KR20140036293A

KR20140036293A - 전기 접점 부품

Info

Publication number: KR20140036293A
Application number: KR1020147000137A
Authority: KR
Inventors: 나오키 세키; 가쓰노부 야마다; 유이치 우치다; 스스무 아라이
Original assignee: 파나소닉 주식회사
Priority date: 2011-06-03
Filing date: 2012-03-08
Publication date: 2014-03-25
Also published as: CN103582722A; TW201320484A; JP2013011016A; TWI525923B; EP2716796A4; EP2716796A1; CN103582722B; WO2012164992A1; US20140094072A1

Abstract

접촉에 의해 전기적 접속을 행하는 접점부와, 땜납 접합에 의해 외부와의 전기적 접속을 행하는 실장부(mounting part)를 구비한다. 상기 접점부의 표면에는 카본 나노 튜브 또는 카본 블랙을 함유하는 도금층이 선택적으로 형성된다. 상기 실장부에는 상기 카본 나노 튜브 또는 카본 블랙을 함유하는 도금층보다 땜납 젖음성(solder wettability)이 높은 도금층이 형성된다.

Description

전기 접점 부품{ELECTRICAL CONTACT COMPONENT}

본 발명은, 릴레이(예를 들면, 전기 자동차의 파워 릴레이), 스위치, 커넥터, 브레이커 등의 전기 부품의 접점 부품(접점 재료)으로서 사용되는 전기 접점 부품에 관한 것이다.

종래부터, 예를 들면, 일본 특허 제4032116호 공보에 기재되어 있는 바와 같은 배선 패턴을 가지는 전자 부품이 제공되고 있다.

그런데, 전기 접점 부품에 있어서는, 접촉 신뢰성과 실장성(mountability)을 확보하기 위하여, 일반적으로 접점부에는 전기 전도성이 우수한 Au, Ag, Pt, Rh, Ru, Ir, Pd 등의 고가의 귀금속층을 가장 표면에 형성한다. Au나 Ag는 연질 재료이므로, 그 경도를 높이기 위하여, Au-Co, Au-Ni, Ag-W, Ag-WC, Ag-Cu, Ag-Mo, Ag-CdO, Ag-Au, Ag-SnO, Ag-Pd, Ag-Ni, Ag-ZnO와 같은 합금 또는 복합 재료로서 사용되는 경우가 많다. 또한, 내식성(耐蝕性)을 확보하기 위하여, 귀금속 도금 후에 봉공(封孔) 처리도 많이 행해지고 있다.

그러나, 귀금속은 고가이기 때문에, 다량으로 사용하면 전기 접점 부품의 비용이 높아지는 문제점이 있었다. 또한, 리플로우 후에는 접점부의 표면에 전기 접속을 저해하기 쉬운 산화물이 형성되므로, 저접촉 압력 영역(접점부의 표면이 금 합금계의 도금층에서 형성되어 있는 경우에는, 9.8×0^-3 N(1 g^f) 이하의 접촉력)에서의 접촉 저항이 커지고, 접촉 신뢰성이 부족한 문제점이 있었다. 이에, 접촉 신뢰성이 저하하지 않도록, 도금의 공석량(共析量)을 정밀하게 관리하는 것을 고려할 수 있지만, 공정 관리가 번잡하게 되는 문제점이 있었다. 또한, 봉공 처리를 행하는 경우에는, 윤활 성분으로서 절연성이 있는 유성(油性) 성분을 사용하므로, 접촉 신뢰성이 저하되는 문제가 있었다.

이에, 본 발명의 목적은, 접촉 신뢰성 및 실장성이 우수한 전기 접점 부품을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 전기 접점 부품은, 접촉에 의해 전기적 접속을 행하는 접점부와, 땜납 접합에 의해 외부와의 전기적 접속을 행하는 실장부를 구비하고, 상기 접점부의 표면 또는 접점의 슬라이드 이동 마모·개폐 등에 의해 노출된 표면에는 카본 나노 튜브(이하 CNT) 또는 카본 블랙(이하 CB)을 함유하는 도금층이 선택적으로 형성되고, 상기 실장부에는 상기 CNT 또는 CB를 함유하는 도금층보다 땜납 젖음성(solder wettability)이 높은 도금층이 형성되어 있다. 이와 같이 구성하였으므로, 접촉 신뢰성 및 실장성이 우수한 전기 접점 부품이 된다.

이 구성에 있어서는, 상기 CNT 또는 CB를 함유하는 도금층의 표면에 상기 CNT 또는 CB가 돌출되어 있는 것이 바람직하다.

이 구성에 있어서는, 상기 CNT 또는 CB를 함유하는 도금층은, 전해 도금 또는 무전해 도금에 의해 형성되는 것이 바람직하다.

이 구성에 있어서는, 상기 CNT는, 다층 CNT(이하 MWCNT)을 함유하는 것이 바람직하다.

이 구성에 있어서는, 상기 CNT를 함유하는 도금층은, 그 전체량에 대하여 0.02질량%∼2.0질량%의 CNT를 함유하는 것이 바람직하다.

이 구성에 있어서는, 상기 CB를 함유하는 도금층은, 그 전체량에 대하여 0.02질량%∼2.0질량%의 CB를 함유하는 것이 바람직하다.

이 구성에 있어서는, 상기 CNT 또는 CB를 함유하는 도금층은, 비정질(非晶質) 도금층의 표면에 노출되어 있는 것이 바람직하다.

이 구성에 있어서는, 상기 비정질 도금층은, Ni-P 합금 도금막인 것이 바람직하다.

본 발명의 전기 접점 부품은, 표면에 비정질 도금층이 형성된 전기 접점 부품으로서, 상기 비정질 도금층은 나노 카본 재료를 함유하고, 또한 이 나노 카본 재료는 상기 비정질 도금층의 표면에 노출되어 있다. 이와 같이 구성하였으므로, 접촉 신뢰성 및 내식성이 우수하며, 또한 염가로 제조할 수 있다.

이 구성에 있어서는, 접촉에 의해 전기적 접속을 행하는 접점부와 땜납 접합에 의해 전기적 접속을 행하는 실장부를 구비하고, 상기 접점부의 표면에는 상기 비정질 도금층이 형성되고, 상기 실장부에는 상기 비정질 도금층보다 땜납 젖음성이 높은 도금층이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이 구성에 있어서는, 상기 나노 카본 재료로서 MWCNT를 사용하는 것이 바람직하다.

이 구성에 있어서는, 상기 나노 카본 재료로서 CB를 사용하는 것이 바람직하다.

이 구성에 있어서는, 상기 나노 카본 재료는 상기 비정질 도금층의 전체량에 대하여 0.02질량%∼2.0질량% 함유되어 있는 것이 바람직하다.

