JPS61296618A - Making of modified contact material - Google Patents
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- JPS61296618A JPS61296618A JP13838385A JP13838385A JPS61296618A JP S61296618 A JPS61296618 A JP S61296618A JP 13838385 A JP13838385 A JP 13838385A JP 13838385 A JP13838385 A JP 13838385A JP S61296618 A JPS61296618 A JP S61296618A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕
この発明は、電気的特性に優れた信頼性の高い改質接点
材料の製法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field] The present invention relates to a method for producing a highly reliable modified contact material with excellent electrical properties.
電力用、自動制御用、情報伝達用の開閉器などに広く用
いられる電気接点は、電気回路中の数少ない可動部分で
あり、その電気的特性の高精度、高信頼性が強く要求さ
れている。すなわち、電気機器の障害の多くはこの部分
に生じており、接点材料の良し悪しが機器の寿命を決定
しているとも言われるからである。Electrical contacts, which are widely used in switches for power, automatic control, and information transmission, are one of the few moving parts in an electrical circuit, and their electrical characteristics are strongly required to have high accuracy and reliability. In other words, many of the failures of electrical equipment occur in this part, and it is said that the quality of the contact material determines the lifespan of the equipment.
一般に、接点材料の電気的特性は、その表面状態に太き
(影響される。たとえば、リレーなどの接点は、銀合金
の表面に、接触抵抗を低くするため金めっきまたは金ク
ラッド層を設けたものが多く用いられている。しかし、
めっきあるいはクラッド(合せ圧延)といった製法では
、その表面に微小なピンホールが生じ、これの発生を避
けることができない、このような表面欠陥を有する接点
は、塩素系ガス、硫黄系ガスなどの腐食性ガスを含む雰
囲気下では、ピンホールを通じて下層の銀との腐食反応
が進行し、その表面に塩化銀、硫化銀などを生成して、
接触抵抗の増加ひいては導通不良の原因となる。このよ
うな接点を用いた場合、機器の信頼性は損われ、その寿
命も短くなる。In general, the electrical properties of a contact material are influenced by its surface condition.For example, contacts such as relays are made of silver alloy with a gold plating or gold cladding layer provided on the surface to lower contact resistance. Many things are used. However,
Manufacturing methods such as plating or cladding (co-rolling) produce minute pinholes on the surface, which cannot be avoided. Contacts with such surface defects are susceptible to corrosion caused by chlorine-based gases, sulfur-based gases, etc. In an atmosphere containing toxic gases, a corrosion reaction with the underlying silver progresses through pinholes, producing silver chloride, silver sulfide, etc. on the surface.
This increases contact resistance and causes poor continuity. The use of such contacts impairs the reliability of the equipment and shortens its lifespan.
そのため、接点部分の改善を求める要求は、依然として
強いものがあった。Therefore, there was still a strong demand for improvements in the contact area.
一方、接点の表面状態を微視的に観察すると微小な凹凸
があり、このため、接点の接触状態での密着度合は、接
点のみかけの表面の1/1000程度となっている。こ
れでは接点材料のもつ電気的特性を十分発揮することが
できず、高精度、高信頼性の点で不十分であるという問
題がある。しかし、表面を完全に平滑にすることも困難
であるそこで、接点材料として電気的特性の優れた金属
またはこれらの合金が開発されてきたが、いずれも、金
、銀、白金、ロジウムといった高価な貴金属が主体であ
る。より安価にするため、省貴金属化が進められている
が、性能とのかね合いで、未だ十分な材料は実現してい
ないのが現状である他方、マグネットスイッチなどに使
用される高電流型接点には、銀合金材料が多く使用され
ているが、接点の開閉動作時に接点間に生ずるアークに
より、或いは接触点に生ずるジュール熱により、接点材
料の一部が溶けだす場合が生ずる。このように、従来の
銀合金では、耐アーク性、耐溶着性の点で未だ不十分と
いう問題があった。On the other hand, when the surface condition of the contact is microscopically observed, there are minute irregularities, and for this reason, the degree of adhesion of the contact in the contact state is about 1/1000 of the apparent surface of the contact. This poses a problem in that the electrical properties of the contact material cannot be fully demonstrated, resulting in insufficient high precision and high reliability. However, it is difficult to make the surface completely smooth, so metals with excellent electrical properties or alloys of these metals have been developed as contact materials, but all of them are made of expensive metals such as gold, silver, platinum, and rhodium. Mainly precious metals. Efforts are being made to reduce the use of precious metals in order to make them cheaper, but due to the trade-off with performance, sufficient materials have not yet been developed.On the other hand, high current contacts used in magnetic switches, etc. Although silver alloy materials are often used in the contacts, a portion of the contact material may start to melt due to the arc that occurs between the contacts during the opening/closing operation of the contacts, or due to the Joule heat generated at the contact points. As described above, conventional silver alloys still have the problem of being insufficient in terms of arc resistance and welding resistance.
