JP3060709B2 - Method and apparatus for manufacturing electrical contact material - Google Patents
Method and apparatus for manufacturing electrical contact materialInfo
- Publication number
- JP3060709B2 JP3060709B2 JP4088012A JP8801292A JP3060709B2 JP 3060709 B2 JP3060709 B2 JP 3060709B2 JP 4088012 A JP4088012 A JP 4088012A JP 8801292 A JP8801292 A JP 8801292A JP 3060709 B2 JP3060709 B2 JP 3060709B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tin
- film
- base material
- tin oxide
- oxide film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Manufacture Of Switches (AREA)
- Contacts (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、例えば産業用機器、
自動車等に装備される配線接続用端子、リレー、スイッ
チ等の電気接点に使用される電気接点用材料の製造方法
および製造装置に関する。The present invention relates to, for example, industrial equipment,
The present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing a material for electrical contacts used for electrical contacts such as wiring connection terminals, relays, and switches mounted on automobiles and the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】導電部材への接触により、その部材と電
気的に導通される電気接点は、その母材が、銅および銅
系合金、例えば黄銅等で構成されており、そのような母
材の表面に、耐蝕性および接点特性の向上を目的とし
て、金、ニッケル、スズ等の金属の被膜を形成するよう
にしている。このうち、経済性の観点からスズ(Sn)
が多く用いられ、一般的に電解メッキ法、無電解メッキ
法、ホットディップ法等、いわゆるウエットプロセス
(湿式法)により、母材の表面にスズ膜を形成するよう
にしていた。2. Description of the Related Art An electrical contact that is electrically connected to a conductive member by contact with the conductive member has a base material made of copper and a copper-based alloy such as brass. In order to improve the corrosion resistance and the contact characteristics, a film of a metal such as gold, nickel and tin is formed on the surface. Of these, tin (Sn)
In general, a tin film is formed on the surface of a base material by a so-called wet process (wet process) such as an electrolytic plating method, an electroless plating method, and a hot dipping method.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】このような電気接点で
は、接点特性の劣化の要因となる母材構成元素(Cu,
Zn)のスズ膜側への拡散が問題となる。特に、使用環
境温度が高く100℃を越えると、上記拡散現象が顕著
に現れて、例えば母材の銅がスズ膜側に拡散して、銅と
スズとで合金を形成する。この銅とスズとの合金は硬度
が高く、導電部材への接触時に密着性を劣化させて接触
抵抗が大きくなる。また、母材の亜鉛元素が拡散する
と、スズ膜表面に析出してスズ膜表面に導電率の低い酸
化亜鉛を形成して、上記と同様、接触抵抗が大きくなる
等、接点特性が劣化する。このように、従来の電気接点
は、耐熱性に劣り、例えば使用環境温度が高い自動車の
エンジン周辺部等では拡散が発生して接点特性が劣化す
る。In such an electrical contact, the base material constituent elements (Cu,
The problem is that Zn) diffuses into the tin film. In particular, when the use environment temperature is high and exceeds 100 ° C., the above-mentioned diffusion phenomenon appears remarkably. For example, copper of the base material diffuses to the tin film side, and an alloy is formed by copper and tin. This alloy of copper and tin has a high hardness, and deteriorates adhesion when contacting a conductive member to increase contact resistance. Further, when the zinc element of the base material is diffused, it deposits on the surface of the tin film to form zinc oxide having low conductivity on the surface of the tin film, and the contact characteristics are deteriorated, for example, the contact resistance is increased as described above. As described above, the conventional electrical contact is inferior in heat resistance. For example, diffusion occurs at the periphery of the engine of an automobile having a high use environment temperature, and the contact characteristics are deteriorated.
【0004】一方、母材とスズ膜との間に、純銅からな
る亜鉛拡散バリア層を形成し、このバリア層により、母
材構成元素の拡散を抑制する技術も開発されている。し
かしこの場合も、バリア層の銅とスズ膜のスズとの相互
拡散により上記と同様な硬度の高い合金が形成され、接
点特性を劣化させることにかわりない。特に、純銅とス
ズとの合金化が進みその合金層が母材との界面にまで到
達すると、むしろその合金層が母材の亜鉛元素の拡散を
助長させ、亜鉛元素がスズ膜表面に多量に析出し、上記
と同様、接点特性を劣化させる。On the other hand, a technique has been developed in which a zinc diffusion barrier layer made of pure copper is formed between a base material and a tin film, and the diffusion of the constituent elements of the base material is suppressed by the barrier layer. However, also in this case, an alloy having high hardness similar to the above is formed due to the interdiffusion between copper of the barrier layer and tin of the tin film, and the contact characteristics are not deteriorated. In particular, when the alloying of pure copper and tin progresses and the alloy layer reaches the interface with the base material, the alloy layer promotes the diffusion of the zinc element in the base material, and the zinc element is abundantly deposited on the tin film surface. It precipitates and degrades the contact characteristics as described above.
【0005】<従来品の分析>ところで、従来例に基づ
いて、亜鉛拡散バリア層として純銅を有する電気接点
と、バリア層を有しない電気接点を形成し、これら電気
接点にそれぞれ熱老化試験を行って、X線光電子分光法
(XPS)により母材構成元素の拡散について分析して
みると、以下の点が確認、推察された。<Analysis of Conventional Products> On the basis of a conventional example, an electrical contact having pure copper as a zinc diffusion barrier layer and an electrical contact having no barrier layer were formed, and a thermal aging test was performed on each of these electrical contacts. By analyzing the diffusion of the constituent elements of the base material by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the following points were confirmed and assumed.
