(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コネクタ接点を有する電気コネクタにおいて、
前記接点は、金属ベースと前記金属ベース上に形成された表面仕上げ層とを有し、
前記表面仕上げ層は、電気メッキした、耐摩耗性粒子を内部に拡散させた貴金属組成の混合物を有し、該貴金属組成がＰｄＣｏ合金であり、該耐磨耗性粒子がフロロモリマーからなることを特徴とする電気コネクタ。
【請求項２】
前記耐摩耗性粒子が、直径０．０５μｍから０．５μｍの粒子を有するフロロポリマーからなることを特徴とする請求項１記載のコネクタ。
【請求項３】
さらに、前記電気メッキした混合物の層上に形成されたＡｕのフラッシュ層からなることを特徴とする請求項１記載のコネクタ。
【請求項４】
コネクタ接点を有する電気コネクタにおいて、
前記接点は、ベース金属と、その上のニッケル薄層と、該ニッケル層の上に形成された重合したフロロカーボンの潤滑性粒子を内部に拡散させたＰｄＣｏ合金層とを有することを特徴とする電気コネクタ装置。
【請求項５】
前記ベース金属は銅であることを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記潤滑性粒子は、直径０．０５μｍから０．５μｍのポリテトラフロロエチレンの粒子であることを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項７】
耐摩耗性粒子を分散させたＰｄＣｏ合金の混合物の層を堆積する電気メッキ浴において、
直径０．０５μｍから０．５μｍの大きさのフロロカーボンポリマーの耐摩耗性粒子を分散させたパラジウムとコバルトの硫酸塩溶液を含むことを特徴とする電気メッキ浴。
【請求項８】
前記浴内のパラジウムイオンの濃度は、３５−４５ｇ/ｌであり、
前記浴内のコバルトイオンの濃度は、６−１０ｇ/ｌであり、
前記浴のｐＨは７−７．５の範囲であることを特徴とする請求項７記載の電気メッキ浴。
【請求項９】
露出した金属表面を有する物品上に耐摩耗性表面を形成する方法において、
直径０．０５μｍから０．５μｍの耐摩耗性粒子を分散させた貴金属の水溶液を含む電気メッキ用浴内に前記物品を配置するステップと、
前記物品の露出した金属表面を前記メッキ用浴のカソードに接触させるステップと、
前記浴のアノードとカソードとの間に適宜の電圧の電流を流すステップとを有し、前記貴金属と耐摩耗性粒子とを同時に堆積させ、該貴金属の水溶液がパラジウムとコバルトの硫酸塩溶液からなり、該耐磨耗性粒子がミクロン以下のフロロカーボンポリマーからなることを特徴とする耐摩耗性表面を形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は耐摩耗性粒子を有する貴金属を含む合成メッキ層を堆積する電気堆積方法と、その結果得られた物品に関し、特に高い信頼性を有する電子コネクタ用の表面仕上げとして特に用いることのできる耐摩耗性粒子を有する電気メッキされた表面仕上げに関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日の電子技術は、より小型化と接点数を増加させた電子コネクタ、例えば集積回路デバイスをプリント回路基板に取り付けるコネクタに向けられている。したがって、接点数が増加するときにはスプリングの力を減らさない限り入口での取り付け圧力が増加することになる。これは接点の不要な摩耗が増加することにつながり、そしてこれは摩擦力の増加あるいは接点抵抗の減少いずれかの形で現れる。
【０００３】
様々な種類の合成メッキコーティングがメッキ技術分野で知られている。米国特許第４，８３０，８８９号と第５，７２１，０５５号は、無電界ニッケルメッキ浴からのニッケルとフッ化ポリエチレンの同時堆積を開示している。従来は無電界メッキあるいは自動触媒メッキ（auto catalytic piating）は、電気メッキとは別の技術として取り扱われている。そして後者の電気メッキは、堆積用の電流を必要とする電気メッキとは別の技術として取り扱われてきた。前掲の特許に開示されたメッキ粒子は、テキスタイルスピニング（textile spinning）の機械部品である。また後者の特許に開示されたメッキされた物品は、織った（テキスタイルスピニング）機械部品である。後者の特許は、このような同時堆積の一般的使用について開示している。特に後者の特許は、電気メッキプロセスにおける基板表面上にフッ化カーボンが直接同時に堆積されていることを開示しているが、堆積すべきプロセスと金属の詳細を開示していない。