CN108779569A - 镀Ni的铜或铜合金材料、使用该材料的连接器端子、连接器以及电子部件 - Google Patents

镀Ni的铜或铜合金材料、使用该材料的连接器端子、连接器以及电子部件 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种硬度和耐弯折性均优良的镀Ni的铜或铜合金材料。该镀Ni的铜或铜合金材料的通过电子束背散射衍射法(EBSD)测量的与Ni镀层表面平行的结晶面中<001>面取向结晶的面积率为15～35％。

Description

镀Ni的铜或铜合金材料、使用该材料的连接器端子、连接器以 及电子部件
技术领域
本发明涉及镀Ni的铜或铜合金材料、使用该材料的连接器端子、连接器以及电子部件。
背景技术
在作为用于民用以及车载用电子设备的连接部件的连接器的端子等中，使用在黄铜、磷青铜的表面施加Ni等的基底镀敷层，进一步若需要则在基底镀敷层上施加Sn或Sn合金镀层的镀Ni的铜材料或镀Ni的铜合金材料(以下，也称作镀Ni的铜或铜合金材料)。
作为此类镀Ni的铜或铜合金材料，例如，专利文献1中公开了一种电触点材料，其具备：触点基材、在上述触点基材的表面上形成的Ni镀层的基底层、在上述基底层的表面上形成的Ag-Sn合金层。记载了由此能够以极低价制造耐摩损性、耐腐蚀性、加工性优良的电触点材料。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平4-370613号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
连接器的端子等中使用的镀Ni的铜或铜合金材料，作为电子设备用连接部件必须确保规定值以上的硬度，但是当使硬度升高时，存在耐弯折性降低的问题。对此类问题，在专利文献1中记载的技术等现有技术中仍有开发的余地。
解决技术问题的方法
本发明人进行了深入的研究，结果发现，通过将Ni镀层表面的<001>面取向的结晶的面积率控制在规定范围，可得到硬度和耐弯折性均优良的镀Ni的铜或铜合金材料。
基于以上的知识完成的本发明在一个方面是一种镀Ni的铜或铜合金材料，其中，通过电子束背散射衍射法(EBSD)测量的与Ni镀层表面平行的结晶面中<001>面取向的结晶的面积率为15～35％。
本发明的镀Ni的铜或铜合金材料在一实施方式中，上述与Ni镀层表面平行的结晶面中<001>面取向的结晶的面积率为15～20％。
本发明的镀Ni的铜或铜合金材料在另一实施方式中，上述Ni镀层表面的超微压入硬度为4500N/mm2以上。
本发明的镀Ni的铜或铜合金材料在又一实施方式中，上述Ni镀层表面的超微压入硬度为4800N/mm2以上。
本发明在另一方面是一种连接器端子，其中，在触点部分使用了本发明的镀Ni的铜或铜合金材料。
本发明在又一方面是一种连接器，其中，使用了本发明的连接器端子。
本发明在又一方面是一种FFC端子，其中，在触点部分使用了本发明的镀Ni的铜或铜合金材料。
本发明在又一方面是一种FPC端子，其中，在触点部分使用了本发明的镀Ni的铜或铜合金材料。
本发明在又一方面是一种FFC，其中，使用了本发明的FFC端子。
本发明在又一方面是一种FPC，其中，使用了本发明的FPC端子。
本发明在又一方面是一种电子部件，其中，在外部连接用电极中使用了本发明的镀Ni的铜或铜合金材料。
本发明在又一方面是一种电子部件，其中，分别在安装于壳体的安装部的一侧设置有母端子连接部，在另一侧设置有基板连接部，将所述基板连接部压入基板上形成的通孔中而安装在所述基板上的压入型端子由本发明的镀Ni的铜或铜合金材料构成。
发明的效果
根据本发明，能够提供硬度和耐弯折性均优良的镀Ni的铜或铜合金材料。
附图说明
图1是压配合端子的外观示意图。
具体实施方式
以下，说明本发明的实施方式所涉及的镀Ni的铜材料或镀Ni的铜合金材料(镀Ni的铜或铜合金材料)。
<镀Ni的铜或铜合金材料的结构>
