認為藉由CB鍍敷層7的表面的CB7b，可使金屬鍍敷膜7a與其他金屬製的導電構件不容易發生附著、磨耗的現象，可以提高耐卡住性。
CB鍍敷層7較佳為含有相對於其總量而言0.02~2.0質量%的CB7b；其範圍內又以含有0.02~1.0質量%的CB7b更佳。若CB7b的含量在此範圍內，則藉由CB7b所獲得的CB鍍敷層7的接觸可靠性可充分地提升；又，CB7b對鍍敷液的分散性與CB鍍敷層7對母材3的密合性可以被充分確保。
焊接鍍敷層5與前述相同，係比CB鍍敷層7具備更高焊接濕潤性者。CB鍍敷層7由於CB本身具有疏水性且表面粗糙度的程度較高，所以焊料不容易展開而不容易密合。因此，若將CB鍍敷層7施作到封裝部2，則電性接點零件A對其他導電構件的連接強度就會降低、連接也會花很多時間和手續等，而可能使封裝性降低。因此，在封裝部2需形成比CB鍍敷層7的焊接濕潤性更優異的焊接鍍敷層5。焊接鍍敷層5係與上述相同，可在母材3表面直接形成導電性優異的Au等貴金屬鍍敷膜。又，焊接鍍敷層5與母材3的表面之間亦可與上述相同地隔著基底鍍敷層6。
使用CB的電性接點零件A，可藉由以下方式製造：在形成所需形狀的母材3之待形成接點部1的部分選擇性形成CB鍍敷層7，並同時在前述母材3之待形成封裝部2的部分選擇性形成焊接鍍敷層5。
在選擇性形成CB鍍敷層7時，可以採用跟前述相同的各種方法。此時，只要用CB7b代替CNT4b跟鍍敷液等配合即可。又，焊接鍍敷層5與基底鍍敷層6亦可以藉由與前述相同的各種方法選擇性地形成。
然後，使用CB7b的情形亦與使用CNT4b的情形相同，可確保低接觸壓力區域的接觸可靠性，且不容易出現卡住的現象，而且可以輕易地謀求長壽命化。又，在封裝部2上，因為形成比CB鍍敷層7的焊接濕潤性還要良好的Au等焊接鍍敷層5，故可以確保高封裝性。因此，前述的電性接點零件A可以兼顧接觸可靠性與封裝性。
以下藉由實施例1~3及比較例1、2來具體說明本發明之實施形態1。
<實施例1>
以母材3而言，材質係使用銅板或成形為開關的接點材料所適用的形狀之磷青銅或鈦銅等的Cu合金。
接點部1的CNT鍍敷層4係藉由電鍍法所形成。此時，使用含有CNT4b的Ni鍍敷液。CNT4b係使用昭和電工(股)製造的VGCF。該CNT4b為單層CNT與多層CNT的混合物。又，含有直徑(外徑)100~200nm且長度10~20μm範圍內的CNT4b。Ni鍍敷液其組成係使用硫酸鎳(1mol/dm3)、氯化鎳(0.2mol/dm3)、硼(0.5mol/dm3)、作為分散劑之分子量5000的聚羧酸(2×10-5mol/dm3)。CNT4b的混合量為2g/dm3。又，將含有CNT4b的Ni鍍敷液作為鍍敷浴，鍍敷條件為浴溫25℃、電流密度1~5A/dm2。然後，形成金屬鍍敷膜4a的厚度為5μm、CNT4b的含量為0.02質量%的CNT鍍敷層4。
封裝部2的焊接鍍敷層5係在母材3的表面所形成的基底鍍敷層6的表面層積而形成者。基底鍍敷層6為厚度0.5~2μm的Ni鍍敷膜、鍍敷條件為磺胺酸鎳(450g/l)、氯化鎳(3g/l)、硼酸(30g/l)、添加劑(適量)、防膜孔劑(適量)、pH=3.0~4.5、浴溫40~50℃下電鍍1分鐘。焊接鍍敷層5為厚度0.2μm的Au鍍敷膜，鍍敷條件為氰化金鉀(8~10g/l)、檸檬酸(60~90g/l)、鈷(100mg/l)、處理溫度25~35℃、電流密度0.5~1.5A/dm2電鍍30秒的方式進行。
<實施例2>
除了使形成之CNT鍍敷層4的金屬鍍敷膜4a的厚度控制為20μm以外，其餘與實施例1相同。
<實施例3>