この発明は、従来技術のもつ以上のような問題点を改良
し、電気的特性に優れ、信頼性が高くかつ安価な改質接
点材料の製法を提供することを目的とする。The object of the present invention is to improve the above-mentioned problems of the prior art and to provide a method for producing a modified contact material that has excellent electrical properties, is highly reliable, and is inexpensive.
発明者らは、これまで鋭意研究の結果、イオン注入法を
用いることにより、あらゆる問題点が解決されることを
見出した。この発明は、このような知見に基づいて完成
された。As a result of extensive research, the inventors have found that all problems can be solved by using the ion implantation method. This invention was completed based on such knowledge.
したがって、第1の発明は、接点材料にイオンを注入す
ることにより、その改質を行う方法であって、接点材料
として基地表面にその特性を改善するための金属層がコ
ーティングされているものを用いることとし、この表面
金属層に不活性ガスのイオンを注入することを特徴とす
る改質接点材料の製法を要旨とし、第2の発明は、接点
材料にイオンを注入することにより、その改質を行う方
法であって、接点材料として安価な導電材料を用いるも
のとし、これに貴金属およびその合金のうちの少なくと
も1種のもののイオンを注入することを特徴とする改質
接点材料の製法を要旨とし、第3の発明は、接点材料に
イオンを注入することにより、その改質を行う方法であ
って、接点材料に対し、これより融点の高い材料のイオ
ンを注入することを特徴とする改質接点材料の製法を要
旨とする。Therefore, the first invention is a method of modifying a contact material by implanting ions into the contact material, which uses a contact material whose base surface is coated with a metal layer to improve its characteristics. The gist of the invention is a method for producing a modified contact material, which is characterized by implanting ions of an inert gas into the surface metal layer, and the second invention is a method for producing a modified contact material, which is characterized by implanting ions into the contact material. A method for producing a modified contact material, which uses an inexpensive conductive material as the contact material and implants ions of at least one of precious metals and alloys thereof into the material. As a summary, the third invention is a method for modifying a contact material by implanting ions therein, the method comprising implanting ions of a material having a higher melting point into the contact material. The gist is the manufacturing method of modified contact materials.
以下にこれら3つの発明について、詳しく説明する。These three inventions will be explained in detail below.
なお、貴金属とは原子番号44ないし47(Ru、Rh
、Pd、Ag)および76ないし79(OS % I
r % P t % A u )の金属元素をいう。In addition, noble metals are those with atomic number 44 to 47 (Ru, Rh
, Pd, Ag) and 76 to 79 (OS % I
r % P t % A u ).
第1図は、接点材料の表面に、所定の元素をイオン化し
て注入する装置の概略を示している。試料室6社被イオ
ン注入接点材料7を配置し、真空ポンプによって排気口
8よりイオン注入装置本体1の内部を排気する。所定の
真空(10’ Torr以下)に達したところで、ガス
導入口9より窒素。FIG. 1 schematically shows an apparatus for ionizing and implanting a predetermined element into the surface of a contact material. A contact material 7 to be ion-implanted from six companies is placed in a sample chamber, and the inside of the ion implanter main body 1 is evacuated from an exhaust port 8 by a vacuum pump. When a predetermined vacuum (10' Torr or less) is reached, nitrogen is introduced from the gas inlet 9.
