CN102201626A - 连接部件用铜合金和导电材料、以及嵌合型连接部件及其制造方法 - Google Patents

连接部件用铜合金和导电材料、以及嵌合型连接部件及其制造方法 Download PDF

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Abstract

对于铜板材的表面粗糙度进行调整，以使与连接时的滑动方向平行的方向的算术平均粗糙度Ra为0.5μm以上4.0μm以下，同方向的凹凸的平均间隔RSm为0.01mm以上0.3mm以下，偏斜度Rsk低于0，突出峰部高度Rpk在1μm以下。另外，作为表面被覆层，含有作为多条平行线被观察到的Sn被覆层群X，在构成该Sn被覆层群X的各个Sn被覆层(101a～101d)的两侧，邻接存在Cu-Sn合金被覆层(2)。部件插入方向的最大高度粗糙度Rz为10μm以下。在铜板材的冲裁加工时，经冲压加工进行表面粗糙化处理，在铜板材表面形成作为多条平行线被观察到的凹部，接着对铜板材进行镀Cu和镀Sn，实施回流处理而制造。

Description

连接部件用铜合金和导电材料、以及嵌合型连接部件及其制造方法
技术领域
本发明主要涉及用于汽车、民用机器等的电配线的连接器用端子、汇流条(bus bar)等连接部件用导电材料，和嵌合型连接部件及其制造方法，特别是涉及要求兼具雄端子(male terminal)和雌端子(female terminal)在插拔(insertion and extraction)时的磨擦或磨损的降低和使用时的电连接的可靠性的连接部件用导电材料，和嵌合型连接部件及其制造方法。
背景技术
在专利文献1中，记述有一种电可靠性高(低接触电阻)、摩擦系数低、适合作为嵌合型连接器用端子的连接部件用导电材料。在专利文献1的发明中，使用比通常的铜合金板条表面粗糙度大的铜合金板条作为母材，在母材表面按顺序形成Ni镀层、Cu镀层和Sn镀层，或按顺序形成Cu镀层和Sn镀层，或者只形成Sn镀层，对Sn镀层实施回流处理(reflowtreatment)，由Cu镀层和Sn镀层，或由铜合金母材和Sn镀层形成Cu-Sn合金层，并且从通过回流处理而平滑化的Sn镀层之间使Cu-Sn合金层的一部分露出于表面(在母材表面所形成的凹凸的凸的部分，Cu-Sn合金层的一部分露出)。
在专利文献1中，回流处理后所形成的连接部件用导电材料，作为表面被覆层，按顺序具有Cu-Sn合金层和Sn层，或Ni层、Cu-Sn合金层和Sn层，根据情况在母材表面与Cu-Sn合金层之间，或在Ni层与Cu-Sn合金层之间残留有Cu层。在专利文献1中记述，在最表面形成有Cu-Sn合金层和Sn层(Cu-Sn合金层的表面露出面积率为3～75％)，平均的厚度规定为0.1～3.0μm，Cu含量规定为20～70at％，Sn层的平均的厚度规定为0.2～5.0μm，关于母材表面，期望至少一个方向的算术平均粗糙度Ra为0.15μm以上，全部方向的算术平均粗糙度Ra为4.0μm以下，关于Cu-Sn合金层的表面露出间隔，期望至少在一个方向上为0.01～0.5mm。
在专利文献2中，记述有一种相当于专利文献1的下位概念的连接部件用导电材料及其制造方法。其镀层构成和回流处理后的被覆层构成本身与专利文献1相同。在专利文献2中记述，回流处理后所形成的连接部件用导电材料，在最表面形成有Cu-Sn合金层和Sn层(表面被覆层之中，Cu-Sn合金层的表面露出面积率为3～75％)，Cu-Sn合金层的平均的厚度规定为0.2～3.0μm，Cu含量规定为20～70at％，Sn层的平均厚度规定为0.2～5.0μm，材料表面的至少一个方向的算术平均粗糙度Ra规定为0.15μm以上，全部方向的算术平均粗糙度Ra规定为3.0μm以下，关于母材表面，期望至少一个方向的算术平均粗糙度Ra为0.3μm以上，全部方向的算术平均粗糙度Ra规定为4.0μm以下，此外关于Cu-Sn合金层的表面露出间隔，期望至少在一个方向上为0.01～0.5mm。
在专利文献3中记述有一种连接部件用导电材料及其制造方法，基本上继承了专利文献1、2的技术思想，同时还改善了钎焊性。在此发明中，镀层构成和回流处理后的被覆层构成本身基本上与专利文献1、2的相同，但是该发明与专利文献1、2不同的是，可包括没有露出Cu-Sn合金层的情况(最表面只有Sn层)。在该申请中记述，回流处理后所形成的连接部件用导电材料，表面被覆层之中，Ni层的平均的厚度为3.0μm以下，Cu-Sn合金层的平均的厚度规定为0.2～3.0μm，材料的垂直截面中的Sn层的最小内接圆的直径[D1]规定为0.2μm以下，最大内接圆的直径[D2]规定为1.2～20μm，材料的最表点和Cu-Sn合金层的最表点的高度差[Y]规定为0.2μm以下，此外[D1]为0μm时(Cu-Sn合金层一部分露出，最表面由Cu-Sn合金层和Sn层构成时)，期望材料表面的Cu-Sn合金层的最大内接圆的直径[D3]为150μm以下或/和材料表面的Sn层的最大内接圆直径[D4]为300μm以下。
另一方面，在专利文献4～6中记述，对铜合金板条实施冲裁加工后，整体实施Sn镀敷，通过实施所述的后镀敷，在冲裁端面也会形成Sn镀层，与在冲裁加工前对铜合金板条实施Sn镀敷(先镀敷)的情况相比，可使端子等的钎焊性提高。
此外，在专利文献7、8中记述，在实施后镀敷的端子中，电可靠性高(低接触电阻)，嵌合部的摩擦系数低，并且使钎焊部的钎焊性提高。
在专利文献7的发明中，端子成形加工时只增大嵌合部分的表面粗糙度，按顺序形成Ni镀层、Cu镀层和Sn镀层，或按顺序形成Cu镀层和Sn镀层，或者只形成Sn镀层，对Sn镀层实施回流处理，由Cu镀层和Sn镀层或由铜合金母材和Sn镀层形成Cu-Sn合金层，并且从通过回流处理而平滑化的Sn镀层之间使Cu-Sn合金层的一部分露出到表面(在母材表面所形成的凹凸的凸的部分，Cu-Sn合金层的一部分露出)。这时，镀层厚度全面相同。在嵌合部，最表面形成有Cu-Sn合金层和Sn层(Cu-Sn合金层在表面露出)，因此焊料润湿性上有问题，但嵌合部以外并没有凹凸，所以Cu-Sn合金层未露出(最表面只有Sn层)，焊料润湿性良好。
在专利文献8的发明中，对表面粗糙度大的铜合金材料实施冲裁加工而形成端子原材后，按顺序形成Ni镀层、Cu镀层和Sn镀层，或按顺序形成Cu镀层和Sn镀层，或者只形成Sn镀层，对Sn镀层实施回流处理，由Cu镀层和Sn镀层或由铜合金母材和Sn镀层形成Cu-Sn合金层，并且从通过回流处理而平滑化的Sn镀层之间使Cu-Sn合金层的一部分露出到表面(在母材表面所形成的凹凸的凸的部分，Cu-Sn合金层的一部分露出)。这时，钎焊部的Sn镀层形成得很厚，在钎焊部Cu-Sn合金层并未在表面露出，焊料润湿性良好。
【先行技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】专利3926355号公报
【专利文献2】专利4024244号公报
【专利文献3】特开2007-258156号公报
【专利文献4】特开2004-300524号公报
【专利文献5】特开2005-105307号公报
【专利文献6】特开2005-183298号公报
【专利文献7】特开2008-269999号公报
【专利文献8】特开2008-274364号公报
专利文献1～3和专利文献7、8所述的连接部件用导电材料，其电可靠性高(低接触电阻)，摩擦系数低，适合作为嵌合型连接器用端子。尽管如此，仍要求提供一种材料，其能够实现端子的小型化、多极化带来的端子插入力降低的严格要求，以及端子的小型化所对应的插入力更低的端子，并且还要求使电可靠性进一步提高。
发明内容
