DE112015001081T5

DE112015001081T5 - Zinnplattiertes Produkt und Verfahren zum Herstellen desselben

Info

Publication number: DE112015001081T5
Application number: DE112015001081.5T
Authority: DE
Inventors: Hirotaka Kotani; Hideki Endo; Tetsuo Kato; Jyrun Toyoizumi; Tatsunori Murata; Akira Sugawara; Yuta Sonoda; Hideki Ohsumi
Original assignee: Dowa Metaltech Co Ltd; Yazaki Corp
Current assignee: Dowa Metaltech Co Ltd; Yazaki Corp
Priority date: 2014-03-04
Filing date: 2015-02-25
Publication date: 2016-11-24
Also published as: TWI674968B; TW201542349A; CN106068337A; US10829862B2; JP2015180770A; KR101813434B1; WO2015133499A1; JP6445895B2; US20170088965A1; CN112593266A; KR20160124900A

Abstract

In einem zinnplattierten Produkt, bei dem eine Oberfläche eines Substrats 10 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung mit Zinn plattiert ist, eine Untergrundlage 12 aus Nickel und/oder einer Kupfer-Nickel-Legierung auf der Oberfläche des Substrats 10 gebildet ist, und eine äußerste Lage auf der Oberfläche der Untergrundlage 12 gebildet ist, ist aus einer Kupfer-Zinn-Legierungslage 14 und Zinnlagen 16 zusammengesetzt, wobei die Kupfer-Zinn-Legierung 14 aus einer großen Zahl von Kristallkörnern aus einer Kupfer-Zinn-Legierung gebildet ist, wobei jede der Zinnlagen 16 in einem entsprechenden von vertieften Abschnitten angeordnet ist, von denen jeder zwischen benachbarten Kristallkörnern der großen Zahl von Kristallkörnern aus der Kupfer-Zinn-Legierung gebildet ist, wobei die benachbarten Kristallkörner benachbart zueinander auf der äußersten Oberfläche der äußersten Lage liegen, wobei das Flächenverhältnis, das von den Zinnlagen 16 auf der äußersten Oberfläche eingenommen wird, 20 bis 80 % beträgt, und die maximale Dicke der Zinnlagen 16 kleiner als der mittlere Partikeldurchmesser der Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierung ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein zinnplattiertes Produkt und ein Verfahren zum Herstellen desselben. Insbesondere betrifft die Erfindung ein zinnplattiertes Produkt, das als das Material eines einsetzbaren Verbindungsanschlusses oder dergleichen verwendet wird, und ein Verfahren zum Herstellen desselben.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Als herkömmliche Materialien von einsetzbaren Verbindungsanschlüssen werden zinnplattierte Produkte verwendet, bei denen eine Zinnbeschichtungslage als die äußerste Lage aus einem leitfähigem Material, wie etwa Kupfer oder einer Kupferlegierung, gebildet ist. Insbesondere werden zinnplattierte Produkte als die Materialien von Informationsübertragungsanlagen für Kraftfahrzeuge, tragbare Telefone und Personalcomputer, Steuerungsbasisplatten für industrielle Anlagen, wie etwa Roboter, Endgeräte/Anschlüsse, wie etwa Verbinder, Leiterrahmen, Relais und Schalter und Busschienen vom Gesichtspunkt ihres geringen Kontaktwiderstandes, ihrer Kontaktzuverlässigkeit, ihrer Korrosionsbeständigkeit, ihrer Lötbarkeit, ihrer Wirtschaftlichkeit usw. aus verwendet.
Als ein solches zinnplattiertes Produkt wird ein plattiertes Kupfer oder eine plattierte Kupferlegierung vorgeschlagen, bei der eine Nickel- oder Nickellegierungslage auf der Oberfläche von Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet wird, und eine Zinn- oder Zinnlegierungslage auf der äußersten Oberflächenseite davon gebildet wird, wobei zumindest eine Lage aus Zwischenlagen Kupfer und Zinn als Hauptkomponenten enthält, oder Zwischenlagen, die Kupfer, Nickel und Zinn als Hauptkomponenten enthalten, zwischen der Nickel- oder Nickellegierungslage und der Zinn- oder Zinnlegierungslage gebildet sind, und zumindest eine Zwischenlage dieser Zwischenlagen eine Lage enthält, die 50 Gewichts-% oder weniger Kupfer und 20 Gewichts-% oder weniger Nickel enthält (siehe z.B. Japanische Patentveröffentlichung Nr.2003-293187 ).
Es wird auch ein leitfähiges Material zum Verbinden von Teilen vorgeschlagen, wobei eine Kupfer-Zinn-Legierungsbeschichtungslage, die 20 bis 70 Atom-% Kupfer enthält und die eine mittlere Dicke von 0,2 bis 3,0 Mikrometer aufweist, und eine Zinnbeschichtungslage, die eine mittlere Dicke von 0,2 bis 5,0 Mikrometer aufweist, auf der Oberfläche eines Basismaterials aus einer Kupferplatte oder einem Kupferstab in dieser Reihenfolge gebildet sind, und die Oberfläche davon rückflussbehandelt ist, wobei der arithmetische Mittenrauwert Ra in zumindest einer Richtung 0,15 Mikrometer oder mehr beträgt, der arithmetische Mittenrauwert Ra in allen Richtungen 3,0 Mikrometer oder weniger beträgt, ein Teil der Kupfer-Zinn-Legierungsbeschichtungslage zu der Oberfläche der Zinnbeschichtungslage freiliegt, und das Verhältnis der freiliegenden Flächen der Kupfer-Zinn-Legierungsbeschichtungslage 3 bis 75 % mit Bezug auf die Oberfläche des leitfähigen Materials beträgt (siehe z.B. Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2006-183068 ).
Jedoch in dem zinnplattierten Produkt, das in der Japanische Patentveröffentlichung 2003-293187 vorgeschlagen wird, gibt es ein Problem darin, dass die Einsetzkraft eines einsetzbaren Verbindungsanschlusses oder dergleichen während dessen Einsetzens vergrößert wird, wenn das zinnplattierte Produkt als das Material des einsetzbaren Verbindungsanschlusses oder dergleichen verwendet wird, obwohl das zinnplattierte Produkt eine gute Lötbarkeit, eine Whiskerwiderstand, eine Wärmebeständigkeitszuverlässigkeit und Umformbarkeit aufweist. In dem zinnplattierten Produkt, das in dem japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2006-183068 vorgeschlagen wird, sind dessen Produktionskosten erhöht, da ein Substrat plattiert wird, nachdem seine Oberfläche aufgeraut wurde, um die Einsetzkraft eines einsetzbaren Verbindungsanschlusses oder dergleichen zu verringern, wenn das zinnplattierte Produkt als das Material des einsetzbaren Verbindungsanschlusses oder dergleichen verwendet wird.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend erwähnten Probleme zu beseitigen und ein zinnplattiertes Produkt, das eine niedrige Einsetzkraft aufweist, wenn es als das Material eines elektrischen Elements, wie etwa eines einsetzbaren Verbindungsanschlusses, verwendet wird, und ein Verfahren zum Herstellen des zinnplattierten Produkts mit niedrigen Kosten zur Verfügung zu stellen.
Um das vorstehend erwähnte Ziel zu erreichen, haben die Erfinder umfassende Studien durchgeführt und herausgefunden, dass es möglich ist, ein zinnplattiertes Produkt mit niedrigen Kosten herzustellen, wobei das zinnplattierte Produkt eine niedrige Einsetzkraft aufweist, wenn es als das Material eines elektrischen Elements, wie etwa eines einsetzbaren Verbindungsanschlusses, verwendet wird, wenn ein zinnplattiertes Produkt vorgesehen ist, wobei eine Oberfläche eines Substrats mit Zinn plattiert ist, wobei das zinnplattierte Produkt umfasst: ein Substrat aus Kupfer oder einer Kupferlegierung; eine Untergrundlage, die auf einer Oberfläche des Substrats gebildet ist, wobei die Untergrundlage aus Nickel und/oder einer Kupfer-Nickel-Legierung gebildet ist; und einer äußerste Lage, die auf einer Oberfläche der Untergrundlage gebildet ist, wobei die äußerste Lage aus einer Kupfer-Zinn-Legierungslage und Zinnlagen zusammengesetzt ist, wobei die Kupfer-Zinn-Legierungslage aus einer großen Zahl von Kristallkörnern aus einer Kupfer-Zinn-Legierung gebildet ist, wobei jede dieser Zinnlagen in einem entsprechenden von vertieftem Abschnitten angeordnet ist, von denen jede zwischen benachbarten Kristallkörnern der großen Zahl von Kristallkörnern aus der Kupfer-Zinn-Legierung gebildet ist, wobei die benachbarten Kristallkörner benachbart zueinander auf einer äußersten Oberfläche der äußersten Lage liegen, wobei ein Flächenverhältnis, das durch die Zinnlagen auf der äußersten Fläche eingenommen wird, 20 bis 80 % beträgt, und eine maximale Dicke der Zinnlagen kleiner als ein mittlerer Partikeldurchmesser der Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierung ist. Somit haben die Erfinder die vorliegende Erfindung getätigt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein zinnplattiertes Produkt vorgesehen, wobei eine Oberfläche eines Substrats mit Zinn plattiert ist, wobei das zinnplattierte Produkt umfasst: ein Substrat aus Kupfer oder einer Kupferlegierung; eine Untergrundlage, die auf einer Oberfläche des Substrats gebildet ist, wobei die Untergrundlage aus Nickel und/oder einer Kupfer-Nickel-Legierung gebildet ist; und eine äußerste Lage, die auf einer Oberfläche der Untergrundlage gebildet ist, wobei die äußerste Lage aus einer Kupfer-Zinn-Legierungslage und Zinnlagen zusammengesetzt ist, wobei die Kupfer-Zinn-Legierungslage aus einer großen Zahl von Kristallkörnern aus einer Kupfer-Zinn-Legierung gebildet ist, von denen jede dieser Zinnlagen in einem entsprechenden von vertieften Abschnitten angeordnet ist, wobei jeder zwischen benachbarten Kristallkörnern der großen Zahl von Kristallkörnern aus der Kupfer-Zinn-Legierung gebildet ist, wobei die benachbarten Kristallkörner benachbart zueinander auf einer äußersten Oberfläche der äußersten Lage liegen, wobei ein Flächenverhältnis, das durch die Zinnlagen auf der äußersten Oberfläche eingenommen wird, 20 bis 80 % beträgt, und eine maximale Dicke der Zinnlagen kleiner als ein mittlerer Partikeldurchmesser der Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierung ist.
In diesem zinnplattierten Produkt ist die Kupfer-Zinn-Legierungslage bevorzugt aus einer Kupfer-Zinn-Legierung oder einer Kupfer-Nickel-Zinn-Legierung gebildet.
In diesem Fall ist die Kupfer-Zinn-Legierung bevorzugt Cu₆Sn₅ und die Kupfer-Nickel-Zinn-Legierung ist bevorzugt (Cu,Ni)₆Sn₅. Die Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierung weisen bevorzugt einen mittleren Partikeldurchmesser von 1,5 bis 3 Mikrometer auf. Die Zinnlagen weisen bevorzugt eine maximale Dicke von 0,2 bis 1,0 Mikrometer auf, und die Zinnlagen weisen bevorzugt eine mittlere Dicke von 0,05 bis 0,4 Mikrometer auf. Die Kupfer-Zinn-Legierungslage weist bevorzugt eine Dicke von 0,4 bis 1,5 Mikrometer auf, und die Untergrundlage weist bevorzugt eine Dicke von 0,05 bis 0,5 Mikrometer auf. Die äußerste Oberfläche weist bevorzugt einen arithmetischen Mittenrauwert Ra von 0,05 bis 0,2 Mikrometer und eine maximale Rautiefe Ry von 0,3 bis 1,5 Mikrometer auf.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines zinnplattierten Produkts vorgesehen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Behandeln einer Oberfläche eines Substrats aus Kupfer oder einer Kupferlegierung; Bilden einer Nickelplattierungslage, einer Kupferplattierungslage und einer Zinnplattierungslage auf der behandelten Oberfläche des Substrats in dieser Reihenfolge; und danach Ausführen einer Wärmebehandlung, um eine äußerste Lage zu bilden, die aus einer Kupfer-Zinn-Legierungslage und Zinnlagen zusammengesetzt wird, wobei die Kupfer-Zinn-Legierungslage aus einer großen Zahl von Kristallkörnern aus einer Kupfer-Zinn-Legierung gebildet wird, wobei jede der Zinnlagen in einem entsprechenden von vertieften Abschnitten angeordnet wird, von denen eine jede zwischen benachbarten Kristallkörnern der großen Zahl von Kristallkörnern aus der Kupfer-Zinn-Legierung gebildet wird, wobei benachbarte Kristallkörner benachbart zueinander auf einer äußersten Oberfläche der äußersten Lage liegen, wobei die Wärmebehandlung bewirkt, dass ein Flächenverhältnis, das durch die Zinnlagen auf der äußersten Oberfläche eingenommen wird, 20 bis 80 % beträgt, und bewirkt wird, dass eine maximale Dicke der Zinnschichten kleiner als ein mittlerer Partikeldurchmesser der Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierung wird.
Bei diesem Verfahren zum Herstellen eines zinnplattierten Produkts bewirkt die Behandlung der Oberfläche des Substrats bevorzugt, dass die Oberfläche des Substrats einen arithmetischen Mittenrauwert Ra von 0,05 bis 0,2 Mikrometer, eine maximale Rautiefe Ry von 0,4 bis 1,5 Mikrometer und eine Zehnpunkt-Mittenrauheit Rz von 0,15 bis 1,0 Mikrometer aufweist. Die Nickelplattierungslage weist bevorzugt eine Dicke von 0,05 bis 0,5 Mikrometer auf, die Kupferplattierungslage weist bevorzugt eine Dicke von 0,1 bis 0,7 Mikrometer auf, und die Zinnplattierungslage weist bevorzugt eine Dicke von 0,5 bis 1,5 Mikrometer auf. Das Verhältnis der Dicke der Zinnplattierungslage zu der Dicke der Kupferplattierungslage beträgt bevorzugt 1,5 bis 5, und das Verhältnis der Dicke der Zinnplattierungslage zu der Summe aus der Dicke der Kupferplattierungslage und der Dicke der Nickelplattierungslage beträgt bevorzugt 1 bis 3,5. Die Wärmebehandlung wird bevorzugt ausgeführt durch Einstellen der Temperatur und Zeit in einem Temperaturbereich von 300 bis 800°C, um zu bewirken, dass der mittlere Partikeldurchmesser der Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierung 1,5 bis 3 Mikrometer beträgt, während bewirkt wird, dass die maximale Dicke der Zinnlagen 0,2 bis 1,0 Mikrometer beträgt.
Die Wärmebehandlung wird bevorzugt ausgeführt durch Einstellen der Temperatur und Zeit in einem Temperaturbereich von 300 bis 800 °C, um zu bewirken, dass die Zinnlagen eine mittlere Dicke von 0,05 bis 0,4 Mikrometer aufweisen. In diesem Fall werden die Temperatur und Zeit bei der Wärmebehandlung bevorzugt derart eingestellt, dass die Dicke (μm) der Zinnplattierungslage, die verbraucht wird, nachdem sie durch die Wärmebehandlung geschmolzen wird, {Dicke (μm) der Zinnplattierungslage vor der Wärmebehandlung – 0,7 (μm)} oder mehr beträgt und {Dicke (μm) der Zinnplattierungslage vor der Wärmebehandlung – 0,35 (μm)} oder weniger beträgt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein elektrisches Element vorgesehen, dass das oben beschriebene zinnplattierte Produkt als dessen Material verwendet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein zinnplattiertes Produkt mit niedrigen Kosten herzustellen, wobei das zinnplattierte Produkt eine niedrige Einsetzkraft aufweist, wenn es als das Material eines elektrischen Elements, wie etwa eines einsetzbaren Verbindungsanschlusses verwendet wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Schnittansicht, die schematisch die bevorzugte Ausführungsform eines zinnplattierten Produkts gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
2 ist eine Ansicht, die einen Winkel θ zwischen der äußersten Oberfläche einer Kupfer-Zinn-Legierungslage und einer geraden Linie, die durch den Punkt der maximalen Tiefe einer Zinnlage und den Schnittpunkt der äußersten Oberfläche und eines im Wesentlichen zentralen Abschnittes der Kupfer-Zinn-Legierungslage benachbart zu der Zinnlage schneidet, in einem Querschnitt im Wesentlichen senkrecht zu der äußersten Oberfläche der bevorzugten Ausführungsform eines zinnplattierten Produkts gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