【0006】まず、バリア層を有しない電気接点には、
スズ膜最表面に酸化スズ膜が形成されており、母材構成
元素の亜鉛の拡散が上記酸化スズ膜により抑制されて、
亜鉛の拡散がスズ膜最表面よりも少し内側で停止してい
る。これは、酸化スズ膜が緻密な構造で、その層により
亜鉛の拡散、析出を妨げていると考えられる。また、バ
リア層を有する電気接点においても、最表面に酸化スズ
膜が形成され、スズと純銅との相互拡散による合金層の
成長が上記酸化スズ膜により阻まれている。これは、銅
の拡散が酸化スズ膜により抑制されていると考えられ
る。First, electrical contacts without a barrier layer include:
A tin oxide film is formed on the outermost surface of the tin film, and diffusion of zinc as a constituent element of the base material is suppressed by the tin oxide film,
The diffusion of zinc stops slightly inside the outermost surface of the tin film. This is considered to be because the tin oxide film has a dense structure, and the layer prevents the diffusion and deposition of zinc. Further, also in the electric contact having the barrier layer, a tin oxide film is formed on the outermost surface, and the growth of the alloy layer due to the interdiffusion between tin and pure copper is prevented by the tin oxide film. This is considered that the diffusion of copper is suppressed by the tin oxide film.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】これらの点と、酸化ス
ズが導電率の高い(10-4Ωcm)酸化物である点とを
考慮した場合、母材とスズ膜との間に、拡散バリア層と
して酸化スズ膜が介装された電気接点は、その酸化スズ
膜により高温下でも母材構成元素の拡散を抑制できると
考えられるが、酸化スズ膜およびスズ膜を十分な強度で
密着させた状態で、そのような構造を実現する方法は、
従来、存在しなかった。In view of these points and the fact that tin oxide is an oxide having a high conductivity (10 −4 Ωcm), a diffusion barrier is provided between the base material and the tin film. It is thought that the electrical contact with the tin oxide film interposed as a layer can suppress the diffusion of the base metal constituent element even at high temperature by the tin oxide film, but the tin oxide film and the tin film are adhered with sufficient strength In the state, how to achieve such a structure,
Conventionally, it did not exist.
【0008】この発明は、上述の観点に鑑みてなされた
もので、母材とスズ膜との間に酸化スズ膜が介装された
構造を有し、しかも各膜の密着性に優れた電気接点用材
料を形成できる電気接点用材料の製造方法および製造装
置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above viewpoints, and has an electric structure having a structure in which a tin oxide film is interposed between a base material and a tin film, and having excellent adhesion between the films. It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for manufacturing a material for electrical contacts that can form a material for contacts.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
上記目的を達成するため、実質的に銅または銅系合金か
らなる母材を準備する工程と、前記母材の表面にドライ
プロセスにより酸化スズ膜を形成する工程と、前記酸化
スズ膜上に、ドライプロセスによりスズ膜を形成する工
程とを含んでいる。According to the first aspect of the present invention,
In order to achieve the above object, a step of preparing a base material substantially made of copper or a copper-based alloy, a step of forming a tin oxide film by a dry process on the surface of the base material, and, on the tin oxide film, Forming a tin film by a dry process.
【0010】請求項2記載の発明は、上記目的を達成す
るため、実質的に銅または銅系合金からなる母材の表面
に、スズを蒸着させてスズ膜を形成するための成膜装置
と、前記成膜装置に接続され、前記スズ膜形成時の初期
に酸素を供給して、酸化スズ膜を形成するための酸素供
給手段とを備えている。According to a second aspect of the present invention, there is provided a film forming apparatus for forming a tin film by depositing tin on a surface of a base material substantially made of copper or a copper-based alloy. An oxygen supply means connected to the film forming apparatus for supplying oxygen at the initial stage of the tin film formation to form a tin oxide film.
【0011】[0011]
【作用】請求項1記載の電気接点用材料の製造方法によ
れば、母材上にドライプロセスにより酸化スズ膜を形成
するとともに、その酸化スズ膜上にドライプロセスによ
りスズ膜を形成しているため、母材とスズ膜との間に酸
化スズ膜が介装された構造を有し、しかも各膜がドライ
プロセスにより形成されて、各膜の密着性に優れた電気
接点用材料を形成できる。According to the first aspect of the present invention, a tin oxide film is formed on a base material by a dry process, and a tin film is formed on the tin oxide film by a dry process. Therefore, it has a structure in which a tin oxide film is interposed between a base material and a tin film, and furthermore, each film is formed by a dry process, so that a material for electrical contact with excellent adhesion of each film can be formed. .
【0012】請求項2記載の電気接点用材料の製造装置
によれば、母材上にスズを蒸着または容射により付着す
るための成膜装置と、スズの成膜時の初期に酸素を供給
して、酸化スズ膜を形成するための酸素供給手段とを備
えるため、母材上に酸化スズ膜を介してスズ膜が形成さ
れて、母材とスズ膜との間に酸化スズ膜が介装された構
造を有し、しかも各膜が蒸着により形成されて、各膜の
密着性に優れた電気接点用材料を形成できる。According to the second aspect of the present invention, there is provided a film forming apparatus for depositing tin on a base material by vapor deposition or spraying, and supplying oxygen at an initial stage of forming a tin film. Then, an oxygen supply means for forming a tin oxide film is provided, so that a tin film is formed on the base material via the tin oxide film, and the tin oxide film is interposed between the base material and the tin film. Each of the films has a mounted structure, and each film is formed by vapor deposition, so that it is possible to form a material for electrical contact with excellent adhesion of each film.