이 구성에 있어서는, 상기 비정질 도금층은, 전해 도금 또는 무전해 도금에 의해 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시형태를 더욱 상세하게 기술한다. 본 발명의 다른 특징 및 이점은, 이하의 상세한 기술 및 첨부 도면과 관련되어 한층 양호하게 이해된다.
도 1a는 본 발명의 실시형태 1의 전기 접점 부품의 측면 개략도이다.
도 1b는 본 발명의 실시형태 1의 전기 접점 부품의 일부 단면도이다.
도 1c는 본 발명의 실시형태 1의 전기 접점 부품의 일부 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 실시형태 1의 전기 접점 부품의 헤더의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 2b는 본 발명의 실시형태 1의 전기 접점 부품의 소켓의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태 1의 CNT 도금층의 형성 방법의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태 1의 CNT 도금층의 형성 방법의 다른 예를 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태 1의 CNT 도금층의 형성 방법의 또 다른 예를 나타낸 개략도이다.
도 6a는 본 발명의 실시형태 1의 CNT 도금층의 형성 방법의 별례를 나타낸 개략도이다.
도 6b는 본 발명의 실시형태 1의 CNT 도금층의 형성 방법의 다른 별례를 나타낸 개략도이다.
도 7a는 본 발명의 실시형태 1의 실시예 1에서 제작한 CNT 복합 도금막의 표면 SEM 사진(×1000배)을 나타내는 사진이다.
도 7b는 본 발명의 실시형태 1의 실시예 1에서 제작한 CNT 복합 도금막의 표면 SEM 사진(×5000배)을 나타내는 사진이다.
도 8은 본 발명의 실시형태 1의 접촉 신뢰성 및 실장성의 평가로 사용한 리플로우 온도 프로파일을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시형태 1의 접촉 신뢰성의 평가를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시형태 1의 전기 접점 부품의 다른 예를 나타낸 일부 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시형태 1의 실시예 3에서 형성한 CB 도금층의 표면 SEM 사진이다.
도 12a는 본 발명의 실시형태 2의 전기 접점 부품의 일부 단면도이다.
도 12b는 본 발명의 실시형태 2의 전기 접점 부품의 일부 단면도이다.
도 13a는 본 발명의 실시형태 2의 나노 카본 재료를 함유하는 비정질 도금층의 형성 방법의 별례를 나타낸 개략도이다.
도 13b는 본 발명의 실시형태 2의 나노 카본 재료를 함유하는 비정질 도금층의 형성 방법의 다른 별례를 나타낸 개략도이다.
도 14a는 본 발명의 실시형태 2의 실시예 4의 접점부의 표면 SEM 사진(×5000배)이다.
도 14b는 본 발명의 실시형태 2의 실시예 5의 접점부의 표면 SEM 사진(×10000배)이다.
도 15는 본 발명의 실시형태 2의 실시예에 있어서, 접촉 신뢰성의 평가에서 사용한 리플로우 온도 프로파일을 나타낸 그래프이다.
도 16은 본 발명의 실시형태 2의 실시예에 있어서, 접촉 신뢰성의 평가를 나타낸 그래프이다.
도 17은 본 발명의 실시형태 2의 실시예에 있어서, 내식성의 평가를 나타낸 사진이다.
도 18은 본 발명의 실시형태 2의 실장부의 일례를 나타낸 단면도이다.

(실시형태 1)

이하에서, 본 발명의 실시형태 1을 설명한다.

전기 접점 부품(A)은 커넥터의 단자 부품, 스위치나 릴레이 등의 가동 접점이나 고정 접점 등으로서 사용되는 것으로서, 특히, 저접촉 압력 영역에서 사용되는 전기 접점 부품(A)에 매우 적합하다.

전기 접점 부품(A)을 사용하는 커넥터로서는, 도 2a에 나타내는 헤더(H)와 도 2b에 나타내는 소켓(S)으로 이루어지는 것을 예시할 수 있다. 헤더(H)는, 예를 들면, 합성 수지와 같은 절연 재료로 이루어지는 헤더 본체(30)와, 도전 재료로부터 이루어지는, 예를 들면, 인서트 성형에 의해 헤더 본체(30)에 유지된 복수의 헤더 컨택트(40)를 가진다. 또한, 소켓(S)은, 예를 들면, 합성 수지와 같은 절연 재료로 이루어지고 접속 오목부(20)가 설치된 소켓 본체(50)와, 도전성과 탄성을 가지는 재료로 이루어지고 접속 오목부(20)에 헤더(H)가 삽입되었을 때 접속 오목부(20)의 내측에 있어서 헤더 컨택트(40)에 일대일로 접촉 도통(導通)하도록 소켓 본체(50)에 유지된 복수의 소켓 컨택트(60)를 가진다. 본 발명의 전기 접점 부품(A)은 상기 헤더 컨택트(40) 및 소켓 컨택트(60)로서 사용할 수 있다.

도 1a에 나타낸 바와 같이, 헤더 컨택트(40)는, 헤더 본체(30)의 좌우의 외측면에 노출되어 소켓 컨택트(60)의 제1 접촉부(64)에 접촉하는 제1 접촉부(41)와, 제1 접촉부(41)와 함께 내측 오목부(19)의 좌우의 에지를 협지하는 U자 형상을 이루고 내측 오목부(19)의 내측에 노출되어 소켓 컨택트(60)의 제2 접촉부(66)에 접촉하는 제2 접촉부(42)와, 제2 접촉부(42)의 상단으로부터 좌우 방향 중 외측 방향으로 연장되어 내측 오목부(19)의 바닥면을 관통하고 헤더 본체(30)의 상단면(도 2a의 하단면)으로 따라 좌우로 돌출되어 실장에 사용되는 단자부(43)를 가진다.

소켓 컨택트(60)는, 두께 방향을 상하 방향으로 향하게 하고 소켓 본체(50)로부터 돌출되어 실장에 사용되는 단자부(61)와, 하단이 단자부(61)의 좌우 중 내측이 되는 한쪽 단에 연결되고 상 방향으로 연장되고 소켓 본체(50)에 유지되는 피(被)유지부(62)와, 피유지부(62)의 상단에 일단이 연결되고 좌우 방향 중 단자부(61)로부터 이격되는 방향으로 연장된 제1 연결부(63)와, 제1 연결부(63)의 타단에 일단이 연결되고 하방으로 연장되어 헤더 컨택트(40)에 접촉하는 제1 접촉부(64)와, 제1 접촉부(64)의 하단에 일단이 연결되고 좌우 방향 중 피유지부(62)로부터 이격되는 방향으로 연장된 제2 연결부(65)와, 제2 연결부(65)의 타단에 하단이 연결되어 접속 오목부(20)로부터 헤더(H)를 뽑는 방향으로 연장되어 제1 접촉부(64)와의 사이에 헤더 컨택트(40)를 탄성적으로 협지하는 제2 접촉부(66)를 가진다.

그리고, 상기 헤더 컨택트(40)의 제1 접촉부(41)와 제2 접촉부(42) 및 상기 소켓 컨택트(60)의 제1 접촉부(64)와 제2 접촉부(66)가, 전기 회로나 다른 전기 접점 부품 등의 도전 부재와 접촉함으로써 전기적 접속을 행하는 접점부(1)로서 형성되어 있다. 또한, 상기 헤더 컨택트(40)의 단자부(43)와 상기 소켓 컨택트(60)의 단자부(61)가 전기 회로 등의 외부(다른 부재)의 도전 부재와 땜납 접합에 의해 전기적 접속을 행하는 실장부(2)로서 형성되어 있다.

접점부(1)는, 전기 접점 부품(A)의 모재(母材)(3)의 표면에 카본 나노 튜브(이하 CNT)를 함유하는 도금층(이하, "CNT 도금층"이라고 함)(4)을 설치하여 형성되어 있다. 실장부(2)는, 모재(3)의 표면에 CNT 도금층(4)보다 땜납 젖음성이 높은 도금층(이하, "땜납 접합 도금층"이라고 함)(5)을 설치하여 형성되어 있다. 그리고, 도 1a에서, 접점부(1)를 크로스헤칭으로 나타내고, 실장부(2)를 사선으로 나타낸다.

모재(3)는 전기 접점 부품(A)의 사용 목적에 따라 원하는 형상으로 성형되어 있으며, 구리 또는 구리 합금 등의 전기 접점 부품에 사용되는 공지의 금속 재료로 형성할 수 있다. 구리 합금으로서는, Cu-Ti, Cu-Ti-Fe, Cu-Be, Cu-Sn-P계, Cu-Zn계, Cu-Ni-Zn계, Cu-Ni-Si계, Cu-Fe-P계 합금 등을 예로 들 수 있다.

CNT 도금층(4)은, 도 1b에 나타낸 바와 같이, 모재(3)의 표면에 부착되는 금속 도금막(4a)과, 금속 도금막(4a) 중에 분산되어 배합되는 CNT(4b)와의 복합 도금으로 형성되어 있다.

금속 도금막(4a)은 모재(3)로의 부착성이나 CNT(4b)의 유지성, 경도 등을 고려하여, 그 재질과 두께 등을 결정하면 된다. 예를 들면, 금속 도금막(4a)은, Cu 도금막이나 Ni 도금막 등의 재질로 형성할 수 있지만, Ni 도금막인 것이 바람직하다. Ni 도금막은 내식성, 내마모성, 내약품성이 우수한 금속 피막이며, 작업성도 양호하고, 처리 비용도 비교적 낮기 때문이다. 또한, 금속 도금막(4a)은, 0.1∼10 ㎛의 두께가 바람직하고, 그 범위 내에서도 1∼5 ㎛의 두께인 것이 바람직하다.