本发明顺应这样的要求，进一步改良所述专利文献的技术，其目的在于，提供一种对应端子的小型化的低插入力且电可靠性优异的连接部件用导电材料。
此外，专利文献1～3和专利文献7、8所述的连接部件用导电材料，使用表面粗糙化处理的铜板材作为母材，在其表面按顺序形成例如Ni镀层、Cu镀层和Sn镀层，对Sn镀层实施回流处理，由Cu镀层和Sn镀层形成Cu-Sn合金被覆层，并且从通过回流处理而平滑化的Sn被覆层之间，使Cu-Sn合金被覆层的一部分在表面露出。
历来，作为Sn被覆层和Cu-Sn被覆层的露出形态的指标，规定有Cu-Sn合金被覆层的露出面积率和平均露出间隔(专利文献1、2)以及Sn被覆层的最大内接圆直径和最大外接圆直径(专利文献3)。
另一方面，关于Sn被覆层或Cu-Sn合金被覆层各自的形状，至今为止并没有特别引起注意。但是，为了应对端子的更加小型化，并不像前述那样是一个略显抽象的指标，关于Sn被覆层或Cu-Sn合金被覆层各自的具体形状，认为需要使之成为可适当控制的俯视形状。
因此，本发明的目的在于，提供一种具有有着可适当控制的俯视形状的Sn被覆层或Cu-Sn合金被覆层，也可以适应端子的小型化的嵌合型连接部件。
本发明的连接部件用铜板材，其表面粗糙度为，与连接时的滑动方向平行的方向的算术平均粗糙度Ra为0.5μm以上、4.0μm以下，同方向的凹凸的平均间隔RSm为0.01mm以上、0.3mm以下，偏斜度(skewness)Rsk小于0，突出峰高度Rpk在1μm以下，优选同方向的突出谷深度Rvk在2μm以上、15μm以下，最表面形成有Cu-Sn合金被覆层和Sn或Sn合金被覆层，作为连接部件用导电材料，所述表面与对方材料滑接。
所述连接部件用铜板材(母材)，作为表面被覆层，在最表面形成有Cu-Sn合金被覆层，和Sn或Sn合金被覆层(两者合起来以下称为Sn被覆层)。作为该表面被覆层的具体的形态没有限定，但例如前述专利文献1～3所述，优选按顺序形成Cu-Sn合金被覆层和Sn被覆层，Cu-Sn合金被覆层的一部分在最表面露出。另外，优选Sn被覆层通过回流处理而得以平滑化。
作为所述连接部件用铜板材的表面被覆层的一部分，也可以在所述连接部件用铜板材的表面和所述Cu-Sn合金被覆层之间形成Ni被覆层，另外，也可以在所述Ni被覆层和所述Cu-Sn合金被覆层之间再形成Cu被覆层。此外，还可以在所述连接部件用铜板材的表面和Ni被覆层之间形成Cu被覆层。
在本发明中，连接部件用铜板材由铜或铜合金板条(板和条)构成。Sn被覆层、Cu被覆层、Ni被覆层除分别含有Sn、Cu、Ni以外，还含有Sn合金、Cu合金及Ni合金。
所述连接部件用导电材料能够通过如下方式制造：在由铜板材构成的母材的表面(具有前述表面粗糙度)，如前述专利文献1～3所述，按顺序形成Cu镀层，和Sn或Sn合金镀层(两者合起来以下称Sn镀层)后，进行回流处理，从而按顺序形成Cu-Sn合金被覆层和Sn被覆层。
所述Cu-Sn合金被覆层是通过回流处理，使Cu镀层和Sn镀层的Cu和Sn相互扩散而形成，但这时会存在Cu镀层全部消失和有一部分残留这两种情况。Cu镀层的一部分残留时，在铜板材表面和Cu-Sn合金被覆层之间会形成Cu被覆层。根据Cu镀层的厚度，也有Cu从铜板材(母材)被供给的情况。
形成于铜板材(母材)表面的Cu镀层的平均的厚度优选为1.5μm以下，Sn镀层的平均的厚度优选为0.3～8.0μm范围。Cu镀层的平均的厚度优选为0.1μm以上。
另外，在所述制造方法中，也有完全不形成Cu镀层的情况。这种情况下，Cu-Sn合金被覆层的Cu由铜板材(母材)供给。
在所述制造方法中，也可以在所述铜板材(母材)表面和Cu镀层之间形成Ni镀层。这时，Ni镀层的平均的厚度优选为3μm以下，Cu镀层的平均的厚度优选为0.1～1.5μm范围。也可以在所述铜板材(母材)表面和Ni镀层之间还形成Cu镀层。
在所述铜板材(母材)中，达到所述表面粗糙度而形成所述表面被覆层的区域，可以涉及母材的单面或全部两面，也可以只占单面或两面的一部分。
另外在本发明中，Cu镀层、Sn镀层和Ni镀层除分别含有Cu、Sn、Ni金属以外，还含有Cu合金、Sn合金及Ni合金。
还有在本发明中，关于构成回流处理后的表面镀层的各层表现为“被覆层”，关于构成回流处理前的表面镀层的各层表现为“镀层”。
另外，本发明的嵌合型连接部件，是对于冲裁加工成既定形状的铜板材进行后镀敷和回流处理而制造，在与对方侧部件的接触侧最表面混合Cu-Sn合金被覆层和Sn被覆层，所述Sn被覆层通过回流处理而平滑化，以如下点为特征。
(1)所述Sn被覆层含有作为多条平行线而被观察到的Sn被覆层群，在构成所述Sn被覆层群的各个Sn被覆层的两侧，邻接存在有所述Cu-Sn合金被覆层，所述表面的部件插入方向的最大高度粗糙度Rz为10μm以下，或者，
(2)所述Sn被覆层含有作为多条平行线而被观察到的Sn被覆层群，和同样作为多条平行线被观察到的其他Sn被覆层群1个或2个以上，各Sn被覆层群交叉成格子状，在构成各Sn被覆层群的各个Sn被覆层的两侧，邻接存在有Cu-Sn合金被覆层，所述表面的端子插入方向的最大高度粗糙度Rz为10μm以下。
在上述嵌合型连接部件中，优选属于各Sn被覆层群的Sn被覆层的宽度为1～500μm，属于各Sn被覆层群的Sn被覆层之中邻接的Sn被覆层彼此的间隔为1～2000μm。
还有，属于各Sn被覆层群的各个Sn被覆层，如上述，是指在与对方侧部件的接触(滑动)侧最表面，作为多条平行线被观察到的被覆层，但各个Sn被覆层并不需要一定是数学意义上的平行线状。属于各Sn被覆层群的各个Sn被覆层大致为同形状且弯曲、波动或折曲的情况也包含在本发明中。
上述嵌合型连接部件，作为铜板材(母材)的表面被覆层，在最表面形成有Cu-Sn合金被覆层和Sn被覆层。作为由Cu-Sn合金被覆层和Sn被覆层构成的表面被覆层的具体的形态，例如前述专利文献1～3所述，所认为形态是，按顺序形成Cu-Sn合金被覆层和Sn被覆层，从通过回流处理而平滑化的Sn被覆层之间，Cu-Sn合金被覆层的一部分在最表面露出。这一情况下，露出到最表面的Cu-Sn合金被覆层作为粗糙度曲线的峰被测量，该峰由所述最大高度粗糙度Rz的大小来反映。
在按顺序形成有Cu-Sn合金被覆层和Sn被覆层的情况下，优选所述Cu-Sn合金被覆层的平均厚度为0.1～3μm，所述Sn被覆层的平均厚度为0.2～5.0μm。各被覆层的上述平均厚度是与现有技术(所述专利文献1～3)等同的数值。
作为上述嵌合型连接部件的表面被覆层的一部分，也可以在铜板材(母材)的表面与所述Cu-Sn合金被覆层之间形成Ni被覆层，另外也可以在所述Ni被覆层和所述Cu-Sn合金被覆层之间再形成Cu被覆层。此外，也可以在所述连接部件用铜板材的表面与Ni被覆层之间形成Cu被覆层。
根据本发明，能够提供对应端子的小型化的低插入力且电可靠性优异的连接部件用导电材料。
另外根据本发明，能够提供低插入力且电可靠性优异的嵌合型连接部件。
本发明所规定的Sn被覆层和Cu-Sn合金被覆层的俯视形状也可以对应端子的小型化，并且通过适当地进行铜板材的表面粗糙化处理，能够容易地进行其俯视形状的控制。
附图说明
图1是实施例No.1的粗糙度曲线(JISB0601)。
图2是由图1的粗糙度曲线计算的振幅曲线。
图3是由图1的粗糙度曲线(JISB0671-1)计算的负荷曲线。
图4是表示用于得到本发明所规定的表面粗糙度的表面粗糙化处理方法的一例的模式图。
图5是实施例的表面粗糙化处理后的铜板材的俯视图。
图6是实施例No.1试验片的表面SEM(组成像)。
图7是实施例中用于摩擦系数评价试验的夹具的概念图。
图8是说明本发明的嵌合型连接部件的表面被覆层的形态的平面模式图。
图9是说明本发明的嵌合型连接部件的表面被覆层的形态的另一平面模式图。