除了使用CB7b來取代CNT4b，將形成之CB鍍敷層7的金屬鍍敷膜7a的厚度設為2μm，其餘與實施例1相同。CB7b係使用Cabot公司製造的VULCAN XC-72。該CB係直徑(粒徑)為20~100nm的範圍(或20~40nm的範圍)。
<比較例1>
除了於接點部1形成厚度20μm之不含CNT的Ni鍍敷層來取代CNT鍍敷層4，其餘與實施例1相同。
<比較例2>
除了於接點部1形成厚度20μm之不含CNT的Au-Co鍍敷層來取代CNT鍍敷層4，其餘與實施例1相同。
(觀察CNT鍍敷層4與CB鍍敷層7的表面品質)
藉由掃描式電子顯微鏡(SEM)照片觀察在實施例1所形成的CNT鍍敷層4的表面品質(參閱圖7A與圖7B)。白色線狀或針狀的部分為CNT。又，藉由掃描式電子顯微鏡 (SEM)照片觀察在實施例3所形成的CB鍍敷層7的表面品質(參閱圖11)。
(接觸可靠性的評價)
針對實施例1~3與比較例1、2進行了接點部1的熱處理後的接觸電阻值的檢測。圖8表示熱處理時的溫度曲線。這是假定使用無鉛焊料的大氣回焊封裝，進行三循環的熱處理。
接觸電阻值的檢測是使用(股)山崎精機研究所所製作的電性接點模擬器(型號CRS-113-AU型)。因為使用交流四端子的測量方式，所以檢測值中不含有導線、連結部等比電阻，而可以測量改變接觸負荷時的接觸電阻值。藉由電動台，可藉固定的負荷掃描接觸位置，也可檢測假定在開關或繼電器接點的滑動。又，在接觸力0.2N時進行接觸電阻值的檢測。其結果表示於圖9。
從此結果可明顯得知，實施例1~3係比比較例1、2的接觸電阻值更小，在低接觸壓力區域的接觸可靠性高。
(封裝性的評價)
實施例2、3與比較例2中評價無鉛焊糊的焊接濕潤性。
使用厚度0.12mm的遮蔽罩，在CNT鍍敷層或CB鍍敷層的表面將無鉛焊糊塗布成Φ4.5mm的圓形形狀。焊糊是使用千住金屬工業(股)製作的M705-221BM5-32-11.2K。封裝條件為大氣下運用第8圖的溫度曲線的回焊。然後，測量回焊後的焊料球的直徑，藉著計算出其與回焊前的尺寸間的比率來評價焊接濕潤性。評價結果示於表1。
比較例2(Au鍍敷品)係回焊後/回焊前比例為125%，獲得焊料容易濕潤展開的封裝上良好的結果，相對於此，實施例2(CNT鍍敷層)為42%相反地會排開焊料。其理由被認為在於CNT鍍敷層的表面係由氧化鎳層與CNT所構成，這兩種都有疏水的作用。因此，在接點部選擇性地形成CNT鍍敷層，在焊料封裝部設置Au鍍敷層可說是為實用上最佳的構成。又，使用CB的實施例3也可說相同結論。
<實施形態2>
以下說明本發明的實施形態2。又，對於與實施形態1的相同構件賦予相同符號，以省略重複說明。
在前述實施形態1中，各自含有CNT4b、CB7b的CNT鍍敷層4與CB鍍敷層7，係以Cu鍍敷膜或Ni鍍敷膜等材質形成的金屬鍍敷膜4a、7a所形成者。對此，本實施形態中含有奈米碳材料8(例如CNT或CB)的鍍敷層，其特徵在於為非晶質鍍敷層9。
接點部1係在電性接點零件A的母材3的表面上設有含有奈米碳材料8的非晶質鍍敷層9所形成者。封裝部2係在母材3的表面上設置含有較奈米碳材料8的非晶質鍍敷層9的焊接濕潤性更高的鍍敷層(以下稱焊接鍍敷層)15所形成者。
非晶質鍍敷層9係如圖12A與圖12B所示，在母材3的表面附著非晶質的金屬鍍敷膜而形成者。在非晶質鍍敷層9中，分散配合著奈米碳材料8而形成複合鍍敷層。