【0013】[0013]
<第1の実施例>図1はこの発明の第1の実施例である
電気接点用材料の製造装置が適用されたスパッタリング
装置を示す構成図である。同図に示すように、チャンバ
1内には、上部にターゲット用の電極(カソード)2が
配置されるとともに、下部に母材用の電極3が配置され
る。そして、電極3は接地されるとともに、ターゲット
用の電極2には電源4により高周波電圧が印加されるよ
うに構成している。この場合、電極2に直流電圧を印加
するようにしてもよい。さらに、チャンバ1には、アル
ゴン(Ar)ガスを導入するためのアルゴンガス導入手
段5が接続されるとともに、酸素(O2 )ガスを導入す
るための酸素ガス導入手段(酸素供給手段)6が接続さ
れ、さらにチャンバ1内を真空排気するための真空排気
手段7が接続される。<First Embodiment> FIG. 1 is a structural view showing a sputtering apparatus to which an apparatus for manufacturing a material for electrical contacts according to a first embodiment of the present invention is applied. As shown in FIG. 1, in a chamber 1, an electrode (cathode) 2 for a target is disposed at an upper portion, and an electrode 3 for a base material is disposed at a lower portion. The electrode 3 is grounded, and a high-frequency voltage is applied to the target electrode 2 by the power supply 4. In this case, a DC voltage may be applied to the electrode 2. Further, an argon gas introducing means 5 for introducing argon (Ar) gas is connected to the chamber 1, and an oxygen gas introducing means (oxygen supplying means) 6 for introducing oxygen (O 2 ) gas is connected to the chamber 1. Connected, and further connected to an evacuation unit 7 for evacuating the chamber 1.
【0014】そして、電極2にターゲットとしてスズ
(Sn)10をセットするとともに、電極3に銅または
銅系合金からなる例えば黄銅製の母材11をセットす
る。この状態で、真空排気手段7によりチャンバ1内を
高真空に排気しておいて、アルゴンガス導入手段5およ
び酸素ガス導入手段6によりチャンバ1内にアルゴンガ
スおよび酸素ガスを導入し、電極2,3間に高周波電圧
を印加する。これにより、ターゲット(10)と母材1
1との間にアルゴンガスと酸素ガスのプラズマを発生さ
せ、プラズマ中のアルゴンイオンをターゲット10に衝
突させて、ターゲット粒子(スズ粒子)をたたき出す。
さらにそのターゲット粒子と酸素ガスのプラズマとを、
気相中または母材表面で反応させて酸化スズ(Sn
O2 )を形成し、その酸化スズを母材11の上面に堆積
させる。Then, tin (Sn) 10 is set as a target on the electrode 2, and a base material 11 made of, for example, brass made of copper or a copper-based alloy is set on the electrode 3. In this state, the inside of the chamber 1 is evacuated to a high vacuum by the vacuum evacuation means 7, and argon gas and oxygen gas are introduced into the chamber 1 by the argon gas introduction means 5 and the oxygen gas introduction means 6. A high frequency voltage is applied between the three. Thereby, the target (10) and the base material 1
A plasma of an argon gas and an oxygen gas is generated between them, and argon ions in the plasma collide with the target 10 to strike out target particles (tin particles).
Further, the target particles and the oxygen gas plasma are
The tin oxide (Sn) reacts in the gas phase or on the surface of the base material.
O 2 ) is formed, and the tin oxide is deposited on the upper surface of the base material 11.
【0015】こうして、母材11の上面に酸化スズを所
定量(0.2ミクロン以上)堆積させ、拡散バリア層と
して酸化スズ膜12を形成する。Thus, a predetermined amount (0.2 μm or more) of tin oxide is deposited on the upper surface of the base material 11 to form a tin oxide film 12 as a diffusion barrier layer.
【0016】酸化スズの堆積が完了すると、アルゴンガ
スの供給は続けながら、酸素ガス導入手段6による酸素
ガスの導入を停止させる。When the deposition of tin oxide is completed, the supply of oxygen gas by the oxygen gas introducing means 6 is stopped while the supply of argon gas is continued.
【0017】こうして、アルゴンガスのプラズマにより
たたき出されたスズ粒子を酸化スズ膜12の上面に堆積
させ、スズ膜13を形成する。The tin particles beaten out by the argon gas plasma are deposited on the upper surface of the tin oxide film 12 to form a tin film 13.
【0018】これにより、図2に示すように、母材11
の上面に、酸化スズ膜12を介してスズ膜13が形成さ
れた電気接点用材料が形成される。As a result, as shown in FIG.
Is formed on the upper surface of the substrate with the tin film 13 formed with the tin oxide film 12 therebetween.
【0019】このように形成された電気接点用材料は、
母材11とスズ膜13との間に酸化スズ膜12が介装さ
れた構造を備えており、酸化スズ膜が緻密な構造である
ため、接点特性の劣化の要因となる母材構成元素(C
u,Zn等)のスズ膜13側への拡散が抑制され、耐熱
性に優れる。The material for electrical contact thus formed is:
It has a structure in which the tin oxide film 12 is interposed between the base material 11 and the tin film 13. Since the tin oxide film has a dense structure, the base material constituent element ( C
u, Zn, etc.) to the tin film 13 side is suppressed, and the heat resistance is excellent.
【0020】また、酸化スズ膜12およびスズ膜13
を、スパッタリング法等のドライプロセスにより形成し
ているため、上述のウエットプロセス等と比較すると、
一般的に成膜(酸化スズ膜12,スズ膜13)粒子の粒
径を小さく緻密な構造に形成でき、各膜12,13の母
材11等への密着面積を大きく確保できる。このため、
各膜12,13の密着性に優れ、例えばこの電気接点用
材料において、スイッチや端子等への成形時に、塑性変
形を受けたとしても、膜剥離が生じることはない。さら
に、各膜12,13を緻密な構造に形成できるので、こ
の点においても、母材構成元素の拡散を、一層確実に抑
制できる。The tin oxide film 12 and the tin film 13
Is formed by a dry process such as a sputtering method.
