TWI577057B - 鍍金屬結構及電學材料的製造方法 - Google Patents

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Description

鍍金屬結構及電學材料的製造方法
本發明係有關於一種材料,可改善物體表面性質劣化的鍍金屬結構(plating structure),特別是需要防止硫化(sulfuration)的電學零件(electricity parts)用的材料的鍍金屬結構、以及具有這些鍍金屬結構的電學零件用材料的製造方法。詳細地說,是有關於一種材料,應用在如:使用金屬導線架(lead frame)或金屬條的導線接腳、裝設在陶瓷(ceramic)等非導電性基板上的導線接腳、針腳(lead pin)、反射板或端子(terminal)、連接器(connector)、電閘(switch)等的電學接點材料,可以適當應用的材料的鍍金屬結構以及該材料的製造方法。更詳細地說,係有關於一種具有極優的抗硫化性、低電阻性,或表面反射率高的電學材料的鍍金屬結構以及該材料的製造方法。
裝配了像發光二極體(light-emitting diode;LED)之類的發光元件(light-emitting element)的發光裝置,為了提高光亮度,都會進行安裝光反射面(例如,參考專利文獻一、二)。舉例來說,光反射面將發光元件散射(diffuse)到側面的光拉向照射的主軸方向而裝設在發光元件周圍。光反射面係藉由鍍金屬而形成,其中,以鍍銀的高反射而特別受人喜愛。
但是,鍍銀層在含硫磺的環境下,因為長時間經過、或溫度升高而發生硫化,就有反射率降低的問題。
因此,有人揭示在反射面上作出有機物的保護殼膜的對策。(例如,參考專利文獻三、四)
還有,在金屬基板上,將含有半氟化硫磺化合物等的物質形成自組單分子層(Self-Assembled Monolayer),可以保護表面,是已為人所知的方法。(例如,參考專利文獻五)
這些對策雖然仍是有效的方法,但是,在封裝(package)時,使用樹脂的施行作業中,由於樹脂硫化(cure)的升溫,防止鍍銀層硫化的保護皮膜飛散,硫化抑制效果就大大降低,因此,防止反射面硫化、或發光元件發熱導致硫化、或設備長時間使用的硫化等這些點,未必能得到應有的效果。有鑑於以上所說諸點,耐熱性優越的反射面就一直是大家所希望的。
再者,鍍銀結構也是廣泛應用作為電閘的接點(例如,參考專利文獻六),但是,長時間經過以後、或是電閘製作時或因通電閉電時的放電(discharge)導致溫度上升而使防止鍍銀層硫化的保護皮膜飛散,結果抑制硫化的效果就大幅降低,該鍍銀表面也有表面受到損害的情形。正因為如此,耐熱性優越的鍍金屬接點就一直是大家所希望的。
因此,由於長時間夥溫度上升而硫化的表面,是不會受到損害的鍍金屬結構就一直是大家所希望的。
再者,從過去以來,用銀或銀合金在各種金屬基材表面做電鍍,改良其耐蝕性(anticorrosion)、電連結性(electrical connection)等等的事項,就已經實施在各種用途方面,在發光二極體(LED)方面,可以產生銀特有的反射性能,作為反射板而使用。
舉例來說,在導熱性優越、機械性強度或加工性也極優的銅或銅合金的表面,用銀層覆蓋起來的材料,是具備了銅合金的諸多優越特性之外,還具有銀的優越耐蝕性、電連結性等的材料,此已為人所知,廣泛應用在電機器領域中,作為電接點材料或導線(lead)的材料。
但是,銀表面卻有因為硫化而容易變色的問題,因此,也有人從焊接(solder)特性這一點,揭示在銀表面形成錫或錫合金層(例如,參照專利文獻七)。
這種情形下,又產生如果錫或錫合金層變厚則接觸電阻(contact resistance)會變大的問題。又,反射率也會降低,銀原本的光澤及其反射性能都會消失。
在銀表面上形成有機薄膜以防止硫化的方法,也有人實行,但是有機薄膜缺乏耐熱性,又有在高溫下的抗硫化性問題。
【先前技術文獻】 【專利文獻】
[專利文獻一]特開2008-205501號公報
[專利文獻二]特開2006-041179號公報
[專利文獻三]特開2008-010591號公報
[專利文獻四]特開2003-188503號公報
[專利文獻五]特開2002-327283號公報
[專利文獻六]特開2008-248295號公報
[專利文獻七]特開平9-78287號公報
本發明係以提供一種經過長時間或溫度上升而硫化的表面也不會受到損傷的鍍金屬結構為目的。更進一步,係以提供一種組裝有發光元件的發光裝置用的發光元件收存用基材(support)為目的,該發光元件裝備了鍍金屬結構的反射面,該反射面具有優越的防止硫化的耐熱性。
再者,本發明之目的,係提供一種具有此等鍍金屬結構、不易因硫化而變色、具有銀原本光澤、接觸電阻小的電學零件用包覆材料,及電學零件用包覆方法。