アルゴンなどの不活性ガスを一定量流入させ、イオン発
生電源3を投入してイオン発生部2でイオンを発生させ
る。固体元素、たとえば金、銀などの貴金属元素、タン
グステン、モリブデンなどの高融点金属元素の場合は、
たとえば、それら元素の金属粒子または化合物を蒸発室
10に挿入し、ヒーター(抵抗加熱器)11などによっ
て加熱しながら、この金属を蒸発させ、イオン発生電源
3を投入してイオン発生部2でイオンを発生させる。つ
いで、イオン加速電源4を投入し、加速器5によりイオ
ンを加速し、接点材料7に注入する。A fixed amount of inert gas such as argon is flowed in, and the ion generation power source 3 is turned on to cause the ion generation section 2 to generate ions. For solid elements, such as noble metal elements such as gold and silver, and high melting point metal elements such as tungsten and molybdenum,
For example, metal particles or compounds of these elements are inserted into the evaporation chamber 10, the metal is evaporated while being heated by a heater (resistance heater) 11, etc., the ion generation power source 3 is turned on, and the ion generation section 2 generates ions. to occur. Then, the ion accelerating power source 4 is turned on, and the ions are accelerated by the accelerator 5 and injected into the contact material 7.
加速電圧は、50〜500keVがよく用いられるが、
一般に加速電圧を大きくすると、イオンの注入深さが深
くなる性質を有しているので、目的に応じて適宜選択す
ることができる。この場合、加速器5から加速されたイ
オンのうち、途中に質量分離器を配置することによって
、所定のイオンのみを選択し、純度の高いイオンを接点
材料に注入することが望ましいが、目的とする注入イオ
ンの純度が当初より高いことが期待できる場合(純度の
高い物質を用いる場合など)は、これに拘泥されるもの
ではない。Accelerating voltage is often used in the range of 50 to 500 keV.
Generally, when the acceleration voltage is increased, the depth of ion implantation becomes deeper, so it can be selected as appropriate depending on the purpose. In this case, it is desirable to select only predetermined ions from among the ions accelerated by the accelerator 5 by placing a mass separator midway, and to inject highly pure ions into the contact material. If the purity of the implanted ions can be expected to be higher than initially (such as when using a substance with high purity), the present invention is not limited to this.
以下に、3つの発明の具体例を、図面を参照しつつ詳し
く説明する。Three specific examples of the invention will be described in detail below with reference to the drawings.
(第1の発明)
第2図(a)に、イオン注入前の接点材料を、第2図(
b)に、イオン注入後の接点材料をそれぞれ示す。第2
図(al、 (blにみるように、基材12上の接点材
料の基地13が銀合金であり、その上に電気的特性を良
くするため金めっき(または、金クラッド)14が施さ
れている。しかし、金めつき層14には不可避のピンホ
ール状の微小欠陥15が存在する。このような接点にイ
オンを注入すると、イオン注入層14′が形成され、接
点材料表面の微小欠陥15が消滅する。図示のごとく、
金めつき層14の表面側の一部だけイオン注入される場
合もあれば、図示されないが金めつき層14の全体にわ
たってイオン注入されて内部の微少欠陥も消滅すること
もある。(First invention) Figure 2(a) shows the contact material before ion implantation.
b) shows the contact materials after ion implantation. Second
As shown in Figures (al and bl), the base 13 of the contact material on the base material 12 is made of silver alloy, and gold plating (or gold cladding) 14 is applied thereon to improve the electrical characteristics. However, there are unavoidable pinhole-like minute defects 15 in the gold plating layer 14. When ions are implanted into such a contact, an ion implantation layer 14' is formed, and the minute defects 15 on the surface of the contact material are formed. disappears.As shown,
In some cases, ions are implanted only in a portion of the surface side of the gold-plated layer 14, and in other cases, although not shown, ions are implanted over the entire gold-plated layer 14 to eliminate even minute defects inside.
イオン注入により、そのような微小欠陥が修復される過
程をつぎに説明する。The process by which such micro defects are repaired by ion implantation will be described below.