CNT(4b)는 탄소 재료로서, 화학적으로 안정하며 또한 전기 전도성, 슬라이드 이동성, 기계적 강도가 우수한 것이다. CNT(4b)로서는, 직경 10∼200 ㎚, 길이 1∼20 ㎛인 것을 사용한다. 또한, CNT(4b)로서는, 그래파이트의 시트가 1층으로 통형으로 권취된 단층 CNT와 그래파이트의 시트가 2층 이상의 다층으로 권취된 다층 CNT가 존재하지만, 다층 CNT는 단층 CNT보다 양산성이 우수하여 비교적 염가로 입수할 수 있으므로, 비용을 억제할 수 있는 점에서 바람직하다.

CNT 도금층(4)은, 금속 도금막(4a)의 표면에 CNT(4b)가 돌출 형성되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 도 1b에 나타낸 바와 같이, 금속 도금막(4a)에 함유되는 일부 또는 전부의 CNT(4b)의 일부가 금속 도금막(4a)의 표면보다 외측으로 돌출된 상태로 되어 있다. 또한, 금속 도금막(4a)의 표면에 금속 산화 피막이 형성되어 있는 경우에는, CNT(4b)는 금속 도금막(4a)의 표면의 금속 산화 피막(4c)보다 내부(심부)의 산화되어 있지 않은 부분에 접촉하고 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 땜납 리플로우 공정 등으로 금속 도금막(4a)의 표면에 형성되는 금속 산화 피막(4c)을 관통하여 CNT(4b)가 CNT 도금층(4)의 표면에 존재하게 된다. 따라서, 전기 도전성이 낮은 금속 산화 피막(4c)보다 전기 도전성이 높은 CNT(4b)를 통하여 다른 도전 부재와 금속 도금막(4a)의 내부(심부)의 금속이 전기적으로 직접 연결되고, 그 결과, 안정적으로 낮은 접촉 저항을 얻을 수 있다. 또한, CNT 도금층(4)의 표면의 CNT(4b)에 의해 금속 도금막(4a)과 다른 금속제의 도전 부재와의 응착·마찰 현상이 발생하기 어려워져, 내(耐)스티킹성을 높일 수 있는 것으로 여겨진다.

CNT 도금층(4)에는, 그 전체량에 대하여 0.02질량%∼2.0질량%의 CNT(4b)가 함유되어 있는 것이 바람직하다. CNT(4b)의 함유량이 0.02 질량%보다 적으면 CNT(4b)에 의한 CNT 도금층(4)의 접촉 신뢰성의 향상을 충분히 얻을 수 없게 될 우려가 있으며, CNT(4b)의 함유량이 2.0 질량%보다 많으면 도금액으로의 분산성이 저하되거나, 모재(3)로의 밀착성이 낮아질 우려가 있다. 즉, CNT(4b)의 함유량이 전술한 범위 내이면, CNT(4b)에 의한 CNT 도금층(4)의 접촉 신뢰성의 향상을 충분히 얻을 수 있고, 또한, CNT(4b)의 도금액으로의 분산성이나 CNT 도금층(4)의 모재(3)로의 밀착성을 충분히 확보할 수 있다.

땜납 접합 도금층(5)은, CNT 도금층(4)보다 땜납 젖음성이 높은 것이다. CNT 도금층(4)은 CNT 자체가 소수성(疏水性)을 가지고 있고, 또한 표면 조도(粗度)의 정도가 크기 때문에, 땜납이 퍼지기 어려우며 밀착되기 어렵다. 따라서, CNT 도금층(4)을 실장부(2)까지 형성하면, 전기 접점 부품(A)의 다른 도전 부재로의 접합 강도가 저하되고 접합에 시간이 걸리고 또한 번거로운 등의 이유로 인해 실장성이 낮아질 우려가 있다. 따라서, 실장부(2)에는 CNT 도금층(4)보다 땜납 젖음성이 우수한 땜납 접합 도금층(5)을 형성한다. 땜납 접합 도금층(5)은, 예를 들면, 전기 전도성이 우수한 Au, Ag, Pt, Rh, Ru, Ir, Pd 및 이들의 합금 등의 귀금속 도금막을 모재(3)의 표면에 직접 형성할 수 있다. 또한, 도 1c에 나타낸 바와 같이, 땜납 접합 도금층(5)과 모재(3)의 표면과의 사이에 베이스 도금층(6)을 개재시킬 수도 있다. 이 경우에, 베이스 도금층(6)으로서는, 모재(3)와의 밀착성이 우수한 Ni 도금막을 사용할 수 있고, 그 표면에 적층되는 땜납 접합 도금층(5)으로서는, 전기 전도성이 우수한 Au나 AuPd 합금 도금막 등을 사용할 수 있다. 또한, 베이스 도금층(6)의 두께는 0.5∼2 ㎛로 하는 것이 바람직하고, 땜납 접합 도금층(5)의 두께는 0.01∼5 ㎛의 두께가 바람직하고, 이 범위 내에서도 0.1∼0.5 ㎛로 하는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같은 전기 접점 부품(A)은, 원하는 형상으로 형성된 모재(3)의 접점부(1)가 될 부분에 CNT 도금층(4)을 선택적으로 형성하고 상기 모재(3)의 실장부(2)가 될 부분에 땜납 접합 도금층(5)을 선택적으로 형성함으로써 제조할 수 있다.

CNT 도금층(4)을 선택적으로 형성하는 데 있어서는 각종 방법을 채용할 수 있다. 예를 들면, 스폿 도금법을 채용하는 경우에는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 모재(3)의 표면의 CNT 도금층(4)을 형성할 개소에 노즐(10)로부터 도금액(11)을 부분적으로 분사하여 CNT 도금층(4)을 형성할 수 있다. 도금액(11)에는 금속 도금막(4a)을 형성하기 위한 금속 성분과 CNT(4b)가 함유되어 있다. 그 외, 스파저(sparger)을 사용하여 부분적으로 도금할 수도 있다.

또한, 마스크 도금법에 의해 CNT 도금층(4)을 선택적으로 형성할 수도 있다. 이 경우에는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 모재(3)의 표면의 CNT 도금층(4)을 형성할 개소 이외의 부분(예를 들면, 실장부(2)가 될 개소)을 마스크(12)로 피복하고, 이 후, 마스크(12)가 설치된 모재(3)를 도금액에 침지하고, 전해 도금이나 무전해 도금에 의하여, 모재(3)에서 마스크(12)로 피복되어 있지 않은 개소에 CNT 도금층(4)을 형성할 수 있다.

또한, 레지스트 도금법에 의해 CNT 도금층(4)을 선택적으로 형성할 수도 있다. 이 경우에는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 모재(3)의 표면의 CNT 도금층(4)을 형성할 개소 이외의 부분(예를 들면, 실장부(2)가 될 개소)을 레지스트막(13)으로 피복하고(도 5에 해칭으로 나타냄), 이 후, 레지스트막(13)이 설치된 모재(3)를 도금액에 침지하고, 전해 도금이나 무전해 도금에 의해, 모재(3)의 레지스트막(13)으로 피복되어 있지 않은 개소에 CNT 도금층(4)을 형성할 수 있다.

또한, 촉매 도금법에 의해 CNT 도금층(4)을 선택적으로 형성할 수도 있다. 이 경우에는, 도 6a에 나타낸 바와 같이, 모재(3)의 표면의 CNT 도금층(4)을 형성할 개소에 도금 촉매(도 6a의 해칭 부분)(14)를 부착하고, 이 후, 도금 촉매(14)가 설치된 모재(3)를 도금액에 침지하고, 무전해 도금에 의해, 도 6b에 나타낸 바와 같이, 모재(3)의 도금 촉매(14)가 부착된 개소에 CNT 도금층(도 6b에서 점으로 나타낸 부분)(4)을 형성할 수 있다.

또한, 땜납 접합 도금층(5) 및 베이스 도금층(6)도 스파저 도금, 부분 침지, 펠트 도금, 스폿 도금 등의 공지의 도금 방법이나 CNT 도금층(4)의 경우와 동일한 도금 방법에 의하여, 선택적으로 형성할 수 있다.