BESTE ART UND WEISE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
In der bevorzugten Ausführungsform eines zinnplattierten Produkts gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei eine Oberfläche eines Substrats 10 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung mit Zinn plattiert ist, wie es in 1 gezeigt ist, ist eine Untergrundlage 12 auf der Oberfläche des Substrats 10 gebildet, wobei die Untergrundlage 12 aus Nickel und/oder einer Kupfer-Nickel-Legierung gebildet ist, und eine äußerste Lage auf einer Oberfläche der Untergrundlage 12 gebildet ist, wobei die äußerste Lage aus einer Kupfer-Zinn-Legierungslage 14 und Zinnlagen 16 zusammengesetzt ist, wobei die Kupfer-Zinn-Legierungslage 14 aus einer großen Zahl von Kristallkörnern aus einer Kupfer-Zinn-Legierung gebildet ist, wobei jede der Zinnlagen 16 in einem entsprechenden von vertieften Abschnitten angeordnet ist, von denen jeder zwischen benachbarten Kristallkörnern der großen Zahl von Kristallkörnern aus der Kupfer-Zinn-Legierung gebildet ist, wobei die benachbarten Kristallkörner benachbart zueinander auf einer äußersten Oberfläche der äußersten Lage liegen, wobei das Flächenverhältnis, das durch die Zinnlagen 16 auf der äußersten Oberfläche eingenommen wird, 20 bis 80 % (bevorzugt 30 bis 75 % stärker bevorzugt 30 bis 70 %) beträgt, und die maximale Dicke der Zinnlagen 16 kleiner als ein mittlerer Partikeldurchmesser der Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierung ist. Wenn ein zinnplattiertes Produkt mit einem solchen Aufbau als das Material eines einsetzbaren Verbindungsanschlusses verwendet wird, ist es möglich, das Einschneiden der Kupfer-Zinn-Legierungslage der äußersten Lage zu verhindern, um einen Verbindungsanschluss herzustellen, der eine niedrige Einsetzkraft aufweist und der während eines geringfügigen Gleitens einen niedrigen elektrischen Widerstand besitzt.
Bei diesem zinnplattierten Produkt ist die Kupfer-Zinn-Legierungslage 14 bevorzugt aus einer Kupfer-Zinn-Legierung und einer Kupfer-Nickel-Zinn-Legierung gebildet. In diesem Fall ist die Kupfer-Zinn-Legierung bevorzugt Cu₆Sn₅, und die Kupfer-Nickel-Zinn-Legierung ist bevorzugt (Cu,Ni)₆Sn₅ (eine intermetallische Verbindung, wobei Ni in Cu₆Sn₅ vorhanden ist). Die Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierung weisen bevorzugt einen mittleren Partikeldurchmesser von 1,5 bis 3 Mikrometer auf. Die Zinnlagen 16 weisen bevorzugt einen maximale Dicke von 0,2 bis 1,0 Mikrometer auf, und weisen stärker bevorzugt eine maximale Dicke von 0,3 bis 0,9 Mikrometer auf. Das Verhältnis (D/T) des mittleren Partikeldurchmessers (D) der Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierungslage der äußersten Lage zu der maximalen Dicke (T) der Zinnlagen 16 beträgt bevorzugt 1,5 bis 10, stärker bevorzugt 2 bis 7 und am stärksten bevorzugt 2 bis 6. Die Zinnlagen 16 weisen bevorzugt eine mittlere Dicke von 0,05 bis 0,4 Mikrometer auf, und weisen stärker bevorzugt eine mittlere Dicke von 0,05 bis 0,3 Mikrometer auf. Die Kupfer-Zinn-Legierungslage 14 weist bevorzugt eine Dicke von 0,4 bis 1,5 Mikrometer auf, und weist stärker bevorzugt eine Dicke von 0,5 bis 1,2 Mikrometer auf. Die Untergrundlage 12 weist bevorzugt eine Dicke von 0,05 bis 0,5 Mikrometer auf, und weist stärker bevorzugt eine Dicke von 0,1 bis 0,4 Mikrometer auf. Die äußerste Oberfläche weist bevorzugt einen arithmetischen Mittenrauwert Ra von 0,05 bis 0,2 Mikrometer und eine maximale Rautiefe Ry von 0,3 bis 1,5 Mikrometer auf.
Somit ist in der bevorzugten Ausführungsform eines zinnplattierten Produkts gemäß der vorliegenden Erfindung die Untergrundlage 12 aus Nickel und/oder einer Kupfer-Nickel-Legierung auf der Oberfläche des Substrats 10 gebildet, wobei die äußerste Lage der Kupfer-Zinn-Legierungslage 14 und die Zinnlagen 16 auf der Oberfläche der Untergrundlage 12 gebildet sind, und es gibt bevorzugt keine Lage aus Kupfer zwischen der Untergrundlage 12 und der äußersten Lage als eine Zwischenlage.
Auf einem Querschnitt im Wesentlichen senkrecht zu der äußersten Oberfläche des zinnplattierten Produkts beträgt ein Winkel θ zwischen der äußersten Oberfläche der Kupfer-Zinn-Legierungslage und einer geraden Linie, die durch den Punkt der maximalen Tiefe der Zinnlage und den Schnittpunkt der äußersten Oberfläche und eines im Wesentlichen zentralen Abschnitts der Kupfer-Zinn-Legierungslage benachbart zu der Zinnlage verläuft, bevorzugt 25 bis 45 °C. Das heißt, wie es in 2 gezeigt ist, ist auf dem Querschnitt im Wesentlichen senkrecht zu der äußersten Oberfläche des zinnplattierten Produkts eine gerade Linie L1 parallel zu der äußersten Oberfläche von einem Punkt A1, an welchem ein Kristallkorn aus der Kupfer-Zinn-Legierung der Kupfer-Zinn-Legierungslage 14 eines der Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierung auf dessen beiden Seiten berührt und bei welchem die Tiefe einer Zinnlage 16 zwischen diesen Kristallkörnern maximal ist, gezogen. Dann ist eine gerade Linie L2 parallel zu der äußersten Oberfläche von einem Punkt A2, bei welchem das Kristallkorn der Kupfer-Zinn-Legierung der Kupfer-Zinn-Legierungslage 14 das andere der Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierung auf seinen beiden Seiten berührt, und bei welchem die Tiefe der Zinnlagen 16 zwischen diesen Kristallkörnern maximal ist, gezogen. Dann wird eine gerade Linie L3 parallel zu der äußersten Oberfläche derart gezogen, dass der gleiche Abstand von beiden geraden Linien L1 und L2 zwischen den geraden Linien L1 und L2 vorliegt (die gerade Linie L3 bezeichnet eine mittlere Tiefe der Punkte A1 und A2, bei welcher die Tiefe von jeder der Zinnlagen 16 auf beiden Seiten eines Kristallkorns der Kupfer-Zinn-Legierung maximal ist). Dann werden ein Schnittpunkt B1 der geraden Linie L3 und einer Normalen zu der äußersten Oberfläche, die derart gezogen ist, dass sie durch den Punkt A1 verläuft, und ein Schnittpunkt B2 der geraden Linie L3 und einer Normalen zu der äußersten Oberfläche, die derart gezogen ist, dass sie durch den Punkt A2 verläuft, erhalten. Dann wird ein Schnittpunkt B3 der äußersten Oberfläche und einer Normalen zu der äußersten Oberfläche, die von einem Mittelpunkt eines Liniensegments zwischen den Schnittpunkten B1 und B2 gezogen wird, erhalten. Der Winkel θ zwischen der äußersten Oberfläche und einer geraden Linie, die zwischen den Schnittpunkten B1 und B3 gezogen wird, beträgt bevorzugt 25 bis 45 °C. Zum Beispiel kann dieser Winkel θ wie folgt berechnet werden. Zunächst wird das zinnplattierte Produkt mit einem Focused Ion Beam-Instrument (FIB-Instrument) geschnitten, um einen Querschnitt im Wesentlichen senkrecht zu der äußersten Oberfläche des zinnplattierten Produkts und parallel zu seiner Walzrichtung (oder einen Querschnitt im Wesentlichen senkrecht zu der äußersten Oberfläche des zinnplattierten Produkts und senkrecht zu seiner Walzrichtung) als einen Querschnitt im Wesentlichen senkrecht zu der äußersten Oberfläche des zinnplattierten Produkts freizulegen. Dann wird der Querschnitt (zum Beispiel mit einer Vergrößerung von 10000) mittels eines Rasterelektronenmikroskops (SEM) betrachtet. Der Winkel θ kann aus tan θ = H/(L/2) berechnet werden, da tan θ im Wesentlichen gleich H/(L/2) ist, unter der Annahme, dass L die Länge des Liniensegments zwischen den in 2 gezeigten Schnittpunkten B1 und B2 ist und dass H die Länge zwischen einem Mittelpunkt (zwischen den Schnittpunkten B1 und B2) und dem Schnittpunkt der äußersten Oberfläche und einer Normalen zu der äußersten Oberfläche ist, wobei die Normale von dem Mittelpunkt zwischen den Schnittpunkten B1 und B2 gezogen wird.
Die bevorzugte Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines zinnplattierten Produkts gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Schritte: Behandeln einer Oberfläche eines Substrats aus Kupfer oder einer Kupferlegierung; Bilden einer Nickelplattierungslage, einer Kupferplattierungslage und einer Zinnplattierungslage auf der behandelten Oberfläche des Substrats in dieser Reihenfolge; und danach Ausführen einer Wärmebehandlung, um eine äußerste Lage zu bilden, die aus einer Kupfer-Zinn-Legierungslage und Zinnlagen zusammengesetzt ist, wobei die Kupfer-Zinn-Legierungslage aus einer großen Zahl von Kristallkörnern aus einer Kupfer-Zinn-Legierung gebildet wird, wobei jede der Zinnlagen in einem entsprechenden von vertieften Abschnitten angeordnet wird, von denen ein jeder zwischen benachbarten Kristallkörnern der großen Zahl von Kristallkörnern aus der Kupfer-Zinn-Legierung gebildet wird, wobei die benachbarten Kristallkörner benachbart zueinander auf einer äußersten Oberfläche der äußersten Lage liegen, wobei die Wärmebehandlung bewirkt, dass ein Flächenverhältnis, das durch die Zinnlagen auf der äußersten Oberfläche eingenommen wird, 20 bis 80 % (bevorzugt 30 bis 75 %, stärker bevorzugt 30 bis 70 %) beträgt, und bewirkt wird, dass eine maximale Dicke der Zinnlagen kleiner als ein mittlerer Partikeldurchmesser der Kristallkörner der Kuper-Zinn-Legierung ist.
Bei diesem Verfahren zum Herstellen eines zinnplattierten Produkts bewirkt die Behandlung der Oberfläche des Substrats bevorzugt, dass die Oberfläche des Substrats einen arithmetischen Mittenrauwert Ra von 0,05 bis 0,2 Mikrometer, eine maximale Rautiefe Ry von 0,4 bis 1,5 Mikrometer und eine Zehnpunkt-Mittenrauheit Rz von 0,15 bis 1,0 Mikrometer aufweist. Als ein Verfahren zum derartigen Behandeln der Oberfläche des Substrats zum Verringern der Ungleichmäßigkeit der Oberfläche des Substrats durch Verringern der Oberflächenrauheit des Substrats (bis zu einem gewünschten Wert) kann ein chemisches Polieren, wie etwa ein elektrolytisches Polieren, das Walzen des Substrats unter Verwendung einer Arbeitswalze mit einer Oberflächenrauheit, die durch Polieren oder dergleichen verringert ist, ein mechanisches Polieren, wie etwa Schwabbeln oder Strahlen, usw. verwendet werden.
Die Nickelplattierungslage weist bevorzugt eine Dicke von 0,05 bis 0,5 Mikrometer auf, und weist stärker bevorzugt eine Dicke von 0,05 bis 0,4 Mikrometer auf. Die Kupferplattierungslage weist bevorzugt eine Dicke von 0,1 bis 0,7 Mikrometer auf, und weist stärker bevorzugt eine Dicke von 0,1 bis 0,5 Mikrometer auf. Die Zinnplattierungslage weist bevorzugt eine Dicke von 0,5 bis 1,5 Mikrometer auf, und weist stärker bevorzugt eine Dicke von 0,6 bis 1,2 Mikrometer auf. Das Verhältnis (Sn-Dicke/Cu-Dicke) der Dicke der Zinnplattierungslage zu der Dicke der Kupferplattierungslage beträgt bevorzugt 1,5 bis 5, und stärker bevorzugt 2 bis 5. Das Verhältnis (Sn-Dicke/Cu-Dicke + Ni-Dicke)) der Dicke der Zinnplattierungslage zu der Summe aus der Dicke der Kupferplattierungslage und der Dicke der Nickelplattierungslage beträgt bevorzugt 1 bis 3,5.
Die Wärmebehandlung wird bevorzugt bei einer Temperatur von 300 bis 800°C für 1 bis 1800 Sekunden in der Atmosphäre ausgeführt (bis die Wärmebehandlung eine äußerste Lage bildet, die aus einer Kupfer-Zinn-Legierungslage und Zinnlagen zusammengesetzt ist, wobei die Kuper-Zinn-Legierungslage aus einer großen Zahl von Kristallkörnern aus einer Kupfer-Zinn-Legierung gebildet wird, wobei jede der Zinnlagen in einem entsprechenden von vertieften Abschnitten angeordnet wird, von denen ein jeder zwischen benachbarten Kristallkörnern der großen Zahl von Kristallkörnern aus der Kupfer-Zinn-Legierung gebildet wird, wobei die benachbarten Kristallkörner benachbart zueinander auf einer äußersten Oberfläche der äußersten Lage liegen, wobei die Wärmebehandlung bewirkt, dass ein Flächenverhältnis, das durch die Zinnlagen auf der äußersten Oberfläche eingenommen wird, 20 bis 80 % beträgt, und bewirkt wird, dass eine maximale Dicke der Zinnlagen kleiner als ein mittlerer Partikeldurchmesser der Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierung wird). Die Wärmebehandlung wird bevorzugt durch Einstellen der Temperatur und Zeit in einem Temperaturbereich von 300 bis 800 °C ausgeführt, um zu bewirken, dass der mittlere Partikeldurchmesser der Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierung 1,5 bis 3 Mikrometer beträgt, während bewirkt wird, dass die maximale Dicke der Zinnlagen 0,2 bis 1,0 Mikrometer wird.
Die Wärmebehandlung wird stärker bevorzugt durch Einstellen der Temperatur und Zeit in einem Temperaturbereich von 300 bis 800 °C ausgeführt, um zu bewirken, dass die Zinnlagen eine mittlere Dicke von 0,5 bis 0,4 Mikrometer aufweisen (um den Betrag an Anhaftung an den Kontaktpunkt zu verringern, wenn das zinnplattierte Produkt als das Material eines einsetzbaren Verbindungsanschlusses oder dergleichen verwendet wird). Wenn die Wärmebehandlung fortgesetzt wird, bis die mittlere Dicke der Zinnlagen, die nach dem Schmelzen des Zinns verbleibt, 0,05 bis 0,4 Mikrometer ist, ist es durch die Wärmebehandlung in dem Temperaturbereich von 300 bis 800°C möglich, zu bewirken, dass die mittlere Dicke der Zinnlagen 0,05 bis 0,4 Mikrometer beträgt. Das heißt, wenn die Wärmebehandlung in dem Temperaturbereich von 300 bis 800°C ausgeführt wird, nachdem die Nickelplattierungslage, die Kupferplattierungslage und die Zinnplattierungslage auf der Oberfläche des Substrats in dieser Reihenfolge gebildet sind, beträgt die Dicke der Zinnplattierungslage, die verbraucht wird, bis eine Temperatur (232°C) den Schmelzpunkt von Zinn erreicht, 0,3 Mikrometer (als ein Wert, der in einem vorhergehenden Experiment evaluiert wurde), und die Dicke der Zinnplattierungslage, die durch die Diffusion von flüssigem Zinn nach dem Schmelzen von Zinn verbraucht wird, beträgt {2 × Diffusionskoeffizient D (m²/s) × Haltezeit t(s)}^1/2 (m). Wenn daher die Temperatur und Zeit bei der Wärmebehandlung derart eingestellt werden, dass {Dicke T_Sn (μm) der Zinnplattierungslage vor der Wärmebehandlung – Dicke (0,3 μm) der Zinnplattierungslage, die bis zum Schmelzen des Zinns verbraucht wird – mittlere Dicke (0,4 μm) der Zinnplattierungslage, die nach dem Schmelzen des Zinns verbleibt} ≦ {2 × Diffusionskoeffizient D × Haltezeit t}^1/2 (μm) ≦ {Dicke T_Sn (μm) der Zinnplattierungslage vor der Wärmebehandlung – Dicke (0,3 μm) der Zinnplattierungslage, die bis zum Schmelzen des Zinns verbraucht wird – mittlere Dicke (0,05 μm) der Zinnplattierungslage, die nach dem Schmelzen des Zinns verbleibt} zu erfüllen, ist es möglich, zu bewirken, dass die mittlere Dicke der Zinnlagen durch die Wärmebehandlung 0,05 bis 0,4 Mikrometer beträgt. Das heißt, wenn die Temperatur und Zeit bei der Wärmebehandlung derart eingestellt werden, dass die Dicke (μm) der Zinnplattierungslage, die nach dem Schmelzen der Zinnplattierungslage durch die Wärmebehandlung verbraucht wird, nicht kleiner als {Dicke T_Sn (μm) der Zinnplattierungslage vor der Wärmebehandlung – 0,7 (μm)} ist und nicht größer als {Dicke T_Sn (μm) der Zinnplattierungslage vor der Wärmebehandlung – 0,35 (μm)} ist, ist es möglich, zu bewirken, dass die mittlere Dicke der Zinnlagen durch die Wärmebehandlung 0,05 bis 0,4 Mikrometer beträgt. Da darüber hinaus der Diffusionskoeffizient D (m²/s) D = D₀exp(–Q/RT) aus dem Frequenzfaktor D₀ (= 1,7 × 10^–15 (m²/s)), der Aktivierungsenergie Q (= –19,4 (J/mol)), der Gaskonstanten (= 8,314 J/mol·K) und der Temperatur T (K) besteht, ist die Dicke (μm) der Zinnplattierungslage, die nach dem Schmelzen der Zinnplattierungslage durch die Wärmebehandlung verbraucht wird, eine Funktion der Temperatur und Zeit, so dass es möglich ist, bei der Wärmebehandlung die Temperatur und Zeit einzustellen.