非晶質鍍敷層9可以考慮對母材3的附著性或奈米碳材料8的保持性、硬度、耐腐蝕性等，再來決定其材質與厚度。例如，非晶質鍍敷層4可以用Ni合金鍍敷膜等材質來形成，具體而言可以例示Ni-P合金鍍敷膜、Ni-Sn合金鍍敷膜、Ni-W合金鍍敷膜、Ni-Mo合金鍍敷膜、Ni-B合金鍍敷膜等。該等之中，又以耐腐蝕性、耐磨耗性、耐化學性優異且作業性良好、處理成本也比較低的Ni-P合金鍍敷膜較佳。又，非晶質鍍敷層4中的鎳(Ni)以外的成分(磷(P)、錫(Sn)、鎢、鉬(Mo)、硼(B)等)的濃度較佳為6~12%。若在此範圍內，非晶質鍍敷層9的鍍敷膜不會太硬、也不容易發生裂痕等，此外也可確保其耐腐蝕性。又，非晶質鍍敷層9的膜厚較佳為5μm以下。因為比5μm更厚的膜厚容易使接點部1的彈性喪失，容易因應力而有斷裂，所以為 了不發生品質上的問題，較佳為將非晶質鍍敷層9的膜厚以前述方式設定。又，為了得到本發明的效果，非晶質鍍敷層9的膜厚的下限最好設為1μm，但不以此為限。
奈米碳材料8為奈米級的碳材料，例如CNT8a或CB8b等，最好是化學特性安定且導電性、滑動性、機械強度優異者較佳。CNT8a係使用直徑100~200nm、長度10~20μm者。又，CNT8a雖然存在以石墨片捲成一層筒狀的單層CNT與石墨片捲成2層以上的多層之多層CNT(MULTI WALL CARBON NANOTUBE：以下稱為MWCNT)，但MWCNT比單層CNT(SINGLE WALL CARBON NANOTUBE)的量產性更優良，也可以較便宜的價格購入，所以在能夠抑制成本這點上較佳。CB8b可以使用粒子狀者，該粒徑較佳為使用藉由雷射繞射法等檢測之數nm~100nm者。又，CB8b是導電性優異的種類，各粒子較佳為以叢集狀之微米級大小以下的集合體的狀態存在。CB8b比CNT8a的量產性優良，而且可以較便宜的價格購入，所以在能夠抑制成本這點上較佳。
碳奈米材料8突出於非晶質鍍敷層9的表面。也就是說，如圖12A與圖12B所示，非晶質鍍敷層9所含有的一部分或全部的奈米碳材料8的一部分，係從非晶質鍍敷層9的表面向外側突出而呈現露出的狀態，或由於接點的滑動、開關而呈現露出於表面的狀態。又，當非晶質鍍敷層9的表面形成有金屬氧化皮膜時，奈米碳材料8較佳為接觸到比非晶質鍍敷層9的金屬氧化皮膜更內部(深部)的未氧化的部分。藉此，利用回焊步驟等貫穿金屬氧化皮膜，使得奈米碳材料8存在於非晶質鍍敷層9的表面。因此，藉 著導電性較金屬氧化皮膜來得高的奈米碳材料8來使其他導電構件與非晶質鍍敷層9的內部(深部)的金屬進行電性連結，其結果可得到穩定的低接觸電阻。又，一般認為藉由非晶質鍍敷層9的表面的奈米碳材料8，可使非晶質鍍敷層9與其他金屬製的導電構件不容易發生附著、磨耗的現象，可以提高耐卡住性。
在含有奈米碳材料8的非晶質鍍敷層9中，較佳為含有相對其總量(非晶質鍍敷層9與奈米碳材料8的合計量)而言為0.02~2.0質量%的奈米碳材料8。奈米碳材料8的含量若在前數範圍內，則藉著奈米碳材料可充分得到接點部1的接觸可靠性的提升，又，奈米碳材料8對鍍敷液的分散性與非晶質鍍敷層9對母材3的密合性可充分確保。
焊接鍍敷層15係比含有奈米碳材料8的非晶質鍍敷層9的焊接濕潤性更高者。含有奈米碳材料8的非晶質鍍敷層9由於奈米碳材料8本身具有疏水性且表面粗糙度的程度較高，所以焊料不容易展開而不容易密合。因此，若將含有奈米碳材料8的非晶質鍍敷層9施作到封裝部2，則電性接點零件A對其他導電構件的連接強度就會降低、連接也會花很多時間和手續等，而可能使封裝性降低。因此，在封裝部2需形成比含有奈米碳材料8的非晶質鍍敷層9的焊接濕潤性更優異的焊接鍍敷層15。焊接鍍敷層15可在母材3表面直接形成例如導電性優異的Au、Ag、Pt、Rh、Ru、Ir、Pd及該等之合金等貴金屬鍍敷膜。又，如圖18所示，焊接鍍敷層15與母材3的表面之間亦可隔著基底鍍敷層16。此時，基底鍍敷層16可以使用對母材3的密合性優異的Ni鍍敷膜，而於其表面所積層的焊接鍍敷層15可以使 用導電性優異的Au或AuPd合金鍍敷膜等。又，基底鍍敷層16的厚度較佳為0.5~2μm，焊接鍍敷層15的厚度較佳為0.01~5μm，其範圍內又以0.1~0.5μm更佳。