作為本發明之重點,係一種鍍金屬結構,在鍍金屬用基材上形成鍍銀層,然後在該鍍銀層表面上形成厚度0.001~0.1微米(μm)的錫(tin)或銦(indium)或鋅(zinc)的鍍金屬層,做成鍍銀結構體,經熱處理(heat treatment)後所得到的鍍金屬結構。
又,作為本發明之重點,係一種發光元件收存用基材;其具有收存發光元件用的凹部,在該凹部周圍係反射光線的發光元件組裝用基材,在該凹部周圍,將該發光元件組裝用基材的本體作為前述鍍金屬用基礎體,做成前述鍍金屬結構的發光元件收存用基材。
再者,作為本發明之重點,係一種發光裝置;包含前述發光元件收存用基材,及組裝在該發光元件收存用基材上的發光元件,所做成的發光裝置。
又再者,作為本發明之重點,係一種電閘接點(switch contact point);具有前述鍍金屬結構的鍍金屬部分所做成的電閘接點。
又,作為本發明之重點,係一種零件端子;具有前述鍍金屬結構的鍍金屬部分所做成的零件端子。
又再者,作為本發明之重點,係一種零件接點;具有前述鍍金屬結構的鍍金屬部分所做成的零件接點。
又,作為本發明之重點,係一種具有前述鍍金屬結構的包覆方法;基材表面所形成的鍍銀層表面上,藉由粒子沉積步驟(particle deposition process),將分解為微細顆粒的錫或銦或鋅的微小粒子,以在與前述表面垂直方向上不重疊、由上面俯看有間隙的方式,配置在前述表面上,前述微小粒子的平均粒子直徑為20~80奈米(nm),該鍍銀層表面的錫或銦或鋅的微小粒子的單位面積相當的重量,係2×10-6~8×10-6公克/平方公分(g/cm2)的粒子沉積物,此粒子沉積物在非氧化環境下進行加熱,使前述微小粒子熔融形成包覆膜,以此為特徵的包覆方法。
依據本發明,係提供一種不會因為經過長時間、或者特別是由於溫度上昇而硫化防止效果減少的鍍金屬結構。再進一步來說,係提供一種組裝了發光元件的發光裝置所使用的發光元件收存用基材,該發光元件收存用基材裝配了具有優越耐熱性的鍍金屬結構的反射面。
依據本發明,係提供一種不易因硫化而變色、保有銀原本光澤、接觸電阻很小的電學接點材料、或電學零件用反射材料、或其他電學零件用包覆材料。
本發明之鍍金屬結構如圖一(a)所示,係:在鍍金屬用基礎體102的表面上,形成鍍銀層104,然後在鍍銀層104的表面上,形成厚度0.001~0.1微米(μm)的保護鍍金屬層106,作成鍍銀結構體101,在150~600℃經過熱處理所得到的鍍金屬結構。熱處理時間以1秒~60秒是合於理想的。
基礎體102,係可以鍍銀的基礎體。基礎體102,也可以是金屬板作成的。例如,黃銅(brass)等的銅類金屬、鐵類金屬、不鏽鋼(stainless)等的片板均為例示,並非侷限於這些。再者,通常。使用銅類金屬片板時,鍍金屬用基礎體102上施行鍍銀作業之前,先施作未顯示在圖示中的鍍銅層作為底層。使用不鏽鋼片板時,鍍金屬用基礎體102上施行鍍銀作業之前,先施作未顯示在圖示中的鍍鎳(nickel plating)層作為底層。
還有,基礎體102,也可以是以陶瓷或樹脂作為基底,其表面上藉由無電鍍金屬(electroless plating)或氣相沉積(vapor deposition)或金屬層擴散(diffusion)形成的金屬化(metallizing)加工所作成的導電性薄膜。
基礎體102,如圖一(a)所示,並不限於片板狀,也可以是棒狀,也就是,本發明之鍍金屬結構,可以如如圖一(b)所示,基礎體102,也可以是:由金屬線般的長形零件所作,其四周表面依照順序為鍍銀層104、保護鍍金屬層106,以同心圓方式所作成的鍍銀結構體101a,在150~600℃經過熱處理所得到的鍍金屬結構。
保護鍍金屬層106的厚度,以0.001~0.1微米(μm)為合於理想。保護鍍金屬層106的厚度若在此範圍內,則可以防止鍍銀層104因長時間經過或熱而快速硫化。又,鍍金屬結構可以保有銀持有的表面特性,如良好的光反射性或良好的表面導電性(Electrical conduction)或銀特有的光澤。保護鍍金屬層106的厚度若低於此範圍,則其抗硫化性就不足;保護鍍金屬層106的厚度若低於此範圍,則無法得到銀特有的表面特性,如良好的光反射性或良好的表面導電性。
作為構成保護鍍金屬層106的金屬,可以列舉使用的有:錫、銦、鋅等。其中,錫、銦由於抗硫化性較高而較為理想。
本發明之鍍金屬結構中,保護鍍金屬層106也可以是含有來自前述加熱的鍍銀層104、及由於移動(migration)與銀結合的合金,二者所形成者。
鍍銀層104的製作,可以依照一般已知的方法,在基礎體102的表面經過鍍銀而得;也可以利用無電鍍或其他膜形成方法作成鍍銀層104。鍍銀層104的厚度是0.1~10微米則合於理想。在鍍銀的基礎體102的表面上,先施作鎳等的底層鍍金屬,也合於理想。