Beispiele eines zinnplattierten Produkts und eines Verfahrens zum Herstellen desselben gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachstehend ausführlich beschrieben.
Beispiel 1
Zunächst wurde eine Platte aus leitfähigem Substrat aus einer Cu-Ni-Sn-P-Legierung vorbereitet (ein Substrat aus einer Kupferlegierung, die 1,0 Gewichts-% Nickel, 0,9-Gewichts-% Zinn, 0,05-Gewicht-% Phosphor und dem Rest Kupfer umfasst) mit einer Dicke von 0,25 mm. Die Oberfläche des Substrats wird durch Keramikwalze eines Walzwerks (eine Walzwerkwalze, die mit einem Schleifstein (# 400) mittels einer Walzwerkwalzen-Schleifmaschine poliert ist, um die maximale Rautiefe Ry und Zehnpunkt-Mittenrauheit Rz ihrer Oberfläche zu verringern) behandelt, um die Oberflächenrauheit des Substrats zu verringern. Mit Bezug auf die Oberflächenrauheit des Substrats das derart oberflächenbehandelt ist, wurden der arithmetische Mittenrauwert Ra, die maximale Rautiefe Ry und die Zehnpunkt-Mittenrauheit Rz, die Parameter sind, die die Oberflächenrauheit zeigen, auf der Basis von JIS B0601 (1994) aus den Ergebnissen berechnet, die in Richtung senkrecht zu der Walzrichtung auf der Walzoberfläche mittels einer Kontaktoberflächen-Rauheitsmessvorrichtung gemessen wurden (Surfcoder SE4000, von Kosaka Laboratory Ltd. hergestellt). Als ein Ergebnis betrug der arithmetische Mittenrauwert Ra 0,15 Mikrometer, die maximale Rautiefe Ry betrug 1,05 Mikrometer, und die Zehnpunkt-Mittenrauheit Rz betrug 0,71 Mikrometer. Mittels der Kontaktoberflächen-Rauheitsmessvorrichtung (Surfcoder SE4000, von Kosaka Laboratory Ltd. hergestellt) wurde das mittlere Intervall Sm zwischen benachbarten Konkavitäten oder Konvexitäten auf der Oberfläche des Substrats gemessen. Als ein Ergebnis betrug das mittlere Intervall Sm 80 Mikrometer.
Dann wurde als eine Vorbehandlung das derart oberflächenbehandelte Substrat (ein zu plattierendes Material) für 10 Sekunden mit einer alkalischen elektrolytischen Entfettungslösung elektrolytisch entfettet und dann mit Wasser gewaschen. Danach wurde das Substrat in 5 Gewichts-% Schwefelsäure für 10 Sekunden zum Beizen eingetaucht und danach mit Wasser gewaschen.
Danach wurden das derart oberflächenbehandelte Substrat (das zu plattierende Material) und eine Nickelelektrodenplatte als eine Kathode bzw. eine Anode verwendet, um das Substrat mit einer Stromdichte von 5 A/dm² und einer Flüssigkeitstemperatur von 50 °C für 5 Sekunden in einer Nickelplattierungslösung enthaltend 80 g/l Nickelsulfamat und 45 g/l Borsäure elektrisch zu plattieren, um auf dem Substrat eine Nickelplattierungslage mit einer Dicke von 0,1 Mikrometern zu bilden.
Dann wurden das derart nickelplattierte Substrat und eine Kupferelektrodenplatte als eine Kathode bzw. eine Anode verwendet, um das Substrat mit einer Stromdichte von 5 A/dm² und einer Flüssigkeitstemperatur von 30°C für 16 Sekunden in einer Kupferplattierungslösung enthaltend 110 g/l Kupfersulfat und 100 g/l Schwefelsäure elektrisch zu plattieren um auf dem Substrat eine Kupferplattierungslage mit einer Dicke von 0,4 Mikrometern zu bilden.
Dann wurden das derart kupferplattierte Substrat und eine Zinnelektrodenplatte als eine Kathode bzw. Anode zum Elektroplattieren des Substrats mit einer Stromdichte von 5 A/dm² und einer Flüssigkeitstemperatur von 25°C für 20 Sekunden in einer Zinnplattierungslösung enthaltend 60 g/l Zinnsulfat, 75 g/l Schwefelsäure, 30 g/l Cresolsulfonsäure und 1 g/l β-Naphthol elektrisch zu plattieren, um eine Zinnplattierungslage mit einer Dicke von 1,0 Mikrometern auf dem Substrat zu bilden.
In dem plattierten Produkt nach dem Plattieren mit Zinn betrug das Verhältnis der Dicke der Zinnplattierungslage zu der Dicke der Kupferplattierungslage 2,5, und das Verhältnis der Zinnplattierungslage zu der Summe aus der Dicke der Kupferplattierungslage und der Dicke der Nickelplattierungslage betrug 2.
Dann wurde das plattierte Produkt nach dem Plattieren mit Zinn gewaschen und getrocknet und anschließend in einem Glühofen (von Koyo Lindberg Co., Ltd. hergestellt) eingebracht, in welchem das plattierte Produkt auf einer Temperatur in dem Ofen von 400°C für 150 Sekunden in der Atmosphäre zur Wärmebehandlung gehalten wurde. Darüber hinaus wurde bei diesem Beispiel während der Haltezeit von 150 Sekunden bei der Wärmebehandlung die Haltezeit nach dem Schmelzen des Zinns als 90 Sekunden berechnet. Die mittlere Dicke des Zinns, die nach dem Schmelzen des Zinns verbraucht wurde, wurde als 0,37 Mikrometer berechnet.
Die äußerste Lage, die auf der äußersten Oberflächenseite des derart hergestellten zinnplattierten Produkts gebildet wurde, wurde durch Elektronenstrahlmikroanalyse (EPMA) und Auger-Elektronenspektroskopie (AES) analysiert. Als ein Ergebnis wurde bestätigt, dass die äußerste Lage aus Sn und Cu₆Sn₅ (Kupfer-Zinn-Legierung) zusammengesetzt war und dass vertiefte Abschnitte (zwischen benachbarten Kristallkörnern aus der Kupfer-Zinn-Legierung) auf der Oberfläche der Kupfer-Zinn-Legierungslage, die aus den Kristallkörnern aus der Kupfer-Zinn-Legierung gebildet war, gebildet waren, wobei jeder der vertieften Abschnitte eine Zinnschicht darin aufwies, so dass die Kupfer-Zinn-Legierungslage und die Zinnlagen auf der äußersten Oberfläche vorhanden waren. Die Dicken dieser Lagen wurden durch eine elektrolytische Filmdickenmesseinrichtung (Dickenprüfgerät Thickness Tester TH-11, von Chuo Seisakusho Ltd. hergestellt) gemessen. Als ein Ergebnis betrug die mittlere Dicke der Zinnlagen 0,23 Mikrometer, und die Dicke der Kupfer-Zinn-Legierungslage betrug 0,90 Mikrometer. Nachdem die Zinnlagen auf der Oberfläche des zinnplattierten Produkts mit einer Zinnschällösung (enthaltend p-Nitrophenol und Natriumhydroxid) abgeschält worden war, wurde die Kristallkorngröße der Kupfer-Zinn-Legierung auf der freigelegten Oberfläche gemäß dem Schnittverfahren auf der Basis von JIS H0501 erhalten, und der mittlere Partikeldurchmesser der Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierung auf der äußersten Oberfläche wurde berechnet. Als ein Ergebnis betrug ihr mittlerer Partikeldurchmesser 2,8 Mikrometer.
Die Untergrundlage, die auf der Oberfläche des Substrats des zinnplattierten Produkts gebildet war, wurde mit AES analysiert. Als ein Ergebnis war die Untergrundlage aus Nickel und/oder einer Kupfer-Nickel-Legierung zusammengesetzt, und die Dicke der Untergrundlage betrug 0,10 Mikrometer. Die Anwesenheit einer Zwischenlage zwischen der äußersten Lage und der Untergrundlage des zinnplattierten Produkts wurde mit AES analysiert. Als ein Ergebnis gab es keine Kupferlage als die Zwischenlage, so dass die äußerste Lage auf der Oberfläche der Untergrundlage gebildet war.
Nachdem Gold auf die äußerste Oberfläche des zinnplattierten Produkts abgeschieden wurde, um eine Dicke von etwa 200 Nanometern zu haben, wurde das zinnplattierte Produkt mit einem Focused Ion Beam-Instrument (FIB-Instrument) geschnitten, um einen Querschnitt senkrecht zu der Walzrichtung des zinnplattierten Produkts freizulegen. Dann wurden zehn Punkte auf dem freigelegten Querschnitt mit einer Vergrößerung von 5000 in einem Sichtfeld mit einer Länge L (= 20 Mikrometer) parallel zu der Oberfläche des zinnplattierten Produkts mittels eines Rasterelektronenmikroskops (SEM) betrachtet. In jedem der betrachteten Bereiche wurde die Summe (Lm) von Längen der Kupfer-Zinn-Legierungslage, die die verdampfte Goldlage berührten, von der Länge L (= 20 Mikrometer) des gesamten Bereichs subtrahiert, um dies durch die Länge L des gesamten Bereichs zu dividieren und somit einen Wert (ein Verhältnis (= (L – Lm)/L) der Länge der Zinnlage, die die verdampfte Goldlage in dem betrachteten Bereich berührte) zu erhalten, und dann wurde ein Mittelwert der Werte (das Verhältnis (L – Lm)/L), der in acht betrachteten Bereichen erhalten wurde, mit Ausnahme der maximalen und minimalen Werte in den zehn betrachteten Bereichen, mit 100 multipliziert, um einen Wert als das Flächenverhältnis von Zinn (die Fläche, die von der Zinnlage auf der äußersten Oberfläche eingenommen wurde) zu berechnen. Als ein Ergebnis betrug das Flächenverhältnis von Zinn 57%.
Dann wurde das zinnplattierte Produkt mit einem Focused Ion Beam-Instrument (FIB-Instrument) geschnitten, um einen Querschnitt senkrecht zu der Walzrichtung des zinnplattierten Produkts freizulegen. Dann wurden drei Punkte auf dem Querschnitt mit einer Vergrößerung von 5000 in einem Sichtfeld mit einer Länge von etwa 30 Mikrometern parallel zu der Oberfläche des zinnplattierten Produkts mittels eines Rasterelektronenmikroskops (SEM) betrachtet, um die maximale Tiefe in den vertieften Abschnitten zu erhalten (die maximale Dicke der Zinnschicht (die Tiefe, bei der reines Zinn vorhanden war)). Als ein Ergebnis betrug die maximale Tiefe der vertieften Abschnitte 0,75 Mikrometer. Darüber hinaus wurde das Verhältnis (D/T) des mittleren Partikeldurchmessers (D) der Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierung der äußersten Lage zu der maximalen Dicke (T) der Zinnlage berechnet. Als ein Ergebnis betrug das Verhältnis (D/T) 3,73.
Mit Bezug auf die Oberflächenrauheit des zinnplattierten Produkts wurden der arithmetische Mittenrauwert Ra und ihre maximale Rautiefe Ry mittels des gleichen Verfahrens wie das oben beschriebene Verfahren berechnet. Als ein Ergebnis betrug der arithmetische Mittenrauwert Ra auf der Oberfläche des zinnplattierten Produkts 0,16 Mikrometer, und ihre maximale Rautiefe Ry betrug 1,13 Mikrometer.
Dann wurde das zinnplattierte Produkt mit einem Focused Ion Beam-Instrument (FIB-Instrument) geschnitten, um zwei Querschnitte im Wesentlichen senkrecht zu der äußersten Oberfläche des zinnplattierten Produkts und parallel zu seiner Walzrichtung und zwei Querschnitte im Wesentlichen senkrecht zu der äußersten Oberfläche des zinnplattierten Produkts und senkrecht zu seiner Walzrichtung als Querschnitte im Wesentlichen senkrecht zu der äußersten Oberfläche des zinnplattierten Produkts freizulegen. Jeder der Querschnitte wurde mit einer Vergrößerung von 10000 mittels eines Rasterelektronenmikroskops (SEM) betrachtet. Aus der Beobachtung dieser Querschnitte wurde bestätigt, dass eine Kupfer-Zinn-Legierungslage und Zinnlagen von Zinn auf der äußersten Oberfläche des zinnplattierten Produkts vorhanden waren, wobei die Kupfer-Zinn-Legierungslage aus Kristallkörnern aus einer Kupfer-Zinn-Legierung gebildet war, wobei jede der Zinnlagen zwischen benachbarten Kristallkörnern aus der Kupfer-Zinn-Legierung gebildet war. Auf jedem der Querschnitte, wie in 2 gezeigt ist, wurde eine gerade Linie L1 parallel zu der äußersten Oberfläche von einem Punkt A1, bei welchem ein Kristallkorn der Kupfer-Zinn-Legierung der Kupfer-Zinn-Legierungslage 14 eines der Kristallkörner der Kuper-Zinn-Legierung auf seinen beiden Seiten berührte, und bei welchem die Tiefe einer Zinnlage 16 zwischen diesen Kristallkörnern maximal war, gezogen. Dann wurde eine gerade Linie L2 parallel zu der äußersten Oberfläche von einem Punkt A2, bei welchem das Kristallkorn der Kupfer-Zinn-Legierung der Kupfer-Zinn-Legierungslage 14 das andere der Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierung auf seinen beiden Seiten berührte und bei welchem die Tiefe der Zinnlage 16 zwischen diesen Kristallkörnern maximal war, gezogen. Dann wurde zwischen den geraden Linien L1 und L2 eine gerade Linie L3 parallel zu der äußersten Oberfläche derart gezogen, dass sie den gleichen Abstand von beiden geraden Linien L1 und L2 aufwies. Dann wurden ein Schnittpunkt B1 der geraden Linie L3 und einer Normalen zu der äußersten Oberfläche, die derart gezogen wurde, dass sie durch den Punkt A1 verlief, und ein Schnittpunkt B2 der geraden Linie L3 und einer Normale zu der äußersten Oberfläche, die derart gezogen wurde, dass sie durch den Punkt A2 verlief, erhalten. Dann wurde ein Schnittpunkt B3 der äußersten Oberfläche einer Normalen zu der äußersten Oberfläche, die von einem Mittelpunkt eines Liniensegments zwischen den Schnittpunkten B1 und B2 gezogen wurde, erhalten. Dann wurde ein Winkel θ zwischen der äußersten Oberfläche und einer geraden Linie berechnet, die zwischen den Schnittpunkten B1 und B3 gezogen war. Als ein Ergebnis betrug ein Mittelwert der Winkel θ auf den Querschnitten 27,7°C. Darüber hinaus wurde der Winkel θ aus tan θ = H/(L/2) berechnet, weil tan θ im Wesentlichen gleich H/(L/2) war, unter der Annahme, dass L die Länge des Liniensegments zwischen den Schnittpunkten B1 und B2 war und dass H die Länge zwischen einem Mittelpunkt (zwischen den Schnittpunkten B1 und B2) und dem Schnittpunkt B3 der äußersten Oberfläche und einer Normalen zu der äußersten Oberfläche war, wobei die Normale von dem Mittelpunkt zwischen den Schnittpunkten B1 und B2 gezogen war.
Um die Einsetzkraft des zinnplattierten Produkts zu bewerten, wenn es als das Material eines einsetzbaren Verbindungsanschlusses oder dergleichen verwendet wird, wurde das zinnplattierte Produkt als eine Probe zur Bewertung auf einem horizontalen Tisch einer horizontalen Lastmessvorrichtung befestigt (eine Vorrichtung, die durch Kombinieren eines elektrischen Kontaktsimulators, der von Yamazaki Seiki Co., Ltd., hergestellt wurde, eines Tisch-Controllers, einer Kraftmessdose und eines Kraftmessdosenverstärkers hergestellt wurde), um zu bewirken, dass das zinnplattierte Produkt eine Eindrückvorrichtung berührte, und dann wurde das zinnplattierte Produkt horizontal mit einer Reibungsgeschwindigkeit von 80 mm/min über eine Gleitdistanz von 10 mm gezogen, während die Eindrückeinrichtung gegen die Oberfläche des zinnplattierten Produkts mit einer Last von 0,7 N bzw. 5 N gepresst wurde. Dann wurden Kräfte, die in der horizontalen Richtung von 1 mm bis 4 mm (Messabstand von 3 mm) aufgebracht wurden, gemessen, um einen Mittelwert F davon zu berechnen, und der dynamische Reibungskoeffizient (μ) zwischen den Teststücken wurde aus μ = F/N berechnet. Als ein Ergebnis betrug der dynamische Reibungskoeffizient 0,25 bzw. 0,23, wenn die Last 0,7 N und 5 N betrug.