第3図(a)、 (b)は、イオン注入前、後の金めつ
き層(または、金クラッド層)14の変化の概念を示し
、第3図(C)は、金めつき層14内部の注入イオンの
分布曲線を示す。注入前(a)は、金原子16が規則正
しく配列した結晶構造をしており、その間に微小欠陥1
5を含んでいる。これにイオン(たとえば、Nイオン、
Arイオンなど)17を注入すると、原子との衝突が起
こり、格子間原子と空孔のいわゆるフレンケル欠陥を多
数生ずる。このうち、空孔は常温において大部分が回復
し消滅するが、格子間原子は注入するイオン量の増加と
ともに増大する。そのため、部分的に体積膨張を起こし
、微小欠陥15が消滅するに至る。注入されたイオン1
個に対し、金属層の原子(この場合、金原子16)を約
1000個を動かせるため、金属層の原子の配列が乱さ
れアモルファス化されることにより、表面にイオン注入
層14′が形成され、かつ、ピンホール状の微少欠陥1
5が消滅する。また、注入されたイオン17は、原子1
6とつぎつぎと衝突し、やがてそのエネルギーを失い、
停止する。したがって、イオンを注入されためっき層1
4′内でのイオンの分布は、第3図(C1に示す如く、
はぼ釣鐘状の濃度曲線を描く。注入されたイオンの最大
侵入深さlは、イオンの原子量、イオンを注入されるめ
っき層の結晶構造にも左右されるが、加速電圧の大きさ
に比例するので、比較的コントロールは容易である。3(a) and 3(b) show the concept of changes in the gold plating layer (or gold cladding layer) 14 before and after ion implantation, and FIG. 3(C) shows the concept of changes in the gold plating layer 14 before and after ion implantation. The distribution curve of internally implanted ions is shown. Before implantation (a), it has a crystal structure in which gold atoms 16 are regularly arranged, and there are micro defects 1 between them.
Contains 5. This is followed by ions (for example, N ions,
When 17 (such as Ar ions) is implanted, collisions with atoms occur, resulting in a large number of so-called Frenkel defects consisting of interstitial atoms and vacancies. Of these, most of the vacancies recover and disappear at room temperature, but the interstitial atoms increase as the amount of ions to be implanted increases. Therefore, volumetric expansion occurs partially, and the micro defects 15 disappear. implanted ion 1
Since approximately 1,000 atoms of the metal layer (in this case, gold atoms 16) can be moved for each individual, the arrangement of atoms in the metal layer is disturbed and the metal layer becomes amorphous, forming an ion-implanted layer 14' on the surface. , and pinhole-like minute defect 1
5 disappears. In addition, the implanted ions 17 have an atom of 1
Colliding with 6 one after another, it eventually loses its energy,
Stop. Therefore, the ion-implanted plating layer 1
The distribution of ions within 4' is as shown in Figure 3 (C1).
Draws a bell-shaped concentration curve. The maximum penetration depth l of implanted ions depends on the atomic weight of the ions and the crystal structure of the plating layer into which the ions are implanted, but it is relatively easy to control because it is proportional to the magnitude of the accelerating voltage. .
つぎに不活性ガスが窒素ガスである場合の1゛例を示す
。Next, an example in which the inert gas is nitrogen gas will be shown.
第2図(a)に示すような構成の接点材料7を、第1図
のイオン注入装置1の試料室6に配置し、排気後、ガス
導入口9より窒素ガスを導入し、イオン発生電源3を投
入することによりイオン発生部2にて窒素イオンを発生
させ、イオン加速電源4を投入して100keVでイオ
ンを加速する。所定のイオン注入量を装置本体のモニタ
ーで確認後、接点材料を取り出す。この接点材料の表面
には、ピンホールなどの微小欠陥が認められなかった。The contact material 7 having the configuration shown in FIG. 2(a) is placed in the sample chamber 6 of the ion implanter 1 shown in FIG. 3, nitrogen ions are generated in the ion generating section 2, and the ion acceleration power source 4 is turned on to accelerate the ions at 100 keV. After confirming the predetermined ion implantation amount on the monitor on the main body of the device, the contact material is taken out. No minute defects such as pinholes were observed on the surface of this contact material.
注入された窒素イオンの金めつき層14′における最大
侵入深さpはおおよそ0.1μmであった。The maximum penetration depth p of the implanted nitrogen ions into the gold-plated layer 14' was approximately 0.1 μm.
このため、塩素系ガス、硫黄系ガスなどの腐食性ガスを
含む雰囲気下でも、接点の耐食性が向上し、高信頼性が
得られる。また、硬度がイオン注入前HV70からイオ
ン注入後のHV250と向上 ゛していることにより、
耐摩耗性にすぐれるようになり、接点の摩耗量が少なく
なる。窒素ガスイオンを注入した場合、イオン注入層は
硬化層となる。Therefore, even in an atmosphere containing corrosive gases such as chlorine-based gas and sulfur-based gas, the corrosion resistance of the contacts is improved and high reliability is achieved. In addition, the hardness has improved from HV70 before ion implantation to HV250 after ion implantation.