將鍍銀結構體101在150~600℃經過熱處理,雖然保護鍍金屬層106的厚度只有0.001~0.1微米,但是鍍銀層104可以得到極為優良的硫化防止效果。推定原因是由於熱處理,在鍍銀層104和保護鍍金屬層106的交界面,生成合金組織,對於硫化作用有防禦功能之故。該熱處理溫度為250~300℃,除了獲得反射率良好的表面,還產生很高的硫化防止效果,因此十分理想。熱處理的處理時間以1秒~60秒較為理想。
此熱處理溫度若未達150℃,則鍍錫層的擴散效果就不夠充分,就得不到充分的硫化防止效果;熱處理溫度若超過600℃,則由於基礎體退火韌化(annealing),基礎體物理性質發生變化,因而實用上所必需有的基礎體機械特性就受損。
鍍銀層104的厚度以1~10微米較為理想。
鍍銀層104或保護鍍金屬層106,可以藉由電鍍(electroplating)或無電鍍作成。
圖二顯示裝備了本發明之鍍金屬結構的發光元件收存用基材的一個實例的態樣。發光元件收存用基材202,係由配備了稱為基板203的金屬導線架(lead frame)所構成,該金屬導線架具有收存發光元件204的凹部206。基板203(金屬導線架)係由地面(land)208及地面209所構成,在地面208處形成凹部206。發光元件204,係裝設在凹部206的底部,發光元件204的一個端子與地面208相連通,另一個端子以電線(wire)為介質與地面209相連通。
凹部206的的四周圍面作成反射面214。於本發明中,在凹部206的的四周圍面施作鍍銀層之後,該鍍銀層的表面藉由閃鍍(flash plating)等方法,形成薄薄的鍍錫層、鍍銦層或鍍鋅層,然後將鍍銀層上有薄薄的鍍錫層、鍍銦層或鍍鋅層的基板,在150~600℃作熱處理,得到反射面214。
作為發光元件204,可以列舉使用的有發光二極體(LED)等。
依照圖二所顯示的樣態,組裝發光元件204,得到發光裝置。發光元件204的組裝作業,例如,因為外殼的壓模(mold)、晶片(chip)的電線焊接(wire bonding)、樹脂的硫化(cure)的升溫,防止鍍銀層硫化的保護皮膜飛散,因此硫化防止效果減少,由於反射面的硫化加速,產生反射率下降的問題。
發光元件204發光時,伴隨著發熱,以前的鍍銀層所作成的反射面上,由於像這樣的發熱,產生與前述相同的硫化防止效果減低,硫化就繼續進行。
本發明之發光元件收存用基材(support)202的反射面214,長時間使用、或反射面的升溫等的硫化,僅有極微小的程度,因此經過很長時間,仍可以維持很高的反射率。
圖三顯示一個使用了本發明的電學零件用包覆材料的發光二極體燈(LED lamp)20的結構的實例。在發光二極體燈(LED lamp)20中,發光二極體26係裝載於基盤22之上,收納在罩殼(casing)24之中;在罩殼24內部充填了螢光物質(fluorescent substance)28,而發光二極體26係包埋於螢光物質28中間的狀態;然後螢光物質28的表面之上裝設了透明樹脂上蓋(cover)30。符號34係導線(lead)。作為基盤22的本體基材,可以使用銅合金等的金屬構件(metal membrane)或經金屬化加工的陶瓷構件,其表面上,施作了依照本發明之鍍銀層與鍍錫層、或鍍銦層的反射面32。反射面32因為具有銀面同等標準的反射性、加上時間經過幾乎沒有因硫化而變色,所以發光二極體燈(LED lamp)20,其射出光量很大,且時間經過,其光量也不會減少。
本發明之鍍金屬結構也可以適用在電閘接點(switch contact point)。具有本發明之鍍金屬結構的電閘接點,具有銀特有的光澤和良好的表面電傳導性,即使長期使用,也很少發生硫化引起的表面特性改變。舉例來說,元件裝設在導線架上,焊接(bonding)/樹脂成形,鍍金屬後壓力加工(press working),組裝成電閘接點。
本發明之鍍金屬結構可以適用於電力機器的接點或端子。具有本發明之鍍金屬結構的接點或端子,保有銀特有的光澤和良好的表面電傳導性,即使長期使用,也很少發生硫化引起的表面特性改變。
本發明之成果,藉由以下所示實驗例,可以確認。
[實驗例]
※基本試樣
適合做為圖一所示之鍍金屬用基礎體102的物質,可以選用導線架用銅合金條(古河電工公司製造,品名:EFTEC3)的1公分(cm)四方的小片(piece),在該小片的一個面上施作鍍銅底層後,再施作厚度2微米的鍍銀層,作為基本試樣,依照以下各實驗標準,將此基本試樣進行鍍錫和熱處理等。
※實驗試樣標準
L-1:空白(blank)對照組《基本試樣》
L-2:基本試樣的銀面上,以閃鍍方法,形成厚度0.01微米的鍍錫層。
L-3:基本試樣的銀面上,以閃鍍方法,形成厚度0.01微米的鍍錫層之後,將試樣在300℃,熱處理10秒鐘。
L-4:基本試樣的銀面上,以閃鍍方法,形成厚度0.02微米的鍍錫層。
L-5:基本試樣的銀面上,以閃鍍方法,形成厚度0.02微米的鍍錫層之後,將試樣在300℃,熱處理10秒鐘。
L-6:基本試樣的銀面上,以閃鍍方法,形成厚度0.2微米的鍍錫層。