Der Kontaktwiderstand eines Teststücks, das aus den zinnplattierten Produkt herausgeschnitten wurde, wurde gemessen. Als ein Ergebnis betrug der Kontaktwiderstand des zinnplattierten Produkts 1,1 mΩ. Um die Kontaktzuverlässigkeit des zinnplattierten Produkts zu bewerten, nachdem zugelassen wurde, dass es bei Raumtemperatur stand, nachdem ein Teststück, das aus dem zinnplattierten Produkt herausgeschnitten wurde, in einer Konstanttemperaturkammer von 120°C für 120 Stunden der der Atmosphäre gehalten wurde, wurde das Teststück aus der Konstanttemperaturkammer entnommen, und dann wurde der konstante Widerstand der Oberfläche des Teststücks (der konstante Widerstand, nachdem zugelassen wurde, dass es bei der hohen Temperatur stand) bei 20°C in einem Meßraum gemessen. Als ein Ergebnis betrug der konstante Widerstand, nachdem zugelassen wurde, dass es bei der hohen Temperatur stand, 25 mΩ. Darüber hinaus wurde der konstante Widerstand fünf Mal mittels eines Mikro-Ohm-Meters (hergestellt von Yamazaki Seiki Co., Ltd.) bei einer Leerlaufspannung von 20 mV, einem Strom von 10 mA und einer maximalen Last von 10 gf unter Verwendung einer U-förmigen Golddrahtsonde mit einem Durchmesser von 0,5 mm unter Gleiten (1 mm/100 gf) gemessen, und sein Mittelwert wurde erhalten (wenn die maximale Last von 100 gf aufgebracht wurde).
Dann wurde eines von zwei Teststücken, die aus dem zinnplattierten Produkt herausgeschnitten wurden, als ein Plattenteststück verwendet (ein Teststück, das als Steckeranschluss dient), und das andere Teststück wurde eingedrückt (in halbkugelförmiger Form von R = 1mm eingeprägt), zur Verwendung als ein eingedrücktes Teststück (ein Teststück, das als ein Buchsenanschluss dient). Das Plattenteststück wurde auf dem Tisch einer elektrischen Präzisionsgleitverschleißtestvorrichtung befestigt, und die Eindrückung des eingedrückten Teststücks wurde in Kontakt mit dem Plattenteststück gebracht. Dann wurde ein Gleittest ausgeführt, wobei der Tisch, auf dem das Plattenteststück befestigt war, 70 Wechselzyklen mit einer Reibungsgeschwindigkeit von einem Wechselzyklus pro Sekunde in einem Bereich von einem Weg von 50 Mikrometern in horizontaler Richtung hin und hergleiten gelassen wurde während das eingedrückte Teststück mit einer Last von 0,7 N gegen die Oberfläche des gerillten Plattenteststücks gepresst wurde. Nach dem Gleittest wurde der elektrische Widerstand an dem Kontaktpunkt des gerillten Plattenteststücks mit dem eingedrückten Teststück sequenziell mit dem Vier-Anschlüsse-Verfahren gemessen. Als ein Ergebnis war der Maximalwert des elektrischen Widerstandes des zinnplattierten Produkts während des Gleittests ein niedriger Wert von 8,5 mΩ.
Beispiel 2
Ein zinnplattiertes Produkt wurde mit dem gleichen Verfahren wie das in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Dicke der Kupferplattierungslage 0,2 Mikrometer betrug. Darüber hinaus betrug bei diesem Beispiel während der Haltezeit von 150 Sekunden bei der Wärmebehandlung die Haltezeit nach dem Schmelzen des Zinns 90 Sekunden, so dass die Dicke des Zinns, die nach dem Schmelzen des Zinns verbraucht wurde, als 0,37 Mikrometer berechnet wurde.
Mit Bezug auf das somit hergestellte zinnplattierte Produkt wurden die Analyse der Plattierungslagen, die Berechnung des arithmetischen Mittenrauwerts Ra und die maximale Rautiefe Ry seiner Oberfläche und die Berechnung des Mittelwerts der Winkel θ und des dynamischen Reibungskoeffizienten mit den gleichen Verfahren wie die in Beispiel 1 ausgeführt. Zusätzlich wurde der Kontaktwiderstand des zinnplattierten Produkts mit dem gleichen Verfahren wie das in Beispiel 1 erhalten, und der Maximalwert des elektrischen Widerstandes des zinnplattierten Produkts während des Gleittests wurde mit dem gleichen Verfahren wie das in Beispiel 1 erhalten. Darüber hinaus betrug in dem plattierten Produkt, nachdem es mit Zinn plattiert war, das Verhältnis der Dicke der Zinnplattierungslage zu der Dicke der Kupferplattierungslage 5, und das Verhältnis der Dicke der Zinnplattierungslage zu der Summe aus der Dicke der Kupferplattierungslage und der Dicke der Nickelplattierungslage betrug 3,3.
Infolgedessen wurde bestätigt, dass die äußerste Lage aus Sn und Cu₆Sn₅ (Kupfer-Zinn-Legierung) zusammengesetzt war, und dass vertiefte Abschnitte (zwischen benachbarten Kristallkörnern aus der Kupfer-Zinn-Legierung) auf der Oberfläche der Kupfer-Zinn-Legierungslage gebildet waren, die aus den Kristallkörnern aus der Kupfer-Zinn-Legierung gebildet war, wobei jeder der vertieften Abschnitte eine Zinnschicht mit Zinn darin aufwies, so dass die Kupfer-Zinn-Legierungslage und die Zinnlagen auf der äußersten Oberfläche vorhanden waren. Die Dicke der Zinnlagen betrug 0,22 Mikrometer, und die Dicke der Kupfer-Zinn-Legierungslage betrug 0,55 Mikrometer. Es wurde mit SEM auch bestätigt, dass die vertieften Abschnitte (in welchen Zinn verblieben war) auf der Oberfläche der Kupfer-Zinn-Legierungslage gebildet waren. Der mittlere Partikeldurchmesser der Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierung auf der äußersten Oberfläche wurde berechnet. Als ein Ergebnis betrug ihr mittlerer Partikeldurchmesser 1,7 Mikrometer. Darüber hinaus wurde das Verhältnis (D/T) des mittleren Partikeldurchmessers (D) der Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierung der äußersten Lage zu der maximalen Dicke (T) der Zinnlage berechnet. Als ein Ergebnis betrug das Verhältnis (D/T) 3,09. Die Fläche (Flächenverhältnis von Zinn), die durch die Zinnschicht auf der obersten Oberfläche eingenommen wurde, betrug 56%, und die maximale Tiefe der vertieften Abschnitte (die maximale Dicke der Zinnlagen) betrug 0,55 Mikrometer.
Die Untergrundlage, die auf der Oberfläche des Substrats des zinnplattierten Produkts gebildet war, war aus Nickel und/oder einer Kupfer-Nickel-Legierung zusammengesetzt, und die Dicke der Untergrundlage betrug 0,10 Mikrometer. Als die Zwischenlage zwischen der äußersten Lage und der Untergrundlage des zinnplattierten Produkts gab es keine Kupferlage, so dass die äußerste Lage auf der Oberfläche der Untergrundlage gebildet war.
Der arithmetische Mittenrauwert Ra der Oberfläche des zinnplattierten Produkts betrug 0,14 Mikrometer, ihre maximale Rautiefe Ry betrug 0,85 Mikrometer, und der Mittelwert der Winkel θ betrug 38,8°. Der dynamische Reibungskoeffizient in dem Fall der Last von 0,7 N und 5 N betrug jeweils 0,29 bzw. 0,24. Der Kontaktwiderstand des zinnplattierten Produkts betrug 1,5 mΩ, und der Kontaktwiderstand des zinnplattierten Produkts, nachdem zugelassen wurde, dass es bei der Raumtemperatur stand, betrug 21 mΩ. Der Maximalwert des elektrischen Widerstandes des zinnplattierten Produkts während des Gleittests war ein niedriger Wert von 18 mΩ.
Beispiel 3
Ein zinnplattiertes Produkt wurde mit dem gleichen Verfahren wie das in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der arithmetische Mittenrauwert Ra, die maximale Rautiefe Ry und die Zehnpunkt-Mittenrauheit Rz des Substrats nach der Oberflächenbehandlung jeweils 0,08 Mikrometer, 0,69 Mikrometer bzw. 0,53 Mikrometer betrugen, und dass die Dicke der Nickelplattierungslage 0,3 Mikrometer betrug, die Dicke der Kupferplattierungslage 0,3 Mikrometer betrug, die Dicke der Zinnplattierungslage 0,7 Mikrometer betrug, und die Haltezeit bei der Wärmebehandlung 105 Sekunden betrug. Darüber hinaus betrug bei diesem Beispiel während der Haltezeit von 105 Sekunden bei der Wärmebehandlung die Haltezeit nach dem Schmelzen des Zinns 45 Sekunden, so dass die Dicke von Zinn, die nach dem Schmelzen des Zinns verbraucht wurde, als 0,26 Mikrometer berechnet wurde.
Mit Bezug auf das somit hergestellte zinnplattierte Produkt wurden die Analyse der Plattierungslagen, die Berechnung des arithmetischen Mittenrauwerts Ra und die maximale Rautiefe Ry seiner Oberfläche und die Berechnung des Mittelwertes der Winkel θ und des dynamischen Reibungskoeffizienten mit den gleichen Verfahren wie die in Beispiel 1 ausgeführt. Zusätzlich wurde der Kontaktwiderstand des zinnplattierten Produkts mit dem gleichen Verfahren wie das in Beispiel 1 erhalten, und der Maximalwert des elektrischen Widerstandes des zinnplattierten Produkts während des Gleittests wurde mit dem gleichen Verfahren wie das in Beispiel 1 erhalten. Darüber hinaus betrug in dem plattierten Produkt, nachdem es mit Zinn plattiert war, das Verhältnis der Dicke der Zinnplattierungslage zu der Dicke der Kupferplattierungslage 2,3, und das Verhältnis der Dicke der Zinnplattierungslage zu der Summe aus der Dicke der Kupferplattierungslage und der Dicke der Nickelplattierungslage betrug 1,16.
Als ein Ergebnis wurde bestätigt, dass die äußerste Lage aus Sn und Cu₆Sn₅ (Kupfer-Zinn-Legierung) zusammengesetzt war, und dass vertiefte Abschnitte (zwischen benachbarten Kristallkörnern aus der Kupfer-Zinn-Legierung) auf der Oberfläche der Kupfer-Zinn-Legierungslage, die aus den Kristallkörnern aus der Kupfer-Zinn-Legierung gebildet war, gebildet waren, wobei jeder der vertieften Abschnitte eine Zinnschicht mit Zinn darin aufwies, so dass die Kupfer-Zinn-Legierungslage und die Zinnlagen auf der äußersten Oberfläche vorhanden waren. Die Dicke der Zinnlagen betrug 0,08 Mikrometer, und die Dicken der Kupfer-Zinn-Legierungslage betrug 0,70 Mikrometer. Es wurde mit SEM auch bestätigt, dass die vertieften Abschnitte (in welchen Zinn verblieben war) auf der Oberfläche der Kupfer-Zinn-Legierungslage gebildet waren. Der mittlere Partikeldurchmesser der Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierung auf der äußersten Oberfläche wurde berechnet. Als ein Ergebnis betrug ihr mittlerer Partikeldurchmesser 1,6 Mikrometer. Darüber hinaus wurde das Verhältnis (D/T) des mittleren Partikeldurchmessers (D) der Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierung der äußersten Lage zu der maximalen Dicke (T) der Zinnlage berechnet. Als ein Ergebnis betrug das Verhältnis (D/T) 5,33. Die Fläche (Flächenverhältnis von Zinn), die von der Zinnlage auf der äußersten Oberfläche eingenommen wurde, betrug 35 %, und die maximale Tiefe der vertieften Abschnitte (die maximale Dicke der Zinnlagen) betrug 0,30 Mikrometer.
Die Untergrundlage, die auf der Oberfläche des Substrats des zinnplattierten Produkts gebildet war, war aus Nickel und/oder einer Kupfer-Nickel-Legierung zusammengesetzt, und die Dicke der Untergrundlage betrug 0,30 Mikrometer. Als die Zwischenlage zwischen der äußersten Lage und der Untergrundlage des zinnplattierten Produkts gab es keine Kupferlage, so dass die äußerste Lage auf der Oberfläche der Untergrundlage gebildet war.
Der arithmetische Mittenrauwert Ra der Oberfläche des zinnplattierten Produkts betrug 0,14 Mikrometer, ihre maximale Rautiefe Ry betrug 1,01 Mikrometer, und der Mittelwert der Winkel θ betrug 35,5 °. Der dynamische Reibungskoeffizient in dem Fall der Last von 0,7 N und 5 N betrug jeweils 0,24 bzw. 0,23. Der Kontaktwiderstand des zinnplattierten Produkts betrug 1,3 mΩ, und der Kontaktwiderstand des zinnplattierten Produkts, nachdem zugelassen wurde, dass es bei der hohen Temperatur stand, betrug 48 mΩ. Der Maximalwert des elektrischen Widerstandes des zinnplattierten Produkts während des Gleittests war ein niedriger Wert von 9,5 mΩ.
Beispiel 4
Ein zinnplattiertes Produkt wurde mit dem gleichen Verfahren wie das in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Dicke der Kupferplattierungslage 0,3 Mikrometer betrug, die Dicke der Zinnplattierungslage 0,7 Mikrometer betrug, die Temperatur bei der Wärmebehandlung 600°C betrug und die Haltezeit bei der Wärmebehandlung 40 Sekunden betrug. Darüber hinaus betrug bei diesem Beispiel während der Haltezeit von 40 Sekunden bei der Wärmebehandlung die Haltezeit nach dem Schmelzen des Zinns 30 Sekunden, so dass die Dicke von Zinn, die nach dem Schmelzen von Zinn verbraucht wurde, als 0,32 Mikrometer berechnet wurde.
Mit Bezug auf das somit hergestellte zinnplattierte Produkt wurden die Analyse der Plattierungslagen, die Berechnung des arithmetischen Mittenrauwerts Ra und der maximalen Rautiefe Ry seiner Oberfläche und die Berechnung des Mittelwerts der Winkel θ und der dynamische Reibungskoeffizient mit den gleichen Verfahren wie die in Beispiel 1 ausgeführt. Zusätzlich wurde der Kontaktwiderstand des zinnplattierten Produkts mit dem gleichen Verfahren wie das in Beispiel 1 erhalten, und der Maximalwert des elektrischen Widerstandes des zinnplattierten Produkts während des Gleittests wurde mit dem gleichen Verfahren wie das in Beispiel 1 erhalten. Darüber hinaus betrug in dem plattierten Produkt, nachdem es mit Zinn plattiert war, das Verhältnis der Dicke der Zinnplattierungslage zu der Dicke der Kupferplattierungslage 2,3, und das Verhältnis der Dicke der Zinnplattierungslage zu der Summe aus der Dicke der Kupferplattierungslage und der Dicke der Nickelplattierungslage betrug 1,75.
Als ein Ergebnis wurde bestätigt, dass die äußerste Lage aus Sn und Cu₆Sn₅ (Kupfer-Zinn-Legierung) zusammengesetzt war, und dass vertiefte Abschnitte (zwischen benachbarten Kristallkörnern aus der Kupfer-Zinn-Legierung) auf der Oberfläche der Kupfer-Zinn-Legierungslage, die aus den Kristallkörnern aus der Kupfer-Zinn-Legierung gebildet war, gebildet waren, wobei jeder der vertieften Abschnitte eine Zinnlage mit Zinn darin aufwies, so dass die Kupfer-Zinn-Legierungslage und die Zinnlagen auf der äußersten Oberfläche vorhanden waren. Die Dicke der Zinnlagen betrug 0,07 Mikrometer, und die Dicke der Kupfer-Zinn-Legierungslage betrug 0,70 Mikrometer. Es wurde mit SEM auch bestätigt, dass die vertieften Abschnitte (in welchen Zinn verblieben war) auf der Oberfläche der Kupfer-Zinn-Legierungslage gebildet waren. Der mittlere Partikeldurchmesser der Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierung auf der äußersten Oberfläche wurde berechnet. Als ein Ergebnis betrug ihr mittlerer Partikeldurchmesser 1,5 Mikrometer. Darüber hinaus wurde das Verhältnis (D/T) des mittleren Partikeldurchmessers (D) der Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierung der äußersten Lage zu der maximalen Dicke (T) der Zinnlage berechnet. Als ein Ergebnis betrug das Verhältnis (D/T) 4,29. Die Fläche (Flächenverhältnis von Zinn), die durch die Zinnlage auf der äußersten Oberfläche eingenommen wurde, betrug 51 %, und die maximale Tiefe der vertieften Abschnitte (die maximale Dicke der Zinnlagen) betrug 0,35 Mikrometer.
Die Untergrundlage, die auf der Oberfläche des Substrats des zinnplattierten Produkts gebildet war, war aus Nickel und/oder einer Kupfer-Nickel-Legierung zusammengesetzt, und die Dicke der Untergrundlage betrug 0,10 Mikrometer. Als die Zwischenlage zwischen der äußersten Lage und der Untergrundlage des zinnplattierten Produkts gab es keine Kupferlage, so dass die äußerste Lage auf der Oberfläche der Untergrundlage gebildet war.