图10是说明本发明的嵌合型连接部件的表面被覆层的形态的剖面模式图。
图11是说明用于本发明的嵌合型连接部件的铜板材的表面粗糙化处理的剖面模式图。
图12是实施例的表面粗糙化处理后的铜板材的俯视图。
图13是实施例的No.101试验片的表面SEM(组成像)和粗糙度曲线。
图14是用于实施例的摩擦系数评价试验的夹具的概念图。符号说明
1金属模具
2铜板材
3销端子部
4雄试验片
5工作台
6雌试验片
7锤
8测力传感器
101、101a～101d平行Sn被覆层
102Cu-Sn合金被覆层
103Sn被覆层
104、104a～104d平行Sn被覆层
105铜板材
106凹部
107凸部
108金属模具
111铜板材
112销端子部
具体实施方式
以下，对于本发明的连接部件用导电材料具体地进行说明。
连接部件用导电材料，考虑到电可靠性、耐腐蚀性等，一般会实施Sn或Sn合金镀敷。历来使用的连接部件用导电材料所实施的Sn镀层的平均厚度约1μm左右。在铜母材上进行Sn镀敷时，在Sn镀敷与母材的铜的界面形成有Cu-Sn合金被覆层，因此其余的Sn镀层(Sn被覆层)的厚度为0.4μm左右。若Sn被覆层的厚度比0.4μm薄，则耐热可靠性(电特性)或耐腐蚀性降低。另一方面，若Sn被覆层的厚度厚，则端子连接时的插入力增加，操作性降低。
本发明的连接部件用导电材料为了使该端子插入力降低，而使硬的Cu-Sn合金被覆层在最表面露出。即，最表面存在Cu-Sn合金被覆层和Sn被覆层。
作为上述连接部件用导电材料的镀敷母材的铜板材，具有如上述这样特定的表面粗糙度。该表面粗糙度除非进行特别说明，否则即是JISB0601或JISB0671所定义的参数。
与连接时的滑动方向平行的方向的算术平均粗糙度Ra为0.5μm以上、4.0μm以下，就其理由进行阐述。算术平均粗糙度Ra表示的是，从粗糙度曲线按其平均线的方向只选取基准长度L，合计从该选取部分的平均线至测量曲线的偏差的绝对值，将其进行平均的值，表示的是瑕疵或异物等特异的部分对测量值造成的影响小，稳定的数值。一般来说，表面粗糙度的大小由该算术平均粗糙度Ra的值的大小表示，在前述专利文献1、2中，表面粗糙度也是由算术平均粗糙度Ra规定。还有，所谓与连接时的滑动方向平行的方向，是指如果为嵌合型端子，则意味着端子插入方向。图1中显示实施例1所得到的1条粗糙度曲线(基于JISB0601)。
与连接时的滑动方向平行的方向的算术平均粗糙度Ra低于0.5μm时，母材表面的凹凸小，因此若Sn被覆层的厚度超过0.4μm，则同方向的偏斜度Rsk低于0，会导致最表面没有Cu-Sn合金被覆层露出，以后述的测量方法测量的摩擦系数超过0.4。同方向的算术平均粗糙度Ra为0.5μm以上时，即使Sn被覆层的厚度超过0.4μm，甚至厚达0.7μm，也能够确保摩擦系数在0.4以下。另一方面，若算术平均粗糙度Ra超过4.0μm，则借助回流时的熔融Sn或Sn合金镀敷的流动作用使材料表面平滑化困难。因此，同方向的算术平均粗糙度Ra为0.5μm以上、4.0μm以下。优选全部方向的算术平均粗糙度Ra为4.0μm以下。
与连接时的滑动方向平行的方向的凹凸的平均间隔RSm为0.01～0.3mm，就其理由进行阐述。凹凸的平均间隔RSm表示的是，从粗糙度曲线按其平均线的方向只选取基准长度L，求得1个峰和与之相邻的1个谷所对应的平均线的长度的和，由毫米表示平均值的值。该凹凸的平均间隔RSm的值能够根据求出前述算术平均粗糙度Ra的粗糙度曲线而求得。铜板材表面的凹凸的平均间隔RSm是直接反映Cu-Sn合金被覆层的露出间隔的值，RSm低于0.01mm时，Cu-Sn合金被覆层的露出间隔狭窄，高温环境下的Cu的氧化被促进，从而发生接触电阻的增大。若凹凸的平均间隔RSm超过0.3mm，则Cu-Sn合金被覆层的露出间隔变宽，发生电接点部小的小型端子的摩擦系数的增大。如果端子为小型，则随之而来的是接点部的接触面积小，如果Cu-Sn合金被覆层的露出间隔宽，则与其间的Sn被覆层的部分接触。因此，接触部形成Sn彼此的滑动而发生粘合，摩擦系数增大。因此，使凹凸的平均间隔RSm为0.01以上、0.3mm以下。
对于同方向的偏斜度Rsk低于0的理由进行阐述。偏斜度Rsk是表示相对于根据粗糙度曲线计算的振幅曲线的平均线的相对值的值。该偏斜度Rsk的值能够根据求出前述的算术平均粗糙度Ra的粗糙度曲线而求得。所谓振幅曲线，就是将粗糙度曲线中的全部的切断水平和粗糙度曲线与该切断水平相等的概率表示为曲线图，概率相对于平均线偏上时，Rsk＜0，偏下时Rsk＞0，与平均线一致时Rsk＝0。算术平均粗糙度Ra和凹凸的平均间隔RSm在上述规定范围内时，若Rsk达到0以上(Rsk≥0)，则凹的部分变宽，Sn被覆层的面积变宽。即，接触部造成Sn彼此的滑动，摩擦系数增大。因此，使偏斜度Rsk低于0(Rsk＜0)。如果在Rsk≥-3.00的范围，则能够容易地以后述的表面粗糙化方法达成。图2中显示根据图1所示的粗糙度曲线计算出的振幅曲线。在该例中，概率从平均线(切断水平50％的位置)的上方变大。
对于同方向的突出峰部高度Rpk为1μm以下的理由进行阐述。突出峰部高度Rpk是由JISB0671-2规定，表示处于粗糙度曲线的中心部之上的突出峰部的平均高度的值，根据由JISB0671-1所规定的粗糙度曲线计算出的负荷曲线求得。根据由求得前述的算术平均粗糙度Ra的粗糙度曲线(但需要基于JISB0671-1的规定进行处理)计算出的负荷曲线求得即可。该突出峰部是突出到定义RSm时的峰的更上方的峰部，若参照图1进行说明，则粗糙度曲线的峰本身形成有细的突出峰部，因此该突出峰部的间隔比作为峰(谷)的平均间隔的RSm窄。回流Sn镀敷后，在这部分形成Cu-Sn合金被覆层，使摩擦系数降低。但是，若突出峰部高度Rpk超过1μm，则Cu-Sn合金被覆层突出到材料表面的高度变高，突出的Cu-Sn合金被覆层会削减压纹(emboss)表面的Sn被覆层，所以插入力变高。因此，突出峰部高度Rpk为1μm以下。优选为0.3μm以上、1μm以下，这时，即使雌端子的压纹直径小至1.0mm，Sn被覆层的厚度厚达0.7μm时，以后述的测量方法测量的摩擦系数也能够达到0.4以下。图3中显示根据图1所示的粗糙度曲线计算的负荷曲线。
对于同方向的突出谷部深度Rvk为2～15μm的理由进行阐述。突出谷部深度Rvk是由JISB0671-2规定，表示处于粗糙度曲线的中心部之下的突出谷部的平均深度的值，根据由粗糙度曲线计算出的负荷曲线求得。可根据求得突出峰部高度Rpk的所述负荷曲线求得。若该突出谷部的平均深度深，则在回流时熔融Sn流入，能够在使Cu-Sn合金层露出表面的状态下增加Sn被覆层的平均的厚度。即，算术平均粗糙度Ra、凹凸的平均间隔RSm、偏斜度Rsk和突出峰部高度Rpk在上述规定范围内时，如果突出谷部深度Rvk在2以上，则即使Sn被覆层的厚度增加到1.0μm，摩擦系数也能够达到0.4以下。另一方面，若以后述的表面粗糙化方法达到超过15μm这样的突出谷部深度Rvk，则铜板材容易发生折断和变形。因此，突出谷部深度Rvk为2～15μm。
在测量铜板材的表面粗糙度时，在铜板材表面上适宜选择相当于端子宽度的范围，在该范围内沿着与连接时的滑动方向平行的方向测量多处，以算术平均粗糙度Ra出现最大的粗糙度曲线为基础，求得表面粗糙度的各参数即可。
形成于材料表面的表面皮膜层，能够应用专利文献1、2所述的表面皮膜层构成。即，按顺序形成Cu含量为20～70at％，平均的厚度为0.2～3.0μm的Cu-Sn合金被覆层和平均的厚度为0.2～5.0μm的Sn被覆层，在Sn被覆层的表面有所述Cu-Sn合金被覆层的一部分露出，该材料表面露出率为3～75％。另外，也可以在所述Cu-Sn合金被覆层和母材之间形成Ni被覆层和Cu层。
