CN107923058A - 镀Sn材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

在形成于由铜或铜合金构成的基材(10)表面的由Ni构成的基底层(12)表面上、形成有含Sn的最表层(14)的镀Sn材料中，最表层(14)用由大量Cu‑Sn合金的晶粒构成的Cu‑Sn合金层(14a)、和形成于该Cu‑Sn合金层(14a)的最外表面中邻接的Cu‑Sn合金的晶粒间的凹部的由Sn构成的平均厚度0.01～0.20μm的Sn层(14b)、和相互相离地配置于Cu‑Sn合金层(14a)内的基底层(12)侧的由Cu‑Ni‑Sn合金构成的多个Cu‑Ni‑Sn合金层(14c)构成。

Description

镀Sn材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及镀Sn材料及其制造方法，特别涉及作为能够插拔的连接端子等的材料使用的镀Sn材料及其制造方法。
背景技术
以往，作为能够插拔的连接端子的材料，使用在铜或铜合金等导体原材料的最外层实施镀Sn的镀Sn材料。尤其，镀Sn材料的接触电阻小，从接触可靠性、耐腐蚀、锡焊焊接性、经济性等观点出发，作为汽车、移动电话、个人电脑等信息通信设备，机器人等工业设备的控制基板，插头、引线框、继电器、开关等的端子或汇流条的材料使用。
作为这样的镀Sn材料，提出了实施了镀覆的铜或铜合金，其中，在铜或铜合金的表面上形成Ni或Ni合金层，在最外表面侧形成Sn或Sn合金层，在Ni或Ni合金层和Sn或Sn合金层之间形成1层以上将Cu和Sn作为主要成分的中间层或将Cu和Ni和Sn作为主要成分的中间层，这些中间层中的至少1个中间层包括Cu含量在50重量％以下且Ni含量在20重量％以下的层(例如，参照专利文献1)。
此外，提出了连接构件用导电材料，其中，在由Cu板条构成的母材的表面依次形成Cu含量为20～70at％且平均的厚度为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，对其表面进行回流焊接处理，至少一方向上的算术平均粗糙度Ra为0.15μm以上且全部方向上的算术平均粗糙度Ra为3.0μm以下，在Sn被覆层的表面露出形成Cu-Sn合金被覆层的一部分，Cu-Sn合金被覆层的材料表面露出面积率为3～75％(例如，参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2003-293187号公报(段落编号0016)
专利文献2：日本专利特开2006-183068号公报(段落编号0014)
发明的概要
发明所要解决的技术问题
但是，专利文献1的镀Sn材料虽然锡焊焊接性、耐晶须性以及耐热可靠性、和成形加工性良好，但如果将该镀Sn材料作为能够插拔的连接端子等的材料使用，则存在连接端子的插入时插入力变高的问题。此外，专利文献2的镀Sn材料中，为了降低作为能够插拔的连接端子等的材料使用时的插入力，在对基材的表面进行粗糙化后实施镀覆，因此制造成本变高。
因此，本发明鉴于这样的以往的问题点，目的在于提供作为能够插拔的连接端子等电气元件的材料使用时的插入力低的镀Sn材料、以及以低成本制造该镀Sn材料的方法。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明人为了解决上述课题进行认真研究的结果是，发现在形成于由铜或铜合金构成的基材表面的由Ni或Cu-Ni合金构成的基底层表面上、形成有含Sn的最表层的镀Sn材料中，通过用由Cu-Sn合金构成的Cu-Sn合金层、和形成于该Cu-Sn合金层的最外表面的凹部内的由Sn构成的平均厚度0.01～0.20μm的Sn层、和配置于Cu-Sn合金层内的基底层侧的由Cu-Ni-Sn合金构成的Cu-Ni-Sn合金层构成最表层，能够以低成本制造作为能够插拔的连接端子等电气元件的材料使用时的插入力低的镀Sn材料，从而完成了本发明。
即，本发明的镀Sn材料的特征在于，在形成于由铜或铜合金构成的基材表面的由Ni或Cu-Ni合金构成的基底层表面上、形成有含Sn的最表层的镀Sn材料中，最表层用由Cu-Sn合金构成的Cu-Sn合金层、和形成于该Cu-Sn合金层的最外表面的凹部内的由Sn构成的Sn层、和配置于Cu-Sn合金层内的基底层侧的由Cu-Ni-Sn合金构成的Cu-Ni-Sn合金层构成，Sn层的平均厚度为0.01～0.20μm。