전술한 바와 같은 전기 접점 부품(A)에서는, 접점부(1)에 CNT 도금층(4)을 형성하므로, 낮은 접촉 압력에서도 CNT(4b)와 다른 도전 부재와의 접촉을 확보하여 전기적 접속을 행할 수 있고, 땜납 리플로우 후에도 낮은 접압 영역에서의 접촉 신뢰성을 확보할 수 있다. 또한, CNT 도금층(4)의 금속 도금막(4a)과 다른 도전 부재의 사이에 CNT(4b)가 개재되므로, 금속 도금막(4a)과 다른 도전 부재와의 응착·마찰을 적게 할 수 있어, 내스티킹성을 향상시킬 수 있다. 또한, CNT 도금층(4)은 금속만의 도금층에 비해 슬라이드 이동 마모가 적고, 높은 경도로 할 수 있으므로, 전기 접점 부품(A)의 장기 수명화를 도모할 수 있다. 따라서, 전술한 바와 같은 전기 접점 부품(A)을 개폐 횟수가 많은 스위치나 릴레이 등의 접점 부품(접점 재료)으로서 사용하면, 스티킹 현상이 일어나기 어렵고, 또한, 장기 수명화를 용이하게 도모할 수 있어 바람직하다. 또한, Au 등의 귀금속의 도금을 접점부(1)에 사용하지 않아도 되므로, 저비용으로 고신뢰성의 전기 접점 부재(A)로 만들 수 있다. 한편, 실장부(2)에는 CNT 도금층(4)보다 땜납 젖음성이 양호한 Au 등의 땜납 접합 도금층(5)을 형성하므로, 높은 실장성을 확보할 수 있다. 따라서, 상기 전기 접점 부품(A)은, 접촉 신뢰성과 실장성을 양립시킬 수 있는 것이다.

도 10에 다른 실시형태를 나타낸다. 이 전기 접점 부품(A)은, 접점부(1)가 전기 접점 부품(A)의 모재(3)의 표면에 카본 블랙(이하 CB)을 함유하는 도금층(이하, "CB 도금층"이라고 함)(7)을 설치하여 형성되어 있다. 그 외의 구성은 상기 실시형태와 동일하다. 실장부(2)는 도 1c와 마찬가지로, 모재(3)의 표면에 CB 도금층(7)보다 땜납 젖음성이 높은 땜납 접합 도금층(5)을 설치하여 형성되어 있다. 모재(3)는 전술한 바와 마찬가지로, 구리 또는 구리 합금 등의 전기 접점 부품에 사용되는 공지의 금속 재료로 형성할 수 있다.

CB 도금층(7)은 CNT 도금층(4)에 함유되어 있는 CNT(4b) 대신, CB(7b)를 함유시켜 형성되어 있다. 즉, 도 10에 나타낸 바와 같이, 모재(3)의 표면에 부착되는 금속 도금막(7a)과, 금속 도금막(7a) 중에 분산되어 배합되는 CB(7b)와의 복합 도금으로 형성되어 있다.

금속 도금막(7a)은 전술한 바와 마찬가지로, 모재(3)로의 부착성이나 CB(7b)의 유지성, 경도 등을 고려하여, 그 재질이나 두께 등을 결정하면 된다. 예를 들면, 금속 도금막(7a)은, Cu 도금막이나 Ni 도금막 등의 재질로 형성할 수 있으나, Ni 도금막인 것이 바람직하다. Ni 도금막은 내식성, 내마모성, 내약품성이 우수한 금속 피막이며, 작업성도 양호하고, 처리 비용도 비교적 낮기 때문이다. 또한, 금속 도금막(7a)은, 1∼5 ㎛의 두께인 것이 바람직하다.

CB(7b)는 탄소 재료이며, 화학적으로 안정적이며 또한 전기 전도성, 슬라이드 이동성, 기계적 강도가 우수하다. CB(7b)로서는 입자형인 것을 사용할 수 있고, 그 입자 직경은 레이저 회절법 등에 의한 측정으로 수∼100 ㎚인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, CB(7b)는 전기 전도성이 우수한 품종이다. 또한, CB(7b)는 CNT(4b)보다 양산성이 우수하여 비교적 염가로 입수할 수 있으므로, 비용을 억제할 수 있는 점에서 바람직하다.

CB 도금층(7)은, 금속 도금막(7a)의 표면에 CB(7b)가 돌출 형성되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 도 10에 나타낸 바와 같이, 금속 도금막(7a)에 함유되는 일부 또는 전부의 CB(7b)의 일부가 금속 도금막(7a)의 표면보다 외측으로 돌출된 상태로 되어 있다. 또한, 금속 도금막(7a)의 표면에 금속 산화 피막이 형성되어 있는 경우에는, CB(7b)의 다른 일부가 금속 도금막(7a)의 표면의 금속 산화 피막(7c)보다 내부(심부)의 산화되어 있지 않은 부분에 접촉되어 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 땜납 리플로우 공정 등으로 금속 도금막(7a)의 표면에 형성되는 금속 산화 피막(7c)을 관통하여 CB(7b)가 CB 도금층(7)의 표면에 존재하게 된다. 따라서, 전기 도전성이 낮은 금속 산화 피막(7c)보다 전기 도전성이 높은 CB(7b)를 통하여 다른 도전 부재와 금속 도금막(7a)의 내부(심부)의 금속이 전기적으로 직접 연결되고, 그 결과, 낮은 접촉 저항을 안정적으로 얻을 수 있다. 또한, CB 도금층(7)의 표면의 CB(7b)에 의해 금속 도금막(7a)과 다른 금속제의 도전 부재와의 응착·마찰 현상이 발생하기 어려워져, 내스티킹성을 높일 수 있는 것으로 여겨진다.

CB 도금층(7)에는, 그 전체량에 대하여 0.02질량%∼2.0질량%의 CB(7b)가 함유되어 있는 것이 바람직하고, 이 범위 내에서도 0.02∼1.0 질량%의 CB(7b)가 함유되어 있는 것이 바람직하다. CB(7b)의 함유량이 전술한 범위 내이면, CB(7b)에 의한 CB 도금층(7)의 접촉 신뢰성의 향상을 충분히 얻을 수 있고, 또한, CB(7b)의 도금액으로의 분산성이나 CB 도금층(7)의 모재(3)로의 밀착성을 충분히 확보할 수 있다.

땜납 접합 도금층(5)은 전술한 바와 마찬가지로, CB 도금층(7)보다 땜납 젖음성이 높은 것이다. CB 도금층(7)은 CB 자체가 소수성을 가지고 있으며, 표면 조도의 정도가 크기 때문에, 땜납이 퍼지기 어려우며 밀착되기 어렵다. 따라서, CB 도금층(7)을 실장부(2)까지 형성하면, 전기 접점 부품(A)의 다른 도전 부재로의 접합 강도가 저하되거나 접합에 시간이 걸리거나 번거로운 등의 이유로 인해 실장성이 낮아질 우려가 있다. 따라서, 실장부(2)에는 CB 도금층(7)보다 땜납 젖음성이 우수한 땜납 접합 도금층(5)을 형성한다. 땜납 접합 도금층(5)은 전술한 바와 마찬가지로, 전기 전도성이 우수한 Au 등의 귀금속 도금막을 모재(3)의 표면에 직접 형성할 수 있다. 또한, 땜납 접합 도금층(5)과 모재(3)의 표면과의 사이에 전술한 바와 동일한 베이스 도금층(6)을 개재시킬 수도 있다.

CB를 사용한 전기 접점 부품(A)은, 원하는 형상으로 형성된 모재(3)의 접점부(1)가 될 부분에 CB 도금층(7)을 선택적으로 형성하고 상기 모재(3)의 실장부(2)가 될 부분에 땜납 접합 도금층(5)을 선택적으로 형성함으로써 제조할 수 있다.

CB 도금층(7)을 선택적으로 형성하는 데 있어서는, 전술한 바와 같은 각종 방법을 채용할 수 있다. 이 경우에, CNT(4b) 대신 CB(7b)를 도금액 등에 배합하면 된다. 또한, 땜납 접합 도금층(5) 및 베이스 도금층(6)도 전술한 바와 같은 각종 방법으로 선택적으로 형성할 수 있다.