In general, the film-forming (tin oxide film 12, tin film 13) particles can be formed in a small and small structure with a small particle size, and a large adhesion area of each of the films 12, 13 to the base material 11 or the like can be secured. For this reason,
The films 12 and 13 have excellent adhesiveness. For example, even if the material for electrical contact is subjected to plastic deformation during forming into a switch or a terminal, film peeling does not occur. Furthermore, since each of the films 12 and 13 can be formed in a dense structure, also in this respect, the diffusion of the constituent elements of the base material can be more reliably suppressed.
【0021】また、酸素ガスの導入・停止により酸化ス
ズ膜12およびスズ膜13が連続的に形成されるため、
両膜12,13の連続性が確保され、両膜12,13間
の密着性に優れる。Further, since the tin oxide film 12 and the tin film 13 are continuously formed by introducing and stopping the oxygen gas,
The continuity of both films 12 and 13 is ensured, and the adhesion between both films 12 and 13 is excellent.
【0022】また、母材11の被覆材料として安価なス
ズを用いているため、コストを低減できる。Further, since inexpensive tin is used as a coating material for the base material 11, the cost can be reduced.
【0023】<第2の実施例>図3はこの発明の第2の
実施例である電気接点用材料の製造装置が適用されたイ
オンビームミキシング装置である。同図に示すように、
チャンバ21内には、その上部に母材31をホールドす
るための試料ホルダー22が配置されるとともに、下部
に蒸発源用のるつぼ23が配置される。さらに、チャン
バ21には、酸素供給手段24が装備される。酸素供給
手段24は、酸素ガス供給手段25と、酸素ガスイオン
源26とを備えており、酸素ガス供給手段25から供給
される酸素ガスが、酸素ガスイオン源26によりイオン
化されて、試料ホルダー22上の母材31にビーム状に
照射できるように構成している。また、チャンバ21に
は、その内部を真空排気するための真空排気手段27が
接続されるとともに、るつぼ23内の蒸発源および試料
ホルダー22上の母材31を加熱するための加熱手段
(図示省略)がそれぞれ設けられる。<Second Embodiment> FIG. 3 shows an ion beam mixing apparatus to which an apparatus for manufacturing a material for electrical contacts according to a second embodiment of the present invention is applied. As shown in the figure,
In the chamber 21, a sample holder 22 for holding the base material 31 is disposed at an upper portion thereof, and a crucible 23 for an evaporation source is disposed at a lower portion. Further, the chamber 21 is provided with oxygen supply means 24. The oxygen supply means 24 includes an oxygen gas supply means 25 and an oxygen gas ion source 26. The oxygen gas supplied from the oxygen gas supply means 25 is ionized by the oxygen gas ion source 26 to The upper base material 31 is configured to be irradiated in a beam shape. Further, the chamber 21 is connected to an evacuation unit 27 for evacuating the inside thereof, and a heating unit (not shown) for heating the evaporation source in the crucible 23 and the base material 31 on the sample holder 22. ) Are provided.
【0024】次にこの装置において、図4に示すような
母材31の一面側に拡散バリア層として酸化スズ膜32
a,32bを2層形成する場合について説明する。Next, in this apparatus, a tin oxide film 32 as a diffusion barrier layer is formed on one side of a base material 31 as shown in FIG.
The case where two layers a and 32b are formed will be described.
【0025】まず、試料ホルダー22に銅または銅系合
金からなる例えば黄銅製の母材31をセットするととも
に、るつぼ23内に蒸発源としてスズ(Sn)を収容す
る。この状態で、真空排気手段27によりチャンバ21
内を高真空に排気しておいて、母材31および蒸発源
(スズ)を上記各加熱手段により加熱する。これによ
り、蒸発源のスズを蒸発させて、そのスズ粒子を母材3
1の一面側に蒸着させながら、その母材31の一面側に
酸素供給手段24より酸素ガスイオンを照射し、母材3
1上でスズと酸素とを反応させて、酸化スズを形成し、
その酸化スズを母材31の一面側に堆積させていく。First, a base material 31 made of, for example, brass made of copper or a copper-based alloy is set in the sample holder 22, and tin (Sn) is accommodated in the crucible 23 as an evaporation source. In this state, the chamber 21 is evacuated by the evacuation unit 27.
The inside is evacuated to a high vacuum, and the base material 31 and the evaporation source (tin) are heated by the respective heating means. Thereby, the tin of the evaporation source is evaporated, and the tin particles are converted into the base material 3.
1 is irradiated with oxygen gas ions from the oxygen supply means 24 to one side of the base material 31 while vapor deposition is performed on one side of the base material 3.
Reacting tin and oxygen on 1 to form tin oxide,
The tin oxide is deposited on one surface of the base material 31.
【0026】こうして、母材31上に酸化スズを所定量
(0.2ミクロン以上)堆積させて、第1の酸化スズ膜
32aを形成する。In this way, a predetermined amount (0.2 μm or more) of tin oxide is deposited on the base material 31 to form the first tin oxide film 32a.
【0027】酸化スズの堆積が完了すると、スズの蒸発
は続けながら、酸素供給手段24による酸素ガスイオン
の照射を停止させる。When the deposition of tin oxide is completed, the irradiation of oxygen gas ions by the oxygen supply means 24 is stopped while the evaporation of tin continues.
【0028】これにより、蒸発源より蒸発したスズ粒子
を母材31の一面側に堆積させて、スズ膜33aを形成
する。Thus, the tin particles evaporated from the evaporation source are deposited on one surface of the base material 31 to form a tin film 33a.