作为表面粗糙化处理方法，在专利文献1、2中，有离子蚀刻等物理的方法，蚀刻或电解研磨等化学的方法，轧制(使用通过研磨或喷丸等而使表面粗糙化的工作辊)，研磨、喷丸等机械的方法，作为生产率、经济性和母材的表面形态的再现性优异的方法，记述为优选轧制或研磨。通过轧制对母材实施表面粗糙化处理时，使用表面经粗糙化处理的工作辊进行轧制，转印工作辊的表面形态。但是实际上，以这些方法来实现本发明所规定的表面粗糙度很困难。这是由于例如利用轧制时，为了以细小的间距将很深的凹凸均匀地留在工作辊表面的整个面上需要很高的成本，另外还有辊的磨损和堵塞等问题，在铜板材的整个表面，均匀地转印本发明中规定的表面粗糙度所对应的凹凸形状(以细小间隔形成深槽)有困难。
另一方面，在专利文献7、8中，记述有一种在端子形状加工时进行表面粗糙化的技术。即，对铜板材实施冲裁加工，形成端子原材经由带状的连结部沿长度方向连成连锁状的铜板材，并且在所述冲裁加工的同时，或者在冲裁加工之前或之后，对所述铜板材实施冲压加工，使端子原材板面(铜板材表面)的表面粗糙度增大。专利文献7、8中没有关于冲压加工的具体方法的记述，但例如图4所示，将在按压面上以固定间距形成有极其细小的凹凸的金属模具1设置在压力机上，用该金属模具1冲压铜板材2的表面，在铜板材2的表面转印所述按压面的凹凸形状(使凸部(刀尖)深深切入)，由此能够在铜板材表面得到本发明所规定的表面粗糙度。在金属模具1的按压面留下细小凹凸的方法，有放电加工、磨削加工、激光加工等，能够根据所需要的尺寸精度、加工形状任意地选择。
如果上述金属模具的按压面的凸部例如形成为平行线状，则通过上述表面粗糙化处理，能够在铜板材表面很深地形成平行线状的细小的槽(粗糙度曲线的谷)。另外，如后述的实施例一栏中还记述的那样，也能够形成平行线状的槽交叉的格子状的槽。回流时熔融Sn流入该槽，并固化，形成图6所看到的这种平行线状的Sn被覆层。如此经表面粗糙化处理而以平行线状形成槽时，优选槽的方向与端子插入方向不一致(槽的方向与端子插入方向交叉)。还有，在铜板材表面形成这样的槽时，铜板材的算术平均粗糙度Ra在测量方向与槽交叉时大。另外，平均粗糙度Ra不会因其交叉角度而发生很大变化。
以下，对于本发明的嵌合型连接部件具体地进行说明。
本发明的嵌合型连接部件，是对于冲裁加工成既定形状的铜板材进行后镀敷和回流处理而制造的，在与对方侧部件的接触侧最表面混合Cu-Sn合金被覆层和Sn被覆层，Sn被覆层经由回流处理而平滑化。关于由Cu-Sn合金被覆层和Sn被覆层构成的表面被覆层，如果说更具体的形态，则是在铜板材(母材)的表面按顺序形成Cu-Sn合金被覆层和Sn被覆层，从经由回流处理而平滑化的Sn被覆层之间，Cu-Sn合金被覆层的一部分露出到最表面。由于在与对方侧部件的接触(滑动)侧最表面有硬的Cu-Sn合金被覆层露出，使得端子插入力降低。
在最表面露出的Cu-Sn合金被覆层，基于JISB0601作为粗糙度曲线的峰测量，该峰反映在最大高度粗糙度Rz的大小。
在本发明的嵌合型连接部件中，存在于与对方侧部件的接触侧最表面的所述Sn被覆层和Cu-Sn合金被覆层采取下述(1)或(2)的形态。
(1)含有作为多条平行线被观察到的Sn被覆层群，在构成该Sn被覆层群的各个Sn被覆层(有特别将此Sn被覆层称为平行Sn被覆层的情况)的两侧邻接存在Cu-Sn合金被覆层。
(2)含有作为多条平行线被观察到的Sn被覆层群，和同样作为多条平行线被观察到的其他Sn被覆层群1个或2个以上，各Sn被覆层群交叉成格子状，在构成各Sn被覆层群的各个Sn被覆层(有特别将此Sn被覆层称为平行Sn被覆层的情况)的两侧邻接存在Cu-Sn合金被覆层。
参照图8、9的模式图，说明平行Sn被覆层和Cu-Sn合金被覆层的上述(1)、(2)的形态。还有，图8、9是近正方形地选取出嵌合型连接部件的最表面的一部分加以显示的平面模式图。
首先，图8(a)、(b)表示上述(1)的形态的典型例。在图8(a)所示的例子中，具有既定宽度的多个平行Sn被覆层101a～101d(有统称为平行Sn被覆层101的情况)以大致等间隔被形成为平行线状，在各平行Sn被覆层101a～101d的两侧，邻接存在Cu-Sn合金被覆层102。Cu-Sn合金被覆层102也具有既定宽度，同样以大致等间隔地形成为平行线状。由形成为平行线状的多个平行Sn被覆层101a～101d，构成本发明所说的Sn被覆层群X。
在图8(b)所示的例子中，具有既定宽度的多个平行Sn被覆层101a～101d以大致等间隔地形成为平行线状，在其两侧邻接存在Cu-Sn合金被覆层102。Cu-Sn合金被覆层102也具有既定宽度，同样以大致等间隔地形成为平行线状，但在Cu-Sn合金被覆层102之中，岛状存在有Sn被覆层103，这一点与图8(a)所示的例子不同。由形成为平行线状的多个平行Sn被覆层101，构成本发明所说的Sn被覆层群X。
还有，在图8(b)中，也可以产生各种其他的形态，如岛状存在的Sn被覆层103连续，Cu-Sn合金被覆层102被割断的情况，或者在Sn被覆层103之中，还有Cu-Sn合金被覆层以更小的岛状存在的情况等。
图9(a)、(b)表示上述(2)的形态的典型例。在图9(a)所示的例子中，具有既定宽度的多个平行Sn被覆层101a～101d以大致等间隔地形成为平行线状，并且与之交叉成直角，具有既定宽度的多个平行Sn被覆层104a～104d(有统称为平行Sn被覆层104的情况)以大致等间隔地形成为平行线状。由形成为平行线状的多个平行Sn被覆层101a～101d，构成本发明所说的Sn被覆层群X，由同样形成为平行线状的多个平行Sn被覆层104a～104d，构成本发明所说的Sn被覆层群Y。两个Sn被覆层群X、Y交叉成格子状，在各格子所包围的区域中存在Cu-Sn合金被覆层102。这种情况下，Cu-Sn合金被覆层102也可以在各平行Sn被覆层101、104的两侧邻接存在。
在图9(b)所示的例子中，具有既定宽度的多个平行Sn被覆层101a～101d以大致等间隔地形成为平行线状，并且与之交叉成直角，具有既定宽度的多个平行Sn被覆层104a～104d以大致等间隔地形成为平行线状。由形成为平行线状的多个平行Sn被覆层101a～101d，构成本发明所说的Sn被覆层群X，由同样形成为平行线状的多个平行Sn被覆层104a～104d，构成本发明所说的Sn被覆层群Y。两个Sn被覆层群X、Y交叉成格子状，在各格子所包围的区域中存在Cu-Sn合金被覆层102。在该例中，Cu-Sn合金被覆层102之中岛状存在有Sn被覆层103，这一点与图9(a)所示的例子不同。这种情况下，Cu-Sn合金被覆层102也可以在各平行Sn被覆层101、104的两侧邻接存在。
还有，在图9(b)中，也可以产生各种其他的形态，如岛状存在的Sn被覆层103之中还有Cu-Sn合金被覆层以更小的岛状存在的情况等。
在图8、9所示的嵌合型连接部件中，在表面露出的Cu-Sn合金被覆层102与经过回流处理而平滑化的平行Sn被覆层101(还包括Sn被覆层103、平行Sn被覆层104)的水平相比，在高度方向突出。参照图10所示的剖面模式图，对于这样的两个被覆层的截面形态进行说明。
在图10中，铜板材(母材)105上以大致等间隔地形成有比较深的凹部106，在凹部106的两侧形成有凸部107，不夹着凹部106的邻接的凸部107、107之间比较平坦。这样的表面构造称为坪(plateau)构造。凹部106在铜板材105的表面作为多条平行线被观察到。
图10(a)与图8(a)对应(或与图9(a)对应)，在铜板材105的整个表面形成有Cu-Sn合金被覆层102，在所述凹部106，Cu-Sn合金被覆层102之上形成有平行Sn被覆层101。在该凹部106所形成的平行Sn被覆层101在图8(a)或图9(a)中，相当于以平行线状被观察到的平行Sn被覆层101a～101d(或平行Sn被覆层104a～104d)。
