(57)【要約】  本発明は、複数層構造が、ベース部材上に形成された拡散バリア層と、前記拡散バリア層へ金属で形成された少なくとも１層の金属層とを備え、前記金属層は、錫で形成された少なくとも１層とから形成される電気コンタクト要素の製造方法に関する。さらに本発明は、電気的導電性のベース部材とコーティングを備え、前記コーティングは、前記ベース部材上に形成された拡散バリア層と錫を含む外部層とを備える電気コンタクト要素に関する。電気コンタクト要素を使用する際のウィスカ発生を防止するために、本発明は、電気コンタクト要素の製造方法に関しての問題を解決するものとして、複数層構造の下に配置された少なくとも１成分が前記外部層へ拡散し、かつ、熱処理後の外部層は錫を含むように前記複数層構造を熱処理する。本発明の電気コンタクト要素は、問題を解決するために、前記コーティングの前記外部層は、錫と錫以外の少なくとも１金属成分との拡散によって完全に合金化されている。【選択図】図１Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気コンタクト要素の製造方法であって、
複数層構造（２）は、ベース部材（６）上に形成された拡散バリア層（４）と、前記拡散バリア層上へ金属で形成された少なくとも１層の金属層と、を備え、
前記金属層は、錫で形成された少なくとも１層とから形成され、
前記複数層構造の外部層（８）下に配置された前記金属層のうちの少なくとも１成分が前記外部層へ拡散し、前記熱処理後の外部層（８ａ）は錫を含むように前記複数層構造を熱処理することを特徴とする電気コンタクト要素の製造方法。
【請求項２】
前記複数層構造全体に亘って、完全に熱拡散が促進されることを特徴とする請求項１記載の電気コンタクト要素の製造方法。
【請求項３】
前記外部層は、前記外部層の表面（１０）まで前記少なくとも１つの成分と完全に合金化されていることを特徴とする請求項１または２記載の電気コンタクト要素の製造方法。
【請求項４】
異なる金属で形成された少なくとも２つの金属層（１４）は、前記拡散バリア層上に形成され、前記金属層の複数成分が拡散して混合されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の電気コンタクト要素の製造方法。
【請求項５】
前記外部層は錫で形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の電気コンタクト要素の製造方法。
【請求項６】
前記外部層下に形成される少なくとも１つの金属層（１４）は、銀、金、ビスマス、鉄、インジウム、亜鉛、カドミウム、錫、パラジウムの群のうち少なくとも１成分から選択されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の電気コンタクト要素の製造方法。
【請求項７】
リン層（１６ｂ）が前記外部層下にさらに形成され、前記リン層は前記外部層に拡散することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の電気コンタクト要素の製造方法。
【請求項８】
前記拡散バリア層がニッケルで形成されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の電気コンタクト要素の製造方法。
【請求項９】
電気コンタクト要素であって、
電気的導電性のベース部材（６）とコーティング（２）を備え、
前記コーティングは、前記ベース部材上に形成された拡散バリア層（４）と錫を含む外部層（８ａ）とを備え、
前記コーティングは、前記電気的導電性のベース部材の少なくとも一部上に形成され、
前記コーティングの前記外部層は、錫と錫以外の少なくとも１成分の金属成分の拡散によって混合される層であることを特徴とする電気コンタクト要素。
【請求項１０】
前記外部層は、完全に合金化された層であることを特徴とする請求項９記載の電気コンタクト要素。
【請求項１１】
前記外部層は、錫と、銀、金、ビスマス、鉄、インジウム、亜鉛、カドミウム、錫、パラジウムの群のうちから選択される少なくとも１つの成分を含む合金であることを特徴とする請求項９または１０記載の電気コンタクト要素。
【請求項１２】
前記合金はさらにリンを含むことを特徴とする請求項１１記載の電気コンタクト要素。
【請求項１３】