It has excellent wear resistance and reduces the amount of wear on the contacts. When nitrogen gas ions are implanted, the ion implanted layer becomes a hardened layer.
つぎに、不活性ガスがアルゴンガスである場合の1例を
示す。Next, an example in which the inert gas is argon gas will be shown.
第4図(a)はイオン注入前の接点材料を示す。図にお
いて、基材12上の接点材料の基地13が銀合金であり
、その上に電気的特性を良くするため、金めつきまたは
金クラッドした層14が設けられている。接点のイオン
注入後における状態は第4図(b)に示すとおりである
。第4図(a)、 (blとも接点材料の接触状態を模
式的に示している。接点材料の構成としては、金めつき
、金クラッド層などがない場合もある。金クラッド層1
4の表面は、微視的にみると微小な凹凸が生じており、
両接点は実質的にわずかな接触点のみ共有している。図
では金クラッド層中に存在すると思われるピンホール状
の微小欠陥は省略しである。FIG. 4(a) shows the contact material before ion implantation. In the figure, a base 13 of contact material on a substrate 12 is a silver alloy, on which a gold-plated or gold-clad layer 14 is provided to improve electrical properties. The state of the contact after ion implantation is as shown in FIG. 4(b). Fig. 4(a) and (bl) both schematically show the contact state of the contact material.The structure of the contact material may be without gold plating, gold cladding layer, etc.Gold cladding layer 1
When viewed microscopically, the surface of No. 4 has minute irregularities,
Both contacts share substantially only a few contact points. In the figure, pinhole-like minute defects that are thought to exist in the gold cladding layer are omitted.
第4図(a)の接点材料に、第1図のイオン注入装置を
用い、ガス導入口9よりアルゴンガスを導入する以外は
、先の例と同様な方法で、アルゴンイオンを注入する。Argon ions are implanted into the contact material shown in FIG. 4(a) using the ion implantation apparatus shown in FIG. 1 in the same manner as in the previous example except that argon gas is introduced from the gas inlet 9.
イオン注入層14′は、原子配列の無秩序化が進み、ア
モルファス化されている、この例では、結晶層に比べ、
アモルファス層は弾性に富んでいるので、両接点を接触
させ押圧すると、第4図(b)の如く互いの表面は容易
に弾性変形し、実質的接触面積(密着面積)が飛曜的に
増大する。イオン注入前の両接点の接触面積は、みかけ
の面積のほぼ1/1000であったが、イオン注入後は
みかけの面積の1/2〜1/3に増大していた。In this example, the ion-implanted layer 14' has a disordered atomic arrangement and is amorphous, compared to a crystalline layer.
Since the amorphous layer is highly elastic, when both contacts are brought into contact and pressed, their surfaces easily deform elastically as shown in Figure 4(b), and the actual contact area (adhesion area) increases dramatically. do. The contact area between both contacts before ion implantation was approximately 1/1000 of the apparent area, but after ion implantation, it increased to 1/2 to 1/3 of the apparent area.
事実、イオン注入した接点材料は、接触抵抗が極めて小
さく、良好な電気的特性を示した。In fact, the ion-implanted contact material exhibited extremely low contact resistance and good electrical properties.
このように接点材料の表面金属層にアルゴンイオンなど
の希ガスのイオンが注入されていると接触抵抗の極めて
小さい、高信頼性の接点が得られる。When rare gas ions such as argon ions are implanted into the surface metal layer of the contact material in this way, a highly reliable contact with extremely low contact resistance can be obtained.
(第2の発明)
第5図は、接点材料の基地13が、接点材料として一般
に用いられる貴金属より安価な導電材料である銅であり
、その表面に金イオンおよび/または銀イオンを注入し
たときの状態を示す。(Second invention) FIG. 5 shows a case where the contact material base 13 is copper, which is a conductive material cheaper than precious metals generally used as contact materials, and gold ions and/or silver ions are implanted into its surface. Indicates the status of
注入法は第1の発明と同様であるが、第1図のイオン注
入装置において、金イオンの発生は、たとえば、少量の
金粒子などを蒸発室10に挿入して、これを加熱するこ
とにより全蒸気を発生させ、これをイオン発生部2でイ
オン化することにより行う。また、銀イオンの発生は、
金イオンの発生と同様に、たとえば、塩化銀蒸気を発生
させて行う。The implantation method is the same as the first invention, but in the ion implantation apparatus shown in FIG. 1, gold ions are generated by, for example, inserting a small amount of gold particles into the evaporation chamber 10 and heating them. This is done by generating all the steam and ionizing it in the ion generator 2. In addition, the generation of silver ions is
Similar to the generation of gold ions, for example, silver chloride vapor is generated.