Der arithmetische Mittenrauwert Ra der Oberfläche des zinnplattierten Produkts betrug 0,16 Mikrometer, die ihre maximale Rautiefe Ry betrug 1,19 Mikrometer, und der Mittelwert der Winkel θ betrug 32,2°. Der dynamische Reibungskoeffizient in dem Fall der Last von 0,7 N und 5 N betrug jeweils 0,22 bzw. 0,25. Der Kontaktwiderstand des zinnplattierten Produkts betrug 1,2 mΩ, und der Kontaktwiderstand des zinnplattierten Produkts, nachdem zugelassen wurde, dass es bei der hohen Temperatur stand, betrug 10 mΩ. Der Maximalwert des elektrischen Widerstandes des zinnplattierten Produkts während des Gleittests war ein niedriger Wert von 8,0 mΩ.
Beispiel 5
Ein zinnplattiertes Produkt wurde mit dem gleichen Verfahren wie das in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der arithmetische Mittenrauwert Ra, die maximale Rautiefe Ry und die Zehnpunkt-Mittenrauheit Rz des Substrats nach der Oberflächenbehandlung 0,12 Mikrometer, 0,95 Mikrometer bzw. 0,68 Mikrometer betrugen, und dass die Temperatur bei der Wärmebehandlung 700°C betrug, wobei die Haltezeit bei der Wärmebehandlung 13 Sekunden betrug. Darüber hinaus betrug bei diesem Beispiel während der Haltezeit von 13 Sekunden bei der Wärmebehandlung die Haltezeit nach dem Schmelzen des Zinns 6,5 Sekunden, so dass die Dicke des Zinns, die nach dem Schmelzen des Zinns verbraucht war, als 0,31 Mikrometer berechnet wurde.
Mit Bezug auf das so hergestellte zinnplattierte Produkt wurden die Analyse der Plattierungslagen, die Berechnung des arithmetischen Mittenrauwerts Ra und der maximalen Rautiefe Ry seiner der Oberfläche und die Berechnung des Mittelwerts der Winkel θ und des dynamischen Reibungskoeffizienten mit den gleichen Verfahren wie die in Beispiel 1 ausgeführt. Zusätzlich wurde der Kontaktwiderstand des zinnplattierten Produkts mit dem gleichen Verfahren wie das in Beispiel 1 erhalten, und der Maximalwert des elektrischen Widerstandes des zinnplattierten Produkts während des Gleittests wurde mit dem gleichen Verfahren wie das in Beispiel 1 erhalten. Darüber hinaus betrug in dem plattierten Produkt, nachdem es mit Zinn plattiert war, das Verhältnis der Dicke der Zinnplattierungslage zu der Dicke der Kupferplattierungslage 2,5, und das Verhältnis der Dicke der Zinnplattierungslage zu der Summe aus der Dicke der Kupferplattierungslage und der Dicke der Nickelplattierungslage betrug 2.
Als ein Ergebnis wurde bestätigt, dass die äußerste Lage aus Sn und Cu₆Sn₅ (Kupfer-Zinn-Legierung) zusammengesetzt war, und dass vertiefte Abschnitte (zwischen benachbarten Kristallkörnern aus der Kupfer-Zinn-Legierung) auf der Oberfläche der Kupfer-Zinn-Legierungslage, die aus den Kristallkörnern aus der Kupfer-Zinn-Legierung gebildet war, gebildet waren, wobei jeder der vertieften Abschnitte eine Zinnlage mit Zinn darin aufwies, so dass die Kupfer-Zinn-Legierungslage und die Zinnlagen auf der äußersten Oberfläche vorhanden waren. Die Dicke der Zinnlagen betrug 0,29 Mikrometer, und die Dicke der Kupfer-Zinn-Legierungslage betrug 0,95 Mikrometer. Es wurde mit SEM bestätigt, dass die vertieften Abschnitte (in denen Zinn verblieben war) auf der Oberfläche der Kupfer-Zinn-Legierungslage gebildet waren. Der mittlere Partikeldurchmesser der Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierung auf der äußersten Oberfläche wurde berechnet. Als ein Ergebnis betrug ihr mittlerer Partikeldurchmesser 1,9 Mikrometer. Darüber hinaus wurde das Verhältnis (D/T) des mittleren Partikeldurchmessers (D) der Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierung der äußersten Lage zu der maximalen Dicke (T) der Zinnlage berechnet. Als ein Ergebnis betrug das Verhältnis (D/T) 2,11. Die Fläche (Flächenverhältnis von Zinn), die durch die Zinnlage auf der äußersten Oberfläche eingenommen wurde, betrug 67 %, und die maximale Tiefe der vertieften Abschnitte (die maximale Dicke der Zinnlagen) betrug 0,90 Mikrometer.
Die Untergrundlage, die auf der Oberfläche des Substrats des zinnplattierten Produkts gebildet war, war aus Nickel und/oder einer Kupfer-Nickel-Legierung zusammengesetzt, und die Dicke der Untergrundlage betrug 0,10 Mikrometer. Als die Zwischenlage zwischen der äußersten Lage und der Untergrundlage des zinnplattierten Produkts gab es keine Kupferlage, so dass die äußerste Lage auf der Oberfläche der Untergrundlage gebildet war.
Der arithmetische Mittenrauwert Ra der Oberfläche des zinnplattierten Produkts betrug 0,17 Mikrometer, ihre maximale Rautiefe Ry betrug 1,18 Mikrometer, und der Mittelwert der Winkel θ betrug 28,5°. Der dynamische Reibungskoeffizient in dem Fall der Last von 0,7 N und 5 N betrug jeweils 0,25 bzw. 0,24. Der Kontaktwiderstand des zinnplattierten Produkts betrug 1,3 mΩ, und der Kontaktwiderstand des zinnplattierten Produkts, nachdem zugelassen wurde, dass es bei der hohen Temperatur stand, betrug 22 mΩ. Die Maximalwert des elektrischen Widerstandes des zinnplattierten Produkts während des Gleittests war ein niedriger Wert von 7,5 mΩ.
Beispiel 6
Ein zinnplattiertes Produkt wurde mit dem gleichen Verfahren wie das in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der arithmetische Mittenrauwert Ra, die maximale Rautiefe Ry und die Zehnpunkt-Mittenrauheit Rz des Substrats nach der Substratbehandlung jeweils 0,08 Mikrometer, 0,69 Mikrometer bzw. 0,53 Mikrometer betrugen, und dass die Dicke der Nickelplattierungslagen 0,3 Mikrometer betrug, die Dicke der Kupferplattierungslage 0,3 Mikrometer betrug, die Dicke der Zinnplattierungslage 0,7 Mikrometer betrug, und dass die Haltezeit bei der Wärmebehandlung 120 Sekunden betrug. Darüber hinaus betrug bei diesem Beispiel während der Haltezeit von 120 Sekunden bei der Wärmebehandlung die Haltezeit nach dem Schmelzen des Zinns 60 Sekunden, so dass die Dicke des Zinns, die nach dem Schmelzen des Zinns verbraucht wurde, als 0,31 Mikrometer berechnet wurde.
Mit Bezug auf das somit hergestellte zinnplattierte Produkt wurden die Analyse der Plattierungslagen, die Berechnung des arithmetischen Mittenrauwerts Ra und der maximalen Rautiefe Ry seiner Oberfläche, und die Berechnung des Mittelwertes der Winkel θ und des dynamischen Reibungskoeffizienten mit den gleichen Verfahren wie die in Beispiel 1 ausgeführt. Zusätzlich wurde der Kontaktwiderstand des zinnplattierten Produkts mit dem gleichen Verfahren wie das in Beispiel 1 erhalten, und der Maximalwert des elektrischen Widerstandes des zinnplattierten Produkts während des Gleittests wurde mit dem gleichen Verfahren wie das in Beispiel 1 erhalten. Darüber hinaus betrug in dem plattierten Produkt, nachdem es mit Zinn plattiert war, das Verhältnis der Dicke der Zinnplattierungslage zu der Dicke der Kupferplattierungslage 2,3, und das Verhältnis der Dicke der Zinnplattierungslage zu der Summe aus der Dicke der Kupferplattierungslage und der Dicke der Nickelplattierungslage betrug 1,16.
Als ein Ergebnis wurde bestätigt, dass die äußerste Lage aus Sn und (Cu,Ni)₆Sn₅ (Kupfer-Zinn-Legierung) zusammengesetzt war, und dass vertiefte Abschnitte (zwischen benachbarten Kristallkörnern aus der Kupfer-Zinn-Legierung) auf der Oberfläche der Kupfer-Zinn-Legierungslage, die aus den Kristallkörnern aus der Kupfer-Zinn-Legierung gebildet war, gebildet waren, wobei jeder der vertieften Abschnitte eine Zinnlage aus Zinn darin aufwies, so dass die Kupfer-Zinn-Legierungslage und die Zinnlagen auf der äußersten Oberfläche vorhanden waren. Die Dicke der Zinnlagen betrug 0,07 Mikrometer, und die Dicke der Kupfer-Zinn-Legierungslage betrug 0,70 Mikrometer. Es wurde mit SEM auch bestätigt, dass die vertieften Abschnitte (in welchen Zinn verblieben war) auf der Oberfläche der Kupfer-Zinn-Legierungslage gebildet waren. Der mittlere Partikeldurchmesser der Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierung auf der äußersten Oberfläche wurde berechnet. Als ein Ergebnis betrug ihr mittlerer Partikeldurchmesser 1,7 Mikrometer. Darüber hinaus wurde das Verhältnis (D/T) des mittleren Partikeldurchmessers (D) der Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierung der äußersten Lage zu der maximalen Dicke (T) der Zinnlage berechnet. Als ein Ergebnis betrug das Verhältnis (D/T) 5,67. Die Fläche (Flächenverhältnis von Zinn), die von der Zinnlage auf der äußersten Oberfläche eingenommen wurde, betrug 45 %, und die maximale Tiefe der vertieften Abschnitte (die maximale Dicke der Zinnlagen) betrug 0,30 Mikrometer.
Die Untergrundlage, die auf der Oberfläche des Substrats des zinnplattierten Produkts gebildet war, war aus Nickel und/oder einer Kupfer-Nickel-Legierung zusammengesetzt, und die Dicke der Untergrundlage betrug 0,30 Mikrometer. Als die Zwischenlage zwischen der äußersten Lage und der Untergrundlage des zinnplattierten Produkts gab es keine Kupferlage, so dass die äußerste Lage auf der Oberfläche der Untergrundlage gebildet war.
Der arithmetische Mittenrauwert Ra der Oberfläche des zinnplattierten Produkts betrug 0,15 Mikrometer, ihre maximale Rautiefe Ry betrug 1,15 Mikrometer, und der Mittelwert der Winkel θ betrug 35,5°. Der dynamische Reibungskoeffizient in dem Fall der Last von 0,7 N und 5 N betrug jeweils 0,25 bzw. 0,25. Der Kontaktwiderstand des zinnplattierten Produkts betrug 1,2 mΩ, und der Kontaktwiderstand des zinnplattierten Produkts, nachdem zugelassen wurde, dass es bei der hohen Temperatur stand, betrug 50 mΩ. Der Maximalwert des elektrischen Widerstandes des zinnplattierten Produkts während des Gleittests war ein niedriger Wert von 9,0 mΩ.
Beispiel 7
Ein zinnplattiertes Produkt wurde mit dem gleichen Verfahren wie das in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der arithmetische Mittenrauwert Ra, die maximale Rautiefe Ry und die Zehnpunkt-Mittenrauheit Rz des Substrats nach der Oberflächenbehandlung 0,07 Mikrometer, 0,52 Mikrometer bzw. 0,41 Mikrometer betrugen, und dass die Dicke der Nickelplattierungslage 0,1 Mikrometer betrug, die Dicke der Kupferplattierungslage 0,3 Mikrometer betrug, die Dicke der Zinnplattierungslage 0,6 Mikrometer betrug, die Temperatur bei der Wärmebehandlung 700°C betrug und die Haltezeit bei der Wärmebehandlung 5 Sekunden betrug.
Mit Bezug auf das somit hergestellte zinnplattierte Produkt wurden die Analyse der Plattierungslagen, die Berechnung des arithmetischen Mittenrauwerts Ra und der maximalen Rautiefe Ry seiner Oberfläche, und die Berechnung des Mittelwertes der Winkel θ und des dynamischen Reibungskoeffizienten mit den gleichen Verfahren wie die bei Beispiel 1 ausgeführt. Zusätzlich wurde der Kontaktwiderstand des zinnplattierten Produkts mit dem gleichen Verfahren wie das in Beispiel 1 erhalten, und der Maximalwert des elektrischen Widerstandes des zinnplattierten Produkts während des Gleittests wurde mit dem gleichen Verfahren wie das in Beispiel 1 erhalten. Darüber hinaus betrug in dem zinnplattierten Produkt, nachdem es mit Zinn plattiert war, das Verhältnis der Dicke der Zinnplattierungslage zu der Dicke der Kupferplattierungslage 2, und das Verhältnis der Dicke der Zinnplattierungslage zu der Summe aus der Dicke der Kupferplattierungslage und der Dicke der Nickelplattierungslage betrug 1,5.
Als ein Ergebnis wurde bestätigt, dass die äußerste Lage aus Sn und Cu₆Sn₅ (Kupfer-Zinn-Legierung) zusammengesetzt war, und dass vertiefte Abschnitte (zwischen benachbarten Kristallkörnern aus der Kupfer-Zinn-Legierung) auf der Oberfläche der Kupfer-Zinn-Legierungslage, die aus den Kristallkörnern aus der Kupfer-Zinn-Legierung gebildet war, gebildet waren, wobei jeder der vertieften Abschnitte eine Zinnschicht mit Zinn darin aufwies, so dass die Kupfer-Zinn-Legierungslage und die Zinnlagen auf der äußersten Oberfläche vorhanden waren. Die Dicke der Zinnlagen betrug 0,14 Mikrometer und die Dicke der Kupfer-Zinn-Legierungslage betrug 0,70 Mikrometer. Es wurde mit SEM auch bestätigt, dass die vertieften Abschnitte (in welchen Zinn verblieben war) auf der Oberfläche der Kupfer-Zinn-Legierungslage gebildet waren. Der mittlere Partikeldurchmesser der Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierung auf der äußersten Oberfläche wurde berechnet. Als ein Ergebnis betrug ihr mittlerer Partikeldurchmesser 2,5 Mikrometer. Darüber hinaus wurde das Verhältnis (D/T) des mittleren Partikeldurchmessers (D) der Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierung der äußersten Lage zu der maximalen Dicke (T) der Zinnlage berechnet. Als ein Ergebnis betrug das Verhältnis (D/T) 6,76. Die Fläche (Flächenverhältnis von Zinn), die von der Zinnlage auf der äußersten Oberfläche eingenommen wurde, betrug 63 %, und die maximale Tiefe der vertieften Abschnitte (die maximale Dicke der Zinnlagen) betrug 0,37 Mikrometer.
Die Untergrundlage, die auf der Oberfläche des Substrats des zinnplattierten Produkts gebildet war, war aus Nickel und/oder einer Kupfer-Nickel-Legierung zusammengesetzt, und die Dicke der Untergrundlage betrug 0,1 Mikrometer. Als die Zwischenlage zwischen der äußersten Lage und der Untergrundlage des zinnplattierten Produkts gab es keine Kupferlage, so dass die äußerste Lage auf der Oberfläche der Untergrundlage gebildet war.
Der arithmetische Mittenrauwert Ra der Oberfläche des zinnplattierten Produkts betrug 0,06 Mikrometer, und ihre maximale Rautiefe Ry betrug 0,45 Mikrometer. Der dynamische Reibungskoeffizient in dem Fall der Last von 0,7 N und 5 N betrug jeweils 0,21 bzw. 0,22. Der Kontaktwiderstand des zinnplattierten Produkts betrug 1,5 mΩ, und der Maximalwert des elektrischen Widerstandes des zinnplattierten Produkts während des Gleittests war ein niedriger Wert von 16,1 mΩ.
Vergleichsbeispiel 1
Ein zinnplattiertes Produkt wurde mit dem gleichen Verfahren wie das in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Oberfläche des Substrats mit einer keramischen Walzwerkwalze behandelt wurde, deren Oberfläche nicht poliert war, um zu bewirken, dass der arithmetische Mittenrauwert Ra, die maximale Rautiefe Ry und die Zehnpunkt-Mittenrauheit Rz seiner Oberfläche jeweils 0,15 Mikrometer, 1,75 Mikrometer bzw. 1,15 Mikrometer betrugen, und dass die Dicke der Nickelplattierungslage 0,3 Mikrometer betrug, die Dicke der Kupferplattierungslage 0,7 Mikrometer betrug, die Dicke der Zinnplattierungslage 0,7 Mikrometer betrug, die Temperatur bei der Wärmebehandlung 600°C betrug und die Haltezeit bei der Wärmebehandlung 20 Sekunden betrug. Darüber hinaus betrug bei diesem Vergleichsbeispiel während der Haltezeit von 20 Sekunden bei der Wärmebehandlung die Haltezeit nach dem Schmelzen des Zinns 10 Sekunden, so dass die Dicke des Zinns, die nach dem Schmelzen des Zinns verbraucht wurde, als 0,19 Mikrometer berechnet wurde.