그리고, CB(7b)를 사용한 경우라도 CNT(4b)를 사용한 경우와 마찬가지로, 낮은 접압 영역에서의 접촉 신뢰성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 스티킹 현상이 일어나기 어렵고, 또한, 용이하게 장기 수명화를 도모할 수 있다. 또한, 실장부(2)에는 CB 도금층(7)보다 땜납 젖음성이 양호한 Au 등의 땜납 접합 도금층(5)을 형성하므로, 높은 실장성을 확보할 수 있다. 따라서, 상기 전기 접점 부품(A)은, 접촉 신뢰성과 실장성을 양립시킬 수 있는 것이다.

이하에서, 본 발명의 실시형태 1을 실시예 1∼3 및 비교예 1, 2에 의해 구체적으로 설명한다.

(실시예 1)

모재(3)로서는, 재질이 동판 또는 스위치의 접점 재료에 적용되는 형상으로 성형된 인 청동 또는 티탄동 등의 Cu 합금을 사용하였다.

접점부(1)의 CNT 도금층(4)은 전해 도금법에 의해 형성하였다. 이 경우에, CNT(4b)를 함유하는 Ni 도금액을 사용하였다. CNT(4b)로서는, 쇼와전공(주)에서 제조한 VGCF를 사용하였다. 이 CNT(4b)는 단층 CNT와 다층 CNT의 혼합물이다. 또한, 직경(외경)이 100∼200 ㎚이며, 길이 10∼20 ㎛의 범위의 CNT(4b)를 함유하고 있다. Ni 도금액은 그 조성이 황산 Ni(1 mol/dm³), 염화 Ni(0.2 mol/dm³), 붕소(0.5 mol/dm³), 분산제로서 분자량 5000의 폴리카르복시산(2×10^-5 mol/dm³)을 사용하였다. CNT(4b)의 혼합량은 2 g/dm³로 하였다. 또한, CNT(4b)를 함유하는 Ni 도금액을 도금욕으로 하고, 욕온 25℃, 전류 밀도 1∼5 A/dm²의 도금 조건으로 하였다. 그리고, 금속 도금막(4a)의 두께 5㎛, CNT(4b)의 함유량이 0.02 질량%인 CNT 도금층(4)을 형성하였다.

실장부(2)의 땜납 접합 도금층(5)은, 모재(3)의 표면에 형성된 베이스 도금층(6)의 표면에 적층하여 형성하였다. 베이스 도금층(6)은 두께 0.5∼2 ㎛의 Ni 도금막이며, 도금 조건은 설파민산 Ni(450 g/l), 염화 Ni(3 g/l), 붕산(30 g/l), 첨가제(적량), 피트(pit) 방지제(적량), pH = 3.0∼4.5, 욕온 40∼50 ℃에서 전해 도금을 1분간 행하였다. 땜납 접합 도금층(5)은 두께 0.2㎛의 Au 도금막이며, 도금 조건은 시안화 Au 칼륨(8∼10 g/l), 시트르산(60∼90 g/l), 코발트(100 mg/l), 처리 온도 25∼35 ℃, 전류 밀도 0.5∼1.5 A/dm²에서 30초간의 전해 도금을 행하였다.

(실시예 2)

금속 도금막(4a)의 두께를 20㎛로 한 CNT 도금층(4)을 형성한 점 이외는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 행하였다.

(실시예 3)

CNT(4b) 대신 CB(7b)를 사용하였고, 금속 도금막(4a)의 두께를 2㎛로 하여 CB 도금층(7)을 형성한 점 이외는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 행하였다. CB(7b)로서는, Cabot사에서 제조한 발칸 XC-72를 사용하였다. 이 CB는 직경(입자 직경)이 20∼100 ㎚의 범위(또는 20∼40 ㎚의 범위)이다.

(비교예 1)

CNT 도금층(4) 대신, 접점부(1)에 CNT를 함유하지 않은 Ni 도금을 두께 20㎛로 형성한 점 이외는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 행하였다.

(비교예 2)

CNT 도금층(4) 대신, 접점부(1)에 CNT를 함유하지 않은 Au-Co 도금을 두께 0.2㎛로 형성한 점 이외는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 행하였다.

(CNT 도금층(4) 및 CB 도금층(7)의 표면 성상(性狀)의 관찰)

실시예 1에서 형성한 CNT 도금층(4)의 표면 성상을 주사형 전자 현미경(SEM) 사진에 의해 관찰했다(도 7a 및 7b 참조). 백색 선형(線形) 또는 침형(針形)의 부분이 CNT이다. 또한, 실시예 3에서 형성한 CB 도금층(7)의 표면 성상을 주사형 전자 현미경(SEM) 사진에 의해 관찰했다(도 11 참조).

(접촉 신뢰성의 평가)

실시예 1∼3 및 비교예 1, 2에 대하여, 접점부(1)의 열처리 후의 접촉 저항 값을 측정하였다. 도 8에 열처리 시의 온도 프로파일을 나타낸다. 이것은, 무연 솔더(Pb free solder)를 사용한 대기(大氣) 리플로우 실장을 상정하고 있으며, 3 사이클의 열처리를 행하였다.

접촉 저항값의 측정에는 (주)야마자키 정밀 기계 연구소가 제작한 전기 접점 시뮬레이터(CRS-113-AU형 모델)를 사용하였다. 교류 4단자법에 의한 측정을 위하여, 측정값에는 리드선, 커넥터부 등의 고유 저항은 포함되지 않으며, 접촉 하중을 변화시켰을 때의 접촉 저항값을 계측할 수 있다. 전동 스테이지에 의하여, 일정 하중으로 접촉 위치를 주사(走査)할 수 있으며, 스위치나 릴레이 접점에 있어서의 와이핑을 상정한 측정도 가능하다. 그리고, 접촉력 0.2 N으로 접촉 저항값을 측정하였다. 결과를 도 9에 나타내었다.

전술한 결과로부터 밝혀진 바와 같이, 실시예 1∼3은 비교예 1, 2보다 접촉 저항값이 작고, 낮은 접촉 압력 영역에서의 접촉 신뢰성이 높다고 할 수 있다.

(실장성의 평가)

실시예 2, 3 및 비교예 2에 대하여, 무연 솔더 페이스트의 땜납 젖음성을 평가했다.

두께 0.12 ㎜의 마스크 스크린을 사용하여, CNT 도금층 또는 CB 도금층의 표면에 무연 솔더 페이스트를 φ 4.5 ㎜의 원 형상으로 되도록 도포했다. 땜납 페이스트는 센쥬 금속공업(주)에서 제조한 M705-221BM5-32-11.2K를 사용하였다. 실장 조건은 대기 하에서 도 8의 온도 프로파일을 사용한 리플로우로 하였다. 그리고, 리플로우 후의 땜납 볼 직경을 계측하고, 리플로우 전의 치수와의 비율을 산출함으로써, 땜납 젖음성을 평가했다. 평가 결과를 표 1에 나타내었다.

[표 1]

비교예 2(Au 도금품)는 리플로우 후/리플로우 전 비율이 125%이며, 땜납이 젖어서 쉽게 퍼져 실장 면에서 양호한 결과가 얻어진 것에 비해, 실시예 2(CNT 도금층)는 42%로, 땜납이 튕겨져 있는 것을 알았다. 이는, CNT 도금층의 표면이 산화 니켈층과 CNT로 구성되어 있고, 양쪽 모두 소수적인 작용이 있는 것에 기인하고 있는 것으로 여겨진다. 따라서, 접점부에 선택적으로 CNT 도금층을 형성하고, 땜납 실장부에는 Au 도금을 설치하는 것이, 실용적인 면에서 최선의 구성이라고 할 수 있다. 또한, CB를 사용한 실시예 3에 대해서도 마찬가지로 말할 수 있다.

(실시형태 2)

이하에서, 본 발명의 실시형태 2를 설명한다. 그리고, 실시형태 1과 동일한 부재에는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명은 생략한다.

전술한 실시형태 1에서는, CNT(4b), CB(7b)를 각각 함유하는 CNT 도금층(4), CB 도금층(7)은, Cu 도금막이나 Ni 도금막 등의 재질로 형성된 금속 도금막(4a, 7a)에 의해 형성되어 있었다. 이에 비해, 본 실시형태의 나노 카본 재료(8)(예를 들면, CNT 또는 CB)를 함유하는 도금층은 비정질 도금층(9)인 점에 특징이 있다.