その接点の電気的特性は、銀合金に金めっきした従来の
接点材料とほぼ同等であった。このように、イオン注入
法によると、省貴金属化が可能となり、大巾なコスト低
下が実現できる。The electrical properties of the contacts were similar to conventional contact materials made of gold-plated silver alloy. In this way, according to the ion implantation method, it is possible to use less precious metals, and a significant cost reduction can be achieved.
接点材料の基地13として、アルミニウムを用いて同様
に金イオンおよび/または銀イオンの注入を試みたが、
接点材料の基地13が銅の場合と同等の結果を得た。Similar attempts were made to implant gold ions and/or silver ions using aluminum as the base 13 of the contact material, but
Similar results were obtained when the base 13 of the contact material was made of copper.
このように、安価な導電材料に、貴金属およびその合金
のうちの少なくとも1種のもののイオンを注入すると、
低コストで高性能(高信頼性および優秀な電気的特性)
の接点が得られる。In this way, when ions of at least one of noble metals and their alloys are implanted into inexpensive conductive materials,
High performance at low cost (high reliability and excellent electrical properties)
A contact point is obtained.
(第3の発明)
第6図は、接点材料の基地13が銀合金であり、これに
、いわゆる高融点金属であるタングステンおよび/また
はモリブデンをイオンにして注入したときの状態を示す
。注入法は第1の発明と同様であるが、第1図のイオン
注入装置において、タングステンイオンの発生は、たと
えば、少量の二酸化タングステン(WO3)などを蒸発
室10に挿入し、これを加熱した後、質量分離器を用い
て、タングステンイオンのみを接点材料に注入するよう
にする。また、モリブデンイオンの注入も、モリブデン
を含む化合物を用いて同様に行える。もちろん、タング
ステン、モリブデンの各単体を用いてもよい。(Third invention) FIG. 6 shows a state in which the base 13 of the contact material is a silver alloy, and tungsten and/or molybdenum, which are so-called high melting point metals, are ionized and implanted into this. The implantation method is the same as the first invention, but in the ion implantation apparatus shown in FIG. 1, tungsten ions are generated by, for example, inserting a small amount of tungsten dioxide (WO3) into the evaporation chamber 10 and heating it. A mass separator is then used to inject only tungsten ions into the contact material. Furthermore, implantation of molybdenum ions can be similarly performed using a compound containing molybdenum. Of course, tungsten and molybdenum alone may also be used.
この接点は、接点表層の高融点化が実現され、アーク発
生時やジュール熱などによる蒸発量が極めて少な(、溶
着がほとんど認められず、耐アーク性、耐溶着性に優れ
ている。This contact has a high melting point on the contact surface layer, and the amount of evaporation caused by arcing or Joule heat is extremely small (hardly any welding is observed, and it has excellent arc resistance and welding resistance).
接点材料の基地13が銀であり、これにタングステンイ
オンおよび/またはモリブデンイオンを注入した場合も
、基地が銀合金である場合と同様、アーク発生時やジュ
ール熱などによる蒸発量が極めて少ない結果が得られた
。Even when the base 13 of the contact material is silver and tungsten ions and/or molybdenum ions are implanted into it, the amount of evaporation due to arc generation or Joule heat is extremely small, as is the case when the base is a silver alloy. Obtained.
また、接点材料の基地13が金であり、これにタングス
テンイオンおよび/またはモリブデンイオンを注入した
場合も、アーク発生時やジュール熱などによる蒸発量が
極めて少ない結果を得た。Furthermore, even when the base 13 of the contact material was gold and tungsten ions and/or molybdenum ions were implanted into it, results were obtained in which the amount of evaporation due to arc generation, Joule heat, etc. was extremely small.
このように、接点材料に、これより融点の高い材料のイ
オンを注入すると、高信頼性が得られ、電気的特性の優
れた接点が得られる。In this way, by implanting ions of a material with a higher melting point into the contact material, high reliability can be obtained and a contact with excellent electrical characteristics can be obtained.