Mit Bezug auf das somit hergestellte zinnplattierte Produkt wurden die Analyse der Plattierungslagen, die Berechnung des arithmetischen Mittenrauwerts Ra und der maximalen Rautiefe Ry seiner der Oberfläche und die Berechnung des dynamischen Reibungskoeffizienten mit den gleichen Verfahren wie die in Beispiel 1 ausgeführt. Zusätzlich wurde der Kontaktwiderstand des zinnplattierten Produkts mit dem gleichen Verfahren wie das in Beispiel 1 erhalten, und der Maximalwert des elektrischen Widerstandes des zinnplattierten Produkts während des Gleittests wurde mit dem gleichen Verfahren wie das in Beispiel 1 erhalten. Darüber hinaus betrug in dem plattierten Produkt, nachdem es mit Zinn plattiert war, das Verhältnis der Dicke der Zinnplattierungslage zu der Dicke der Kupferplattierungslage 1, und das Verhältnis der Dicke der Zinnplattierungslage zu der Summe aus der Dicke der Kupferplattierungslage und der Dicke der Nickelplattierungslage betrug 0,7.
Als ein Ergebnis wurde bestätigt, dass die äußerste Lage aus Sn und Cu₆Sn₅ (Kupfer-Zinn-Legierung) zusammengesetzt war, und dass vertiefte Abschnitte (zwischen benachbarten Kristallkörnern aus der Kupfer-Zinn-Legierung) auf der Oberfläche der Kupfer-Zinn-Legierungslage, die aus den Kristallkörnern aus der Kupfer-Zinn-Legierung gebildet war, gebildet waren, wobei jeder der vertieften Abschnitte eine Zinnlage mit Zinn darin aufwies, so dass die Kupfer-Zinn-Legierungslage und die Zinnlagen auf der äußersten Oberfläche vorhanden waren. Die Dicke der Zinnlagen betrug 0,04 Mikrometer, und die Dicke der Kupfer-Zinn-Legierungslage betrug 0,95 Mikrometer. Die Form der Körner aus der Kupfer-Zinn-Legierungslage wurde mit SEM nicht bestätigt, und es wurde mit SEM auch bestätigt, dass die vertieften Abschnitte (in welchen Zinn verblieben war) auf der Oberfläche der Kupfer-Zinn-Legierungslage, die durch Binden der Kristallkörner aneinander gebildet waren, gebildet waren. Die Fläche (Flächenverhältnis von Zinn), die von der Zinnlage auf der äußersten Oberfläche eingenommen wurde, betrug 8 %, und die maximale Tiefe der vertieften Abschnitte (die maximale Dicke der Zinnlagen) betrug 0,15 Mikrometer.
Die Untergrundlage, die auf der Oberfläche des Substrats des zinnplattierten Produkts gebildet war, war aus Nickel und/oder einer Kupfer-Nickel-Legierung zusammengesetzt, und die Dicke der Untergrundlage betrug 0,30 Mikrometer. Als die Zwischenlage zwischen der äußersten Lage und der Untergrundlage des zinnplattierten Produkts war eine Kupferlage mit einer Dicke von 0,20 Mikrometern gebildet, so dass die äußerste Lage auf der Oberfläche der Zwischenlage gebildet war.
Der arithmetische Mittenrauwert Ra der Oberfläche des zinnplattierten Produkts betrug 0,23 Mikrometer, und ihre maximale Rautiefe Ry betrug 1,85 Mikrometer. Der dynamische Reibungskoeffizient in dem Fall der Last von 0,7 N und 5 N betrug jeweils 0,38 bzw. 0,29. Der Kontaktwiderstand des zinnplattierten Produkts betrug 1,4 mΩ, und der Kontaktwiderstand des zinnplattierten Produkts, nachdem zugelassen wurde, dass es bei der hohen Temperatur stand, betrug 24 mΩ. Der Maximalwert des elektrischen Widerstandes des zinnplattierten Produkts während des Gleittests war ein hoher Wert von 150 mΩ.
Vergleichsbeispiel 2
Ein zinnplattiertes Produkt wurde mit dem gleichen Verfahren wie das in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Oberfläche des Substrats mit einer keramischen Walzwerkwalze behandelt wurde, deren Oberfläche nicht poliert war, um zu bewirken, dass der arithmetische Mittenrauwert Ra, die maximale Rautiefe Ry und die Zehnpunkt-Mittenrauheit Rz seiner Oberfläche jeweils 0,15 Mikrometer, 1,65 Mikrometer bzw. 0,94 Mikrometer betrugen, und dass eine Nickelplattierung und Kupferplattierung nicht ausgeführt wurden, wobei die Temperatur bei der Wärmebehandlung 700°C betrug und die Haltezeit bei der Wärmebehandlung 6,5 Sekunden betrug. Darüber hinaus betrug bei diesem Vergleichsbeispiel während der Haltezeit von 6,5 Sekunden bei der Wärmebehandlung die Haltezeit nach dem Schmelzen des Zinns 0 Sekunden, so dass die Dicke des Zinns, die nach dem Schmelzen des Zinns verbraucht wurde, als 0 Mikrometer berechnet wurde.
Mit Bezug auf das somit hergestellte zinnplattierte Produkt wurden die Analyse der Plattierungslagen, die Berechnung des arithmetischen Mittenrauwerts Ra und der maximalen Rautiefe Ry seiner Oberfläche, die Berechnung des Mittelwerts der Winkel θ und des dynamischen Reibungskoeffizienten mit den gleichen Verfahren wie die in Beispiel 1 ausgeführt. Zusätzlich wurde der Kontaktwiderstand des zinnplattierten Produkts mit dem gleichen Verfahren wie das in Beispiel 1 erhalten, und der Maximalwert des elektrischen Widerstandes des zinnplattierten Produkts während des Gleittests wurde mit dem gleichen Verfahren wie das in Beispiel 1 erhalten.
Als ein Ergebnis wurde bestätigt, dass die äußerste Lage aus Sn zusammengesetzt war, und dass die Dicke der Zinnlage 0,57 Mikrometer betrug. Die Fläche (Flächenverhältnis von Zinn), die von der Zinnlage auf der äußersten Oberfläche eingenommen wurde, betrug 100 %, und die maximale Tiefe des vertieften Abschnitts (die maximale Dicke der Zinnlage) betrug 1,00 Mikrometer.
Als die Untergrundlage, die auf der Oberfläche des zinnplattierten Produkts gebildet war, war eine Kupfer-Zinn-Legierungslage aus CuSn₅ mit einer Dicke von 0,90 Mikrometer gebildet. Die äußerste Zinnlage wurde entfernt, um die Oberfläche der Kupfer-Zinn-Legierungslage mit SEM zu beobachten, um den mittleren Partikeldurchmesser der Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierung zu berechnen. Als ein Ergebnis betrug der mittlere Partikeldurchmesser 1,1 Mikrometer. Darüber hinaus wurde das Verhältnis (D/T) des mittleren Partikeldurchmessers (D) der Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierung der äußersten Lage zu der maximalen Dicke (T) der Zinnlage berechnet. Als ein Ergebnis betrug das Verhältnis (D/T) 1,10. Als die Zwischenlage zwischen der äußersten Lage und dem Substrat des zinnplattierten Produkts gab es keine Kupferlage, so dass die äußerste Lage auf der Oberfläche der Untergrundlage gebildet war.
Der arithmetische Mittenrauwert Ra der Oberfläche des zinnplattierten Produkts betrug 0,06 Mikrometer, ihre maximale Rautiefe Ry betrug 0,49 Mikrometer, und der Mittelwert der Winkel θ betrug 56,0°. Der dynamische Reibungskoeffizient in dem Fall der Last von 0,7 N und 5 N betrug jeweils 0,41 bzw. 0,32. Der Kontaktwiderstand des zinnplattierten Produkts betrug 1,2 mΩ, und der Kontaktwiderstand des zinnplattierten Produkts, nachdem zugelassen wurde, dass es bei der hohen Temperatur stand, betrug 110 mΩ. Der Maximalwert des elektrischen Widerstandes des zinnplattierten Produkts während des Gleittests war ein niedriger Wert von 25 mΩ.
Vergleichsbeispiel 3
Ein zinnplattiertes Produkt wurde mit dem gleichen Verfahren wie das in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Dicke der Kupferplattierungslage 0,2 Mikrometer betrug, die Dicke der Zinnplattierungslage 0,5 Mikrometer betrug, die Temperatur bei der Wärmebehandlung 600°C betrug, und die Haltezeit bei der Wärmebehandlung 30 Sekunden betrug. Darüber hinaus betrug bei diesem Vergleichsbeispiel während der Haltezeit von 30 Sekunden bei der Wärmebehandlung die Haltezeit nach dem Schmelzen des Zinns 20 Sekunden, so dass die Dicke des Zinns, die nach dem Schmelzen des Zinns verbraucht wurde, als 0,26 Mikrometer berechnet wurde.
Mit Bezug auf das somit hergestellte zinnplattierte Produkt wurden die Analyse der Plattierungslagen, die Berechnung des arithmetischen Mittenrauwerts Ra und der maximalen Rautiefe Ry seiner Oberfläche und die Berechnung des dynamischen Reibungskoeffizienten mit den gleichen Verfahren wie die in Beispiel 1 ausgeführt. Zusätzlich wurde der Kontaktwiderstand des zinnplattierten Produkts mit dem gleichen Verfahren wie das in Beispiel 1 erhalten, und der Maximalwert des elektrischen Widerstandes des zinnplattierten Produkts während des Gleittests wurde mit dem gleichen Verfahren wie das in Beispiel 1 erhalten. Darüber hinaus betrug bei dem plattierten Produkt, nachdem es mit Zinn plattiert war, das Verhältnis der Dicke der Zinnplattierungslage zu der Dicke der Kupferplattierungslage 2,5, und das Verhältnis der Dicke der Zinnplattierungslage zu der Summe aus der Dicke der Kupferplattierungslage und der Dicke der Nickelplattierungslage betrug 1,7.
Als ein Ergebnis wurde bestätigt, dass die äußerste Lage aus Sn und Cu₆Sn₅ (Kupfer-Zinn-Legierung) zusammengesetzt war, und dass vertiefte Abschnitte (zwischen benachbarten Kristallkörnern aus der Kupfer-Zinn-Legierung) auf der Oberfläche der Kupfer-Zinn-Legierungslage, die aus den Kristallkörnern aus der Kupfer-Zinn-Legierung gebildet war, gebildet waren, wobei jeder der vertieften Abschnitte eine Zinnlage mit Zinn darin aufwies, so dass die Kupfer-Zinn-Legierungslage und die Zinnlagen auf der äußersten Oberfläche vorhanden waren. Die Dicke der Zinnlagen betrug 0,04 Mikrometer, und die Dicke der Kupfer-Zinn-Legierungslage betrug 0,45 Mikrometer. Die Form der Körner der Kupfer-Zinn-Legierungslage wurde mit SEM nicht bestätigt, und es wurde mit SEM auch bestätigt, dass die vertieften Abschnitte (in welchen Zinn verblieben war) auf der Oberfläche der Kupfer-Zinn-Legierungslage, die durch Binden der Kristallkörner aneinander gebildet war, gebildet waren. Die Fläche (Flächenverhältnis von Zinn), die von der Zinnlage auf der äußersten Oberfläche eingenommen wurde, betrug 15 %, und die maximale Tiefe der vertieften Abschnitte (die maximale Dicke der Zinnlagen) betrug 0,20 Mikrometer.
Die Untergrundlage, die auf der Oberfläche des Substrats des zinnplattierten Produkts gebildet war, war aus Nickel und/oder einer Kupfer-Nickel-Legierung zusammengesetzt, und die Dicke der Untergrundlage betrug 0,15 Mikrometer. Als die Zwischenlage zwischen der äußersten Lage und der Untergrundlage des zinnplattierten Produkts gab es keine Kupferlage, so dass die äußerste Lage auf der Oberfläche der Untergrundlage gebildet war.
Der arithmetische Mittenrauwert Ra der Oberfläche des zinnplattierten Produkts betrug 0,15 Mikrometer, und ihre maximale Rautiefe Ry betrug 1,10 Mikrometer. Der dynamische Reibungskoeffizient in dem Fall der Last von 0,7 N und 5 N betrug jeweils 0,23 bzw. 0,23. Der Kontaktwiderstand des zinnplattierten Produkts betrug 1,3 mΩ, und der Kontaktwiderstand des zinnplattierten Produkts, nachdem zugelassen wurde, dass es bei der hohen Temperatur stand betrug 32 mΩ. Der Maximalwert des elektrischen Widerstandes des zinnplattierten Produkts während des Gleittests war ein hoher Wert von 53 mΩ.
Vergleichsbeispiel 4
Ein zinnplattiertes Produkt wurde mit dem gleichen Verfahren wie das in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Oberfläche des Substrats mit einer keramischen Walzwerkwalze behandelt wurde, deren Oberfläche nicht poliert war, um zu bewirken, dass der arithmetische Mittenrauwert Ra, die maximale Rautiefe Ry und die Zehnpunkt-Mittenrauheit Rz seiner Oberfläche jeweils 0,20 Mikrometer, 2,30 Mikrometer bzw. 1,58 Mikrometer betrugen, und dass die Dicke der Kupferplattierungslage 0,3 Mikrometer betrug, die Dicke der Zinnplattierungslage 0,7 Mikrometer betrug, und die Haltezeit bei der Wärmebehandlung 120 Sekunden betrug. Drüber hinaus betrug bei diesem Vergleichsbeispiel während der Haltezeit von 120 Sekunden bei der Wärmebehandlung die Haltezeit nach dem Schmelzen des Zinns 60 Sekunden, so dass die Dicke des Zinns, die nach dem Schmelzen des Zinns verbraucht wurde, als 0,31 Mikrometer berechnet wurde.
Mit Bezug auf das somit hergestellte zinnplattierte Produkt wurden die Analyse der Plattierungslagen, die Berechnung des arithmetischen Mittenrauwerts Ra und der maximalen Rautiefe Ry seiner Oberfläche, die Berechnung des Mittelwerts der Winkel θ und der dynamische Reibungskoeffizient mit den gleichen Verfahren wie die in Beispiel 1 ausgeführt. Zusätzlich wurde der Kontaktwiderstand des zinnplattierten Produkts mit dem gleichen Verfahren wie das in Beispiel 1 erhalten, und der Maximalwert des elektrischen Widerstandes des zinnplattierten Produkts während des Gleittests wurde mit dem gleichen Verfahren wie das in Beispiel 1 erhalten. Darüber hinaus betrug in dem plattierten Produkt, nachdem es mit Zinn plattiert war, das Verhältnis der Dicke der Zinnplattierungslage zu der Dicke der Kupferplattierungslage 2,3, und das Verhältnis der Dicke der Zinnplattierungslage zu der Summe aus der Dicke der Kupferplattierungslage und der Dicke der Nickelplattierungslage betrug 1,75.
Als ein Ergebnis wurde bestätigt, dass die äußerste Lage aus Sn und Cu₆Sn₅ (Kupfer-Zinn-Legierung) zusammengesetzt war, und dass vertiefte Abschnitte (zwischen benachbarten Kristallkörnern aus der Kupfer-Zinn-Legierung) auf der Oberfläche der Kupfer-Zinn-Legierungslage, die aus den Kristallkörnern aus der Kupfer-Zinn-Legierung gebildet war, gebildet waren, wobei jeder der vertieften Abschnitte eine Zinnlage mit Zinn darin aufwies, so dass die Kupfer-Zinn-Legierungslage und die Zinnlagen auf der äußersten Oberfläche vorhanden waren. Die Dicke der Zinnlagen betrug 0,07 Mikrometer, und die Dicke der Kupfer-Zinn-Legierungslage betrug 0,55 Mikrometer. Es wurde mit SEM auch bestätigt, dass die vertieften Abschnitte (in welchen Zinn verblieben war) auf der Oberfläche der Kupfer-Zinn-Legierungslage gebildet waren. Der mittlere Partikeldurchmesser der Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierung auf der äußersten Oberfläche wurde berechnet. Als ein Ergebnis betrug ihr mittlerer Partikeldurchmesser 1,6 Mikrometer. Darüber hinaus wurde das Verhältnis (D/T) des mittleren Partikeldurchmessers (D) der Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierung der äußersten Lage zu der maximalen Dicke (T) der Zinnlage berechnet. Als ein Ergebnis betrug das Verhältnis (D/T) 6,40. Die Fläche (Flächenverhältnis von Zinn), die von der Zinnlage auf der äußersten Oberfläche eingenommen wurde, betrug 10 %, und die maximale Tiefe der vertieften Abschnitte (die maximale Dicke der Zinnlagen) betrug 0,25 Mikrometer.
Die Untergrundlage, die auf der Oberfläche des Substrats des zinnplattierten Produkts gebildet war, war aus Nickel und/oder einer Kupfer-Nickel-Legierung zusammengesetzt, und die Dicke der Untergrundlage betrug 0,10 Mikrometer. Als die Zwischenlage zwischen der äußersten Lage und der Untergrundlage des zinnplattierten Produkts gab es keine Kupferlage, so dass die äußerste Lage auf der Oberfläche der Untergrundlage gebildet war.
Der arithmetische Mittenrauwert Ra der Oberfläche des zinnplattierten Produkts betrug 0,22 Mikrometer, die ihre maximale Rautiefe Ry betrug 1,78 Mikrometer, und der Mittelwert der Winkel θ betrug 35,5°. Der dynamische Reibungskoeffizient in dem Fall der Last von 0,7 N und 5 N betrug jeweils 0,36 bzw. 0,26. Der Kontaktwiderstand des zinnplattierten Produkts betrug 2,5 mΩ, und der Kontaktwiderstand des zinnplattierten Produkts, nachdem zugelassen wurde, dass es bei der hohen Temperatur stand, betrug 40 mΩ. Der Maximalwert des elektrischen Widerstandes des zinnplattierten Produkts während des Gleittests war ein hoher Wert von 120 mΩ.