米国特許第５，１０３，６３７号は、セラミック酸化物粒子のような耐熱性の粒子を有するニッケル、または銅合金のような金属マトリックスを含む表面を具備したロケットエンジン用の燃焼室を開示している。この表面は、電気メッキで形成されている。さらにまた米国特許第５，１２４，００７号は、窒化シリコン、シリコンカーバイト、タングステンカーバイトのような粒子を有する合成電気メッキしたニッケルをピストンリングに用いることを開示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、特に高い信頼性を有する電子コネクタ用の表面仕上げとして特に用いることのできる耐摩耗性粒子を有する電気メッキされた表面仕上げに関する方法を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、貴金属と潤滑粒子の合成層をメッキする貴金属メッキ用の浴と、このような合成層をメッキする方法を提供する。
【０００６】
さらに本発明は、貴金属とこの貴金属内に分散した潤滑粒子を含むメッキされた貴金属合成層を物体の表面に有する物体の製造方法を提供する。
【０００７】
特に本発明は、導電性のベース金属を有する電気コネクタの表面をコーティングする方法とメッキ浴に関し、また接触抵抗を大幅に減らすことなく耐摩耗性を改良したコネクタを提供する。
【０００８】
特に本発明のプロセスはアノードとカソードを含み、潤滑性のフロロポリマーを分散させたパラジュウムイオンとコバルトイオンの水溶液を有する電気メッキ浴を使用する。メッキされるべき物品、例えば電気コネクタは、電気メッキ用の浴のカソ−ドと電気的に接触し、メッキ浴内に浸積される導電性べース金属を有する。メッキは浴を撹拌しながら浴内に電流を流すことにより開始される。その結果得られた堆積物は、フロロポリマーが分散したＰｄＣｏ合金である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
通常高い信頼性を有するコネクタを必要とするような現代の電子相互接続構造は、低い抵抗と酸化、あるいは他の化学的な劣化に対し耐性を有するような貴金属による最終仕上げを採用している。バネの力を減らす代わりに、適合する部品の間の摩擦力とスプリングの力を減らすことにより、入口取り付け力を低下させ、これにより接続の信頼性を維持している。しかし、これは接触抵抗を大幅に増加させることなく行わなければならない。別の方法として、堅い粒子を中に分散させた貴金属製のコーティングの耐摩耗性を増加させることにより、接続の信頼性を維持することもできる。
【００１０】
フッ化ポリエチレンのような潤滑性粒子と電気的に堆積した貴金属層とを同時に堆積することにより、取り付け時の摩擦力を大幅に低減できるが、これは電気コネクタの接触抵抗を大幅に増加させることなく、かつ摩耗抵抗を増加させながら行うことができる。同様に貴金属層よりもはるかに堅い粒子を同時に堆積することにより接点の耐摩耗性を増加させることができる。本発明において耐摩耗性粒子とは、摩擦係数を低減させる潤滑性粒子と金属層の摩擦による摩耗を低減できる堅い粒子を含む。
【００１１】
電気コネクタの仕上げ表面を用いた実施例を用いて説明するが、これに限定されるものではない。当業者は、本発明の一実施例で述べた貴金属電気メッキ浴及び／または、同時堆積粒子を他の浴あるいは粒子で置換できる。本明細書でＰｄＣｏメッキ浴用の市販されているＰｄ，Ａｕ，Ｐｔ／ＰｄＮｉあるいは他の貴金属合金浴を電気メッキ浴で置換できる。同様に、グラファイト，窒化ボロン（ＢＮ）あるいはバルクミンスターフラーレン（Ｃ60）、あるいは耐摩耗性を改良した粒子で貴金属浴内のポリテトラフロロエチレン粒子を置換できる。さらにまた、メッキされた表面の接触抵抗を増加させない限りＢＮ，ＡＩＮのような窒化物、あるいは、ＳｉＣ，ＷＣのようなカーバイト、あるいはダイヤモンドとを耐摩耗抵抗を与えるのに用いることができる。さらに本発明により製造された物品は、電気コネクタに限られず、非導電性粒子を採用した場合でも、合成の最終仕上げの接触抵抗を大幅に増加させることがないことにより、これは主な使用例である。
【００１２】
本発明のメッキ浴は、３５−４５g/lのＰｄと、６−１０g/lのＣｏと、２−５ml/lのデュポン社製のＰＴＦＥ３０と、直径が０．０５−０．５μｍで、全重量で約６０％を占めるポリテトラフロロエチレンＰＴＦＥの粒子を有する水の中のフロロポリマーを含む硫酸塩浴である。浴を構成する他の濃度も用いることができ、本発明は上記の組成の浴の使用に限定されるものではない。