L-7:基本試樣的銀面上,使用形成自組單分子層(Self-Assembled Monolayer)的硫化防止劑,作成以防止硫化為目的之有機包覆膜。
表一顯示各實驗試樣標準及其內容一覽表。
※硫化測試
在20毫升(mL)的6重量百分比(W%)的硫化銨(ammonium sulfide)溶液中,加入400cc水,作成浸漬液,於室溫下,將試樣浸漬5分鐘作硫化處理。禁漬結束後的小片經純水洗淨後,用甲醇(methanol)取代(replacement),以氮氣吹流,然後各試樣在各溫度(表一)加熱1小時,促使其硫化,硫化程度以目測來判定。此硫化處理異常的加熱係對應長時間經過的硫化作用的加速試驗,又,也對應機器組裝時或使用時的升溫。
※判定的基準如下:
◎‧‧‧ 保持有銀表面的光澤、色調(硫化處理前);或者在表面上無法辨認硫化,仍然保持銀表面的光澤、色調(硫化處理後)。
○‧‧‧ 大致保持有銀表面的光澤、色調(硫化處理前);又,在表面上無法辨認硫化,大致仍然保持銀表面的光澤、色調(硫化處理後)。
△‧‧‧ 銀表面的光澤、色調保持在認得出的程度(硫化處理前);又,在表面上稍稍辨認出硫化,而銀表面的光澤、色調保持在認得出的程度(硫化處理後)
×‧‧‧ 銀表面的光澤、色調已經喪失(硫化處理前);又,在表面上可辨認出硫化,而銀表面的光澤、色調已經喪失(硫化處理後)。
※反射率
實驗試樣的硫化測試前後的反射率,依照日本工業標準(JIS;Japanese Industrial Standards) R3106之規定作為準據,在D65光源處、以波長範圍380~780奈米(nm)的光進行測定。
※測試結果
硫化測試的結果顯示於表二。
從表二之結果,可以知道鍍錫層厚度0.01微米者(L-2、L-3)在硫化處理前,保有銀表面的光澤、色調。又,鍍錫層厚度0.02微米者(L-4、L-5)在硫化處理前,大致保有銀表面的光澤、色調。再者,鍍錫層形成之後,在300℃熱處理10秒鐘之試樣(L-3),若鍍錫層厚度是0.01微米,儘管極薄亦無妨,即使硫化處理後的加熱,其表面的硫化也幾乎辨認不出來,保有銀表面的光澤、色調。鍍錫層形成之後,未經過加熱的試樣(L-2、L-4),若鍍錫層厚度是0.01微米,極薄的試樣(L-2),由於硫化處理後的高溫加熱,其表面硫化而喪失銀表面的光澤、色調。鍍錫層厚度是0.02微米的試樣(L-4),鍍錫層形成之後沒有熱處理時,因硫化處理後的加熱所生的硫化,其程度上比較小。鍍錫層厚度是0.2微米的試樣(L-6),即使在硫化處理前,因為由鍍錫層而成之遮罩(mask),銀表面的光澤、色調已經喪失。基本試樣的鍍銀面上形成有機包覆膜之試樣(L-7),因硫化處理而使表面硫化,喪失銀表面的光澤、色調。
圖四顯示反射率的測定結果。使用實驗試樣L-3、L-7作為試樣,測定甲、乙、丙、丁4類的反射率。
甲、實驗試樣L-3
乙、實驗試樣L-3經硫化處理者
丙、實驗試樣L-3經硫化處理,於180℃加熱1小時者
丁、實驗試樣L-7經硫化處理,於180℃加熱1小時者
從圖四來看,可以知道基本試樣的鍍銀面形成有機包覆膜之試樣(L-7),由於硫化處理,其反射率顯著地降低(丁)。形成0.01微米厚度的鍍錫層之後,將試樣在300℃熱處理10秒鐘之試樣(L-3),於波長450奈米時,反射率為90%;又,在可見光幾乎全部波長的區域內,具有80%以上的良好反射率,即使有硫化處理,反射率降低也很少,硫化處理後的反射率,與L-7這種過去的產品的硫化處理後反射率做比較,仍是高出許多,舉例來說,丁在波長450奈米的反射率是67%,相對地,乙在波長450奈米的反射率是90%。再者,L-3硫化處理後,在180℃加熱1小時之物(丙),其反射率降低也是很少,例如,在波長450奈米的反射率是85%。
利用得到本發明鍍金屬結構之包覆方法做出的電學零件用包覆材料,其製造之態樣的一個實例,係首先準備一個由鍍銀層104(圖一)所形成的基礎體102,於該鍍銀層104的表面,藉由粒子沉積步驟(particle deposition process),將錫粒子或銦粒子或鋅粒子沉積。此時,如圖五所示,碎解成微小塊狀的微小粒子8,因為粒子沉積步驟,至少有一部分,其在鍍銀層104的表面,位置擺放呈現稀疏的面狀,相互相鄰的微小粒子8之間存在著空隙10,並且,在與鍍銀層104的表面垂直方向上不會重疊的配列狀態,再進行短時間的通電。所謂位置擺放呈現稀疏的面狀,係指鍍銀層104的表面,藉由鍍金屬等的粒子沉積步驟(particle deposition process),在錫粒子或銦粒子或鋅粒子沉積的某個一定區域內,由上向下俯視,看得見的鍍銀層104的面積是該區域全部面積的15%以上的狀態。此由上向下俯視看得見的鍍銀層104的面積是前述區域全部面積的15~50%,則較合於理想;此值若超過50%,則無法得到本發明的均勻薄膜7。