图10(b)与图8(b)对应(或与图9(b)对应)，在铜板材105的整个表面形成有Cu-Sn合金被覆层102，在所述凹部106，Cu-Sn合金被覆层102之上形成有平行Sn被覆层101。在坪部Cu-Sn合金被覆层102之上还形成有Sn被覆层103。在该凹部106所形成的平行Sn被覆层101在图8(b)或图9(b)中，相当于以平行线状被观察到的平行Sn被覆层101a～101d(或平行Sn被覆层104a～104d)，在坪部所形成的Sn被覆层103在图8(b)或图9(b)中，相当于以岛状被观察到的Sn被覆层103。
在此，关于由Cu-Sn合金被覆层102和平行Sn被覆层101(以及平行Sn被覆层104)构成的表面被覆层的上述形态，具体地说明其形成方法的一例。
冲裁成部件形状之后，或者在冲裁前或冲裁时，对于铜板材105实施由冲压加工进行的表面粗糙化处理。该表面粗糙化处理如图11(a)所示，是将在按压面上以固定间距形成有极其细小的凹凸的金属模具108设置在压力机上，通过用该金属模具108冲压铜板材105的表面而进行。通过该冲压加工，金属模具108的按压面的凸部(刀尖)被压入铜板材105的表面，凹部106被平行线状地转印到铜板材105的表面，同时，从凹部106压出的材料在凹部106的两侧隆起，必然形成凸部107。没有将凹部106夹在其间的邻接的凸部107、107之间的铜板材表面，保持着精轧状态的比较平坦(坪)的状态。
接着，在冲裁成部件形状的该铜板材105的表面，与专利文献1～3等同样地实施例如镀Cu和镀Sn，再实施回流处理。通过该回流处理，由Cu镀层的Cu和Sn镀层的Sn形成Cu-Sn合金被覆层，熔融Sn流动到凹部106等。其结果如图10(a)所示，平滑化的平行Sn被覆层101形成于Cu-Sn合金被覆层102之上，Cu-Sn合金被覆层102的一部分在平行Sn被覆层101的两侧，邻接该平行Sn被覆层101而露出。这时，也有Cu镀层的一部分残留在Cu-Sn合金被覆层102之下的情况。
还有在本发明中，对于构成回流处理后的表面被覆层的各层表现为“被覆层”，对于构成回流处理前的表面镀层的各层表现为“镀层”。
如果在回流处理后残留的Sn量比较多，则在铜合金板表面的坪部会形成所述Sn被覆层103(参照图8(b)、图9(b)、图10(b))，或者所述Sn被覆层103的被覆区域增加。如图10(b)所示，Sn被覆层103比平行Sn被覆层101薄。
构成Sn被覆层群X的平行Sn被覆层101，和构成Sn被覆层群Y的平行Sn被覆层104，其宽度a、b(参照图8、9)均设定为1～500μm，邻接的平行Sn被覆层彼此的间隔c、d(参照图8、9)均设定为1～2000μm。还有，之所以如上述方式设定平行Sn被覆层的宽度和邻接的平行Sn被覆层彼此的间隔，是由于如果在该范围内，则平行Sn被覆层与Cu-Sn合金被覆层在最表面适度混合，能够确保低摩擦系数引起的插入力的降低和电可靠性这两个方面。
若更具体地进行说明，之所以使平行Sn被覆层的宽度为1μm以上，是由于形成宽度比之狭窄的平行Sn被覆层，这在铜板材的表面粗糙化处理上伴有困难。另一方面，若平行Sn被覆层的宽度过大，则对方侧端子的接点部会陷入平行Sn被覆层，插入力变高，因此平行Sn被覆层的宽度为500μm以下。若考虑到近年的端子的小型化，则平行Sn被覆层的宽度优选为200μm以下，更优选为50μm以下。
另外，之所以使邻接的平行Sn被覆层彼此的间隔为1μm以上，是因为在铜板材的表面粗糙化处理上伴有困难。另一方面，若邻接的平行Sn被覆层彼此的间隔过大，则由于最初的Sn镀层的厚度，导致对方侧端子和Cu-Sn合金被覆层的接触面积有过大或过小的倾向，这样的任意一种情况下都会招致插入力的上升(低插入力效果的降低)。因此，邻接的平行Sn被覆层彼此的间隔为2000μm以下。若考虑到近年的端子的小型化，则平行Sn被覆层的宽度优选为1000μm以下，更优选为250μm以下。优选平行Sn被覆层的宽度和邻接的平行Sn被覆层彼此的间隔大致固定，但这并非必须。
如图10所示，在最表面露出的Cu-Sn合金被覆层102，从平行Sn被覆层101和Sn被覆层103的水平向高度方向突出。因此，例如沿端子插入方向(图8、9中由空白箭头表示)测量表面粗糙度，则基于JISB0601作为粗糙度曲线的峰被测量。
在本发明中，部件(端子)插入方向的最大高度粗糙度Rz被规定为10μm以下(含0μm)。若该最大高度粗糙度Rz大，则在最表面露出的Cu-Sn合金被覆层的表面积变宽，部件表面的耐腐蚀性降低，氧化物量等增加，接触电阻容易增加，难以维持电可靠性。另外，在铜板材的表面粗糙化处理中，若在铜板材105上宽而深地形成凹部106，则最大高度粗糙度Rz虽然变大，但这容易伴随铜板材105的变形。因此最大高度粗糙度Rz为10μm以下，优选为超过0(稍微突出)～5μm以下。
在图9的例子中，两个平行Sn被覆层群X、Y相互交叉成直角，但该交叉角度可以适宜进行设定。使两个平行Sn被覆层群X、Y交叉时，Cu-Sn合金被覆层的角部隆起得更高(在表面粗糙化处理中，两个凹部交叉处的角隆起)，低插入力效果提高。但是，如果平行Sn被覆层的宽度和邻接的平行Sn被覆层彼此的间隔相同，则交叉角度越小，隆起间隔越宽，低插入力效果变小。因此，该交叉角度优选为10°～90°。
将3个以上的Sn被覆层群交叉成格子状的情况也包含在本发明中。这一情况下，同样地构成各Sn被覆层群的平行Sn被覆层中，宽度被设定为1～500μm，在相同的Sn被覆层群中包含的邻接的平行Sn被覆层彼此的间隔被设定为1～2000μm。同样，各Sn被覆层群的交叉角度优选为10°～90°。
在本发明的嵌合型连接部件中，将部件(端子)插入方法与Sn被覆层群的长度方向的夹角在0°～90°的范围适宜设定即可。Sn被覆层群为1个时，上述角度优选为超过0°～90°，该角度越大越优选，更优选为20°～90°，进一步优选为90°。Sn被覆层群为多个时，至少有某一个Sn被覆层群与插入方向的角度以上述方式设定。
形成于铜板材表面的表面被覆层之中，Cu-Sn合金被覆层由Cu6Sn5和Cu3Sn的任意一方或双方构成，平均厚度为0.1～3.0μm。这是与现有技术(前述专利文献1、2)等同的数值。Cu-Sn合金被覆层的平均厚度低于0.1μm时，材料表面的耐腐蚀性降低，氧化物量等增加，接触电阻容易增加，难以维持电可靠性。另一方面，若超过3.0μm，则在成本方面不利，生产率也差。因此，Cu-Sn合金被覆层的平均厚度为0.1～3.0μm，优选为0.2～1.0μm。
Sn被覆层由Sn金属或Sn合金构成。Sn合金的情况下，作为合金元素可列举Cu、Ag、Ni、Bi、Zn等，这些元素优选为10质量％以下。Sn被覆层的平均厚度为0.2～5.0μm。这是与现有技术(前述专利文献1、2)等同的数值。Sn被覆层的平均厚度低于0.2μm时，高温氧化等的热扩散导致材料表面的Cu的氧化物变多，接触电阻容易增加，耐腐蚀性也变差，因此难以维持电可靠性。另一方面，若超过5.0μm，则在成本方面不利，生产率也差。因此，Sn被覆层的平均厚度为0.2～5.0μm，优选为0.5～3.0μm。
作为上述嵌合型连接部件的表面被覆层的一部分，也可以在铜板材的表面与Cu-Sn合金被覆层之间形成Ni被覆层，另外，也可以在所述Ni被覆层与所述Cu-Sn合金被覆层之间再形成Cu被覆层。此外，也可以在所述连接部件用铜板材的表面与Ni被覆层之间形成Cu被覆层。这些被覆盖层均由镀敷形成，Ni被覆层与所述Cu-Sn合金被覆层之间的Cu被覆层，如前述，是在回流处理后在Cu-Sn合金被覆层之下残留的Cu镀层。