在该镀Sn材料中，Cu-Sn合金层由Cu-Sn合金的晶粒形成，凹部优选形成于最外表面中邻接的Cu-Sn合金的晶粒间，Cu-Ni-Sn合金层优选由相互相离地配置的多个层构成。镀Sn材料的最外表面中Sn层所占的面积率优选为10～80％。Sn层的最大厚度优选1.5μm以下，Cu-Sn合金层的平均厚度优选0.5～1.5μm，基底层的平均厚度优选0.05～0.5μm。此外，在剥离Sn层的状态下，最外表面的算术平均起伏Wa优选0.06μm以下。
本发明的镀Sn材料的制造方法的特征在于，在处理由铜或铜合金构成的基材的表面后，在基材的表面依次形成厚度0.05μm以上的镀Ni层、和厚度0.05μm以上的镀Cu层、和厚度0.2～0.9μm的镀Sn层，之后，通过热处理，形成用由Cu-Sn合金构成的Cu-Sn合金层、和形成于该Cu-Sn合金层的最外表面的凹部内的由Sn构成的Sn层、和配置于Cu-Sn合金层内的基底层侧的由Cu-Ni-Sn合金构成的Cu-Ni-Sn合金层构成的最表层。
在该镀Sn材料的制造方法中，优选通过基材的表面的处理，将基材的表面的算术平均粗糙度Ra设为0.05～0.1μm，最大高度Rz设为0.4～1.0μm，算术平均起伏Wa设为0.05μm以下。此外，优选将镀Sn层的厚度与镀Cu层的厚度的比设为1.2～3.5，将镀Sn层的厚度与镀Cu层的厚度和镀Ni层的厚度之和的比设为0.5～3.0。而且，热处理是在温度500～800℃的范围内保持20秒以下的热处理，优选以形成用由Cu-Sn合金构成的Cu-Sn合金层、和形成于该Cu-Sn合金层的最外表面的凹部内的由Sn构成的Sn层、和配置于Cu-Sn合金层内的基底层侧的由Cu-Ni-Sn合金构成的Cu-Ni-Sn合金层构成的最表层的方式设定温度和时间来进行。
此外，本发明的电气元件的特征在于，将上述的镀Sn材料作为材料使用。
发明的效果
如果采用本发明，则可以低成本制造作为能够插拔的连接端子等电气元件的材料使用时的插入力低的镀Sn材料。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的镀Sn材料的实施方式的平面图。
图2是示意性地表示图1的镀Sn材料的剖面图。
具体实施方式
本发明的镀Sn材料的实施方式如图1以及图2所示，在形成于由铜或铜合金构成的基材10表面的由Ni或Cu-Ni合金构成的基底层12表面上、形成有含Sn的最表层14的镀Sn材料中，最表层14用由大量Cu-Sn合金的晶粒构成的Cu-Sn合金层14a、和形成于该Cu-Sn合金层14a的最外表面中邻接的Cu-Sn合金的晶粒间的凹部的由Sn构成的Sn层14b、和相互相离地配置于Cu-Sn合金层14a内的基底层12侧的由Cu-Ni-Sn合金构成的多个Cu-Ni-Sn合金层14c构成。此外，优选在基底层12和最表层14之间，不存在由Cu构成的层作为中间层。
该镀Sn材料中，Cu-Sn合金优选Sn浓度为20～50原子％，余分由Cu构成，也可含有Cu6Sn5或Cu3Sn。此外，Cu-Ni-Sn合金优选Sn浓度为20～30原子％，余分由Cu和Ni构成，进一步优选Ni浓度为5～25原子％，也可含有Cu3Sn的一部分的Cu被Ni所取代的(Cu,Ni)3Sn。
Sn层14b是Sn浓度为90原子％以上、优选为95原子％以上的层，也可含有10原子％以下、优选为5原子％以下的Cu。Sn层14b的平均厚度为0.01～0.20μm，优选0.02～0.15μm，进一步优选0.03～0.10μm。Sn层14b的最大厚度优选1.5μm以下，进一步优选0.05～1.2μm。镀Sn材料的最外表面中Sn层14b所占的面积率优选为10～80％，进一步优选10～60％。
Cu-Sn合金层的14a的平均厚度优选0.5～1.5μm，进一步优选0.7～1.3μm。
基底层12的平均厚度优选0.05～0.5μm，进一步优选0.05～0.3μm。
镀Sn材料的(与轧制方向垂直的剖面上的)最外表面的凹部间(邻接的Sn层14b间)的平均间隔(沿着剖面上的各个Cu-Sn合金层14a的最外表面的长度的平均值)优选0.1～3.0μm，进一步优选1.0～2.5μm。凹部的最大深度(Sn层14b的最大厚度)(a)与最外表面的凹部间的平均间隔(b)的比(a/b)优选0.1～1.5，进一步优选0.2～1.0。此外，在剥离Sn层14的状态下，Cu-Sn合金层14a的最外表面的算术平均起伏Wa优选0.06μm以下，进一步优选0.005～0.05μm。认为Sn层14剥离的状态的Cu-Sn合金层14a的最外表面的算术平均起伏Wa越小，则由于镀Sn材料作为能够插拔的连接端子等电气元件的材料使用时的滑动导致的阻力变小，可减小插入力。