本發明的粒子沉積步驟(particle deposition process),係藉由選用化學方法、電學方法、物理方法等,將金屬粒子沉積在基板上為目的的步驟,具體地說,可以列舉的步驟,有使用電鍍法、無電鍍法、真空沉積法(vacuum deposition)、化學沉積法(chemical deposition)、濺鍍法(spatter)、電漿沉積法(plasma deposition)、團簇離子束法(cluster ion beams)等方法的步驟,其中電鍍法的製造成本可以降低而較為理想。
舉例來說,使用電鍍法作為粒子沉積步驟的情形時,通電時間變長的化,則如圖六所示,微小粒子8排列成相互相鄰之微小粒子8緊接的狀態、也就是沒有間隙的狀態;或者,如圖七所示,相互相鄰之微小粒子8排列成沒有間隙的狀態,並且在與鍍銀層104表面的垂直方向上是重疊的狀態,擺置排列成立體狀態。
舉例來說,使用電鍍法作為粒子沉積步驟的情形時,如圖五所示,為了得到相互相鄰之微小粒子8之間存有空隙10、擺置排列呈現稀疏面狀的狀態,通電時間選擇1~120秒之間的範圍是較合於理想的。並且,鍍金屬液的錫或銦或鋅成分的濃度較小於一般鍍金屬的條件,例如,調整成一般鍍金屬液(如:甲磺酸錫[Stannous methanesulfonate]50~100公克/公升[g/L])濃度的1/5至1/20是較為理想的。
於本發明中,微小粒子8的粒子直徑為20~80奈米(nm)時,可以得到電學零件用包覆材料的均勻包覆膜,因此較為理想。30~60奈米(nm)時,電學零件用包覆材料的良好反射性和硫化防止性的平衡達到最適化,又更合於理想。舉例來說,通常的鍍錫浴(tin plating bath)係使用錫成分濃度調整為1/5~1/20的鍍金屬浴,在0.5~10安培/平方分米(A/dm2)範圍內選擇導電的電流密度,藉由此方法,得到如此粒子直徑的微小粒子8。這種情形下,通電時間係因鍍金屬液的濃度而調整,又,例如,藉由進行微秒序列(microsecond order)的脈衝(pulse)通電,得到粒子直徑接近20~30奈米(nm)範圍的微小粒子8。
本發明中,如圖五所示,由於粒子沉積步驟,已經碎解為微小粒子的錫或銦或鋅的微小粒子8,在與鍍銀層104的表面垂直的方向,實質地不重疊地,且微小粒子8至少一部份互相地有間隔地散落位置,所成的粒子沉積物12,在非氧化環境中加熱,使錫或銦或鋅的微小粒子8熔融而成包覆膜。非氧化環境係頂多只忽視錫或銦或鋅的程度的氧化環境,在此種非氧化環境中的加熱,有:在氮氣等惰性氣體中的加熱、真空中的加熱、利用還原焰(reducing flame)加熱等可以列舉使用。加熱溫度以沉積的金屬(錫或銦或鋅)的熔點以上、600℃以下是較合於理想的。
因此,如圖八所示,在基礎體102的表面形成鍍銀層104,然後,鍍銀層104的表面形成錫或錫合金的薄膜7、或是銦或銦合金、或者新或鋅合金薄膜7,作成電學零件用包覆材料222。
粒子沉積物12的鍍銀層104的表面的微小粒子8,其單位面積相對應的重量為2×10-6~8×10-6公克/平方公分(g/cm2)是較合於理想的。此數值係:假設在鍍銀層104的表面,微小粒子8熔融固化,錫所變成的薄膜的情形時,作成該錫薄膜厚度約3~11奈米的微小粒子8之單位面積的相對應的重量。舉例來說,使用錫的時候,推定實際上薄膜7是錫、或銀和錫的合金所作成,例如,粒子沉積物12的鍍銀層104表面的微小粒子8之單位面積的相對應的重量是3×10-6g/cm2時的薄膜7的厚度,包含銀、錫之熱擴散層,推定是4奈米以上;粒子沉積物12的鍍銀層104表面的微小粒子8之單位面積的相對應的重量是8×10-6g/cm2時的薄膜7的厚度,推定是11奈米以上。不管選擇何者,薄膜7存在的單位面積的相對應的錫或銦的重量,都是相等於粒子沉積物12的鍍銀層104表面的微小粒子8之單位面積的相對應的重量。
粒子沉積物12的鍍銀層104表面的微小粒子8之單位面積的相對應的重量是5×10-6~7×10-6公克/平方公分(g/cm2)時,其接觸電阻、銀光澤、抗硫化性的平衡,又更為理想。
薄膜7存在的單位面積的相對應的錫或銦或鋅的量,或粒子沉積物12的鍍銀層104表面的微小粒子8之單位面積的相對應的重量,可以藉由X光螢光分析儀(X-ray Fluorescence Spectrometer)加以測定。
藉由相關的本發明之電學零件包覆材料之製造方法所得到的電學零件包覆材料,不容易硫化、且接觸電阻接近於銀、具備了銀特有的光澤。與錫或銦或鋅相比較,則本發明中,使用銦的電學零件包覆材料比使用錫的電學零件包覆材料更不容易硫化而較為理想;使用錫的電學零件包覆材料比使用鋅的電學零件包覆材料更不容易硫化而較為理想。