Ni被覆层由金属Ni或Ni合金构成。Ni合金的情况下，作为合金元素可列举Cu、P、Co等，Cu优选为40质量％以下，P、Co优选为10质量％以下。Ni被覆层的平均厚度优选为0.1～10μm。另外，Cu被覆层由金属Cu或Cu合金构成。Cu合金的情况下，作为合金元素可列举Sn、Zn等，Sn优选低于50质量％，其他元素优选为5质量％以下。Cu被覆层的平均厚度优选为3.0μm以下。
接下来，对于上述嵌合型连接部件的制造方法进行补充说明。
作为表面粗糙化处理方法，在专利文献1～3中公开有离子蚀刻等物理的方法，蚀刻或电解研磨等化学的方法，轧制(使用通过研磨或喷丸等而使表面粗糙化的工作辊)、研磨、喷丸等机械的方法。但是运用这样的方法，并不能形成上述这样的作为多条平行线被观察到的Sn被覆层群，和在其两侧邻接的Cu-Sn合金被覆层。
另一方面，在专利文献7、8中记述了在端子形状加工时对铜板材表面实施表面粗糙化处理的技术。即，对铜板材实施冲裁加工，形成端子原材经由带状的连结部沿长度方向连成连锁状的铜板材，并且在所述冲裁加工的同时，或者在冲裁加工之前或之后，对所述铜板材实施冲压加工，使端子原材板面(铜板材表面)的表面粗糙度增大。但是专利文献7、8中没有关于冲压加工的具体方法的记载。
Cu-Sn合金被覆层在经过表面粗糙化处理(人为地形成凹凸)的铜板材表面的凸的部分经回流处理后露出。因此，Cu-Sn合金被覆层或Sn被覆层的露出形态在表面粗糙化处理中，反映出在铜板材表面所形成的凹凸的形态。
在本发明中，作为表面粗糙化处理，如先前参照图11所说明的那样，能够应用如下方式：将在按压面上平行线状地形成有极其细小的凹凸的金属模具设置在压力机上，通过用该金属模具冲压铜板材的表面，凸部(刀尖)被钉入铜板材的表面。根据该方法，可以实现本发明所规定的Cu-Sn合金被覆层或Sn被覆层的露出形态，对于Sn被覆层的宽度、Sn被覆层彼此的间隔也可以自由控制。
还有，在金属模具101的按压面上附加细小的凹凸的方法，有放电加工、磨削加工、激光加工等，能够根据所需要的尺寸精度、加工形状任意地选择。凸部的形状、形成间距不一定要固定。
冲裁成部件形状和表面粗糙化处理之后，对铜板材进行所述的后镀敷。对于铜板材进行表面粗糙化处理和后镀敷处理的区域，可以涉及铜板材的单面或全部两面，也可以只占单面或两面的一部分。针对铜板材的至少与对方侧部件嵌合时构成滑动面的面进行即可。
后镀敷能够通过如下方式制造：根据需要进行镀Ni后，按顺序形成Cu镀层和Sn镀层后，进行回流处理。另外，根据需要也可以在Ni镀层之下形成Cu镀层，用于改善Ni镀敷的附着性。或者也可以在铜板材表面直接只形成Sn镀层。
若对于后镀敷后的铜板材实施回流处理，则Cu镀层和Sn镀层的Cu和Sn相互扩散而形成Cu-Sn合金被覆层，这时能够得到Sn镀层残留，Cu镀层完全消失和有一部分残留这两种情况。Cu镀层的一部分残留时，铜板材表面(形成Ni镀层时Ni被覆层表面)与Cu-Sn合金被覆层之间形成Cu被覆层。未形成Ni镀层时，根据Cu镀层的厚度，也有Cu由铜板材(母材)被供给的情况。在铜板材表面直接只形成Sn镀层时，铜板材(母材)中的Cu和Sn镀层中的Sn相互扩散而形成Cu-Sn合金被覆层。
优选Cu镀层的平均厚度为0.1～1.5μm，Sn镀层的平均厚度为0.3～8.0μm，Ni镀层的平均厚度优选为0.1～10μm。
还有在本发明中，Cu镀层、Sn镀层和Ni镀层除了Cu、Sn、Ni金属以外，也包括Cu合金、Sn合金和Ni合金。Cu镀层、Sn镀层和Ni镀层为Cu合金、Sn合金和Ni合金时，各合金的合金元素与Cu被覆层、Sn被覆层和Ni被覆层的各合金相同即可。
通过以下的实施例，究其要点，更具体地进行说明，但本发明并不受这些实施例限定。
【实施例1】
[Cu合金母材的制作]
在本实施例中，Cu中含有1.8质量％的Ni、0.40质量％的Si、1.1质量％的Zn、0.10质量％的Sn，制作维氏硬度180，厚度0.25mmt的铜合金条。
从上述铜合金条上切下100mm×40mm(轧制长度方向×直角方向)的试验片，在形成销端子(日语：ピン端子)的顺送金属模具内的既定位置(销端子成形加工后的位置)，安装在按压面上附加有既定凹凸的零件，以5mm间隔成形加工1mmw×22mmL的销端子形状，同时对各销端子的1mmw×10mmL的范围进行表面粗糙化处理。成形加工和表面粗糙化处理后的铜板材的概略图显示在图5中。在图5中，2为铜板材，3为销端子部，两个箭头的范围是实施了表面粗糙化处理的部分。通过使用凹凸形状不同的零件等，能够得到各种表面粗糙度。
但是，关于作为现有材料的No.11，仿效专利文献1、2，使用对表面进行了表面粗糙化处理的工作辊进行轧制，使铜板材的整个面粗糙化后，成形加工为销端子形状，关于同样作为现有材料的No.12，完全不进行表面粗糙化处理。
接着，根据下述方法进行表面粗糙度的测量。测量的算术平均粗糙度Ra、凹凸的平均间隔RSm、偏斜度Rsk和突出峰部高度Rpk显示在表1中。另外，No.1的粗糙度曲线、振幅曲线和负荷曲线显示在图1～3中。
[表面粗糙度测量方法]
使用接触式粗糙度仪(株式会社东京精密制(TOKYO SEIMITSU CO，LTD)，サ一フコム(SURFCOM)1400)，基于JIS B0601：2001，JIS B0671：2002进行测量。表面粗糙度测量条件为，切断值0.8mm，基准长度0.8mm，评价长度4.0mm，测量速度0.3mm/s，触针前端半径5μmR，测量沿销端子插入方向在多处进行，以算术平均粗糙度Ra出现最大的粗糙度曲线为基础，求得表面粗糙度的各参数。还有，关于No.1～10、13～17的试验材，在能够确保评价长度4.0mm的范围内，在销端子插入方向以外也进行算术平均粗糙度Ra的测量。其结果是，在这些试验材中，算术平均粗糙度Ra无论在哪个方向上，都与在销端子插入方向上测量的算术平均粗糙度Ra的最大值大致等同或在其以下。
接着，对于No.1～17的铜板材实施镀Cu和镀Sn后，进行280℃×10sec的回流处理而得到实验片。Cu镀层的平均厚度为0.15μm，使Sn镀层的平均厚度变化为0.7μm、1.0μm和1.3μm，回流后的Sn被覆层的厚度分别为0.4μm、0.7μm、1.0μm。
实施例1(Sn被覆层的厚度：0.7μm)的表面SEM(组成像)显示在图6中。可知图中的白色部为Sn被覆层，黑色部为Cu-Sn合金被覆层，在最表面形成有Cu-Sn合金被覆层和Sn被覆层(Cu-Sn合金被覆层从Sn被覆层之间露出)。在该例中，平行线状的Sn被覆层直角交叉而成为格子状。另外，各Sn被覆层的方向相对于端子插入方向设定为45°的角度。在No.2～10、13～17中，也形成平行线状的Sn被覆层(包含格子状的Sn被覆层)。
还有，Cu镀层、Sn镀层和Sn被覆层的平均厚度的测量方法如下。
[Cu镀层的平均厚度的测量方法]
使用SEM(扫描型电子显微镜)，以10000倍的倍率观察以切片法进行加工的回流处理前的试验材的截面，通过图像分析处理计算Cu镀层的平均厚度。
[Sn镀层的平均厚度的测量方法]
使用X射线荧光膜厚仪(セイコ一インスツルメンツ株式会社(SeikoInstruments Inc.)，SFT3200)，测量回流处理前的试验材的Sn镀层的平均厚度。测定条件中，校正线使用Sn/母材的单层校正线，将准直仪直径设为φ0.5mm。
[Sn被覆层的平均厚度的测量方法]