なお、これら3つの2発明は、以上に説明したものに限
られない。Note that these three inventions are not limited to those described above.
第1の発明は、上にみたようであるから、これによれば
、接点材料表面に微小なピンホール伏の欠陥があっても
、注入イオンによって欠陥が修復される。このため、接
点材料の耐食性が向上し、高信頼性が得られる。また、
アルゴンイオンを注入した場合、表面原子が注入イオン
との相互作用により、アモルファス化され、表層が弾性
に冨んだ層となり、押圧により平滑化し易いため、表面
に存在する微小な凹凸により実質的接触面積の低下をき
たすような場合も、接点表面の接触抵抗を著しく低減す
ることができる。As the first invention has been described above, even if there is a minute pinhole defect on the surface of the contact material, the defect can be repaired by implanted ions. Therefore, the corrosion resistance of the contact material is improved and high reliability can be obtained. Also,
When argon ions are implanted, the surface atoms become amorphous due to the interaction with the implanted ions, and the surface layer becomes a layer rich in elasticity, which is easily smoothed by pressure, so that there is substantial contact due to the minute irregularities existing on the surface. Even in cases where the area is reduced, the contact resistance on the contact surface can be significantly reduced.
第2の発明は、上にみたようであるから、銅。The second invention, as seen above, is copper.
アルミニウムといった安価な導電材料の表面に貴金属イ
オンを注入することで、製造コストが安く、かつ電気的
特性に優れた高信頼性接点材料とすることができる。By implanting noble metal ions into the surface of an inexpensive conductive material such as aluminum, a highly reliable contact material with low manufacturing costs and excellent electrical properties can be obtained.
第3の発明は、耐アーク性の要求される接点材料につい
て、接点表面にタングステンなどの高融点金属イオンを
注入するようにしているため、通電時に溶融、蒸発が少
なく信頼性の高い(耐アーク性、耐溶着性の良い)接点
材料を得ることができる。The third invention is that for contact materials that require arc resistance, high melting point metal ions such as tungsten are injected into the contact surface, resulting in less melting and evaporation when energized and high reliability (arc resistance). It is possible to obtain a contact material with good adhesive properties and welding resistance.
第1図は、イオン注入装置の概略平面断面図、第2図(
a)は欠陥を有する接点材料を示す側断面図、第2図(
b)はこの接点材料を用い、第1の発明の一実施例にか
かるイオン注入後の状態を示す側断面図、第3図(a)
、 (b)は、第1の発明の一実施例にかかり、欠陥を
有する表面にイオンを注入する前(a)、後(blの接
点材料表面の断面概念図、第3図(C)は、イオンを注
入したときの材料表面から深さ方向における注入イオン
の濃度曲線を示し、第4図(a)、 (b)は、第1の
発明の別の実施例にかかり、イオン注入前(a)、後(
b)における接点の接触状態をあられす断面図、第5図
は、第2の発明の実施例にかかり、通常の導電材料に貴
金属イオンを注入したときの側断面図、第6図は、貴金
属接点材料に高融点金属イオンを注入したときの側断面
図を示す。
1・・・イオン注入装置本体 6・・・試料室 7・・
・被イオン注入接点材料 10・・・蒸発室 13・・
・接点材料の基地 14・・・コーティングN 14′
・・・イオン注入層 15・・・ピンホールなどの微小
欠陥17・・・注入イオンFigure 1 is a schematic cross-sectional plan view of the ion implanter, and Figure 2 (
a) is a side cross-sectional view showing a contact material with defects; FIG.
b) is a side sectional view showing the state after ion implantation according to an embodiment of the first invention using this contact material; FIG. 3(a)
, (b) is a cross-sectional conceptual diagram of the contact material surface before (a) and after ion implantation into the defective surface (bl) according to an embodiment of the first invention. , shows concentration curves of implanted ions in the depth direction from the material surface when ions are implanted, and FIGS. 4(a) and 4(b) show another embodiment of the first invention, and FIG. a), after (
Fig. 5 is a cross-sectional view showing the contact state of the contacts in b), and Fig. 5 is a side sectional view of the embodiment of the second invention, when noble metal ions are implanted into a normal conductive material. A side cross-sectional view when refractory metal ions are implanted into contact material. 1...Ion implanter main body 6...Sample chamber 7...
・Ion-implanted contact material 10... Evaporation chamber 13...