粒子沉積物12的鍍銀層104表面的微小粒子8之單位面積的相對應的重量是低於2×10-6公克/平方公分(g/cm2)所得到之電學零件包覆材料的硫化防止性變差。粒子沉積物12的鍍銀層104表面的微小粒子8之單位面積的相對應的重量是超過11×10-6公克/平方公分(g/cm2)所得到之電學零件包覆材料的接觸電阻變的過大、喪失銀特有的光澤。又,錫或銦或鋅的微小粒子8在鍍銀層104表面相互相鄰的微小粒子8若是以幾乎全體接觸在一起的狀態(此即謂沒有間隙的狀態)來排列的情形,使用這種排列狀態的粒子沉積物時,藉由加熱得到所希望厚度的均勻薄膜,就很難形成,所得到之電學零件包覆材料的接觸電阻變的過大、喪失銀特有的光澤。所謂沒有間隙的狀態係指在一平面上包為某一個微小粒子的多數個微小粒子之中的至少4個微小粒子與該某一個微小粒子接觸的狀態。又,在鍍銀層104的表面藉由粒子沉積步驟使微小粒子沉積的特定區域,從上面俯視,看得見的鍍銀層104的面積若低於該區域全部面積的15%,則經由加熱得到所希望厚度的均勻薄膜,就很難形成,所得到之電學零件包覆材料的接觸電阻變的過大、喪失銀特有的光澤。
又,若是利用微小粒子8,以在與鍍銀層104表面垂直方向上重疊的狀態,擺置排列作成粒子沉積物,將其經由加熱得到所希望厚度的均勻薄膜,是有困難的,這使所得到之電學零件用包覆材料的接觸電阻變的過大、喪失銀特有的光澤。
又,將粒子沉積物12在氧化的環境下加熱時,由於錫或銦或鋅一旦氧化則流動性降低,微小粒子8的均勻包覆膜化不能形成,無法得到均勻的薄膜7。
【實施例】
[實施例1]
圖二所示的基板203的形狀的架子(frame)上,施作鍍銀和鍍錫。作為基礎體的架子的材料係使用導線架用銅合金條(古河電工公司製造:EFTEC3),經過沖壓加工成型。將架子去脂處理後,用5%硫酸做酸洗淨,以光澤硫酸銅浴(硫酸銅200公克/公升(g/L)、硫酸50公克/公升、市售光澤劑2毫升/公升)作底層鍍銅,底層鍍銅層的膜厚度為1.0微米(μm)。接著,用光澤氰化銀(silver cyanide)浴(氰化銀35公克/公升、氰化鉀(potassium cyanide)90公克/公升、碳酸鉀10公克/公升)進行膜厚度2微米的光澤鍍銀。再接著,用烷醇磺酸(alkanol sulfonic acid)浴(二價錫(stannous)18公克/公升、游離酸100公克/公升、半光澤劑10毫升/公升)施作膜厚度0.01微米的鍍錫層之後,在250℃、10秒鐘的熱處理,得到導線架(lead frame)。將導線架進行硫化測試,得到與表一之L-3相同的結果。
[實施例2]
厚度1毫米(mm)、1公分四方的不鏽鋼(SUS304)板做為基礎體,去脂處理後,用5%硫酸做酸洗淨,以光澤硫酸銅浴(硫酸銅200公克/公升(g/L)、硫酸50公克/公升、市售光澤劑2毫升/公升)作底層鍍銅,底層鍍銅層的膜厚度為1.0微米(μm)。接著,用光澤氰化銀(silver cyanide)浴(氰化銀35公克/公升、氰化鉀(potassium cyanide)90公克/公升、碳酸鉀10公克/公升)進行膜厚度2微米的光澤鍍銀。再接著,用烷醇磺酸(alkanol sulfonic acid)浴(二價錫(stannous)18公克/公升、游離酸100公克/公升、半光澤劑10毫升/公升)施作膜厚度0.01微米的鍍錫層之後,在250℃、10秒鐘的熱處理,得到導線架。將導線架進行硫化測試,得到與表一之L-3相同的結果。
[比較例1]
除了施作鍍錫後的熱處理溫度為100℃以外,其他與實施例1相同,得到導線架。將導線架進行硫化測試,得到與表一之L-2相同的結果。
[實施例3]
將厚度0.3毫米的黃銅(brass)製的條狀材料施作0.5微米的底層鍍鎳,作為基板,此基板的表面再施作厚度2微米的鍍銀層,作為基礎試樣。
在基礎試樣上,依照以下條件,施作鍍錫,得到粒子沉積物。
鍍金屬液組成甲磺酸(methanesulfonic acid):100公克/公升
甲磺酸錫(Stannous methane sulfonate):5公克/公升
界面活性劑:3公克/公升
鍍金屬溫度 42℃
電流密度 2安培/平方分米(A/dm2)
通電時間 4秒
所得到之粒子沉積物,與圖九所示者相同,在基礎試樣的表面上,錫的微小粒子8沒有在與該表面垂直的方向處重疊,並且從上面俯視,有空隙10排列的狀態。微小粒子8的平均粒子直徑係50奈米。又,粒子沉積物藉由X光螢光分析儀(X-ray Fluorescence Spectrometer)(SSI-NanoTechnology公司製造)檢測,錫的量係5×10-6公克/平方公分(g/cm2)。
使用燃燒爐(burner),將此粒子沉積物在液化石油氣(liquefied petroleum gas;LP gas)的還原焰中加熱10秒鐘,得到電學零件用包覆材料。液化石油氣的燃燒環境溫度為350℃。
[實施例4]
與實施例3所用的相同的基礎試樣,依照以下條件,施作鍍錫層,得到粒子沉積物。
鍍金屬液組成 與實施例3相同
鍍金屬溫度 與實施例3相同
電流密度 平均10安培/平方分米(A/dm2)