【0029】次に、上記と同様にして、スズを母材31
に蒸着させながら、酸素供給手段24による酸素ガスイ
オンの照射を再開して、スズ膜33a上に膜厚0.2ミ
クロン以上の第2の酸化スズ膜32bを形成する。Next, in the same manner as above, tin was added to the base material 31.
Irradiation of oxygen gas ions by the oxygen supply unit 24 is resumed while the second tin oxide film 32b having a thickness of 0.2 μm or more is formed on the tin film 33a.
【0030】つづいて、酸素ガスイオンの照射を停止さ
せ、上記と同様に第2の酸化スズ膜32b上にスズ膜3
3bを形成する。Subsequently, the irradiation of oxygen gas ions is stopped, and the tin film 3 is formed on the second tin oxide film 32b in the same manner as described above.
3b is formed.
【0031】こうして図4に示すように、母材構成元素
の拡散を抑制するための酸化スズ膜32a,32bが2
層形成された電気接点用材料が形成される。As shown in FIG. 4, the tin oxide films 32a and 32b for suppressing the diffusion of the constituent elements
A layered electrical contact material is formed.
【0032】このように形成された電気接点用材料で
は、2層の酸化スズ膜32a,32bにより母材構成元
素の拡散が抑制されるため、上記第1の実施例の電気接
点用材料と比較しても、母材構成元素の拡散をより確実
に抑制でき、一層耐熱性に優れている。また、各膜32
a,33a,32b,33bをイオンビームミキシング
法等のドライプロセスにより形成しているため、密着性
に優れ、膜剥離等の発生を防止できる。さらに、酸素供
給手段24による酸素供給・停止により、各膜32a,
33a,32b,33bが連続的に形成されるため、各
膜間の連続性が確保され、この点においても各膜32
a,33a,32b,33b間の密着性に優れる。In the electrical contact material formed in this way, the diffusion of the constituent elements of the base material is suppressed by the two layers of tin oxide films 32a and 32b. Even so, the diffusion of the constituent elements of the base material can be suppressed more reliably, and the heat resistance is further improved. In addition, each film 32
Since a, 33a, 32b, and 33b are formed by a dry process such as an ion beam mixing method, the adhesion is excellent, and the occurrence of film peeling or the like can be prevented. Further, by supplying / stopping the oxygen by the oxygen supply means 24, each film 32a,
Since the layers 33a, 32b, and 33b are formed continuously, continuity between the films is ensured.
a, 33a, 32b, 33b.
【0033】<変形例>上記実施例では、母材上に直接
酸化スズ膜を形成する場合について説明したが、図5に
示すように、黄銅からなる母材51上に、ウエットプロ
セスにより純銅からなる銅層(亜鉛拡散バリア層)54
を形成しておいて、その銅層54上に、上記実施例と同
様な方法により、酸化スズ膜52およびスズ膜53を形
成してもよい。<Modification> In the above embodiment, the case where the tin oxide film is formed directly on the base material has been described. However, as shown in FIG. 5, pure copper is formed on the base material 51 made of brass by a wet process. Copper layer (zinc diffusion barrier layer) 54
May be formed, and a tin oxide film 52 and a tin film 53 may be formed on the copper layer 54 in the same manner as in the above embodiment.
【0034】この電気接点用材料では、母材51の亜鉛
元素の拡散は、バリア層54および酸化スズ膜52によ
り抑制されるとともに、バリア層54の銅とスズ膜53
のスズとの相互拡散は酸化スズ膜52により抑制され
る。さらに、純銅からなる銅層54には下地基板を整え
る機能も有しており、銅層54を形成することにより、
その表面が平坦化され、酸化スズ膜53の密着性が一層
向上する。In this electrical contact material, the diffusion of the zinc element in the base material 51 is suppressed by the barrier layer 54 and the tin oxide film 52, and the copper and tin films 53 of the barrier layer 54 are suppressed.
Is suppressed by the tin oxide film 52. Further, the copper layer 54 made of pure copper also has a function of preparing an underlying substrate, and by forming the copper layer 54,
The surface is flattened, and the adhesion of the tin oxide film 53 is further improved.
【0035】また、上記実施例では、酸化スズ膜を1層
または2層形成する場合について説明したが、3層以上
形成してもよい。In the above embodiment, the case where one or two tin oxide films are formed has been described. However, three or more tin oxide films may be formed.
【0036】また、スパッタリング法およびイオンビー
ムミキシング法等のドライプロセスにより酸化スズ膜お
よびスズ膜を形成するようにしているが、その他のドラ
イプロセス、例えば、真空蒸着法、イオンプレーティン
グ法等の物理的蒸着法、熱CVD、プラズマCVD、光
CVD等の化学的蒸着法により、酸化スズ膜およびスズ
膜を形成することもできる。Although the tin oxide film and the tin film are formed by a dry process such as a sputtering method and an ion beam mixing method, other dry processes such as a vacuum deposition method and an ion plating method are used. vapor deposition, thermal CVD, plasma-enhanced CVD, more chemical vapor deposition method such as light CVD, it is also possible to form the tin oxide film and the tin layer.
【0037】以下、参考までに、上述の実施例に基づい
て形成された電気接点用材料の耐熱性等に関する実験例
を示す。Hereinafter, for reference, an experimental example regarding the heat resistance and the like of the electrical contact material formed based on the above-described embodiment will be shown.