・Base of contact material 14...Coating N 14'
...Ion-implanted layer 15...Minute defects such as pinholes 17...Implanted ions
Claims (16)
質を行う方法であって、接点材料として基地表面にその
特性を改善するための金属層がコーティングされている
ものを用いることとし、この表面金属層に不活性ガスの
イオンを注入することを特徴とする改質接点材料の製法
。(1) A method of modifying the contact material by implanting ions into it, using a contact material whose base surface is coated with a metal layer to improve its characteristics. A method for producing a modified contact material characterized by implanting inert gas ions into a surface metal layer.
項記載の改質接点材料の製法。(2) Claim 1 in which the inert gas is nitrogen gas
Manufacturing method of the modified contact material described in Section 1.
第1項記載の改質接点材料の製法。(3) The method for producing a modified contact material according to claim 1, wherein the inert gas is argon gas.
ないし第3項のいずれかに記載の改質接点材料の製法。(4) The method for producing a modified contact material according to any one of claims 1 to 3, wherein the base material is a silver alloy.
4項のいずれかに記載の改質接点材料の製法。(5) The method for producing a modified contact material according to any one of claims 1 to 4, wherein the metal layer is gold.
第1項ないし第5項のいずれかに記載の改質接点材料の
製法。(6) The method for producing a modified contact material according to any one of claims 1 to 5, wherein the coating method is a plating method.
囲第1項ないし第5項のいずれかに記載の改質接点材料
の製法。(7) The method for producing a modified contact material according to any one of claims 1 to 5, wherein the coating method is a cladding method.
質を行う方法であって、接点材料として安価な導電材料
を用いるものとし、これに貴金属およびその合金のうち
の少なくとも1種のもののイオンを注入することを特徴
とする改質接点材料の製法。(8) A method of modifying the contact material by implanting ions into it, in which an inexpensive conductive material is used as the contact material, and ions of at least one of precious metals and their alloys are added to the contact material. A method for producing a modified contact material characterized by injecting.
記載の改質接点材料の製法。(9) The method for producing a modified contact material according to claim 8, wherein the inexpensive conductive material is copper.
の範囲第8項記載の改質接点材料の製法。(10) The method for producing a modified contact material according to claim 8, wherein the inexpensive conductive material is aluminum.
のである特許請求の範囲第8項ないし第10項のいずれ
かに記載の改質接点材料の製法。(11) The method for producing a modified contact material according to any one of claims 8 to 10, wherein the noble metal is at least one of gold and silver.
改質を行う方法であって、接点材料に対し、これより融
点の高い材料のイオンを注入することを特徴とする改質
接点材料の製法。(12) A method for producing a modified contact material, which is a method for modifying a contact material by implanting ions into the contact material, the method comprising implanting ions of a material with a higher melting point into the contact material. .
載の改質接点材料の製法。(13) The method for producing a modified contact material according to claim 12, wherein the contact material is silver.
項記載の改質接点材料の製法。(14) Claim 12 in which the contact material is a silver alloy
Manufacturing method of the modified contact material described in Section 1.
載の改質接点材料の製法。(15) The method for producing a modified contact material according to claim 12, wherein the contact material is gold.
ンのうちの少なくとも1種のものである特許請求の範囲
第12項ないし第15項のいずれかに記載の改質接点材
料の製法。(16) The method for producing a modified contact material according to any one of claims 12 to 15, wherein the material having a high melting point is at least one of tungsten and molybdenum.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60138383A JPH0687384B2 (en) | 1985-06-25 | 1985-06-25 | Manufacturing method of modified contact material |
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JP60138383A JPH0687384B2 (en) | 1985-06-25 | 1985-06-25 | Manufacturing method of modified contact material |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61296618A true JPS61296618A (en) | 1986-12-27 |
JPH0687384B2 JPH0687384B2 (en) | 1994-11-02 |
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ID=15220655
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008218023A (en) * | 2007-02-28 | 2008-09-18 | Matsushita Electric Works Ltd | Switching device and its manufacturing method |
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JPS56125298A (en) * | 1980-01-30 | 1981-10-01 | Siemens Ag | Growth of metal layer or alloy layer on substrate |
-
1985
- 1985-06-25 JP JP60138383A patent/JPH0687384B2/en not_active Expired - Lifetime
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JPH0687384B2 (en) | 1994-11-02 |
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