本发明的镀Sn材料的制造方法的实施方式中，在处理由铜或铜合金构成的基材的表面后，在基材的表面依次形成厚度0.05μm以上的镀Ni层、和厚度0.05μm以上的镀Cu层、和厚度0.2～0.9μm的镀Sn层，之后，通过热处理，形成用由Cu-Sn合金构成的Cu-Sn合金层14a、和形成于该Cu-Sn合金层14a的最外表面的凹部内的由Sn构成的Sn层14b、和配置于Cu-Sn合金层14a内的基底层12侧的由Cu-Ni-Sn合金构成的Cu-Ni-Sn合金层14c构成的最表层14。
在该镀Sn材料的制造方法中，优选通过基材的表面的处理，将基材的表面的算术平均粗糙度Ra设为0.05～0.1μm，最大高度Rz设为0.4～1.0μm，算术平均起伏Wa设为0.05μm以下。这样，作为用于降低基材的表面粗糙度(到所希望的值)、减小表面的凹凸的处理基材的表面的方法，可利用电解研磨等化学研磨、使用通过研磨等降低了表面粗糙度的工作辊对基材进行轧制、抛光或喷砂等机械研磨等方法。
此外，镀Ni层的厚度为0.05μm以上，优选设为0.07～0.3μm，进一步优选设为0.07～0.2μm，最优选设为0.07～0.15μm。镀Cu层的厚度为0.05μm以上，优选设为0.2～0.5μm，进一步优选设为0.2～0.4μm。镀Sn层的厚度为0.2～0.9μm，优选设为0.25～0.8μm，进一步优选设为0.3～0.8μm。此外，优选将镀Sn层的厚度与镀Cu层的厚度的比(Sn厚/Cu厚)设为1.2～3.5(优选1.3～2.0)，将镀Sn层的厚度与镀Cu层的厚度和镀Ni层的厚度之和的比(Sn厚/(Cu厚+Ni厚))设为0.5～3.0(优选0.7～2.0)。
此外，热处理优选大气气氛中在温度500～800℃的范围内保持20秒以下的热处理，优选以形成用由Cu-Sn合金构成的Cu-Sn合金层14a、和形成于该Cu-Sn合金层14a的最外表面的凹部内的由Sn构成的Sn层14b、和配置于Cu-Sn合金层14a内的基底层12侧的由Cu-Ni-Sn合金构成的Cu-Ni-Sn合金层构成的最表层14的方式设定温度和时间来进行。
实施例
以下，对本发明的镀Sn材料及其制造方法的实施例进行详细说明。
[实施例1]
首先，准备由厚度0.2mm的Cu-Ni-Sn-P合金构成的平板状的导体基材(含有1.0质量％的Ni和0.9质量％的Sn和0.05质量％的P、余分为Cu的铜合金的基材)，通过轧制辊(对表面进行研磨、减小了表面的算术平均粗糙度Ra的轧制辊)对该基材的表面进行轧制处理，降低表面粗糙度。对于这样进行表面处理后的基材的表面粗糙度，根据接触式表面粗糙度测定器(株式会社小坂研究所(株式会社小坂研究所)制的SurfcorderSE4000)的与轧制面的轧制方向垂直的方向的测定结果，基于JIS B0601(2001年)算出作为表示表面粗糙度的参数的算术平均粗糙度Ra以及最大高度Rz和算术平均起伏Wa。其结果是算术平均粗糙度Ra为0.06μm，最大高度Rz为0.5μm，算术平均起伏Wa为0.03μm。
接着，作为前处理，通过碱性电解脱脂液对表面处理后的基材(被镀覆材料)进行10秒钟电解脱脂后水洗，之后，在5质量％的硫酸中浸渍10秒钟进行酸洗后水洗。
接着，在含有80g/L的氨基磺酸镍和45g/L的硼酸的镀Ni液中，将表面处理后的基材(被镀覆材料)作为阴极，将Ni电极板作为阳极，通过以电流密度8A/dm2、液温50℃进行5秒钟电镀，在基材上形成厚度0.08μm的镀Ni层。
接着，在含有110g/L的硫酸铜和100g/L的硫酸的镀Cu液中，将镀Ni完成的被镀覆材料作为阴极，将Cu电极板作为阳极，通过以电流密度8A/dm2、液温20℃进行15秒钟电镀，在基材上形成厚度0.28μm的镀Cu层。
接着，在含有60g/L的硫酸亚锡和75g/L的硫酸和30g/L的甲酚磺酸和1g/L的β萘酚酸的镀Sn液中，将镀Cu完成的被镀覆材料作为阴极，将Sn电极板作为阳极，通过以电流密度7A/dm2、液温20℃进行10秒钟电镀，在基材上形成厚度0.45μm的镀Sn层。
在该镀Sn完成的被镀覆材料中，镀Sn层的厚度与镀Cu层的厚度的比为1.6，镀Sn层的厚度与镀Cu层的厚度和镀Ni层的厚度之和的比为1.3。
接着，清洗镀Sn完成的被镀覆材料并干燥后，放入光亮退火炉(光洋林德伯格株式会社(光洋リンドバーグ株式会社)制)，进行在大气气氛中炉内温度700℃下保持5秒钟的热处理。