如上所述之電性接點零件A可藉由以下方式製造：在形成所需形狀的母材3之待形成接點部1的部分選擇性形成含有奈米碳材料8的非晶質鍍敷層9，並同時在前述母材3待形成封裝部2的部分選擇性形成焊接鍍敷層15。
在選擇性形成含有奈米碳材料8的非晶質鍍敷層9時，可採用各種方法。例如，當採取點鍍敷法時，跟在實施形態1所說明的圖3相同，將鍍敷液11從噴嘴10部分地噴附至待形成含有奈米碳材料8的非晶質鍍敷層9的母材3的表面的地方，而可形成含有奈米碳材料8的非晶質鍍敷層9。鍍敷液11係含有用以形成非晶質鍍敷層9的金屬成分與奈米碳材料8。除此之外，也可以使用噴液器部分地進行鍍敷。
又，可藉由掩膜鍍敷法選擇性形成含有奈米碳材料8的非晶質鍍敷層9。此時，與在實施形態1所說明的圖4相同，在待形成含有奈米碳材料8的非晶質鍍敷層9的母材3的表面的地方以外的部分(例如，待形成封裝部2的地方)使用掩膜12被覆，之後把設有掩膜12的母材3浸漬到鍍敷液中，藉著電鍍與無電鍍，可以在母材3上未被掩膜12被覆的部位形成含有奈米碳材料8的非晶質鍍敷層9。
又，也可以藉由阻隔鍍敷法選擇性地形成含有奈米碳材料8的非晶質鍍敷層9。此時，跟1實施形態1所說明的圖5相同，在待形成含有奈米碳材料8的非晶質鍍敷層9的母材3的表面的地方以外的部分(例如，待形成封裝部2 的地方)使用抗鍍膜13被覆(在圖5以影線表示)，之後將設有阻隔膜13的母材3浸漬在鍍敷液中，藉由電鍍或無電鍍，可以在母材3上未被阻隔膜13被覆的部位形成含有奈米碳材料8的非晶質鍍敷層9。
又，也可以藉由觸媒鍍敷法選擇性地形成含有奈米碳材料8的非晶質鍍敷層9。此時，如圖13A所示，在待形成含有奈米碳材料8的非晶質鍍敷層9的母材3的表面的地方附著上鍍敷觸媒(圖13A的影線部分)14，其後將設有鍍敷觸媒14的母材3浸漬在鍍敷液中，藉由無電鍍，如圖13B所示，可以在母材3之附著有鍍敷觸媒14的部位形成含有奈米碳材料8的非晶質鍍敷層(圖13B的點點圖樣部分)9。
又，焊接鍍敷層15與基底鍍敷層16也可以藉由噴鍍、部分浸漬、刷鍍、點鍍等眾所周知的鍍敷方法，或與形成含有奈米碳材料8的非晶質鍍敷層9時相同的鍍敷方法來選擇性地形成。
如上所述的電性接點零件A，因在接點部1上形成含有奈米碳材料8的非晶質鍍敷層9，故即使是低接觸壓力亦可以使用奈米碳材料8確保與其他導電構件的接觸而進行電性連結，回焊後也可以確保在低接觸壓區域內的接觸可靠性。又，因為非晶質鍍敷層9與其他導電構件之間存在著奈米碳材料8，所以可以使非晶質鍍敷層9與其他導電構件的附著、磨耗減少，使耐卡住性提升。進一步地，含有奈米碳材料8的非晶質鍍敷層9與只有金屬的鍍敷層相比其滑動摩耗少，可以使之成為高硬度，所以可以使電性接點零件A的壽命變長。並且，不需為了提高接觸可靠性而 仔細管理共析量，亦不需為了提升耐腐蝕性而施作封孔處理，所以不會有步驟管理變得煩雜或接觸可靠性降低的情況，而可以低價製造。
因此，如上述般將電性接點零件A使用於開關次數多的開關或繼電器等的接點零件(接點材料)時，不容易發生卡住的現象，又，很容易延長壽命，因而較佳。又，因可以不需要使用Au等貴金屬鍍敷於接點部1上，故可以低成本製造具高可靠性的電性接點零件A。另一方面，因為在封裝部2上形成比非晶質鍍敷層9的焊接濕潤性更佳的Au等焊接鍍敷層15，故可確保高封裝性。因此，前述電性接點零件A可以同時兼顧接觸可靠性和封裝性，此外耐腐蝕性高，且可以低價製造。