【００１３】
本発明の浴の一般的なメッキ条件は、電流密度が５０−７００ＡＳＦで、浴温度が４５℃−６０℃で、ｐＨが７−７．５０で撹拌が０．２５−３m/secである。その結果得られた堆積物は、均一に分散したＰＴＦＥ粒子を有する２０−３０重量％のＣｏを含有するＰｄＣｏ合金を含む。しかし、ＰｄＣｏ合金は、５−３５重量％のＣｏを含むのが好ましい。一般的に電気コネクタ用においては、メッキが行われる基板は、Ｎｉ層をその上に堆積したバルクＣｕである。Ｎｉ層の厚さは２−３μｍのオーダーであるが、しかしこれに限定されるものではない。基板は銅である必要はなく、また他の導電性材料製でよい。ニッケル上に電気メッキされた貴金属合成層の厚さは、通常１μｍのオーダーであるが、この厚さ以上でも以下でもよい。好ましくは電気堆積のあと、０．１μｍ厚の金の薄いフラッシュコーティングがＰｄＣｏ合金−フロロポリマー合成層の上に形成される。
【００１４】
被導電性の潤滑性粒子を含有するコーティング層は、このような粒子を含有しないコーティング層に比較して表面摩擦を低下できるが、このような粒子を摩擦力を大幅に低減できる量だけ存在させることは、表面の接触抵抗が増加する結果となり、これは電子コネクタ用には不向きである。しかし、このことは必ずしも当たらないことを発明者は見いだした。
【００１５】
我々の最近の論文「Palladium-Cobalt Makes a Superior Finish」１９９９年においては、ＰｄＣｏ系（潤滑性粒子の同時堆積はない）を記載し、それをＰｄＮｉとハードなＡｕと比較している。コネクタの接触表面の長期の性能特性を決定するための重要なパラメーターは、滑り摩耗（スライディングウエア）と称する。この滑り摩耗テストは、電気メッキされた最終表面の硬さと潤滑性の基準（測定値）を与える。これらは接触抵抗と共に重要なファクターで高い信頼性を有する電気的コネクタを設計する際に考慮しなければならないものである。
【００１６】
滑り摩耗は、図２に示すライダーとフラットな装置を用いて測定された。このライダーは１．７５ｍｍの半径のリベットであり、フラットは２５ｍｍ直径のディスクであり、両方とも銅でできている。適合されるサンプルを同一表面仕上げを具備した適合されるサンプルを乗せた。１００ｇ（約１．０Ｎ）の負荷をこのライダーにかけ、１２．５ｍｍの振幅の往復運動を３０サイクル／分（０．５Ｈｚ）の速度でかけた。
【００１７】
滑り摩耗テスト用のテストサンプルは、本発明により製造された高い信頼性を有するコネクタに見いだされる層を示し、これは図１に示す。同図に示すようにＮｉ層は、２．５μｍ厚で電気的堆積により銅製の基板上に形成される。潤滑性粒子を有する新たに電気的に堆積されたＰｄＣｏを、このＮｉ層の上に形成した。このＰｄＣｏ層は約１μｍの厚さを有する。０．１μｍの金製のフラッシュ層がその後、この合成層の上に形成された。
【００１８】
滑り摩耗性能は、摩擦力と接触抵抗を測定することにより検査された。摩擦抵抗はストレインゲージで測定され、接触抵抗は同時に２５ｍＡの電流を流して電圧低下を測定することにより決定された。
【００１９】
滑り摩擦テストの結果、図３，４は貴金属の仕上げの摩擦力は、電気メッキの間に貴金属の仕上げ面に被導電性の潤滑性粒子を導入することにより、かつ電気的接触抵抗を増加させることなく大幅に低減できる。滑り摩耗テストにより測定された摩擦係数と、様々な仕上げ面の摩耗サイクルとの比較を図３に示す。同図に示すように本発明の仕上げは、テストサイクルの間、摩擦係数は最も低い。さらにまた、本発明の仕上げ面に対して１０，０００回の滑り摩耗サイクルの間、測定した接触抵抗はわずか３−４ｍΩであった。
【００２０】
本発明は摩耗を低減するために、同時に堆積した貴金属／潤滑性すなわち耐摩耗性の粒子を有するいかなる表面仕上げにも適用でき、特に電気的コネクタの接触ピンの表面仕上げとして用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】高い信頼性を有する電気コネクターに使用され、滑り摩耗を測定するための電気的に堆積された層構造を表す図。
【図２】表面上に摩耗と摩擦力を測定するのに用いられる装置を表す図。
【図３】滑り摩耗テストにより測定された様々な貴金属の表面仕上げの摩擦係数と、摩耗回数との関係を表す表。
【図４】図３に示された表を表すグラフ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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