【0038】<実験例>上記第1の実施例と同様な方法
で、黄銅(Cu,Zn)からなる母材の一面に酸化スズ
膜(SnO2 )を0.2ミクロン形成し、さらにその上
にスズ膜を形成して電気接点用材料を形成した。そし
て、その接点用材料の荷重に対する接触抵抗値を測定し
た。さらにその電気接点用材料を200度Cで24時間
加熱処理した後、荷重に対する接触抵抗値の測定と、X
線光電子分光法(XPS)による接点用材料中の元素分
布の測定とを行った。熱処理前の接触抵抗変化を図6、
熱処理後の接触抵抗変化を図7、XPSによる材料中の
元素分布を図8のグラフにそれぞれ示す。この場合、図
6および図7のグラフでは、それぞれ横軸に荷重(gr
am)を示し、縦軸に接触抵抗(ohm)を示す。また
図8のグラフでは、横軸に表面からの深さ位置に対応す
るエッチング時間(分)を示し、縦軸にXPSにより測
定した各元素の存在量(%)を示し、さらに図8中、白
抜四角で銅、黒塗丸で亜鉛、x印でスズ、および白抜丸
で酸素を示す。<Experimental Example> A tin oxide film (SnO 2 ) of 0.2 μm was formed on one surface of a base material made of brass (Cu, Zn) in the same manner as in the first embodiment, and further thereon. An electrical contact material was formed by forming a tin film on the substrate. And the contact resistance value with respect to the load of the contact material was measured. Further, after the electric contact material is heated at 200 ° C. for 24 hours, the contact resistance value with respect to the load is measured, and X
The element distribution in the contact material was measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Figure 6 shows the change in contact resistance before heat treatment.
FIG. 7 shows a change in contact resistance after the heat treatment, and FIG. 8 shows a distribution of elements in the material by XPS. In this case, in the graphs of FIGS. 6 and 7, the load (gr) is plotted on the horizontal axis.
am), and the vertical axis indicates contact resistance (ohm). In the graph of FIG. 8, the horizontal axis indicates the etching time (minute) corresponding to the depth position from the surface, and the vertical axis indicates the abundance (%) of each element measured by XPS. Open squares indicate copper, solid black circles indicate zinc, x indicates tin, and white circles indicate oxygen.
【0039】また、参考例として、従来の方法により、
つまり黄銅からなる母材の表面に電解メッキ法によりス
ズ膜を被覆して電気接点用材料を形成した。そして、そ
の接点用材料の荷重に対する接触抵抗変化を測定した。
さらにその電気接点用材料を200℃で24間加熱処理
した後、荷重に対する接触抵抗変化の測定と、XPSに
よる材料中の元素分布の測定とを行った。熱処理前の接
触抵抗変化を図9、熱処理後の接触抵抗変化を図10、
XPSによる元素分布を図11のグラフにそれぞれ示
す。As a reference example, a conventional method
That is, the surface of the base material made of brass was coated with a tin film by an electrolytic plating method to form an electrical contact material. Then, the change in contact resistance with respect to the load of the contact material was measured.
Further, after the electrical contact material was subjected to a heat treatment at 200 ° C. for 24 hours, a change in contact resistance with respect to a load was measured, and an element distribution in the material was measured by XPS. FIG. 9 shows the contact resistance change before the heat treatment, and FIG. 10 shows the contact resistance change after the heat treatment.
The element distribution by XPS is shown in the graph of FIG.
【0040】まず接触抵抗変化から比較すると、実施例
に基づく電気接点用材料(図6および図7)では、従来
例のもの(図9および図10)に対し、全般的に接触抵
抗値が低く、接点特性に優れているのが判る。さらに、
実施例の接点用材料では、ばらつきがほとんど認められ
ないのに対し、従来の接点用材料ではばらつきが多く認
められ、実施例の接点用材料は品質が安定しているのが
判る。First, when comparing the change in contact resistance, the material for electric contact (FIGS. 6 and 7) according to the embodiment generally has a lower contact resistance value than the conventional material (FIGS. 9 and 10). It can be seen that the contact characteristics are excellent. further,
In the contact material of the example, almost no variation was recognized, whereas in the conventional contact material, much variation was recognized, indicating that the quality of the contact material of the example was stable.
【0041】また、実施例に基づく接点用材料では、熱
処理後(図7)の各接触抵抗値は熱処理前(図6)のそ
れと比べてもほとんど変化がみられず、耐熱性に優れて
いるのが判る。これに対し、従来例では、熱処理後(図
10)の各接触抵抗値を熱処理前(図9)と比べると、
ばらつきが大きくなり、しかも高くなっており、耐熱性
に劣っているのが判る。Further, in the contact material according to the embodiment, the respective contact resistance values after the heat treatment (FIG. 7) hardly change compared with those before the heat treatment (FIG. 6), and they are excellent in heat resistance. I understand. On the other hand, in the conventional example, comparing each contact resistance value after the heat treatment (FIG. 10) with that before the heat treatment (FIG. 9),
It can be seen that the variation is large and high and the heat resistance is poor.
【0042】また、耐熱性に関しては、図8および図1
1の元素分布からも、実施例の電気接点用材料が優れて
いるのが判断できる。As for heat resistance, FIG. 8 and FIG.
Also from the element distribution of No. 1, it can be determined that the electrical contact materials of Examples are excellent.
【0043】すなわち、図8に示すように、実施例の電
気接点用材料では、エッチング時間が0分のスズ膜表面
から15分付近のスズ膜と母材との境界部まで、つまり
スズ膜中には、スズ元素(x印)が多量に存在し、母材
構成元素の銅元素(白抜四角)や亜鉛元素(黒塗丸)が
ほとんど存在していない。これは、母材構成元素の拡散
が抑制されて、亜鉛元素のスズ膜表面への析出および銅
とスズとの合金の形成がともに防止されていると考えら
れる。このように実施例の電気接点用材料は、200度
Cの高温下でも、接点特性の劣化の要因となる母材構成
元素の拡散を抑制でき、耐熱性に優れているのが判る。That is, as shown in FIG. 8, in the electric contact material of the embodiment, the etching time is from the surface of the tin film of 0 minute to the boundary portion between the tin film and the base material at around 15 minutes, that is, in the tin film. Contains a large amount of a tin element (marked with x) and almost no copper element (open square) or zinc element (closed circle) as a base material constituent element. This is presumably because the diffusion of the constituent elements of the base material was suppressed, and the precipitation of the zinc element on the surface of the tin film and the formation of an alloy of copper and tin were both prevented. As described above, it can be seen that the electrical contact material of the example can suppress the diffusion of the base material constituent element which causes the deterioration of the contact characteristics even at a high temperature of 200 ° C., and is excellent in heat resistance.