Die Herstellungsbedingungen und Eigenschaften der zinnplattierten Produkte in diesen Beispielen und Vergleichsbeispielen sind in den Tabellen 1 bis 5 gezeigt. Tabelle 1

	Ra (µm)	Ry (µm)	Rz (µm)	Sn (µm)	Cu (µm)	Ni (µm)	Verhältnis der Dicke der Plattierungslagen
Bsp. 1	0,15	1,05	0,71	1,0	0,4	0,1	Sn/Cu = 2,5 Sn/(Cu + Ni) = 2
Bsp. 2	0,15	1,05	0,71	1,0	0,2	0,1	Sn/Cu = 5 Sn/(Cu + Ni) = 3,3
Bsp. 3	0,08	0,69	0,53	0,7	0,3	0,3	Sn/Cu = 2,3 Sn/(Cu + Ni) = 1,75
Bsp. 4	0,15	1,05	0,71	0,7	0,3	0,1	Sn/Cu = 2,3 Sn/(Cu + Ni) = 1,16
Bsp. 5	0,12	0,95	0,68	1,0	0,4	0,1	Sn/Cu = 2,5 Sn/(Cu + Ni) = 12
Bsp. 6	0,08	0,69	0,53	0,7	0,3	0,3	Sn/Cu = 2,3 Sn/(Cu + Ni) = 1,16
Bsp. 7	0,07	0,52	0,41	0,6	0,3	0,1	Sn/Cu = 2 Sn/(Cu + Ni) = 1,5
Vgl. bsp. 1	0,14	1,78	1,15	0,7	0,7	0,3	Sn/Cu = 1 Sn/(Cu + Ni) = 0,7
Vgl. bsp. 2	0,15	1,65	0,94	1,0	-	-	-
Vgl. bsp. 3	0,15	1,05	0,71	0,5	0,2	0,1	Sn/Cu = 2,5 Sn/(Cu + Ni) = 1,7
Vgl. bsp. 4	0,20	2,30	1,58	0,7	0,3	0,1	Sn/Cu = 2,3 Sn/(Cu + Ni) = 1,75