本发明的实施方式所涉及的镀Ni的铜或铜合金材料具备：铜材料或铜合金材料，和在该铜材料或铜合金材料的表面上形成的Ni镀层。
作为铜合金材料，可使用能够进行弯曲加工的材料，例如磷青铜、钛铜、科森合金(Corson Alloy)、红铜、黄铜、洋白铜或其他铜合金。另外，铜合金材料的形态可以是金属条、金属板或金属箔。进一步，铜合金材料也可以是轧制铜箔或电解铜箔。另外，作为铜合金材料，还可以是在铜合金上复合树脂层的材料。在铜合金上复合树脂层的材料，例如有FPC(Flexible Printed Circuit：柔性印刷电路板)或者FFC(Flexible Flat Cable：柔性扁平电缆)基材上的电极部分等。
铜或铜合金材料的表面上形成的Ni镀层的厚度，只要能够确保所期望的硬度和耐弯折性则没有特别限制，该厚度例如能够设为0.3～1.0μm、1.0～3.0μm或者3.0～5.0μm。
只要能够确保镀Ni的铜或铜合金材料的所期望的硬度和耐弯折性则没有特别限制，例如可以在镀Ni的铜或铜合金材料的Ni镀层上设置含有从由Sn、In、Ag、Au、Pt、Pd、Ru、Rh、Os以及Ir所组成的群的元素群中选择的一种或两种以上元素的镀层。
Sn以及In虽然是具有氧化性的金属，但是具有在金属中比较柔软的特征。因此，Sn以及In表面上即使形成氧化膜，例如将镀Ni的铜或铜合金材料作为触点材料来对接装配公端子和母端子时，氧化膜容易被削去，触点彼此都是金属，因此可获得低接触电阻。
Ag、Au、Pt、Pd、Ru、Rh、Os、Ir具有在金属中比较耐热的特征。因此，当在Ni镀层上设置上述Sn或In层时，抑制了铜或铜合金材料、Ni镀层的成分朝向上层的Sn或In层侧扩散，耐热性改善。另外，这些金属，上层的Sn、In形成化合物而抑制Sn、In的氧化膜的形成，焊料浸润性改善。
另外，为了减少粘着磨损，并改善低晶须性以及耐久性，可以在镀Ni的铜或铜合金材料的最外表面上实施后处理。作为具体的后处理，存在使用抑制剂的磷酸盐处理、润滑处理、硅烷偶联处理等。
<镀Ni的铜或铜合金材料的Ni镀层表面的结晶取向>
本发明的镀Ni的铜或铜合金材料，将通过电子束背散射衍射法(EBSD：ElectronBackScatter Diffraction)测量的与Ni镀层表面平行的结晶面中的<001>面取向的结晶的面积率控制为15～35％。当与Ni镀层表面平行的结晶面中<001>面取向的结晶的面积率小于15％时，耐弯折性变差，当与Ni镀层表面平行的结晶面中<001>面取向的结晶的面积率超过35％时，压入硬度变差。Ni镀层表面的<001>面取向的结晶的面积率优选为15～20％。当将Ni镀层表面的<001>面取向的结晶的面积率控制为15～20％时，依然维持镀Ni的铜或铜合金材料的良好的弯曲性，且压入硬度变得更好。
<镀Ni的铜或铜合金材料的Ni镀层表面的超微压入硬度>
本发明的镀Ni的铜或铜合金材料的Ni镀层表面的超微压入硬度优选为4500N/mm2以上。该超微压入硬度是通过超微硬度试验，在镀Ni的铜或铜合金材料的Ni镀层表面上用10mN的荷重打出压痕而测量得到的硬度。超微压入硬度更优选为4800N/mm2以上，进一步更优选为5200N/mm2以上。
<镀Ni的铜或铜合金材料的用途>
本发明的镀Ni的铜或铜合金材料的用途没有特别限制，例如可列举在触点部分使用镀Ni的铜或铜合金材料的连接器端子、在触点部分使用镀Ni的铜或铜合金材料的FFC端子或FPC端子，在外部连接用电极中使用镀Ni的铜合金材料的电子部件等。需要注意的是，关于端子，可以是压接端子、焊接端子、压配合端子等，不限于与布线侧接合的方法。在外部连接用电极中，存在对接头实施了表面处理的连接部件、用作半导体的凸块下金属而实施了表面处理的材料等。
另外，可以使用如此形成的连接器端子制作连接器，也可以使用FFC端子或者FPC端子制作FFC或者FPC。
另外，本发明的镀Ni的铜或铜合金材料可用于压入型端子18，如图1的压配合端子11的外观示意图所示，在安装于具备绝缘体12的壳体17上的安装部19的一侧设置有母端子连接部13，在另一侧设置有基板连接部14，该压入型端子18将基板连接部14压入基板16上形成的通孔15而安装在基板16上。
关于连接器，可以是公端子和母端子两者为本发明的镀Ni的铜或铜合金材料，也可以是仅公端子或母端子中的一者为本发明的镀Ni的铜或铜合金材料。需要说明的是，公端子和母端子的两者可以为本发明的镀Ni的铜或铜合金材料。
<镀Ni的铜或铜合金材料的制造方法>
接着，说明本发明的实施方式所涉及的镀Ni的铜或铜合金材料的制造方法。
首先，准备铜或铜合金材料。需要说明的是，当在不要求导电性的部位使用时，也能够使用不锈钢等金属材料。接着，通过电解镀Ni，在铜或铜合金材料的表面上形成Ni镀层。该电解镀Ni的条件如下。
(电解液组成)氨基磺酸Ni镀浴：Ni浓度100～120g/L
(浴温)40～60℃
(电流密度)4～16A/dm2
(通电时间)20～120秒
(电解浴的搅拌)用超声波分散机进行搅拌(超声波频率：20kHz)
电解浴的搅拌通过超声波搅拌来进行。具体地，使用超声波分散机，在电解时对电解浴进行超声波搅拌。通过超声波在电解液中产生压力差，生成高温高压的反应场，电解液中的粒子被吸引向反应场。此时，粒子径不同导致加速度不同，因此凝聚的粒子被分开。由此，粒子的凝聚散开，粒子被微细化。另外，电解产生的氢气通过超声波的脱泡作用被去除。因此，通过在超声波搅拌的同时进行电解镀Ni，能够制造本发明的镀Ni的铜或铜合金材料。另外，通过在超声波搅拌的同时进行电解镀Ni，能够去除该电镀时由于电解而产生的氢。因此，不会氢脆化，得到的镀Ni的铜或铜合金材料的弯曲加工性改善。能够通过调整该超声波搅拌时的电流密度和超声波输出来控制镀Ni的铜或铜合金材料的Ni镀层表面的结晶取向。超声波搅拌时的超声波输出设为500W以上。超声波搅拌时的超声波输出小于500W时，电解液中的粒子的凝聚的消解不充分，无法实现本发明中规定的镀Ni的铜或铜合金材料的Ni镀层表面的结晶取向。超声波搅拌时的超声波输出能够设为500～600W。
【实施例】
以下一起示出本发明的实施例和比较例，但是提供这些示例是为了更好地理解本发明，并非意在限制本发明。
1.镀Ni的铜或铜合金材料的制作
作为实施例1～12以及比较例1～10，首先，准备厚度0.2mm、长度100mm、宽度24mm，成分为磷青铜、黄铜、韧铜、钛铜的各板材。需要说明的是，各铜或铜合金的维氏硬度(Hv(0.3))是：磷青铜为212、韧铜为98，黄铜为141，钛铜为278。
接下来，对板材料的表面进行电解脱脂，接着进行酸洗后，在从板材料的前端到长度80mm为止的表面上，按照以下的条件进行电解镀Ni，形成厚度1.0μm的Ni镀层。
(电解液组成)氨基磺酸Ni镀浴：Ni浓度110g/L
制造无添加剂的无光泽Ni镀层。
(浴温)55℃
(电流密度)记载在表1以及表2中。
(通电时间)20～120秒
(电解浴的搅拌)如下，进行使用搅拌器的搅拌和超声波搅拌。
·搅拌器旋转速度：记载在表1以及表2中。
·使用超声波分散机(SMT公司制造的UH-600S：超声波匀化器)进行搅拌。超声波输出记载在表1以及表2中。
2.评价试验
·结晶取向
对于样品的Ni镀层表面，将其导入日立高新技术公司制造的SU70，进行EBSD(Electron Back Scatter Diffraction(电子背散射衍射))测量。作为分析软件，使用EBSD装置附带的株式会社TSL Solutions制造的OIMver5.31。
·加速电压：15kV
·倾斜角：70°
·步长：0.2μm
从得到的EBSD结果，求出与Ni镀层表面平行的结晶面中<001>面取向的结晶的面积率。
·压入硬度
通过超微硬度试验(Elionix公司制造的ENT-2100)，在Ni镀层表面上以荷重10mN打出压痕进行测量。
·耐弯折性
通过以下的W弯曲试验评价耐弯折性。