用聚焦离子束(FIB)切断这样制造的镀Sn材料，使镀Sn材料的与轧制方向垂直的剖面露出，用俄歇电子能谱法(AES)分析该剖面。其结果是，确认形成于镀Sn材料的最外表面的最表层的构成由Sn和Cu-Sn合金和Cu-Ni-Sn合金构成，凹部形成于由Cu-Sn合金的晶粒形成的Cu-Sn合金层的表面(的邻接的Cu-Sn合金的晶粒间)，该凹部内形成有由Sn构成的Sn层，在最外表面存在Cu-Sn合金层和Sn层且由Cu-Ni-Sn合金构成的多个Cu-Ni-Sn合金层相离地存在于Cu-Sn合金层内的下侧(基底层侧)。另外，通过可溶解Sn的电解液(株式会社中央制作所制的S-110)等化学液，使镀Sn材料的最表层的Sn层溶解，确认Cu-Sn合金层由Cu-Sn合金的晶粒形成。此外，通过EPMA，确认由Sn构成的Sn层形成于凹部内，所述凹部形成于Cu-Sn合金层的表面的邻接的Cu-Sn合金的晶粒间。
此外，使用电解液(株式会社中央制作所(株式会社中央製作所)制的S-110)通过电解式膜厚计(株式会社中央制作所制的Thickness TesterTH-11)测定这些层的厚度时，Sn层的平均厚度为0.04μm，Cu-Sn合金层的平均厚度为0.87μm。此外，算出Sn层剥离后的算术平均起伏Wa为0.05μm。另外，使用上述的电解液，则在约0.2V下Sn层溶解，0.4～0.6V下Cu-Sn合金层溶解，因此可测定Sn层和Cu-Sn合金层的各自的厚度。
此外，用Ar离子蚀刻镀Sn材料的最表层、通过AES进行元素分析时，形成于镀Sn材料的基材的表面的基底层是由Cu-Ni合金构成的层，通过AES对镀Sn材料的最表层和基底层之间的中间层的存在进行分析时，不存在Cu层作为中间层，最表层形成于基底层的表面。此外，用化学液去除最表层和中间层，通过荧光X射线膜厚计(精工技术株式会社(セイコーインスツル株式会社)制的SFT3300)测定基底层的平均厚度(将基底层设为由Ni构成的层)时，为0.06μm。
此外，在镀Sn材料的最外表面以约200nm的厚度蒸镀Au，通过聚焦离子束(FIB)进行切断，使镀Sn材料的与轧制方向垂直的剖面露出，用扫描电子显微镜(SEM)在与镀Sn材料的表面平行的长度L(＝20μm)的视野中以5000倍对该剖面进行10个区域的观察，分别得到各观察区域的整体长度L(＝20μm)减去该区域中Cu-Sn合金层与Au蒸镀层接触的长度的总计(Lm)后除以该区域整体长度L而得的值(该观察区域中Sn层与Au蒸镀层接触的长度的比例＝(L-Lm)/L)后，在10个观察区域中去除该值达到最大值以及最小值的值之后，将8个观察区域中的该值的平均值乘以100后的值作为Sn的面积率(最外表面中Sn层所占的面积)算出，得到Sn的面积率为20.8％。
此外，用聚焦离子束(FIB)切断镀Sn材料，使镀Sn材料的与轧制方向垂直的剖面露出，用扫描电子显微镜(SEM)在与镀Sn材料的表面平行的长度约30μm的视野中以5000倍对该剖面进行3个区域的观察，求出最外表面的凹部的最大深度(Sn层的最大厚度(纯Sn的存在深度))(图2中D所示的深度)时，凹部的最大深度为0.38μm，由形成于最外表面的凹部的个数算出(镀Sn材料的与轧制方向垂直的剖面上的)最外表面的凹部间(邻接的Sn层间)的平均间隔(图2中L所示的Sn层之间隔的平均值)时，为1.35μm。另外，计算凹部的最大深度(Sn层的最大厚度)(a)与最外表面的凹部间的平均间隔(b)的比(a/b)为0.28。
此外，用台式压力机对从得到的镀Sn材料切出的平板状的试验片进行压凹加工(R＝1.5mm)制成雌端子，将从在厚度0.2mm的由Cu-Ni-Sn-P合金构成的平板状的导体基材(含有1.0质量％的Ni和0.9质量％的Sn和0.05质量％的P、余分为Cu、算术平均粗糙度Ra0.15μm、最大高度Rz1.65μm、算术平均起伏Wa0.08μm的铜合金的基材)上形成厚度3.0μm的镀Sn层后进行在650℃下保持4.3秒钟的热处理(回流焊接处理)的镀Sn材料(最表层由厚度0.67μm的Sn层构成，最外表面中Sn层所占的面积率为100％，在最表层和基材之间形成有厚度1.15μm的Cu-Sn合金层的镀Sn材料)中切出的平板状的试验片制成雄端子，使固定于卧式荷重测定器(株式会社山崎精机研究所(株式会社山崎精機研究所)制的将电接点模拟器、和平台控制器、称重传感器、称重传感器放大器组合而成的装置)的水平台上的平板上的雄端子与压凹加工后的雌端子接触后，分别以荷重2N、5N以及8N将雌端子按压于雄端子的表面，以滑动速度80mm/分钟将雌端子在水平方向上拉伸10mm的滑动距离，测定从1mm到4mm之间(测定距离3mm)水平方向上施加的力，算出其的平均值F，根据μ＝F/N算出试验片之间的动摩擦系数(μ)。其结果是，荷重2N、5N以及8N的情况下的动摩擦系数分别为0.33、0.26以及0.18。