접점부(1)는, 전기 접점 부품(A)의 모재(3)의 표면에 나노 카본 재료(8)를 함유하는 비정질 도금층(9)을 설치하여 형성되어 있다. 실장부(2)는, 나노 카본 재료(8)를 함유하는 비정질 도금층(9)보다 땜납 젖음성이 높은 도금층(이하, "땜납 접합 도금층"이라고 함)(15)을 모재(3)의 표면에 설치하여 형성되어 있다.

비정질 도금층(9)은, 도 12a 및 12b에 나타낸 바와 같이, 모재(3)의 표면에 부착되는 비정질의 금속 도금막으로 형성되어 있다. 비정질 도금층(9) 중에는 나노 카본 재료(8)가 분산되어 배합되어 있고, 복합 도금으로서 형성되어 있다.

비정질 도금층(9)은 모재(3)로의 부착성이나 나노 카본 재료(8)의 유지성, 경도, 내식성 등을 고려하여, 그 재질이나 두께 등을 결정하면 된다. 예를 들면, 비정질 도금층(4)은 Ni 합금 도금막 등의 재질로 형성할 수 있고, 구체적으로는, Ni-P 합금 도금막, Ni-Sn 합금 도금막, Ni-W 합금 도금막, Ni-Mo 합금 도금막, Ni-B 합금 도금막 등을 예시할 수 있다. 이들 중에서도, 내식성, 내마모성, 내약품성이 우수하며, 작업성도 양호하고, 처리 비용도 비교적 낮은 Ni-P 합금 도금막이 바람직하다. 또한, 비정질 도금층(4) 중의 니켈(Ni) 이외의 성분(인(P), 주석(Sn), 텅스텐, 몰리브덴(Mo), 붕소(B) 등)의 농도는, 6∼12 %인 것이 바람직하다. 이 범위에서는, 비정질 도금층(9)의 금속 도금막이 지나치게 딱딱하지 않게 되고, 갈라짐 등이 발생하기 어려워지고, 또한, 내식성을 확보할 수 있다. 또한, 비정질 도금층(9)의 막 두께는, 5㎛ 이하인 것이 바람직하다. 5㎛보다 두꺼운 막 두께에서는, 접점부(1)의 스프링성이 없어지기 쉽고, 응력에 의한 크랙이 발생하기 쉬워지므로, 품질 상의 문제가 발생하지 않도록 비정질 도금층(9)의 막 두께를 전술한 바와 같이 설정하는 것이 바람직하다. 그리고, 비정질 도금층(9)의 막 두께의 하한은, 본 발명의 효과를 얻기 위하여, 1㎛로 하는 것이 바람직하지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.

나노 카본 재료(8)로서는 나노 오더의 탄소 재료로서, 예를 들면, CNT(8a)나 CB(8b) 등이며, 화학적으로 안정적이며, 또한 전기 전도성, 슬라이드 이동성, 기계적 강도가 우수한 것이 바람직하다. CNT(8a)는, 직경 100∼200 ㎚, 길이 10∼20 ㎛인 것을 사용한다. 또한, CNT(8a)로서는, 그래파이트의 시트가 1층으로 통형으로 권취된 단층 CNT와 그래파이트의 시트가 2층 이상의 다층으로 권취된 다층 CNT(MULTI WALL CARBON NANOTUBE: 이하 MWCNT)가 존재하지만, MWCNT는 단층 CNT(SINGLE WALL CARBON NANOTUBE)보다 양산성이 우수하여, 비교적 염가로 입수할 수 있으므로, 비용을 억제할 수 있는 점에서 바람직하다. CB(8b)로서는 입자형의 것을 사용할 수 있고, 그 입자 직경은 레이저 회절법 등에 의한 측정으로 수∼100 ㎚의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, CB(8b)는 전기 전도성이 우수한 품종이며, 그 각 입자가 클러스터상으로 된 마이크로오더의 크기 이하의 집합체의 상태로 존재하고 있는 것이 바람직하다. CB(8b)는 CNT(8a)보다 양산성이 우수하여 비교적 염가로 입수할 수 있으므로, 비용을 억제할 수 있는 점에서 바람직하다.

카본 나노 재료(8)는 비정질 도금층(9)의 표면으로 돌출되어 있다. 즉, 도 12a 및 12b에 나타낸 바와 같이, 비정질 도금층(9)에 함유되는 일부 또는 전부의 나노 카본 재료(8)의 일부가 비정질 도금층(9)의 표면보다 외측으로 돌출되어 노출된 상태, 또는 접점의 슬라이드 이동·개폐에 의해 표면에 노출된 상태로 되어 있다. 또한, 비정질 도금층(9)의 표면에 금속 산화 피막이 형성되어 있는 경우에는, 나노 카본 재료(8)는 비정질 도금층(9)의 금속 산화 피막보다 내부(심부)의 산화되어 있지 않은 부분에 접촉되고 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 땜납 리플로우 공정 등으로 금속 산화 피막을 관통하여 나노 카본 재료(8)가 비정질 도금층(9)의 표면에 존재하게 된다. 따라서, 전기 도전성이 낮은 금속 산화 피막보다 전기 도전성이 높은 카본 나노 재료(8)를 통하여 다른 도전 부재와 비정질 도금층(9)의 내부(심부)의 금속이 전기적으로 직접 연결되고, 그 결과, 안정적으로 낮은 접촉 저항을 얻을 수 있다. 또한, 비정질 도금층(9)의 표면의 나노 카본 재료(8)에 의해 비정질 도금층(9)과 다른 금속제의 도전 부재와의 응착·마찰 현상이 발생하기 어려워져, 내스티킹성을 높일 수 있는 것으로 여겨진다.

나노 카본 재료(8)를 함유하는 비정질 도금층(9)에는, 그 전체량(비정질 도금층(9)과 나노 카본 재료(8)의 합계량)에 대하여, 0.02질량%∼2.0질량%의 나노 카본 재료(8)가 함유되어 있는 것이 바람직하다. 나노 카본 재료(8)의 함유량이 전술한 범위에 있으면, 나노 카본 재료(8)에 의한 접점부(1)의 접촉 신뢰성의 향상을 충분하게 얻을 수 있고, 또한, 나노 카본 재료(8)의 도금액으로의 분산성이나 비정질 도금층(9)의 모재(3)로의 밀착성을 충분히 확보할 수 있다.

땜납 접합 도금층(15)은, 나노 카본 재료(8)를 함유하는 비정질 도금층(9)보다 땜납 젖음성이 높은 것이다. 나노 카본 재료(8)를 함유하는 비정질 도금층(9)은 나노 카본 재료(8) 자체가 소수성을 가지고 있고, 표면 조도의 정도가 크기 때문에, 땜납이 퍼지기 어려우며 밀착되기 어렵다. 따라서, 나노 카본 재료(8)를 함유하는 비정질 도금층(9)을 실장부(2)까지 형성하면, 전기 접점 부품(A)의 다른 도전 부재로의 접합 강도가 저하되거나 접합에 시간이 걸리거나 번거로운 등의 이유로 인해 실장성이 낮아질 우려가 있다. 따라서, 실장부(2)에는, 나노 카본 재료(8)를 함유하는 비정질 도금층(9)보다 땜납 젖음성이 우수한 땜납 접합 도금층(15)을 형성한다. 땜납 접합 도금층(15)은, 예를 들면, 전기 전도성이 우수한 Au, Ag, Pt, Rh, Ru, Ir, Pd 및 이들의 합금 등의 귀금속 도금막을 모재(3)의 표면에 직접 형성할 수 있다. 또한, 도 18에 나타낸 바와 같이, 땜납 접합 도금층(15)과 모재(3)의 표면과의 사이에 베이스 도금층(16)을 개재시킬 수도 있다. 이 경우에, 베이스 도금층(16)으로서는, 모재(3)와의 밀착성이 우수한 Ni 도금막을 사용할 수 있고, 그 표면에 적층되는 땜납 접합 도금층(15)으로서는, 전기 전도성이 우수한 Au나 AuPd 합금 도금막 등을 사용할 수 있다. 또한, 베이스 도금층(16)의 두께는 0.5∼2 ㎛로 하는 것이 바람직하고, 땜납 접합 도금층(15)의 두께는 0.01∼5 ㎛로 하는 것이 바람직하고, 이 범위 내에서도 0.1∼0.5 ㎛로 하는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같은 전기 접점 부품(A)은, 원하는 형상으로 형성된 모재(3)의 접점부(1)가 될 부분에, 나노 카본 재료(8)를 함유하는 비정질 도금층(9)을 선택적으로 형성하고, 또한 상기 모재(3)의 실장부(2)가 될 부분에 땜납 접합 도금층(15)을 선택적으로 형성함으로써 제조할 수 있다.