【0044】これに対し、図11の従来の接点用材料で
は、まずエッチング時間が0分付近のスズ膜表面部に、
すでに母材構成元素である亜鉛元素(黒塗丸)が酸素
(白抜丸)とともに存在しているのが確認できる。これ
は、母材から拡散した亜鉛元素がスズ膜側に拡散してス
ズ膜表面に析出し、導電率の低い酸化亜鉛を形成してい
ると考えられる。さらに従来では、エッチング時間が0
分から18分付近のスズ膜と母材との境界部まで、つま
りスズ膜中には、スズ元素(x印)とともに銅元素(白
抜四角)が多量に存在しているのが確認される。これ
は、母材からスズ膜内に銅が多量に拡散して銅とスズと
で硬度の高い合金を形成していると考えられる。このよ
うに従来の電気接点用材料は、高温下では、接点特性の
劣化の要因となる母材構成元素の拡散が著しく発生して
おり、耐熱性に劣っているのが判る。On the other hand, in the conventional contact material shown in FIG. 11, first, the etching time is about 0 minute on the tin film surface.
It can be confirmed that the zinc element (solid circle) as a constituent element of the base material is already present together with oxygen (open circle). This is considered to be because zinc element diffused from the base material diffuses toward the tin film side and precipitates on the tin film surface to form zinc oxide having low conductivity. Further, conventionally, the etching time is zero.
It is confirmed that a large amount of the copper element (open squares) is present together with the tin element (marked by x) in the tin film and the boundary portion between the base film and the tin film at about 18 minutes to 18 minutes. This is considered to be due to the fact that a large amount of copper diffuses from the base material into the tin film, forming an alloy having high hardness with copper and tin. Thus, it can be seen that the conventional material for electric contacts has a remarkable diffusion of the base material constituent element which causes the deterioration of the contact characteristics at a high temperature, and is inferior in heat resistance.
【0045】なお、実施例に基づく接点用材料におい
て、熱処理前および後に、目視により外観をそれぞれ観
察したところ、酸化スズ膜およびスズ膜はまったく剥離
しておらず、各膜の密着性に優れているのが確認でき
た。In the contact materials according to the examples, the appearance was visually observed before and after the heat treatment. As a result, the tin oxide film and the tin film were not peeled off at all, and the adhesion of each film was excellent. Was confirmed.
【0046】[0046]
【発明の効果】以上のように、請求項1記載の電気接点
用材料の製造方法によれば、母材上にドライプロセスに
より酸化スズ膜を形成するとともに、その酸化スズ膜上
にドライプロセスによりスズ膜を形成しているため、母
材とスズ膜との間に酸化スズ膜が介装された構造を有
し、しかも各膜がドライプロセスにより形成されて各膜
の密着性に優れた電気接点用材料を形成できるという効
果が得られる。As described above, according to the method for producing an electrical contact material according to the first aspect, a tin oxide film is formed on a base material by a dry process, and the tin oxide film is formed on the tin oxide film by a dry process. Since a tin film is formed, it has a structure in which a tin oxide film is interposed between the base material and the tin film, and furthermore, each film is formed by a dry process, and an electric contact with excellent adhesion between the films is provided. The effect that the contact material can be formed is obtained.
【0047】請求項2記載の電気接点用材料の製造装置
によれば、母材上にスズを蒸着または容射により付着す
るための成膜装置と、スズの成膜時の初期に酸素を供給
して、酸化スズ膜を形成するための酸素供給手段とを備
えるため、母材上に酸化スズ膜を介してスズ膜が形成さ
れて、母材とスズ膜との間に酸化スズ膜が介装された構
造を有し、しかも各膜が蒸着形成されて各膜の密着性に
優れた電気接点用材料を形成できるという効果が得られ
る。According to the second aspect of the present invention, there is provided a film forming apparatus for depositing tin on a base material by vapor deposition or spraying, and supplying oxygen at an initial stage of forming a tin film. Then, an oxygen supply means for forming a tin oxide film is provided, so that a tin film is formed on the base material via the tin oxide film, and the tin oxide film is interposed between the base material and the tin film. This has the effect that a material for electrical contacts having a structure in which the films are mounted and in which each film is formed by vapor deposition and having excellent adhesion between the films can be formed.
【図1】この発明の第1の実施例である電気接点用材料
の製造装置が適用されたスパッタリング装置を示す構成
図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a sputtering apparatus to which an apparatus for manufacturing a material for electrical contacts according to a first embodiment of the present invention is applied.
【図2】上記第1の実施例の製造装置により製造された
電気接点用材料を示す要部拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged sectional view of a main part showing a material for an electric contact manufactured by the manufacturing apparatus of the first embodiment.
【図3】この発明の第2の実施例である電気接点用材料
の製造装置が適用されたイオンビームミキシング装置を
示す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram illustrating an ion beam mixing apparatus to which an apparatus for manufacturing a material for electrical contacts according to a second embodiment of the present invention is applied.
【図4】上記第2の実施例の製造装置により製造された
電気接点用材料を示す要部拡大断面図である。FIG. 4 is an enlarged sectional view of a main part showing a material for an electric contact manufactured by the manufacturing apparatus of the second embodiment.