首先，使用X射线荧光膜厚仪(セイコ一インスツルメンツ株式会社，SFT3200)，测量试验材的Sn被覆层的膜厚和Cu-Sn合金被覆层所含有的Sn成分的膜厚的和。其后，在以p-硝基苯酚(p-nitrophenol)和苛性钠为成分的水溶液中浸渍10分钟，除去Sn被覆层。再次使用X射线荧光膜厚仪，测量Cu-Sn合金被覆层所含有的Sn成分的膜厚。测量条件为，校正线使用Sn/母材的单层校正线，使准直仪直径为φ0.5mm。在Sn被覆层的膜厚和Cu-Sn合金被覆层所含有Sn成分的膜厚的和的测量中，作为测量点，对于宽1mm的试验片来说，在夹隔试验片的宽度方向(与长度方向直交的方向)中央位置和由准直仪照射的X射线端避开冲裁所形成的角部的下陷(sags)的中央位置的2处位置(计3处)，对于宽3mm的冲裁材来说，在试验片的宽度方向(与长度方向直交的方向)中央位置和从两端进入0.5mm的位置(计3处)，分别从长度方向端部进入1mm的位置和距该位置沿长度方向间距0.5mm，共计选定10个点，求得每个试验片3处×10点的共计30个点的测量值的平均值。Cu-Sn合金被覆层所含有的Sn成分的膜厚的测量也以同样方式进行。从所得到的Sn被覆层的膜厚和Cu-Sn合金被覆层所含有的Sn成分的膜厚的和，减去Cu-Sn合金被覆层所含有的Sn成分的膜厚，由此计算Sn被覆层的平均厚度。
接着，对于得到的试验片，按照下述的要领进行摩擦系数评价试验。其结果显示在表1中。还有，表1的摩擦系数的压纹1.5一栏记述的是雌端子试验片的半球的内径为1.5mm时的摩擦系数，压纹1.0一栏记述的是雌试验片的的半球的内径为1.0mm时的摩擦系数。
[摩擦系数评价试验]
模拟嵌合型连接部件的电接点的接榫(日语：インデント)部的形状，使用图7所示的装置进行评价。首先，把从各试验材(No.1～17)切下的销端子形状的雄端子试验片4固定在水平的工作台5上，在其上放置雌端子试验片6，使被覆层彼此接触，该雌端子试验片6是从使用No.12的母材，不进行端子成形加工，而是以平板形状进行了镀敷加工(Cu：0.15μm、Sn：1.0μm，回流处理)的材料上切下的半球加工材(内径为φ1.5mm和φ1.0mm)。接着，对雌端子试验片6施加3.0N的载荷(锤7)按压雄端子试验片4，使用卧式载荷测量仪(アイコ一エンジニアリング株式会社(AIKOH ENGINEERING CO，LTD)，Model-2152)，沿端子插入方向在水平方向上牵引雄试验片4(滑动速度为80mm/min)，测量滑动距离达到5mm的最大摩擦力F(单位：N)。摩擦系数根据下式(1)求得。还有，8是测力传感器，箭头是滑动方向。
摩擦系数＝F/3.0…(1)
【表1】
Figure BSA00000462950900241
*规定范围外及特性差的位置
如表1所示，No.1～7、13～16，关于表面粗糙度满足本发明规定的要件，在压纹1.5中，即使Sn被覆层的厚度为0.7μm，摩擦系数也低于0.4，显示出优异的特性。
其中，No.1～5、7、13、14，突出峰部高度Rpk在0.3～1μm的范围内，由凹凸的平均间隔RSm表现的峰部之上存在进一步突出到表面的部分，因此压纹1.0时，Sn被覆层厚度0.7μm的摩擦系数仍低于0.4，显示出很低的值。还有，No.6的凹凸的平均间隔RSm为比较宽的0.29mm，压纹1.0下的Sn被覆层厚度0.7μm的摩擦系数变高，为0.55。
另一方面，No.8因为算术平均粗糙度Ra为0.32μm，表面的凹凸小，所以Sn被覆层的厚度为0.7μm时的摩擦系数大。No.9因为算术平均粗糙度Ra小，此外凹凸的平均间隔RSm也大，所以即使Sn被覆层的厚度为0.4μm，摩擦系数也大。No.10因为凹凸的平均间隔RSm大，所以摩擦系数大。No.11是现有例，虽然算术平均粗糙度Ra、凹凸的平均间隔RSm均满足规定，但是偏斜度Rsk在+侧，所以在压纹1.5下，Sn被覆层的厚度为0.7μm的摩擦系数也大。No.12也是现有例，因为算术平均粗糙度Ra小，所以摩擦系数大。
【实施例2】
除了实施例1中使用的No.4、5、7、13、14以外，对于新的No.17，按照与实施例1同样的步骤进行成形加工、表面粗糙化处理、镀敷和回流处理而制作试验片，接着以同样的步骤测量表面粗糙度(包括突出谷部深度Rvk)、Sn被覆层的厚度和摩擦系数。对于No.4和No.17以及No.5和No.14而言，算术平均粗糙度Ra、凹凸的平均间隔RSm、偏斜度Rsk和突出峰部高度Rpk大致等同，突出谷部深度Rvk不同。另外，按下述要领针对No.4、5、7、13、14、17测量高温放置后的接触电阻。其结果显示在表2中。
[高温放置后的接触电阻评价试验]
对于各试验材，在大气中进行160℃×120hr和500hr的热处理后，通过四端子法，以开路电压20mV、电流10mA、无滑动的条件，测量接触电阻。
【表2】
Figure BSA00000462950900261
*规定范围外及特性差的位置
如表2所示，在No.4、5、7、13、14、17中，算术平均粗糙度Ra、凹凸的平均间隔RSm、偏斜度Rsk和突出峰部高度Rpk全部满足规定，因此Sn被覆层厚度0.7μm下的摩擦系数低于0.4，显示出很低的数值。其中，特别是No.4、5、7、13，突出谷部深度Rvk在规定范围内，即使Sn被覆层厚度为1.0μm，摩擦系数也低于0.4，显示出很低的值。
另一方面，No.14、17的突出谷部深度Rvk在规定范围外，Sn被覆层厚度1.0μm下的摩擦系数为0.4以上。而且在No.14、15中，为了使160℃×500hr加热后的接触电阻低于1.0mΩ，需要使Sn被覆厚度达到1.0μm以上，无法兼顾低摩擦系数和高接触可靠性，但Rvk在规定范围内的No.4、5、7、13，却能够使Sn被覆厚度为1.0μm而满足低摩擦系数和高接触可靠性这两方。
【实施例3】
[铜板材(镀敷母材)的制作]
在本实施例中，制作在与实施例1所述相同的Cu中含有1.8质量％的Ni、0.40质量％的Si、1.1质量％的Zn、0.10质量％的Sn，维氏硬度180，厚0.25mmt的铜合金条。
从上述铜合金条上切下100mm×40mm(轧制长度方向×直角方向)的试验片，在形成销端子的顺送金属模具内的既定位置(销端子成形加工后的位置)，安装在按压面上附加有既定凹凸的零件，以5mm间隔成形加工1mmw×22mmL的销端子形状，同时对各销端子的1mmw×10mmL的范围进行表面粗糙化处理。成形加工和表面粗糙化处理后的铜板材的概略图显示在图12中。在图12中，111为铜板材，112为销端子部，两个箭头的范围是实施了表面粗糙化处理的部分。通过使用凹凸形状不同的零件，或进行多次冲击等，能够得到各种表面形态。
接着，对于No.101～116的铜板材实施镀Ni(一部分不实施)，其次实施镀Cu和镀Sn后，进行280℃×10sec的回流处理，由此得到试验片。
将No.101的表面SEM(组成像)显示在图13中。图中的白色部为Sn被覆层，黑色部为Cu-Sn合金被覆层。在Sn被覆层中，分别含有作为多条平行线被观察到的两个Sn被覆层群，一方的Sn被覆层群和另一方的Sn被覆层群以90°的角度交叉，全部呈格子状。还有，在该例中，于表面粗糙化处理后、镀敷前的销端子表面，以90°的角度交叉形成有作为多条平行线被观察到的细小的槽(谷)，这些槽全部呈格子状。
在表3中显示各试验片的表面形态和各被覆层的平均厚度。在表3中，所谓直线X是指构成一方的Sn被覆层群的Sn被覆层，所谓直线Y是指构成另一方的Sn被覆层群的Sn被覆层，只存在一方的Sn被覆层群时，直线Y一栏为空白栏。表示各试验片的表面形态的各参数和各被覆层的平均厚度的测量方法如下。
[最大高度粗糙度Rz]
使用接触式粗糙度仪(株式会社东京精密制，サ一フコム1400)，基于JIS B0601：2001进行测量。表面粗糙度测量条件为，切断值0.8mm，基准长度0.8mm，评价长度4.0mm，测量速度0.3mm/s，触针前端半径5μmR，测量沿销端子插入方向在多处进行，根据所得到的各粗糙度曲线求得最大高度粗糙度Rz，其最大值作为试验片的最大高度粗糙度Rz。还有，最大高度粗糙度Rz无论在哪个测量位置都能够得到大致相同的值。图13中显示在No.101所测量的粗糙度曲线的一例。