前記拡散バリア層は、ニッケルで形成されていることを特徴とする請求項９から１２のいずれか１項記載の電気コンタクト要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブルに関わる電気コンタクト要素の製造方法に関する。さらに、本発明は請求項９のプリアンブルに関わる電気コンタクト要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気コンタクト要素への要求は、多岐かつ様々である。それゆえに、コンタクト要素は、例えばプラグインコンタクトとして用いられることもある。この場合、電気コンタクト要素は、それほどコンタクト抵抗が変化することなく、可能な限り最小限の挿入力でプラグイン・プラグアウトが繰り返せる必要がある。とりわけ、電気システム（例えばアンチロックブレーキシステムのような）の製造に用いられる電気コンタクト要素は、信頼性の高い電気接触を保証し、接続ミスが防止される必要がある。
【０００３】
コンタクト要素としては、ドイツ国特許出願公開第１０３４９５８４号明細書に開示されたものが知られている。当該文献に開示されたコンタクト要素は、プレスフィットコンタクトを備え、当該文献は、０．１μｍ〜０．８μｍの層厚を有する外部層を備えることで、ソケット内へのプレスフィットピンを押圧する際のチップ形成の防止を提供している。例えば、純粋な錫で形成されたコンタクト表面を備える電気コンタクト要素は、錫ウィスカを形成する傾向にある。錫ウィスカは、電気組立体を故障させる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、層厚を薄くすることでは必ずしもウィスカ発生がなくなるわけではない。ただのわずかな摩耗と摩耗により生じた錫の蓄積がウィスカを発生させる可能性がある。
【０００５】
上記既知の問題に基づき、錫ウィスカの発生を防止する一方法を提供することが本発明の目的である。さらに本発明に係る目的は、錫ウィスカの発生のおそれがないコンタクト要素を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の態様方法は請求項１に記載の方法によって達成されるが、その方法は、複数層構造の外部層下に配置された層のうちの少なくとも１成分が前記外部層へ拡散するように前記複数層構造を熱処理して、前記熱処理後の外部層が錫を含むようにするという複数層構造の熱処理によって特徴づけられるものである。本発明において、拡散バリア層は、ベース部材上に形成され、それによってベース部材が外部層へ拡散することが防止される。したがって、本発明に係る拡散バリア層は、拡散バリアとして作用し、外部層がベース部材の成分で合金化されることを防止する。少なくとも１つの金属層は、拡散バリア層上に形成され、錫で形成された少なくとも１つの層はその金属層として形成される。よって、例えば、純粋な錫層のみが拡散バリア層上に形成されるか、純粋な錫層と錫とは別の金属層とが拡散バリア層上に形成されるかのいずれかとなる。
【０００７】
本発明によれば、拡散バリア層および少なくとも１つの金属層を具備する複数層構造が熱処理される（すなわち、好適には焼き戻しされる）。複数層構造の熱処理は、少なくとも１成分を外部層へ拡散させる。本発明に係る熱処理の結果として、複数層構造の外部層は、該外部層以下の層の少なくとも１成分によって実質的に
完全に浸透され、それゆえに、少なくとも２つの金属成分で形成される。外部層は、少なくとも２金属成分だけまたは実質２金属成分だけで形成されると好適である。すなわち、拡散の結果として、外部層の下に配置された層からの成分は、層の表面まで外部層を完全にまたは実質的に完全に浸透する。少なくとも２金属成分の関係づけられた混合の結果として、錫ウィスカの発生が防止される。外部層を合金化することで、さらに、適切な合金組成によってコネクタ要素の表面の耐摩耗性を増加させることを提供できる。熱処理の温度および持続時間は、金属層を形成するために使用される金属および達成される層厚に依存する。
【０００８】
外部層へ拡散された成分は、例えば、拡散バリア層から移動したものである。好適には、複数層構造の至る所まで完全な熱拡散促進が得られる。このようにして、錫と錫以外の少なくとも１成分の混合物を含む熱処理された外部層が形成される。熱処理後の外部層は、ゆえに純粋な錫層ではなくなり、効果的にウィスカ発生のおそれを防止する。
【０００９】
本発明に係る製造方法の好適な例示的実施形態によれば、外部層は、少なくとも１成分が表面に行き渡ることによって、完全に合金化されている。下層に存在する成分が、外部層の表面まで（すなわち、外部層の全体の厚さに亘って）拡散するように熱処理することが好ましい。結果物の錫合金層は、結晶混合物、混合物の結晶体、金属間化合物からなってもよい。
【００１０】
さらに、本発明に係る製造方法の一つの好適な発展形態は、拡散バリア層へ形成された異種金属から形成される少なくとも２つの金属層を備え、各層の金属成分は拡散によって共に混合される。錫層に加えて、この好適な実施形態によれば、ゆえにさらに金属層が拡散バリア層上に形成される。錫層は、外部層として形成される必要はない。極めて重要な要素は、熱処理された外部層が錫と錫以外の金属成分とを含むことだけである。様々な金属層が拡散バリア層上へ個別に形成される。このことは、例えば、物理的気相成長法（ＰＶＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）、周期的に極を反転させる電気めっき法などによって行われてもよい。様々な層が、相互に平行で平坦な層で好適には挟み構造で形成されている。交互に形成された異種金属層の数は、所望の計画アプリケーションまたは所望の層厚で決められる。その後の熱処理を通じて、錫と錫とは別の少なくとも１成分を混合することによって、拡散バリア層上に形成された外部層を提供するために、金属層は好適に合金化される。使用される成分に応じて、中間層は、例えば得られた外部層と拡散バリア層間に形成されてもよい。中間層は、金属層の成分と拡散バリア層の成分との混合で形成される。
【００１１】
好適な実施形態において、外部層は錫から形成される。錫（特に純粋な錫）で形成された外部層は、熱処理効果によって錫以外の少なくとも１つの金属成分と拡散によって混合される。熱処理の結果として、錫層は、少なくとも１成分の金属成分と完全に合金化され、純粋な錫からはならない外部層が得られ、ウィスカ発生の傾向性がなくなる。
【００１２】
別の好適な実施形態において、外部層下に形成された少なくとも１層の金属層は、銀、金、ビスマス、鉄、インジウム、亜鉛、カドミウム、錫、パラジウムのうちの少なくとも１成分からなる。例えば、錫層と銀層の組み合わせは、拡散バリア層上に形成され、適切な処理時間の熱処理後に比較的大きな厚さの一定の外部層を得るために、複数の錫層および複数の銀層は相互に形成される。このようにして、２μｍより大きな比較的厚い層となる外部層が形成される。このことにより、有利な摩擦特性を有するコンタクト表面のコネクタコンタクトが提供される。
【００１３】
必要に応じて、熱処理の結果として隣接層にリンを拡散させるために、リン層が、例えば、錫層や銀層などと組み合わせて形成されることも可能である。
【００１４】
本発明に基づく電気コンタクト要素の課題は、コーティングの外部層が錫と錫以外の少なくとも１成分の金属成分の拡散によって混合される層である請求項９に係る電気コンタクト要素によって解決される。外部層は、特に好適には、少なくとも２つの成分の実質的な完全混合物である。本発明に記載の目的のために、コンタクトピンは、例えばプレスフィットピン端子またはコネクタコンタクトであってもよい。本発明に係る完全に合金化された外部層は、別のコンタクト要素と接続するように少なくともコンタクト要素の領域に備えられる。例えば、プレスフィットピンなどの外部層は、完全に合金化された層がコネクタコンタクトのコンタクト表面層を形成している。
【００１５】
特に好適な実施形態として、外部層は完全に合金化された層（すなわち、錫と錫以外の成分で完全浸透した層）である。錫と錫以外の成分は、特に外部層の表面に至るまで共に混合される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】図１Ａは、熱処理前の本発明に係る電気コネクタの多層構造の実施形態の例示的な第一概略断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、熱処理後の本発明に係る電気コネクタの多層構造の実施形態の一例の第一概略断面図である。
【図２】図２は、本発明に係るコネクタ要素ではない多層構造を示す比較例の図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明に係るコネクタ要素の別の例示的な実施形態を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明に係るコネクタ要素の別の例示的な実施形態を示す図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明に係るコネクタ要素の別の例示的な実施形態を示す図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、本発明に係るコネクタ要素の別の例示的な実施形態を示す図である。