【図5】この発明の変形例の電気接点用材料を示す要部
拡大断面図である。FIG. 5 is an enlarged sectional view of a main part showing a material for an electric contact according to a modification of the present invention.
【図6】実施例に基づく電気接点用材料の熱処理前の接
触抵抗変化を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing a change in contact resistance of a material for an electric contact before heat treatment based on an example.
【図7】実施例に基づく電気接点用材料の熱処理後の接
触抵抗変化を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing a change in contact resistance after heat treatment of an electrical contact material according to an example.
【図8】実施例に基づく電気接点用材料の熱処理後のX
PSによる元素分布を示すグラフである。FIG. 8 shows X after heat treatment of the electrical contact material according to the embodiment.
It is a graph which shows the element distribution by PS.
【図9】従来例に基づく電気接点用材料の熱処理前の接
触抵抗変化を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing a change in contact resistance before heat treatment of a material for electrical contact based on a conventional example.
【図10】従来例に基づく電気接点用材料の熱処理後の
接触抵抗変化を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing a change in contact resistance of a conventional electrical contact material after heat treatment.
【図11】従来例に基づく電気接点用材料の熱処理後の
XPSによる元素分布を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing the element distribution by XPS after heat treatment of the electrical contact material based on the conventional example.
6 酸素ガス導入手段 11,31,51 母材 12,32a,32b,52 酸化スズ膜 13,33a,33b,53 スズ膜 24 酸素供給手段 6 Oxygen gas introduction means 11, 31, 51 Base material 12, 32a, 32b, 52 Tin oxide film 13, 33a, 33b, 53 Tin film 24 Oxygen supply means
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01H 1/04 H01H 1/04 E 11/04 11/04 F (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 14/00 - 14/58 C23C 28/00 H01H 1/04 H01H 11/04 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 identification code FI H01H 1/04 H01H 1/04 E 11/04 11/04 F (58) Investigated field (Int.Cl. 7 , DB name) C23C 14/00-14/58 C23C 28/00 H01H 1/04 H01H 11/04
Claims (2)
を準備する工程と、 前記母材の表面にドライプロセスにより酸化スズ膜を形
成する工程と、 前記酸化スズ膜上に、ドライプロセスによりスズ膜を形
成する工程とを含む電気接点用材料の製造方法。A step of preparing a base material substantially made of copper or a copper-based alloy; a step of forming a tin oxide film on a surface of the base material by a dry process; and a dry process on the tin oxide film. Forming a tin film by using the method.
の表面に、スズを蒸着させてスズ膜を形成するための成
膜装置と、 前記成膜装置に接続され、前記スズ膜形成時の初期に酸
素を供給して、酸化スズ膜を形成するための酸素供給手
段とを備えた電気接点用材料の製造装置。2. A film forming apparatus for forming a tin film by depositing tin on a surface of a base material substantially made of copper or a copper-based alloy; and a tin film forming apparatus connected to the film forming apparatus. An apparatus for producing an electrical contact material, comprising: oxygen supply means for supplying oxygen at an early stage of time to form a tin oxide film.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4088012A JP3060709B2 (en) | 1992-03-11 | 1992-03-11 | Method and apparatus for manufacturing electrical contact material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4088012A JP3060709B2 (en) | 1992-03-11 | 1992-03-11 | Method and apparatus for manufacturing electrical contact material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05255834A JPH05255834A (en) | 1993-10-05 |
| JP3060709B2 true JP3060709B2 (en) | 2000-07-10 |
Family
ID=13930935
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4088012A Expired - Fee Related JP3060709B2 (en) | 1992-03-11 | 1992-03-11 | Method and apparatus for manufacturing electrical contact material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3060709B2 (en) |
-
1992
- 1992-03-11 JP JP4088012A patent/JP3060709B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05255834A (en) | 1993-10-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4720401A (en) | Enhanced adhesion between metals and polymers | |
| EP0747502A1 (en) | Improved adhesion layer for tungsten deposition | |
| EP0187706B1 (en) | A method of coating an organic substrate with a metal | |
| WO1993007306A1 (en) | Adherent metal coating for aluminum nitride surfaces | |
| US20120129004A1 (en) | Housing and method for manufacturing housing | |
| CN111235532A (en) | Coating device combining ion coating and electron beam evaporation coating and coating method thereof | |
| JP3060709B2 (en) | Method and apparatus for manufacturing electrical contact material | |
| JP3079765B2 (en) | Materials for electrical contacts | |
| KR19990013553A (en) | Semiconductor device and semiconductor device manufacturing process | |
| JP3060710B2 (en) | Method and apparatus for manufacturing electrical contact material | |
| JP2566826Y2 (en) | fuse | |
| JP2566825Y2 (en) | fuse | |
| JP3727693B2 (en) | TiN film manufacturing method | |
| JP2520969B2 (en) | Conductive surface fastener tape and manufacturing method thereof | |
| JPS6351630A (en) | Method of forming electrode for silicon substrate | |
| JPH05250948A (en) | Electric contact material and manufacture thereof | |
| JP3288010B2 (en) | Method for forming metal wiring of semiconductor device | |
| JPH03150825A (en) | Manufacture of aluminum electrode for electrolytic capacitor | |
| EP0190888A2 (en) | Electrical component | |
| KR910006089B1 (en) | Manufacturing Method of Semiconductor Device | |
| JPH07220788A (en) | IC socket terminal and manufacturing method thereof | |
| EP0170441A1 (en) | Electrical wire and cable | |
| JP2555270B2 (en) | Encapsulated contact material and manufacturing method thereof | |
| CA1040259A (en) | Method of preparing a battery plate by coating an aluminum core with lead | |
| JPH07166350A (en) | Iridium electrode base material and iridium oxide insoluble electrode using the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |