錫（Sn）めっき表面の酸化皮膜の成長と接触抵抗特性: エリプソメトリによる研究

摘要

Tin plated contacts has been applied widely to electrical contacts of electromechanical devices as well as gold plated contacts. However, the tin plated surface covered with oxide film which is fundamentally different form gold plated surfaces. The oxide film prevents the surface from corrosion. When the film is interposed between contact interface, contact resistance increases. It is necessary to breakdown mechanically to obtain low contact resistance. However, detail study on the oxide film on the tin plated surfaces was not found in literatures. Therefore, in the present study, growth law of the oxide film on the tin plated surface was found by measurement using an ellipsometry for exposure to the atmosphere. Moreover, the film thickness was identified by TEM. The results well agreed with results obtained by ellipsometry. The oxide film formation also was identified by an electron diffraction method as SnO. As results, growth of the oxide film showed linear law until 5nm in the initial stage of the exposure. In the second stage, oxide film indicated 1/4 law until 15nm. After the stage, the thickness growth saturated. The contact resistance indicated low constant value to lOnm in thickness. This low value is due to conduction mechanisms of thin film. After the thickness contact resistance increased to 5Ω.%錫（Sn）めっきはコネクタ等の機構デバイスの接触部に広く用いられ、金（Au）めっきと共に有効利用されている。しかし、Auめっきとは本質的に異なりその表面は酸化皮膜で覆われ、その結果、その表面は腐食から保護される。この皮膜が接触部に介在すると接触抵抗を増大させるので、接触時に機械的にこの皮膜を破壊して低接触抵抗を得ることが行われる。しかし、この酸化皮膜の成長に関しては詳細な研究はない。そこで、この研究ではエリプソメトリによって、大気中に放置したSnめっき表面の酸化皮膜の成長をその膜厚の測定から調べ、酸化皮膜の成長則を明らかにした。皮膜の厚さは表面近傍のTEMの高倍率像から同定し、エリプソメトリによる値と良い一致を見た。また、酸化物はSnOであることも電子線解析で明らかにした。その結果、酸化皮膜の成長は大気放置の初期の段階で5nmの厚さまでは直線側で成長し、その後は1/4乗則で飽和してゆくことが明らかとなった。この場合、15nm程度で飽和する。さらに、接触抵抗の測定では、10nm程度までは低抵抗値を示し、薄膜の導電機構の存在を裏付け、その後は5Ω程度の一定値を示した。