以下藉實施例4~6與比較例3~5具體地說明本發明的實施形態2。
<實施例4>
以母材來而言，材質係使用銅板或成形為開關的接點材料所適用的形狀之磷青銅或鈦銅等的Cu合金。
接點部1的含有奈米碳材料的非晶質鍍敷層係藉由電鍍法所形成。此時，使用含有作為奈米碳材料的CNT的Ni-P鍍敷液。CNT係使用昭和電工(股)製造的VGCF。該CNT為單層CNT與多層CNT的混合物。又，含有直徑(外徑)100~200nm且長度10~20μm範圍內的CNT。Ni-P鍍敷液其組成係使用硫酸鎳(1mol/dm3)、氯化鎳(0.2mol/dm3)、硼(0.5mol/dm3)。含有CNT之Ni-P鍍敷液的CNT混合量為2g/dm3。又，將含有CNT的Ni-P鍍敷液作鍍敷浴、鍍敷條件為浴溫25℃、電流密度1~5A/dm2。又， 非晶質鍍敷層的厚度為5μm、CNT的含量為0.02質量%的含有CNT之Ni-P合金鍍敷層。
封裝部2的焊接鍍敷層15係在母材3的表面所形成的基底鍍敷層16的表面積層而形成者。基底鍍敷層16為厚度0.5~2μm的Ni鍍敷膜、鍍敷條件為磺胺酸鎳(450g/l)、氯化鎳(3g/l)、硼酸(30g/l)、添加劑(適量)、防膜孔劑(適量)、pH=3.0~4.5、在浴溫40~50℃下電鍍1分鐘。焊接鍍敷層15為厚度0.2μm的Au鍍敷膜，鍍敷條件為氰化金鉀(8~10g/l)、檸檬酸(60~90g/l)、鈷(100mg/l)、處理溫度25~35℃、電流密度0.5~1.5A/dm2電鍍30秒的方式進行。
<實施例5>
奈米碳材料使用CB取代CNT來形成含有CB的Ni-P合金鍍敷層，其餘與實施例4相同。CB係使用Cabot公司製作的VULCAN XC-72。該CB的直徑(粒徑)為20~100nm的範圍(或20~40nm的範圍)。
<實施例6>
除了將非晶質鍍敷層厚度設為2μm而形成含有CB的Ni-P合金鍍敷層以外，其餘與實施例5相同。
<比較例3>
除了於接點部1形成不含有CNT的Ni-P合金鍍敷層以取代含有CNT的Ni-P合金鍍敷層，其餘與實施例4相同。
<比較例4>
除了於接點部1形成不含有CNT的Au-Co合金鍍敷層以取代含有CNT的Ni-P合金鍍敷層，其餘與實施例4相同。
<比較例5>
除了分散劑使用含有分子量5000的聚羰酸 (2×10-5mol/dm3)之Ni-P合金鍍敷液來形成不含有CNT的Ni-P合金鍍敷層，其餘與比較例3相同。
(觀察含有CNT之Ni-P合金鍍敷層及含有CB之Ni-P合金鍍敷層的表面品質)
使用掃描式電子顯微鏡(SEM)照片來觀察在實施例4形成的含有CNT之Ni-P合金鍍敷層的表面品質。(參閱圖14A)。白線狀或針狀的部分即為CNT。又，使用掃描式電子顯微鏡(SEM)照片來觀察在實施例5形成的含有CNT之Ni-P合金鍍敷層的表面品質(參閱圖14B)。
(接觸可靠性的測試)
針對實施例4~6與比較例3~5進行了接點部1的熱處理後的接觸電阻值的測試。在圖15表示熱處理時的溫度曲線。這是假定使用無鉛焊料的大氣回焊封裝，進行峰值溫度260℃、三循環的熱處理。
接觸電阻值的檢測是使用(股)山崎精機研究所所製作的電性接點模擬器(型號CRS-113-AU型)。因為使用交流四端子的測量方式，所以檢測值中不含有導線、連接部等比電阻，而可以測量改變接觸負荷時的接觸電阻值。藉由電動台，可藉固定的負荷掃描接觸位置，也可以檢測假定在開關或繼電器接點的滑動。又，在接觸力0.1N進行接觸電阻值的檢測。又，從實施例4~6與比較例3~5製作樣品各10個進行檢測。其結果如圖16所示。