나노 카본 재료(8)를 함유하는 비정질 도금층(9)을 선택적으로 형성하는 데 있어서는 각종 방법을 채용할 수 있다. 예를 들면, 스폿 도금법을 채용하는 경우에는, 실시형태 1에서 설명한 도 3과 마찬가지로, 나노 카본 재료(8)를 함유하는 비정질 도금층(9)을 형성할 모재(3)의 표면의 개소에 노즐(10)로부터 도금액(11)을 부분적으로 분사하여, 나노 카본 재료(8)를 함유하는 비정질 도금층(9)을 형성할 수 있다. 도금액(11)에는 비정질 도금층(9)을 형성하기 위한 금속 성분과 나노 카본 재료(8)가 함유되어 있다. 그 외, 스파저를 사용하여 부분적으로 도금할 수도 있다.

또한, 마스크 도금법에 의해 나노 카본 재료(8)를 함유하는 비정질 도금층(9)을 선택적으로 형성할 수도 있다. 이 경우에는, 실시형태 1에서 설명한 도 4와 마찬가지로, 나노 카본 재료(8)를 함유하는 비정질 도금층(9)을 형성할 모재(3)의 표면의 개소 이외의 부분(예를 들면, 실장부(2)가 될 개소)을 마스크(12)로 피복하고, 이 후, 마스크(12)가 설치된 모재(3)를 도금액에 침지하고, 전해 도금이나 무전해 도금에 의해, 모재(3)의 마스크(12)로 피복되어 있지 않은 개소에 나노 카본 재료(8)를 함유하는 비정질 도금층(9)을 형성할 수 있다.

또한, 레지스트 도금법에 의해 나노 카본 재료(8)를 함유하는 비정질 도금층(9)을 선택적으로 형성할 수도 있다. 이 경우에는, 실시형태 1에서 설명한 도 5와 마찬가지로, 나노 카본 재료(8)를 함유하는 비정질 도금층(9)을 형성할 모재(3)의 표면의 개소 이외의 부분(예를 들면, 실장부(2)가 될 개소)을 레지스트막(13)으로 피복하고(도 5에 해칭으로 나타냄), 이 후, 레지스트막(13)이 설치된 모재(3)를 도금액에 침지하고, 전해 도금이나 무전해 도금에 의하여, 모재(3)의 레지스트막(13)으로 피복되어 있지 않은 개소에 나노 카본 재료(8)를 함유하는 비정질 도금층(9)을 형성할 수 있다.

또한, 촉매 도금법에 의해 나노 카본 재료(8)를 함유하는 비정질 도금층(9)을 선택적으로 형성할 수도 있다. 이 경우에는, 도 13a에 나타낸 바와 같이, 나노 카본 재료(8)를 함유하는 비정질 도금층(9)을 형성할 모재(3)의 표면의 개소에 도금 촉매(도 13a의 해칭 부분)(14)를 부착하고, 이 후, 도금 촉매(14)가 설치된 모재(3)를 도금액에 침지하고, 무전해 도금에 의해, 도 13b에 나타낸 바와 같이, 모재(3)의 도금 촉매(14)가 부착된 개소에 나노 카본 재료(8)를 함유하는 비정질 도금층(도 13b의 점 부분)(9)을 형성할 수 있다.

또한, 땜납 접합 도금층(15) 및 베이스 도금층(16)도 스파저 도금, 부분 침지, 펠트 도금, 스폿 도금 등의 공지의 도금 방법이나, 나노 카본 재료(8)를 함유하는 비정질 도금층(9)의 경우와 동일한 도금 방법에 의하여, 선택적으로 형성할 수 있다.

전술한 바와 같은 전기 접점 부품(A)에서는, 나노 카본 재료(8)를 함유하는 비정질 도금층(9)을 접점부(1)에 형성하므로, 낮은 접촉 압력에서도 나노 카본 재료(8)로 다른 도전 부재와의 접촉을 확보하여 전기적 접속을 행할 수 있고, 땜납 리플로우 후에 있어서도 낮은 접압 영역에서의 접촉 신뢰성을 확보할 수 있다. 또한, 비정질 도금층(9)과 다른 도전 부재와의 사이에 나노 카본 재료(8)가 개재되므로, 비정질 도금층(9)과 다른 도전 부재와의 응착·마찰을 적게 할 수 있어, 내스티킹성을 향상시킬 수 있다. 또한, 나노 카본 재료(8)를 함유하는 비정질 도금층(9)은 금속만의 도금층에 비해 슬라이드 이동 마모가 적고, 고경도로 할 수 있으므로, 전기 접점 부품(A)의 장기 수명화를 도모할 수 있다. 또한, 접촉 신뢰성을 높이기 위해 공석량을 정밀하게 관리할 필요가 없고, 내식성을 높이기 위해 봉공 처리를 행할 필요도 없기 때문에, 공정 관리가 번잡하지 않게 되고 접촉 신뢰성이 저하되지 않게 되며, 염가로 제조할 수 있다.

따라서, 전술한 바와 같은 전기 접점 부품(A)을 개폐 횟수가 많은 스위치나 릴레이 등의 접점 부품(접점 재료)으로서 사용하면, 스티킹 현상이 일어나기 어렵고, 또한, 장기 수명화를 용이하게 도모할 수 있어 바람직하다. 또한, Au 등의 귀금속의 도금을 접점부(1)에 사용하지 않아도 되므로, 저비용으로 고신뢰성의 전기 접점 부재(A)로 만들 수 있다. 한편, 실장부(2)에는 비정질 도금층(9)보다 땜납 젖음성이 양호한 Au 등의 땜납 접합 도금층(15)을 형성하므로, 높은 실장성을 확보할 수 있다. 따라서, 상기 전기 접점 부품(A)은, 접촉 신뢰성과 실장성을 양립시키고, 또한 내식성이 높고, 염가로 제조할 수 있다.

이하에서, 본 발명의 실시형태 2를 실시예 4∼6 및 비교예 3∼5에 의해 구체적으로 설명한다.

(실시예 4)

모재로서는, 재질이 동판 또는 스위치의 접점 재료에 적용되는 형상으로 성형된 인 청동 또는 티탄동 등의 Cu 합금을 사용하였다.

접점부(1)의 나노 카본 재료를 함유하는 비정질 도금층은 전해 도금법에 의해 형성하였다. 이 경우에, 나노 카본 재료로서 CNT를 함유하는 Ni-P 도금액을 사용하였다. CNT로서는, 쇼와전공(주)에서 제조한 VGCF를 사용하였다. 이 CNT는 단층 CNT와 다층 CNT의 혼합물이다. 또한, 직경(외경)이 100∼200 ㎚, 길이 10∼20 ㎛의 범위의 CNT를 함유하고 있다. Ni-P 도금액은, 그 조성이 황산 Ni(1 mol/dm³), 염화 Ni(0.2 mol/dm³), 붕소(0.5 mol/dm³)인 것을 사용하였다. CNT를 함유하는 Ni-P 도금액은 CNT의 혼합량을 2 g/dm³로 하였다. 또한, CNT를 함유하는 Ni-P 도금액을 도금욕으로 하고, 욕온 25℃, 전류 밀도 1∼5 A/dm²의 도금 조건으로 하였다. 그리고, 비정질 도금층의 두께 5㎛, CNT의 함유량이 0.02 질량%인 CNT 함유 Ni-P 합금 도금층을 형성하였다.

실장부(2)의 땜납 접합 도금층(15)은, 모재(3)의 표면에 형성된 베이스 도금층(16)의 표면에 적층하여 형성하였다. 베이스 도금층(16)은 두께 0.5∼2 ㎛의 Ni 도금막이며, 도금 조건은 설파민산 Ni(450 g/l), 염화 Ni(3 g/l), 붕산(30 g/l), 첨가제(적량), 피트 방지제(적량), pH = 3.0∼4.5, 욕온 40∼50 ℃에서 전해 도금을 1분간 행하였다. 땜납 접합 도금층(15)은 두께 0.2㎛의 Au 도금막이며, 도금 조건은 시안화 Au 칼륨(8∼10 g/l), 시트르산(60∼90 g/l), 코발트(100 mg/l), 처리 온도 25∼35 ℃, 전류 밀도 0.5∼1.5 A/dm²에서 30초간의 전해 도금을 행하였다.