[实施例2]
除了将镀Ni层的厚度设为0.09μm、镀Cu层的厚度设为0.31μm、镀Sn层的厚度设为0.57μm以外，通过与实施例1相同的方法，制造镀Sn材料。另外，在该镀Sn完成的被镀覆材料(热处理前的镀Sn材料)中，镀Sn层的厚度与镀Cu层的厚度的比为1.8，镀Sn层的厚度与镀Cu层的厚度和镀Ni层的厚度之和的比为1.4。
对这样制造的镀Sn材料，通过与实施例1相同的方法，分析镀覆层，算出最外表面中Sn层所占的面积(Sn的面积率)，求出凹部的最大深度(Sn层的最大厚度)的同时，算出凹部间的平均间隔、摩擦系数。
其结果是，确认最表层的构成由Sn和Cu-Sn合金和Cu-Ni-Sn合金构成，凹部形成于由Cu-Sn合金的晶粒形成的Cu-Sn合金层的表面(的邻接的Cu-Sn合金的晶粒间)，该凹部内形成有由Sn构成的Sn层，在最外表面存在Cu-Sn合金层和Sn层且由Cu-Ni-Sn合金构成的多个Cu-Ni-Sn合金层相离地存在于Cu-Sn合金层内的下侧(基底层侧)。Sn层的平均厚度为0.07μm，Cu-Sn合金层的平均厚度为0.85μm。此外，基底层由Ni构成，不存在Cu层作为中间层，最表层形成于基底层的表面。此外，基底层的平均厚度为0.07μm。此外，Sn层剥离后的算术平均起伏Wa为0.05μm。
此外，最外表面中Sn层所占的面积(Sn的面积率)为18.0％，凹部的最大深度(Sn层的最大厚度)为0.51μm，最外表面的凹部间的平均间隔为2.10μm。另外，计算凹部的最大深度(Sn层的最大厚度)(a)与最外表面的凹部间的平均间隔(b)的比(a/b)为0.24。
此外，荷重2N、5N以及8N的情况下的动摩擦系数分别为0.28、0.22以及0.15。
[实施例3]
除了将镀Ni层的厚度设为0.09μm、镀Cu层的厚度设为0.45μm、镀Sn层的厚度设为0.70μm、将热处理的保持时间设为4.7秒钟以外，通过与实施例1相同的方法，制造镀Sn材料。另外，在该镀Sn完成的被镀覆材料(热处理前的镀Sn材料)中，镀Sn层的厚度与镀Cu层的厚度的比为1.6，镀Sn层的厚度与镀Cu层的厚度和镀Ni层的厚度之和的比为1.3。
对这样制造的镀Sn材料，通过与实施例1相同的方法，分析镀覆层，算出最外表面中Sn层所占的面积(Sn的面积率)，求出凹部的最大深度(Sn层的最大厚度)的同时，算出凹部间的平均间隔、摩擦系数。
其结果是，确认最表层的构成由Sn和Cu-Sn合金和Cu-Ni-Sn合金构成，凹部形成于由Cu-Sn合金的晶粒形成的Cu-Sn合金层的表面(的邻接的Cu-Sn合金的晶粒间)，该凹部内形成有由Sn构成的Sn层，在最外表面存在Cu-Sn合金层和Sn层且由Cu-Ni-Sn合金构成的多个Cu-Ni-Sn合金层相离地存在于Cu-Sn合金层内的下侧(基底层侧)。Sn层的平均厚度为0.07μm，Cu-Sn合金层的平均厚度为1.26μm。此外，基底层由Ni构成，不存在Cu层作为中间层，最表层形成于基底层的表面。此外，基底层的平均厚度为0.05μm。此外，Sn层剥离后的算术平均起伏Wa为0.03μm。
此外，最外表面中Sn层所占的面积(Sn的面积率)为42.9％，凹部的最大深度(Sn层的最大厚度)为1.00μm，最外表面的凹部间的平均间隔为1.33μm。另外，计算凹部的最大深度(Sn层的最大厚度)(a)与最外表面的凹部间的平均间隔(b)的比(a/b)为0.75。
此外，荷重2N、5N以及8N的情况下的动摩擦系数分别为0.33、0.25以及0.18。
此外，通过俄歇电子光谱分析装置(FE-AES)观察本实施例的镀Sn材料的(与轧制方向垂直的)剖面，从该扫描离子显微镜(SIM)图像的对比度可明确地区分Cu-Sn合金层和Sn层和Cu-Ni-Sn合金层。此外，对这些层分别照射聚焦电子射线(在Cu-Sn合金层和Cu-Ni-Sn合金层中照射2处)进行组成分析时，Sn层是由95.92原子％的Sn和4.08原子％的Cu构成的层。此外，Cu-Sn合金层的一个照射部分是由39.44原子％的Sn和60.56原子％的Cu构成的部分，另一个照射部分是由27.01原子％的Sn和72.99原子％的Cu构成的部分。此外，Cu-Ni-Sn合金层的一个照射部分是由27.17原子％的Sn和66.53原子％的Cu和6.30原子％的Ni构成的部分，另一个照射部分是由26.23原子％的Sn和52.31原子％的Cu和21.45原子％的Ni构成的部分。