通電時間 10秒(脈衝通電:週期100微秒)
所得到之粒子沉積物,在基礎試樣的表面上,錫的微小粒子8沒有在與該表面垂直的方向處重疊,並且係有間隔地排列的狀態。微小粒子8的平均粒子直徑係30奈米。又,粒子沉積物藉由X光螢光分析儀(SSI-NanoTechnology公司製造)檢測,錫的量係3×10-6公克/平方公分(g/cm2)。
此粒子沉積物進行與實施例3相同的加熱,得到電學零件用包覆材料。
[實施例5]
與實施例3所用的相同的基礎試樣,依照以下條件,施作鍍錫層,得到粒子沉積物。
鍍金屬液組成 與實施例3相同
鍍金屬溫度 與實施例3相同
電流密度 10安培/平方分米(A/dm2)
通電時間 6秒
所得到之粒子沉積物,在基礎試樣的表面上,錫的微小粒子8沒有在與該表面垂直的方向處重疊,並且係有間隔地排列的狀態。微小粒子8的平均粒子直徑係50奈米。又,粒子沉積物藉由X光螢光分析儀(SSI-NanoTechnology公司製造)檢測,錫的量係7.3×10-6公克/平方公分(g/cm2)。
將此粒子沉積物進行與實施例3相同的加熱,得到電學零件用包覆材料。
[實施例6]
與實施例3所用的相同的基礎試樣,依照以下條件,施作鍍銦層,得到粒子沉積物。
鍍金屬液組成 氨基磺酸銦(Sulfamic acid indium(I)
salt):100公克/公升
界面活性劑:800毫升/公升
鍍金屬溫度 30℃
電流密度 2安培/平方分米(A/dm2)
通電時間 6秒
所得到之鍍金屬物,在基礎試樣的表面上,銦(indium)的微小粒子8沒有在與該表面垂直的方向處重疊,並且從上面俯視,係有縫隙地排列的狀態。微小粒子8的平均粒子直徑係50奈米。又,鍍金屬物藉由X光螢光分析儀(SSI-NanoTechnology公司製造)檢測,銦的量係7.3×10-6公克/平方公分(g/cm2)。
使用燃燒爐(burner),將此鍍金屬物在液化石油氣(liquefied petroleum gas;LP gas)的250℃還原焰中加熱10秒鐘,得到電學零件用鍍金屬材料。
[實施例7]
與實施例3所用的相同的基礎試樣,依照以下條件,施作鍍鋅層,得到杜金屬物。
鍍金屬液組成 氧化鋅(zinc oxide):5公克/公升
氫氧化鈉(sodium hydroxide):100公克/公升
添加劑:10公克/公升
鍍金屬溫度 30℃
電流密度 2安培/平方分米(A/dm2)
通電時間 5秒
所得到之鍍金屬物,在基礎試樣的表面上,鋅的微小粒子8沒有在與該表面垂直的方向處重疊,並且從上面俯視,係有縫隙地排列的狀態。微小粒子8的平均粒子直徑係50奈米。又,鍍金屬物藉由X光螢光分析儀(SSI-Nano Technology公司製造)檢測,鋅的量係7.1×10-6公克/平方公分(g/cm2)。
使用燃燒爐(burner),將此鍍金屬物在液化石油氣(liquefied petroleum gas;LP gas)的500℃還原焰中加熱10秒鐘,得到電學零件用鍍金屬材料。
[比較例2]
與實施例3所用的相同的基礎試樣,依照以下條件,施作鍍錫層,得到粒子沉積物。
鍍金屬液組成 與實施例3相同
鍍金屬溫度 與實施例3相同
電流密度 10安培/平方分米(A/dm2)
通電時間 1.5秒
所得到之粒子沉積物,在基礎試樣的表面上,錫的微小粒子8沒有在與該表面垂直的方向處重疊,並且係有間隔地排列的狀態。微小粒子8的平均粒子直徑係30奈米。又,粒子沉積物藉由X光螢光分析儀(SSI-NanoTechnology公司製造)檢測,錫的量係1.9×10-6公克/平方公分(g/cm2)。
將此粒子沉積物進行與實施例3相同的加熱,得到電學零件用包覆材料。
[比較例3]
與實施例3所用的相同的基礎試樣,依照以下條件,施作鍍錫層,得到粒子沉積物。
鍍金屬液組成甲磺酸(methanesulfonic acid):100公克/公升
甲磺酸錫:實施例3的10倍當量/公升
界面活性劑:30公克/公升
鍍金屬溫度 42℃
電流密度 2安培/平方分米(A/dm2)
通電時間 4秒
所得到之粒子沉積物,與圖十所示者相同,在基礎試樣的表面上,錫的微小粒子8沒有在與該表面垂直的方向處重疊,並且不留間隔、相互相鄰的微小粒子相接觸地排列的狀態。微小粒子8的平均粒子直徑係100奈米。又,粒子沉積物藉由X光螢光分析儀(SSI-NanoTechnology公司製造)檢測,錫的量係5×10-5公克/平方公分(g/cm2)。
將此粒子沉積物進行與實施例3相同的加熱,得到電學零件用包覆材料。
在基礎試樣及實施例、比較例所得到之電學零件用包覆材料之特性,顯示於表三。表中的抗硫化性,係將作為試樣的電學零件用包覆材料於200℃加熱1小時後,在濃度為6重量百分比的硫化銨(ammonium sulfide)溶液中,於常溫浸漬10分鐘,然後以純水洗淨,用甲醇(methanol)取代,在氮氣流吹過(blow)後的變色程度;