從此結果可明顯得知，實施例4~6係比比較例3~5的接觸電阻值更小，在低接觸壓力區域的接觸可靠性高。
(耐腐蝕性的測試)
針對實施例4、5及帶有Ni鍍敷層的連接器進行了藉 由耐亞硫酸試驗的耐腐蝕性測試。也就是說，實施例4、5及帶有鎳鍍敷層的連接器在溫度60度、濕度95%、亞硫酸氣體濃度10ppm的條件下放置20小時，觀察其腐蝕程度。在圖17表示試驗前後的實施例4、5與帶有Ni鍍敷層的連接器的照片。在一般的帶有Ni鍍敷層的連接器中，腐蝕進行到鍍敷膜的內部，表面有硫化膜隆起；而在實施例4之含有CNT的Ni-P合金鍍敷層或實施例5之含有CB的Ni-P合金鍍敷層雖然有少許表層的部分被硫化，但鍍敷膜內部的腐蝕受到抑制，所以試驗前後的外觀沒有很大差別。
本發明記述了數個較佳的實施形態，但若沒有逸脫出本發明原本的精神與範圍，亦即未脫離申請專利範圍時，該業者能夠進行各種修正與變化。
1‧‧‧接點部
2‧‧‧封裝部
3‧‧‧母材
4‧‧‧CNT鍍敷層
4a‧‧‧金屬鍍敷膜
4b‧‧‧CNT
4c‧‧‧金屬氧化皮膜
5‧‧‧焊接鍍敷層
6‧‧‧基底鍍敷層
7‧‧‧CB鍍敷層
7a‧‧‧金屬鍍敷膜
7b‧‧‧CB
7c‧‧‧金屬氧化皮膜
8‧‧‧奈米碳材料
8a‧‧‧CNT
8b‧‧‧CB
9‧‧‧非晶質鍍敷層
10‧‧‧噴嘴
11‧‧‧鍍敷液
12‧‧‧掩膜
13‧‧‧阻隔膜
14‧‧‧鍍敷觸媒
15‧‧‧焊接鍍敷層
16‧‧‧基底鍍敷層
19‧‧‧內凹部
20‧‧‧連接凹部
30‧‧‧頭座本體
40‧‧‧頭座接頭
41‧‧‧第1接觸部
42‧‧‧第2接觸部
43‧‧‧端子部
50‧‧‧插槽本體
60‧‧‧插槽接頭
61‧‧‧端子部
62‧‧‧被保持部
63‧‧‧第1連結部
64‧‧‧第1接觸部
65‧‧‧第2連結部
66‧‧‧第2接觸部
A‧‧‧電性接點零件
H‧‧‧頭座
S‧‧‧插槽
圖1A係本發明實施形態1之電性接點零件的示意圖。
圖1B係本發明實施形態1之電性接點零件的部分剖視圖。
圖1C係本發明實施形態1之電性接點零件的部分剖視圖。
圖2A係本發明實施形態1之電性接點零件之頭座之一例的斜視圖。
圖2B係本發明實施形態1之電性接點零件之插槽之一例的斜視圖。
圖3係本發明實施形態1之CNT鍍敷層的形成方法之一例的示意圖。
圖4係本發明實施形態1之CNT鍍敷層的形成方法之其他例的示意圖。
圖5係本發明實施形態1之CNT鍍敷層的形成方法之又一其他例的示意圖。
圖6A係本發明實施形態1之CNT鍍敷層的形成方法之又一其他例的示意圖。
圖6B係本發明實施形態1之CNT鍍敷層的形成方法之又一其他例的示意圖。
圖7A係本發明實施形態1之1實施例1所製作的CNT複合鍍敷膜表面的SEM(×1000倍)照片。
圖7B係本發明實施形態1之1實施例1所製作的CNT複合鍍敷表面的SEM(×5000倍)照片。
圖8係在本發明實施形態1之接觸可靠性與封裝性評價中所使用的回焊溫度曲線圖。
圖9係在本發明實施形態1之接觸可靠性評價中的圖。
圖10係在本發明實施形態1之電性接點零件的其他例的部分剖視圖。
圖11係在本發明實施形態1之實施例3所形成的CB鍍敷層的表面SEM照片。
圖12A係本發明實施形態2之電性接點零件的部分剖視圖。
圖12B係本發明實施形態2之電性接點零件的部分剖視圖。
圖13A係本發明實施形態2之含有奈米碳材料的非晶質鍍敷層之形成方法的其他例的示意圖。
圖13B係本發明實施形態2之含有奈米碳材料的非晶質鍍敷層之形成方法的其他例的示意圖。