[实施例4]
除了将表面进行处理后的基材的算术平均粗糙度Ra设为0.07μm、最大高度Rz设为0.53μm、算术平均起伏Wa设为0.04μm，将镀Ni层的厚度设为0.11μm、镀Cu层的厚度设为0.29μm、镀Sn层的厚度设为0.38μm、热处理的保持时间设为6.8秒钟以外，通过与实施例1相同的方法，制造镀Sn材料。另外，在该镀Sn完成的被镀覆材料(热处理前的镀Sn材料)中，镀Sn层的厚度与镀Cu层的厚度的比为1.3，镀Sn层的厚度与镀Cu层的厚度和镀Ni层的厚度之和的比为1.0。
对这样制造的镀Sn材料，通过与实施例1相同的方法，分析镀覆层，算出最外表面中Sn层所占的面积(Sn的面积率)，求出凹部的最大深度(Sn层的最大厚度)的同时，算出凹部间的平均间隔、摩擦系数。
其结果是，确认最表层的构成由Sn和Cu-Sn合金和Cu-Ni-Sn合金构成，凹部形成于由Cu-Sn合金的晶粒形成的Cu-Sn合金层的表面(的邻接的Cu-Sn合金的晶粒间)，该凹部内形成有由Sn构成的Sn层，在最外表面存在Cu-Sn合金层和Sn层且由Cu-Ni-Sn合金构成的多个Cu-Ni-Sn合金层相离地存在于Cu-Sn合金层内的下侧(基底层侧)。Sn层的平均厚度为0.04μm，Cu-Sn合金层的平均厚度为0.75μm。此外，基底层由Ni构成，不存在Cu层作为中间层，最表层形成于基底层的表面。此外，基底层的平均厚度为0.07μm。此外，Sn层剥离后的算术平均起伏Wa为0.05μm。
此外，最外表面中Sn层所占的面积(Sn的面积率)为16.3％，凹部的最大深度(Sn层的最大厚度)为0.52μm，最外表面的凹部间的平均间隔为2.38μm。另外，计算凹部的最大深度(Sn层的最大厚度)(a)与最外表面的凹部间的平均间隔(b)的比(a/b)为0.22。
此外，荷重2N、5N以及8N的情况下的动摩擦系数分别为0.17、0.13以及0.10。
[比较例1]
除了将表面进行处理后的基材的算术平均粗糙度Ra设为0.15μm、最大高度Rz设为1.65μm、算术平均起伏Wa设为0.08μm，不进行镀Ni和镀Cu，将镀Sn层的厚度设为1.0μm，将热处理的温度设为650℃、保持时间设为4.3秒钟以外，通过与实施例1相同的方法，制造镀Sn材料。
对这样制造的镀Sn材料，通过与实施例1相同的方法，分析镀覆层，算出最外表面中Sn层所占的面积(Sn的面积率)，求出凹部的最大深度(Sn层的最大厚度)的同时，算出凹部间的平均间隔、摩擦系数。
其结果是，确认最表层的构成由Sn构成，Sn层内的下侧(基底层侧)中不存在由Cu-Ni-Sn合金构成的Cu-Ni-Sn合金层。Sn层的平均厚度为0.67μm。此外，基底层由Cu-Sn合金构成，不存在Cu层作为基底层和最表层之间的中间层，最表层形成于基底层的表面。此外，基底层的平均厚度为1.15μm。此外，Sn层剥离后的算术平均起伏Wa为0.13μm。
此外，最外表面中Sn层所占的面积(Sn的面积率)为100％，荷重2N、5N以及8N的情况下的动摩擦系数分别为0.44、0.35以及0.23。
[比较例2]
除了将镀Ni层的厚度设为0.09μm、镀Cu层的厚度设为0.49μm、镀Sn层的厚度设为0.95μm、将热处理的保持时间设为4.7秒钟以外，通过与实施例1相同的方法，制造镀Sn材料。另外，在该镀Sn完成的被镀覆材料(热处理前的镀Sn材料)中，镀Sn层的厚度与镀Cu层的厚度的比为1.9，镀Sn层的厚度与镀Cu层的厚度和镀Ni层的厚度之和的比为1.6。
对这样制造的镀Sn材料，通过与实施例1相同的方法，分析镀覆层，算出最外表面中Sn层所占的面积(Sn的面积率)，求出凹部的最大深度(Sn层的最大厚度)的同时，算出凹部间的平均间隔、摩擦系数。
其结果是，确认最表层的构成由Sn和Cu-Sn合金和Cu-Ni-Sn合金构成，凹部形成于由Cu-Sn合金的晶粒形成的Cu-Sn合金层的表面(的邻接的Cu-Sn合金的晶粒间)，该凹部内形成有由Sn构成的Sn层，在最外表面存在Cu-Sn合金层和Sn层且由Cu-Ni-Sn合金构成的多个Cu-Ni-Sn合金层相离地存在于Cu-Sn合金层内的下侧(基底层侧)。Sn层的平均厚度为0.23μm，Cu-Sn合金层的平均厚度为1.27μm。此外，基底层由Ni构成，不存在Cu层作为中间层，最表层形成于基底层的表面。此外，基底层的平均厚度为0.06μm。此外，Sn层剥离后的算术平均起伏Wa为0.03μm。