(실시예 5)

나노 카본 재료로서, CNT 대신 CB를 사용하여 CB함유 Ni-P 합금 도금층을 형성한 점 이외는 실시예 4와 동일한 방법에 의해 행하였다. CB로서는, Cabot사에서 제조한 발칸 XC-72를 사용하였다. 이 CB는 직경(입자 직경)이 20∼100 ㎚의 범위(또는 20∼40 ㎚의 범위)이다.

(실시예 6)

비정질 도금층의 두께를 2㎛로 한 CB 함유 Ni-P 합금 도금층을 형성한 점 이외는 실시예 5와 동일한 방법에 의해 행하였다.

(비교예 3)

CNT 함유 Ni-P 합금 도금층 대신, 접점부(1)에 CNT를 함유하지 않은 Ni-P 합금 도금층을 형성한 점 이외는 실시예 4와 동일한 방법에 의해 행하였다.

(비교예 4)

CNT 함유 Ni-P 합금 도금층 대신, 접점부(1)에 CNT를 함유하지 않은 Au-Co 합금 도금층을 형성한 점 이외는 실시예 4와 동일한 방법에 의해 행하였다.

(비교예 5)

분산제로서 분자량 5000의 폴리카르복시산(2×10^-5 mol/dm³)을 포함하는 Ni-P 합금 도금액을 사용하여, CNT를 함유하지 않은 Ni-P 합금 도금층을 형성한 점 이외는 비교예 3과 동일한 방법에 의해 행하였다.

(CNT 함유 Ni-P 합금 도금층 및 CB 함유 Ni-P 합금 도금층의 표면 성상의 관찰)

실시예 4에서 형성한 CNT 함유 Ni-P 합금 도금층의 표면 성상을 주사형 전자 현미경(SEM) 사진에 의해 관찰했다(도 14a 참조). 백색 선형 또는 침형의 부분이 CNT이다. 또한, 실시예 5에서 형성한 CB 함유 Ni-P 합금 도금층의 표면 성상을 주사형 전자 현미경(SEM) 사진에 의해 관찰했다(도 14b 참조).

(접촉 신뢰성의 평가)

실시예 4∼6 및 비교예3∼5에 대하여, 접점부(1)의 열처리 후의 접촉 저항 값을 측정하였다. 도 15에 열처리 시의 온도 프로파일을 나타낸다. 이것은, 무연 솔더를 사용한 대기 리플로우 실장을 상정하고 있고, 피크 온도 260℃, 3 사이클의 열처리를 행하였다.

접촉 저항값의 측정에는 (주)야마자키 정밀 기계 연구소가 제작한 전기 접점 시뮬레이터(CRS-113-AU형 모델)를 사용하였다. 교류 4단자법에 의한 측정을 위하여, 측정값에는 리드선, 커넥터부 등의 고유 저항은 포함되지 않으며, 접촉 하중을 변화시켰을 때의 접촉 저항값을 계측할 수 있다. 전동 스테이지에 의하여, 일정 하중으로 접촉 위치를 주사할 수 있고, 스위치나 릴레이 접점에 있어서의 와이핑을 상정한 측정도 가능하다. 그리고, 접촉력 0.1 N으로 접촉 저항값의 측정을 행하였다. 또한, 실시예 4∼6 및 비교예 3∼5로부터 각 샘플을 10 개씩 작성하여 측정하였다. 결과를 도 16에 나타내었다.

이 결과로부터 밝혀진 바와 같이, 실시예 4∼6은 비교예 3∼5보다 접촉 저항 값이 작고, 낮은 접촉 압력 영역에서의 접촉 신뢰성이 높다고 할 수 있다.

(내식성의 평가)

실시예 4, 5 및 Ni 도금 커넥터에 대하여, 내아황산 시험에 의한 내식성을 평가하였다. 즉, 실시예 4, 5 및 니켈 도금 부가의 커넥터를 온도 60℃, 습도 95%, 아황산 가스 농도 10 ppm의 조건 하에 20시간 방치하여, 부식 정도를 관찰했다. 시험 전후의 실시예 4, 5 및 Ni 도금 부가의 커넥터의 사진을 도 17에 나타내었다. 통상의 Ni 도금 커넥터에서는, 도금막의 내부까지 부식이 진행하고, 표면에는 황화막이 융기하고 있지만, 실시예 4의 CNT 함유 Ni-P 합금 도금층이나 실시예 5의 CB 함유 Ni-P 합금 도금층은 매우 적은 표층의 부분에서 황화하고 있지만, 도금막 내부로의 부식이 억제되어 있으므로, 시험 전후로 외관상 큰 차이는 관찰할 수 없다.

본 발명을 몇 개의 바람직한 실시형태에 대하여 기술했지만, 본 발명의 본래의 정신 및 범위, 즉 청구의 범위를 일탈하지 않고, 당업자에 의해 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

Claims

접촉에 의해 전기적 접속을 행하는 접점부와, 땜납 접합에 의해 외부와의 전기적 접속을 행하는 실장부(mounting part)를 구비하고, 상기 접점부의 표면에는 카본 나노 튜브 또는 카본 블랙을 함유하는 도금층이 선택적으로 형성되고, 상기 실장부에는 상기 카본 나노 튜브 또는 상기 카본 블랙을 함유하는 도금층보다 땜납 젖음성(solder wettability)이 높은 도금층이 형성되어 있는,
전기 접점 부품.
제1항에 있어서,
상기 카본 나노 튜브 또는 상기 카본 블랙을 함유하는 도금층의 표면에 상기 카본 나노 튜브 또는 상기 카본 블랙이 돌출되어 있는, 전기 접점 부품.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 카본 나노 튜브 또는 상기 카본 블랙을 함유하는 도금층은, 전해 도금 또는 무전해 도금에 의해 형성되는, 전기 접점 부품.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 카본 나노 튜브는, 다층 카본 나노 튜브를 함유하는, 전기 접점 부품.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 카본 나노 튜브를 함유하는 도금층은, 상기 도금층의 전체량에 대하여 0.02질량%∼2.0질량%의 카본 나노 튜브를 함유하는, 전기 접점 부품.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 카본 블랙을 함유하는 도금층은, 상기 도금층의 전체량에 대하여 0.02질량%∼2.0질량%의 카본 블랙을 함유하는, 전기 접점 부품.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 카본 나노 튜브 또는 상기 카본 블랙을 함유하는 도금층은, 비정질(非晶質) 도금층의 표면에 노출되어 있는, 전기 접점 부품.
제7항에 있어서,
상기 비정질 도금층은, Ni-P 합금 도금막인, 전기 접점 부품.
표면에 비정질 도금층이 형성된 전기 접점 부품으로서,
상기 비정질 도금층은 나노 카본 재료를 함유하고, 또한 상기 나노 카본 재료는 상기 비정질 도금층의 표면에 노출되어 있는,
전기 접점 부품.
제9항에 있어서,
접촉에 의해 전기적 접속을 행하는 접점부와, 땜납 접합에 의해 전기적 접속을 행하는 실장부를 구비하고, 상기 접점부의 표면에는 상기 비정질 도금층이 형성되고, 상기 실장부에는 상기 비정질 도금층보다 땜납 젖음성이 높은 도금층이 형성되어 있는, 전기 접점 부품.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 나노 카본 재료로서 다층 카본 나노 튜브를 사용하는, 전기 접점 부품.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 나노 카본 재료로서 카본 블랙을 사용하는, 전기 접점 부품.
제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노 카본 재료는 상기 비정질 도금층의 전체량에 대하여 0.02질량%∼2.0질량% 함유되어 있는, 전기 접점 부품.
제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 비정질 도금층은, 전해 도금 또는 무전해 도금에 의해 형성되는, 전기 접점 부품.
제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 비정질 도금층은, Ni-P 합금 도금막인, 전기 접점 부품.