◎◎表示:無法辨認變色;
◎表示:幾乎辨認不出變色;
○表示:辨認出稍許變色,但仍在容許範圍;
△表示:能辨認出變色,但仍在容許範圍;
×表示:辨認出顯著變色。
又,接觸電阻(mΩ),係利用交流4端子法(Four Electrodes Method with Alternating Current),探頭(probe)的材質為金(NS/Au),前端形狀為1.0R,在測定電流100微安培(μA)、荷重(load)30gf的條件所測得的。反射率,係用U-4000型分光光度計(spectrophotometer)測定的波長450奈米的光的反射率。
【產業方面的可能應用】
本發明非常適合應用在各種利用銀的高反射特性、或高表面導電特性的表面特性的機器,特別是,非常適合應用在光學機器、電閘(switch)、零件接點、零件端子、真空隔熱材料等。
依據本發明所得到之電學零件用包覆材料,因為接觸電阻低、抗硫化性優良、保有銀原本的光澤,不但能應用在端子、連接器(connector)、電閘(switch)等的電器接點材料,也可以應用在積體電路封裝(IC package)的導線接腳或針腳(lead pin)、或是導線架等的導線材料、發光二極體燈等照明器具用的反射材料、燃料電池(fuel cell)用的導電材料、等的電力(電子)材料。
7...薄膜
8...微小粒子
10...空隙
101、101a...鍍銀層結構體
102...基礎體
104...鍍銀層
106...保護鍍金屬層
222...電學零件用包覆材料
【圖一(a)】係剖面說明圖,顯示本發明之鍍金屬結構的一個鍍銀結構體的樣態的一個例示。
【圖一(b)】係剖面說明圖,顯示本發明之鍍金屬結構的另一個鍍銀結構體的樣態的一個例示。
【圖二】係剖面說明圖,顯示具有本發明之鍍金屬結構的一個金屬導線架(lead frame)的樣態的一個例示。
【圖三】係剖面模型圖,顯示應用本發明之硫化防止的包覆方法所製造的電學零件用包覆材料的二極發光體燈(LED lamp)的結構的一個例示。
【圖四】係具有本發明之鍍金屬結構的試樣(sample)及比較試樣的反射率曲線圖。
【圖五】係顯示本發明所使用之粒子沉積物的樣態之剖面模型圖。
【圖六】係剖面模型圖,顯示分解為微細顆粒狀的粒子(以下稱為微小粒子),相互地以微小粒子相鄰接的狀態,亦即,以沒有間隙的狀態,排列成平面狀的粒子沉積物。
【圖七】係剖面模型圖,顯示相互地相鄰接的微小粒子,是沒有間隙的狀態,而且,在與鍍銀層表面垂直方向上,以重疊的狀態立體排列的粒子沉積物。
【圖八】係剖面模型圖,顯示依據本發明之硫化防止包覆方法所製造的電學零件用包覆材料。
【圖九】係說明本發明所應用之粒子沉積物的樣態的顯微鏡照片。
【圖十】係說明比較例中所應用之粒子沉積物的樣態的顯微鏡照片。
101...鍍銀層結構體
102...基礎體
104...鍍銀層
106...保護鍍金屬層

Claims (7)

  1. 一種鍍金屬結構,係在鍍金屬用基礎體的表面形成鍍銀層,於該鍍銀層的表面再形成厚度為0.001~0.1微米的錫或鋅的鍍金屬層,所作成的鍍銀結構體經熱處理而得到之一種鍍金屬結構。
  2. 具有如申請專利範圍第1項所述之鍍金屬結構的鍍金屬部份所作成之電閘接點。
  3. 具有如申請專利範圍第1項所述之鍍金屬結構的鍍金屬部份所作成之零件端子。
  4. 具有如申請專利範圍第1項所述之鍍金屬結構的鍍金屬部份所作成之零件接點。
  5. 一種發光元件收存用基材,其係:具有收存發光元件用的凹部,在該凹部周圍係反射光線的發光元件組裝用基材,而在該凹部周圍,將該發光元件組裝用基材的本體作為前述鍍金屬用基礎體,前述鍍金屬用基礎體係在鍍 金屬用基礎體的表面形成鍍銀層,於該鍍銀層的表面再形成厚度為0.001~0.1微米的錫或銦或鋅的鍍金屬層,所作成的鍍銀結構體經熱處理而得到之一種鍍金屬結構作成發光元件收存用基材。
  6. 一種如申請專利範圍第5項所述之發光元件收存用基材、以及組裝在該發光元件收存用基材內的發光元件所構成的發光裝置。
  7. 一種鍍金屬結構的包覆方法,係:在鍍金屬用基礎體的表面形成鍍銀層,於該鍍銀層的表面再形成厚度為0.001~0.1微米的錫或銦或鋅的鍍金屬層,所作成的鍍銀結構體經熱處理而得到一種鍍金屬結構的被覆方法,其在形成基材面的鍍銀層的表面上,藉由粒子沉積步驟,將分解為微細顆粒的錫或銦或鋅的微小粒子,以在與前述表面垂直方向上不重疊、由上面俯看有間隙的方式,配置在前述表面上,前述微小粒子的平均粒子直徑為20~80奈米(nm),該鍍銀層表面的錫或銦或鋅的微小粒子的單位面積相當的重量,係2×10-6~8×10-6公克/平方公分(g/cm2)的粒子沉積物,此粒子沉積物在非氧化環境下進行加熱,使前述微小粒子熔融形成包覆膜為其特徵者。
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