此外，最外表面中Sn层所占的面积(Sn的面积率)为73.8％，凹部的最大深度(Sn层的最大厚度)为3.15μm，最外表面的凹部间的平均间隔为1.34μm。另外，计算凹部的最大深度(Sn层的最大厚度)(a)与最外表面的凹部间的平均间隔(b)的比(a/b)为2.35。
此外，荷重2N、5N以及8N的情况下的动摩擦系数分别为0.43、0.30以及0.20。
[比较例3]
除了将表面进行处理后的基材的算术平均粗糙度Ra设为0.09μm、最大高度Rz设为0.66μm、算术平均起伏Wa设为0.08μm，将镀Ni层的厚度设为0.30μm、镀Cu层的厚度设为0.30μm、镀Sn层的厚度设为0.70μm、热处理的温度设为650℃、保持时间设为4.0秒钟以外，通过与实施例1相同的方法，制造镀Sn材料。另外，在该镀Sn完成的被镀覆材料(热处理前的镀Sn材料)中，镀Sn层的厚度与镀Cu层的厚度的比为2.3，镀Sn层的厚度与镀Cu层的厚度和镀Ni层的厚度之和的比为1.2。
对这样制造的镀Sn材料，通过与实施例1相同的方法，分析镀覆层，算出最外表面中Sn层所占的面积(Sn的面积率)，求出凹部的最大深度(Sn层的最大厚度)的同时，算出凹部间的平均间隔、摩擦系数。
其结果是，确认最表层的构成由Sn构成，Sn层内的下侧(基底层侧)中作为中间层存在多个由Cu-Sn合金构成的Cu-Sn合金层。Sn层的平均厚度为0.34μm，Cu-Sn合金层的平均厚度为0.77μm。此外，基底层由Ni构成，在基底层和中间层之间不存在Cu层，最表层介由中间层形成于基底层的表面。此外，基底层的平均厚度为0.30μm。此外，Sn层剥离后的算术平均起伏Wa为0.08μm。
此外，最外表面中Sn层所占的面积(Sn的面积率)为100％，荷重2N、5N以及8N的情况下的动摩擦系数分别为0.42、0.32以及0.22。
[比较例4]
除了将表面进行处理后的基材的算术平均粗糙度Ra设为0.13μm、最大高度Rz设为0.86μm、算术平均起伏Wa设为0.08μm，将镀Ni层的厚度设为0.09μm、镀Cu层的厚度设为0.29μm、镀Sn层的厚度设为0.56μm、热处理的保持时间设为6.0秒钟以外，通过与实施例1相同的方法，制造镀Sn材料。另外，在该镀Sn完成的被镀覆材料(热处理前的镀Sn材料)中，镀Sn层的厚度与镀Cu层的厚度的比为1.9，镀Sn层的厚度与镀Cu层的厚度和镀Ni层的厚度之和的比为1.5。
对这样制造的镀Sn材料，通过与实施例1相同的方法，分析镀覆层，算出最外表面中Sn层所占的面积(Sn的面积率)，求出凹部的最大深度(Sn层的最大厚度)的同时，算出凹部间的平均间隔、摩擦系数。
其结果是，确认最表层的构成由Sn和Cu-Sn合金构成，凹部形成于由Cu-Sn合金的晶粒形成的Cu-Sn合金层的表面(的邻接的Cu-Sn合金的晶粒间)，该凹部内形成有由Sn构成的Sn层，在最外表面存在Cu-Sn合金层和Sn层且Cu-Sn合金层内的下侧(基底层侧)没有相离地存在的由Cu-Ni-Sn合金构成的多个Cu-Ni-Sn合金层。Sn层的平均厚度为0.07μm，Cu-Sn合金层的平均厚度为0.92μm。此外，基底层由Ni构成，不存在Cu层作为中间层，最表层形成于基底层的表面。此外，基底层的平均厚度为0.07μm。此外，Sn层剥离后的算术平均起伏Wa为0.13μm。
此外，最外表面中Sn层所占的面积(Sn的面积率)为18.4％，凹部的最大深度(Sn层的最大厚度)为0.95μm，最外表面的凹部间的平均间隔为4.18μm。另外，计算凹部的最大深度(Sn层的最大厚度)(a)与最外表面的凹部间的平均间隔(b)的比(a/b)为0.23。
此外，荷重2N、5N以及8N的情况下的动摩擦系数分别为0.38、0.29以及0.20。
这些实施例以及比较例的镀Sn材料的制造条件以及特性示于表1～表4。
[表1]
[表2]
[表3]
[表4]
[实施例5]