作为试验装置，使用岛津制作所公司制造的万能试验机(AG-100KNG)，对与轧制方向相对平行地采样的试验片(短条状：加工成厚度0.2mm×长度50mm×宽度10mm)，实施G.W.弯曲(弯曲轴相对于轧制方向成直角的弯曲加工)。W弯曲试验方法中，按照日本拉伸铜协会的技术标准，用KEYENCE公司制造的数码显微镜观察弯曲部位的表面，用日立高新技术公司制造的扫描电子显微镜(S-3400N)观察弯曲部位的断面。弯曲半径R设为0.1mm、1.0mm。
评价标准设为，目视观察弯曲部位时，无褶皱：A，褶皱小：B，褶皱大：C，裂纹小：D，裂纹大：E。将A以及B评价判定为耐弯折性良好。
试验条件以及结果在表1以及表2中示出。
【表1】
【表2】
<评价结果>
在对磷青铜进行试验的实施例1～9中，通过电子束背散射衍射法(EBSD)测量的与Ni镀层表面平行的结晶面中<001>面取向的结晶的面积率均为15～35％，超微压入硬度以及耐弯折性均为良好。
在比较例1中，通过电子束背散射衍射法(EBSD)测量的与Ni镀层表面平行的结晶面中<001>面取向的结晶的面积率超过35％，超微压入硬度不良。
在对磷青铜进行试验的比较例2～6中，通过电子束背散射衍射法(EBSD)测量的与Ni镀层表面平行的结晶面中<001>面取向的结晶的面积率均小于15％，作为以磷青铜作为原材料的铜合金材料，耐弯折性不良。
实施例10～12、比较例7～10，对磷青铜以外的铜、黄铜、钛铜同样地进行镀Ni，评价的结果是，虽然高强度的钛铜在R＝0.1mm的W弯曲试验中实施例也产生裂纹，但是当将R增大为1.0mm时，裂纹不如磷青铜严重，可观察到改善。可知低强度的铜、黄铜在R＝0.1mm的W弯曲试验中，也是与比较例相比实施例具有更良好的弯曲加工性。
需要说明的是，钛铜是弯曲性非常差的原材料，在比较例10中R＝0.1mm的W弯曲试验中评价为E，R＝1.0mm的W弯曲试验中评价为C。与此相对，在实施例12中，将通过电子束背散射衍射法(EBSD)测量的与Ni镀层表面平行的结晶面中<001>面取向的结晶的面积率控制为15～35％，从而R＝0.1mm的W弯曲试验中评价为D，R＝1.0mm的W弯曲试验中评价为B，分别确认了显著的弯曲加工性的改善效果。
附图标记说明
11 压配合端子
12 绝缘体
13 母端子连接部
14 基板连接部
15 通孔
16 基板
17 壳体
18 压入型端子
19 安装部

Claims (12)

1.一种镀Ni的铜或铜合金材料，其中，通过电子束背散射衍射法(EBSD)测量的与Ni镀层表面平行的结晶面中<001>面取向的结晶的面积率为15～35％。
2.如权利要求1所述的镀Ni的铜或铜合金材料，其中，所述与Ni镀层表面平行的结晶面中<001>面取向的结晶的面积率为15～20％。
3.如权利要求1或2所述的镀Ni的铜或铜合金材料，其中，所述Ni镀层表面的超微压入硬度为4500N/mm2以上。
4.如权利要求3所述的镀Ni的铜或铜合金材料，其中，所述Ni镀层表面的超微压入硬度为4800N/mm2以上。
5.一种连接器端子，其中，在触点部分使用了如权利要求1～4中任一项所述的镀Ni的铜或铜合金材料。
6.一种连接器，其中，使用了权利要求5所述的连接器端子。
7.一种FFC端子，其中，在触点部分使用了如权利要求1～4中任一项所述的镀Ni的铜或铜合金材料。
8.一种FPC端子，其中，在触点部分使用了如权利要求1～4中任一项所述的镀Ni的铜或铜合金材料。
9.一种FFC，其中，使用了如权利要求7所述的FFC端子。
10.一种FPC，其中，使用了如权利要求8所述的FPC端子。
11.一种电子部件，其中，在外部连接用电极中使用了如权利要求1～4中任一项所述的镀Ni的铜或铜合金材料。
12.一种电子部件，其中，分别在安装于壳体的安装部的一侧设置有母端子连接部，在另一侧设置有基板连接部，将所述基板连接部压入基板上形成的通孔中而安装在所述基板上的压入型端子由权利要求1～4中任一项所述的镀Ni的铜或铜合金材料构成。
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