圖14A係本發明實施形態2之實施例4的接點部的表 面SEM照片(×5000倍)。
圖14B係本發明實施形態2之實施例5的接點部的表面SEM照片(×1000倍)。
圖15係本發明實施形態2之實施例中，在接觸可靠性的評價中所使用的回焊溫度的曲線圖。
圖16係本發明實施形態2之實施例中的接觸可靠性評價的圖。
圖17係本發明實施形態2之實施例中，其耐腐蝕性評價的照片。
圖18係本發明實施形態2之封裝部之一例的剖視圖。
1‧‧‧接點部
2‧‧‧封裝部
40‧‧‧頭座接頭
41‧‧‧第1接觸部
42‧‧‧第2接觸部
43‧‧‧端子部
60‧‧‧插槽接頭
61‧‧‧端子部
62‧‧‧被保持部
63‧‧‧第1連結部
64‧‧‧第1接觸部
65‧‧‧第2連結部
66‧‧‧第2接觸部

Claims (14)

  1. 一種電性接點零件，具備：接點部，其藉由接觸進行電性連接；及封裝部，其藉由焊接而與外部進行電性連接；在前述接點部之表面選擇性地形成有含有碳奈米管或碳黑的鍍敷層；在前述封裝部形成有焊接濕潤性比前述含有碳奈米管或碳黑的鍍敷層還高的鍍敷層。
  2. 如申請專利範圍第1項之電性接點零件，其中前述碳奈米管或碳黑突出於前述含有碳奈米管或碳黑的鍍敷層的表面。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之電性接點零件，其中前述含有碳奈米管或碳黑的鍍敷層係由電鍍或無電鍍所形成。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項之電性接點零件，其中前述碳奈米管含有多層碳奈米管。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項之電性接點零件，其中前述含有碳奈米管的鍍敷層係含有相對其總量而言為0.02~2.0質量%的碳奈米管。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項之電性接點零件，其中前述含有碳黑的鍍敷層係含有相對其總量而言為0.02~2.0質量%的碳黑。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項之電性接點零件，其中前述含有碳奈米管或碳黑的鍍敷層露出在非晶質鍍敷層的表面。
  8. 如申請專利範圍第7項之電性接點零件，其中前述非晶質 鍍敷層係Ni-P合金鍍敷膜。
  9. 一種電性接點零件，具有：接點部，其藉由接觸進行電性連接；及封裝部，其藉由焊接進行電性連接；於前述接點部的表面形成有非晶質鍍敷層；於前述封裝部形成有焊接濕潤性比前述非晶質鍍敷層還高的鍍敷層；前述非晶質鍍敷層含有奈米碳材料，且該奈米碳材料露出在前述非晶質鍍敷層的表面。
  10. 如申請專利範圍第9項之電性接點零件，其中使用多層碳奈米管作為前述奈米碳材料。
  11. 如申請專利範圍第9項之電性接點零件，其中使用碳黑作為前述奈米碳材料。
  12. 如申請專利範圍第9項至第11項中任一項之電性接點零件，其中前述奈米碳材料相對於前述非晶質鍍敷層的總量而言係含有0.02~2.0質量%。
  13. 如申請專利範圍第9項至第11項中任一項之電性接點零件，其中前述非晶質鍍敷層係由電鍍或無電鍍所形成。
  14. 如申請專利範圍第9項至第11項中任一項之電性接點零件，其中前述非晶質鍍敷層係Ni-P合金鍍敷膜。
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