使用与实施例1相同的雌端子，将从在厚度0.2mm的由Cu-Ni-Sn-P合金构成的平板状的导体基材(含有1.0质量％的Ni和0.9质量％的Sn和0.05质量％的P、余分为Cu、算术平均粗糙度Ra0.09μm、最大高度Rz0.66μm、算术平均起伏Wa0.08μm的铜合金的基材)上形成厚度0.3μm的镀Ni层、在该镀Ni层上形成厚度0.3μm的镀Cu层、在该镀Cu层上形成厚度0.7μm的镀Sn层后进行650℃下保持4秒钟的热处理(回流焊接处理)的镀Sn材料(最表层由厚度0.34μm的Sn层构成，最外表面中Sn层所占的面积率为100％，基材上作为基底层形成厚度0.3μm的Ni层，最表层与基底层之间形成有厚度0.77μm的由Cu-Sn合金以及Cu-Ni-Sn合金构成的中间层的镀Sn材料)中切出的平板状的试验片作为雄端子，通过与实施例1相同的方法，算出荷重2N、5N以及8N的情况下的动摩擦系数时，分别为0.26、0.14以及0.14。
[实施例6]
使用与实施例1相同的雌端子，将从在厚度0.2mm的由C2680合金(黄铜)构成的平板状的导体基材(含有65质量％的Cu、余分为Zn、算术平均粗糙度Ra0.09μm、最大高度Rz0.73μm、算术平均起伏Wa0.06μm的铜合金的基材)上形成厚度0.5μm的镀Cu层，在该镀Cu层上形成厚度1.2μm的镀Sn层后进行在650℃下保持4秒钟的热处理(回流焊接处理)的镀Sn材料(最表层由厚度0.98μm的Sn层构成，最外表面中Sn层所占的面积率为100％，基材上作为基底层形成有厚度0.82μm的Cu-Sn合金层的镀Sn材料)中切出的平板状的试验片作为雄端子，通过与实施例1相同的方法，算出荷重2N、5N以及8N的情况下的动摩擦系数时，分别为0.34、0.17以及0.18。
符号说明
10 基材
12 基底层
14 最表层
14a Cu-Sn合金层
14b Sn层
14c Cu-Ni-Sn合金层

Claims (13)

1.一种镀Sn材料，其特征在于，在形成于由铜或铜合金构成的基材表面的由Ni或Cu-Ni合金构成的基底层表面上、形成有含Sn的最表层的镀Sn材料中，最表层用由Cu-Sn合金构成的Cu-Sn合金层、和形成于该Cu-Sn合金层的最外表面的凹部内的由Sn构成的Sn层、和配置于Cu-Sn合金层内的基底层侧的由Cu-Ni-Sn合金构成的Cu-Ni-Sn合金层构成，Sn层的平均厚度为0.01～0.20μm。
2.如权利要求1所述的镀Sn材料，其特征在于，所述Cu-Sn合金层由Cu-Sn合金的晶粒形成，所述凹部形成于所述最外表面中邻接的Cu-Sn合金的晶粒间。
3.如权利要求1所述的镀Sn材料，其特征在于，所述Cu-Ni-Sn合金层由相互相离地配置的多个层构成。
4.如权利要求1所述的镀Sn材料，其特征在于，所述镀Sn材料的最外表面中Sn层所占的面积率为10～80％。
5.如权利要求1所述的镀Sn材料，其特征在于，所述Sn层的最大厚度为1.5μm以下。
6.如权利要求1所述的镀Sn材料，其特征在于，所述Cu-Sn合金层的平均厚度为0.5～1.5μm。
7.如权利要求1所述的镀Sn材料，其特征在于，所述基底层的平均厚度为0.05～0.5μm。
8.如权利要求1所述的镀Sn材料，其特征在于，在剥离所述Sn层的状态下所述最外表面的算术平均起伏Wa为0.06μm以下。
9.一种镀Sn材料的制造方法，其特征在于，在处理由铜或铜合金构成的基材的表面后，在基材的表面依次形成厚度0.05μm以上的镀Ni层、和厚度0.05μm以上的镀Cu层、和厚度0.2～0.9μm的镀Sn层，之后，通过热处理，形成用由Cu-Sn合金构成的Cu-Sn合金层、和形成于该Cu-Sn合金层的最外表面的凹部内的由Sn构成的Sn层、和配置于Cu-Sn合金层内的基底层侧的由Cu-Ni-Sn合金构成的Cu-Ni-Sn合金层构成的最表层。
10.如权利要求9所述的镀Sn材料的制造方法，其特征在于，通过所述基材的表面的处理，基材的表面的算术平均粗糙度Ra设为0.05～0.1μm，最大高度Rz设为0.4～1.0μm，算术平均起伏Wa设为0.05μm以下。
11.如权利要求9所述的镀Sn材料的制造方法，其特征在于，所述镀Sn层的厚度与所述镀Cu层的厚度的比为1.2～3.5，所述镀Sn层的厚度与所述镀Cu层的厚度和所述镀Ni层的厚度之和的比为0.5～3.0。
12.如权利要求9所述的镀Sn材料的制造方法，其特征在于，所述热处理是在温度500～800℃的范围内保持20秒以下的热处理，以形成用由Cu-Sn合金构成的Cu-Sn合金层、和形成于该Cu-Sn合金层的最外表面的凹部内的由Sn构成的Sn层、和配置于Cu-Sn合金层内的基底层侧的由Cu-Ni-Sn合金构成的Cu-Ni-Sn合金层构成的最表层的方式设定温度和时间来进行。
13.一种电气元件，其特征在于，将权利要求1所述的镀Sn材料作为材料使用。
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