[Sn层的宽度等]
使用操作电子显微镜观察试验片的表面，由其组成像测量Sn被覆层(X、Y)的宽度，直线X、Y的间隔。还有，X、Y的交叉角度，X与插入方向交叉角度在表面粗糙化处理的阶段设定。
[被覆层厚度]
在与以平行线状被观察到的Sn被覆层垂直的截面切断试验片，使用扫描型电子显微镜观察其截面的中央部，对其组成像进行图像分析处理，计算Ni被覆层、Cu-Sn合金被覆层和Sn被覆层的平均厚度。Cu被覆层均消失。
Figure BSA00000462950900291
接下来，对于所得到的实验片，按照下述的要领进行摩擦系数评价试验和高温放置后的接触电阻评价试验。其结果显示在表4中。还有，表4的摩擦系数的压纹1.5一栏记述的是雌端子试验片的半球的内径为1.5mm时的摩擦系数，压纹1.0一栏记述的是雌端子试验片的的半球的内径为1.0mm时的摩擦系数。另外，表4的舌片一栏记述的是雌试验片为宽10mm的弯曲的(曲率半径2mm)舌片时的摩擦系数。
[摩擦系数评价试验]
模拟嵌合型连接部件的电接点的接榫部的形状，使用图14所示的装置进行评价。首先，把从各试验材(No.101～116)切下的销端子形状的雄试验片114固定在水平的工作台115上，在其上放置雌试验片116，使被覆层彼此接触，该雌端子试验片116是从对于未进行表面粗糙化处理的铜板材实施了镀敷加工(Cu：0.15μm、Sn：1.0μm，回流处理)的材料上切下的半球加工材(内径为φ1.5mm和φ1.0mm)，或是成形为舌片的雌试验片。接着，对雌试验片106施加3.0N的载荷(锤117)按压雄试验片114，使用卧式载荷测量仪(アイコ一エンジニアリング株式会社，Model-2152)，沿端子插入方向在水平方向上牵引雄试验片114(滑动速度为80mm/min)，测量滑动距离达到5mm的最大摩擦力F(单位：N)。摩擦系数根据上式(1)求得。还有，118是测力传感器，箭头是滑动方向。
[高温放置后的接触电阻评价试验]
对于各试验材，在大气中进行160℃×500hr的热处理后，通过四端子法，以开路电压20mV、电流10mA、无滑动的条件，测量接触电阻。160℃×500hr加热后的接触电阻低于1.0mΩ的耐热性良好(○)，1.0mΩ以上的耐热性差(×)。
【表4】
*特性差的位置
如表4所示，No.101～113关于Sn被覆层的宽度与间隔以及最大高度粗糙度Rz满足本发明规定的要件，至少在对方材为舌片时，摩擦系数低于0.4，显示出很低的值。特别是各参数在优选的范围内，即最大高度粗糙度Rz为0.1～5μm，Sn被覆层(直线X、Y)的宽度在50μm以下，邻接的Sn被覆层彼此的间隔(邻接的直线X、X的间隔，直线Y、Y的间隔)为250μm以下时，压纹1.0mm下，摩擦系数也低于0.4，显示出很低的值。
另一方面，No.114的最大高度粗糙度Rz过大，因此加热后接触电阻高，No.115因为Sn被覆层的宽度过大，所以摩擦系数高，No.116因为Sn被覆层彼此的间隔(邻接的直线X、X的间隔，直线Y、Y的间隔)过大，所以摩擦系数高。

Claims (19)

1.一种连接部件用铜板材，其是在最表面形成有Cu-Sn合金被覆层和Sn或Sn合金被覆层的连接部件用铜板材，其特征在于，
所述连接部件用铜板材的表面粗糙度中，与连接时的滑动方向平行的方向的算术平均粗糙度Ra为0.5μm以上、4.0μm以下，同方向的凹凸的平均间隔RSm为0.01mm以上、0.3mm以下，偏斜度Rsk小于0，突出峰部高度Rpk为1μm以下。
2.根据权利要求1所述的连接部件用铜板材，其特征在于，
同方向的突出谷部深度Rvk为2μm以上、15μm以下。
3.根据权利要求1所述的连接部件用铜板材，其特征在于，
被冲裁加工成销端子形状。
4.一种连接部件用导电材料，其特征在于，
在权利要求1～3中任一项所述的连接部件用铜板材的表面，依次形成Cu-Sn合金被覆层和Sn或Sn合金被覆层，Cu-Sn合金被覆层的一部分在最表面露出。
5.根据权利要求4所述的连接部件用导电材料，其特征在于，
在所述连接部件用铜板材的表面与所述Cu-Sn合金层之间具有Ni被覆层。
6.根据权利要求5所述的连接部件用导电材料，其特征在于，
在所述Ni被覆层与所述Cu-Sn合金层之间还具有Cu被覆层。
7.根据权利要求5所述的连接部件用导电材料，其特征在于，
在所述连接部件用铜板材的表面与所述Ni被覆层之间还具有Cu被覆层。
8.根据权利要求4所述的连接部件用导电材料，其特征在于，
所述Sn被覆层经回流处理而平滑化。
9.一种嵌合型连接部件，其是对冲裁加工成既定形状的铜板材进行后镀敷及回流处理而制造，且在与对方侧部件的接触侧最表面混合存在Cu-Sn合金被覆层和Sn被覆层，且所述Sn被覆层经回流处理而平滑化的嵌合型连接部件，其特征在于，
所述Sn被覆层包括作为多条平行线而被观察到的Sn被覆层群，在构成所述Sn被覆层群的各个Sn被覆层的两侧，邻接存在所述Cu-Sn合金被覆层，部件插入方向的最大高度粗糙度Rz为10μm以下。
10.根据权利要求9所述的嵌合型连接部件，其特征在于，
属于所述Sn被覆层群的Sn被覆层的宽度为1～500μm，属于所述Sn被覆层群的Sn被覆层中邻接的Sn被覆层彼此的间隔为1～2000μm。
11.一种嵌合型连接部件，其是对冲裁加工成既定形状的铜板材进行后镀敷及回流处理而制造，且在与对方侧端子的接触侧最表面混合存在Cu-Sn合金被覆层和Sn被覆层，且所述Sn被覆层经回流处理而平滑化的嵌合型连接部件，其特征在于，
所述Sn被覆层包括作为多条平行线而被观察到的Sn被覆层群、和同样作为多条平行线被观察到的其他Sn被覆层群1个或2个以上，各Sn被覆层群交叉成格子状，在构成各Sn被覆层群的各个Sn被覆层的两侧，邻接存在Cu-Sn合金被覆层，部件插入方向的最大高度粗糙度Rz为10μm以下。
12.根据权利要求11所述的嵌合型连接部件，其特征在于，
属于所述Sn被覆层群的Sn被覆层的宽度为1～500μm，属于相同的Sn被覆层群的Sn被覆层中邻接的Sn被覆层彼此的间隔为1～2000μm。
13.根据权利要求9～12中任一项所述的嵌合型连接部件，其特征在于，
所述铜板材在后镀敷之前被实施表面粗糙化处理，在表面作为多条平行线而被观察到的凹部经冲压加工形成。
14.根据权利要求9～12中任一项所述的嵌合型连接部件，其特征在于，
在所述铜板材表面，依次形成所述Cu-Sn合金被覆层和Sn被覆层作为表面镀层，所述Cu-Sn合金被覆层的一部分在最表面露出。
15.根据权利要求14所述的嵌合型连接部件，其特征在于，
所述Cu-Sn合金被覆层的平均厚度为0.1～3μm，所述Sn被覆层的平均厚度为0.2～5.0μm。
16.根据权利要求13所述的嵌合型连接部件，其特征在于，
在所述铜板材的表面与所述Cu-Sn合金被覆层之间具有Ni被覆层。
17.根据权利要求16所述的嵌合型连接部件，其特征在于，
在所述Ni被覆层与所述Cu-Sn合金被覆层之间还具有Cu被覆层。
18.根据权利要求16所述的嵌合型连接部件，其特征在于，
在所述铜板材的表面与所述Ni被覆层之间还具有Cu被覆层。
19.一种权利要求9～12中任一项所述的嵌合型连接部件的制造方法，其特征在于，
在冲裁加工铜板材的同时或其前后，利用冲压加工在所述铜板材的表面进行表面粗糙化处理，形成作为多条平行线而被观察到的凹部，接着对经表面粗糙化处理的铜板材的表面进行后镀敷，再进行回流处理。
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