【図４】図４は、銀層、リン層、錫層が相互に拡散バリア層上に交互に形成されている複数層構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
さらに詳細には、本発明の構造と効果は、図面と共の以下の記載から明らかにされる。
【００１８】
図１Ａは、ニッケルで形成された拡散バリア層４がベース部材６上に形成されているプレスフィットピンの多層構造２を示す図である。錫で形成された２μｍの外部層８は、ニッケル拡散バリア層４上に形成されている。
【００１９】
ニッケル拡散バリア層４と純粋な錫層たる外部層８の形成後、多層構造２は、９０℃で４時間の熱処理がなされる。
【００２０】
熱処理の持続時間と温度は、使用される材料および所望の層の厚さに依存する。しかしながら、外部層８は、錫から形成されているので熱処理温度は融点（すなわち２３２℃）を超えるべきではない。
【００２１】
一旦熱処理を終えると、熱処理の結果物たる多層構造２ａは、熱処理で再結晶化された外部層８ａ（図１Ｂ参照）を備えている。外部層８ａは、錫とニッケルの混合物からなる。熱処理されたため、ニッケルは、拡散バリア層４から拡散バリア層４上に配置された外部層８へ拡散している。図１Ｂから明らかなように、熱処理されることにより、完全に徹底した外部層８の混合を引き起こしている。熱処理された外部層８ａは、錫とニッケルの両方を含む。熱処理は、特に、ニッケルが外部層８の表面１０に至るまで拡散する効果を有し、熱処理された外部層８ａが、例え表面１０に近くとも、純粋な錫を含まないようにする。このようにして、錫ウィスカ発生のおそれがない接触表面を備えるプレスフィットピンとなる。
【００２２】
本発明に係る上記例示的な実施形態とは対照的なものとして、図２は、熱処理された外部層８ｂは、錫とニッケルとが混合された合金層には、完全にはなっていない比較例である。
【００２３】
特に不完全な熱処理のため、ニッケルが外部層８ｂの表面１０まで拡散されなくなってしまう。錫とニッケルの混合が達成されるが（中間層１２によって図示されるように）、この比較例は、外部層８ｂが純粋な錫層であるので、ウィスカ発生のおそれがある。
【００２４】
図３Ａ〜３Ｄには、本発明に係る別の例示的な実施形態が示される。複数層がニッケル拡散バリア層４上に形成されている。
【００２５】
図３Ａには、拡散バリア層４上に形成され、銀で形成された銀層１４ａが示される。所望の層厚に応じて、銀で形成された銀層１４ａは、図３Ｂに示されるように、複数層とされてもよい。銀層１４ａは、錫層１４ｂと交互に拡散バリア層４上に形成される。銀層１４ａおよび錫層１４ｂの交互の形成においては、外部層８が錫層１４ｂである挟持構造である。
【００２６】
複数層構造２ｂは、その後本発明に係る熱処理工程に処せられる。この工程で、様々な層１４ａおよび１４ｂは、錫と銀とからなる熱処理外部層８ａを形成するために完全に合金化される。それゆえに純粋な錫層が、外部層８ａ（図３Ｃ参照）を構成する層となることを避られている。
【００２７】
形成された層の冶金特性に応じて、図３Ｄに示されるように、熱処理外部層８ａと拡散バリア層４ａ間に中間層１２ａを形成することが可能になる。図２に係る比較例とは異なり、図３Ｄに係る複数層構造２ｃは、外部層８ａは、完全に合金化された外部層８ａであるので、ウィスカ発生のおそれがない。
【００２８】
図４に示されるように、異なる３種の成分から製造された複数層構造２ｄが形成されてもよい。図４は、外部層８が錫層１６ｃで形成されるように銀層１６ａ、リン層１６ｂ、錫層１６ｃが相互に拡散バリア層４上に交互に形成されている複数層構造２ｄを示す図である。
【００２９】
複数層構造２ｄは、図３Ｃに関して記載されたように、銀層１６ａ、リン層１６ｂ、錫層１６ｃの複数が完全に合金化されるように本発明に係る熱処理がされる。
【符号の説明】
【００３０】
２・・・複数層構造
４・・・拡散バリア層
６・・・ベース部材
８・・・外部層
１０・・・表面
１４・・・金属層
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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