Tabelle 2

	Temperatur in Ofen (°C)	Haltezeit (s)	Haltezeit nach Schmelzen des Zinns (s)	Dicke der Plattierungslagen, die nach dem Schmelzen des Zinns verbraucht wird (µm)
Bsp. 1	400	150	90	0,37
Bsp. 2	400	150	90	0,37
Bsp. 3	400	105	45	0,26
Bsp. 4	600	40	30	0,32
Bsp. 5	700	13	6,5	0,31
Bsp. 6	400	120	60	0,31
Bsp. 7	700	5
Vgl. bsp. 1	600	20	10	0,19
Vgl. bsp. 2	700	6,5	0	0
Vgl. bsp. 3	600	30	20	0,26
Vgl. bsp. 4	400	120	60	0,31

Tabelle 3

	Aufbau der äußersten Lage	Dicke (µm)
	Aufbau der äußersten Lage	Sn	CuSn-Legierung	Cu	Ni, CuNi-Legierung
Bsp. 1	Sn + Cu₆Sn₅	0,23	0,90	0	0,10
Bsp. 2	Sn + Cu₆Sn₅	0,22	0,55	0	0,10
Bsp. 3	Sn + Cu₆Sn₅	0,08	0,70	0	0,30
Bsp. 4	Sn + Cu₆Sn₅	0,07	0,70	0	0,10
Bsp. 5	Sn + Cu₆Sn₅	0,29	0,95	0	0,10
Bsp. 6	Sn + (Cu,Ni)₆Sn₅	0,07	0,70	0	0,30
Bsp. 7	Sn + Cu₆Sn₅	0,14	0,70	0	0,10
Vgl. bsp. 1	Sn + Cu₆Sn₅	0,04	0,95	0,20	0,30
Vgl. bsp. 2	Sn	0,57	0,90	-	-
Vgl. bsp. 3	Sn + Cu₆Sn₅	0,04	0,45	0	0,15
Vgl. bsp. 4	Sn + Cu₆Sn₅	0,07	0,55	0	0,10

Tabelle 4

	Mittlerer Partikeldurchmesser der Sn-Legierung auf der äußersten Lage (µm)	Sn-Lage		Mittlerer Partikeldurchmesser der Sn-Legierung auf der äußersten Lage/Maximale Dicke der Sn-Lage	Oberflächenrauheit (µm)		θ (°)
		Flächenverhältnis von Sn (%)	Maximale Dicke (µm)		Ra	Ry	θ (°)
Bsp. 1	2,8	57	0,75	3,73	0,16	1,13	27,7
Bsp. 2	1,7	56	0,55	3,09	0,14	0,85	38,8
Bsp. 3	1,6	35	0,30	5,33	0,14	1,01	35,5
Bsp. 4	1,5	51	0,35	4,29	0,16	1,19	32,2
Bsp. 5	1,9	67	0,90	2,11	0,17	1,18	28,5
Bsp. 6	1,7	45	0,30	5,67	0,15	1,15	35,5
Bsp. 7	2,5	63	0,37	6,76	0,06	0,45
Vgl. bsp. 1	-	8	0,15	-	0,23	1,85	-
Vgl. bsp. 2	1,1	100	1,00	1,10	0,06	0,49	56,0
Vgl. bsp. 3	-	15	0,20	-	0,15	1,10	-
Vgl. bsp. 4	1,6	10	0,25	6,40	0,22	1,78	35,5

Tabelle 5

	Reibungskoeffizient		Kontaktwiderstand (mΩ)	Kontaktwiderstand nach Stand bei hoher Temperatur (mΩ)	Maximalwert des elektrischen Widerstandes während Gleittest (mΩ)
	0,7 N	5 N	Kontaktwiderstand (mΩ)	Kontaktwiderstand nach Stand bei hoher Temperatur (mΩ)
Bsp. 1	0,25	0,23	1,1	25	8,5
Bsp. 2	0,29	0,24	1,5	21	18
Bsp. 3	0,24	0,23	1,3	48	9,5
Bsp. 4	0,22	0,25	1,2	10	8,0
Bsp. 5	0,25	0,24	1,3	22	7,5
Bsp. 6	0,25	0,25	1,2	50	9,0
Bsp. 7	0,21	0,22	1,5		16,1
Vgl. bsp. 1	0,38	0,29	1,4	24	1,50
Vgl. bsp. 2	0,41	0,32	1,2	110	25
Vgl. bsp. 3	0,23	0,23	1,3	32	53
Vgl. bsp. 4	0,36	0,26	2,5	40	120

Claims

Zinnplattiertes Produkt, wobei eine Oberfläche eines Substrats mit Zinn plattiert ist, wobei das zinnplattierte Produkt umfasst: ein Substrat aus Kupfer oder einer Kupferlegierung; eine Untergrundlage, die auf einer Oberfläche des Substrats gebildet ist, wobei die Untergrundlage aus Nickel und/oder einer Kupfer-Nickel-Legierung gebildet ist; und eine äußerste Lage, die auf einer Oberfläche der Untergrundlage gebildet ist, wobei die äußerste Lage aus einer Kupfer-Zinn-Legierungslage und Zinnlagen zusammengesetzt ist, wobei die Kupfer-Zinn-Legierungslage aus einer großen Zahl von Kristallkörnern aus einer Kupfer-Zinn-Legierung gebildet ist, wobei jede der Zinnlagen in einem entsprechenden von vertieften Abschnitten angeordnet ist, von denen jeder zwischen benachbarten Kristallkörnern der großen Zahl von Kristallkörnern aus der Kupfer-Zinn-Legierung gebildet ist, wobei die benachbarten Kristallkörner benachbart zueinander auf einer äußersten Oberfläche der äußersten Lage liegen, wobei ein Flächenverhältnis, das von den Zinnlagen auf der äußersten Oberfläche eingenommen wird, 20 bis 80 % beträgt, und eine maximale Dicke der Zinnlagen kleiner als ein mittlerer Partikeldurchmesser der Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierung ist.
Zinnplattiertes Produkt nach Anspruch 1, wobei die Kupfer-Zinn-Legierungslage aus einer Kupfer-Zinn-Legierung und einer Kupfer-Nickel-Zinn-Legierung gebildet ist.
Zinnplattiertes Produkt nach Anspruch 2, wobei die Kupfer-Zinn-Legierung Cu₆Sn₅ ist, und die Kupfer-Nickel-Zinn-Legierung (Cu,Ni)₆Sn₅ ist.
Zinnplattiertes Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierung einen mittleren Partikeldurchmesser von 1,5 bis 3 Mikrometer aufweisen.
Zinnplattiertes Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Zinnlagen eine maximale Dicke von 0,2 bis 1,0 Mikrometer aufweisen.
Zinnplattiertes Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Zinnlagen eine mittlere Dicke von 0,05 bis 0,4 Mikrometer aufweisen.
Zinnplattiertes Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Kupfer-Zinn-Legierungslage eine Dicke von 0,4 bis 1,5 Mikrometer aufweist.
Zinnplattiertes Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Untergrundlage eine Dicke von 0,05 bis 0,5 Mikrometer aufweist.
Zinnplattiertes Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die äußerste Oberfläche einen arithmetischen Mittenrauwert Ra von 0,05 bis 0,2 Mikrometer und eine maximale Rautiefe Ry von 0,3 bis 1,5 Mikrometer aufweist.
Verfahren zum Herstellen eines zinnplattierten Produkts, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Behandeln einer Oberfläche eines Substrats aus Kupfer oder einer Kupferlegierung; Bilden einer Nickelplattierungslage, einer Kupferplattierungslage und einer Zinnplattierungslage auf der behandelten Oberfläche des Substrats in dieser Reihenfolge; und danach Ausführen einer Wärmebehandlung, um eine äußerste Lage zu bilden, die aus einer Kupfer-Zinn-Legierungslage und Zinnlagen zusammengesetzt ist, wobei die Kupfer-Zinn-Legierungslage aus einer großen Zahl von Kristallkörnern aus einer Kupfer-Zinn-Legierung gebildet wird, wobei jede der Zinnlagen in einem entsprechenden von vertieften Abschnitten angeordnet wird, von denen jeder zwischen benachbarten Kristallkörnern der großen Zahl von Kristallkörnern aus der Kupfer-Zinn-Legierung gebildet wird, wobei die benachbarten Kristallkörner benachbart zueinander auf einer äußersten Oberfläche der äußersten Lage liegen, wobei die Wärmebehandlung bewirkt, dass ein Flächenverhältnis, das von den Zinnlagen auf der äußersten Oberfläche eingenommen wird, 20 bis 80 % beträgt, und bewirkt wird, dass eine maximale Dicke der Zinnlagen kleiner als ein mittlerer Partikeldurchmesser der Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierung ist.
Verfahren zum Herstellen eines zinnplattierten Produkts nach Anspruch 10, wobei die Behandlung der Oberfläche des Substrats bewirkt, dass die Oberfläche des Substrats einen arithmetischen Mittenrauwert Ra von 0,05 bis 0,2 Mikrometer, eine maximale Rautiefe Ry von 0,4 bis 1,5 Mikrometer, und eine Zehnpunkt-Mittenrauheit Rz von 0,15 bis 1,0 Mikrometer aufweist.
Verfahren zum Herstellen eines zinnplattierten Produkts nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Nickelplattierungslage eine Dicke von 0,05 bis 0,5 Mikrometer aufweist und die Kupferplattierungslage eine Dicke von 0,1 bis 0,7 Mikrometer aufweist, wobei die Zinnplattierungslage eine Dicke von 0,5 bis 1,5 Mikrometer aufweist.
Verfahren zum Herstellen eines zinnplattierten Produkts nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei ein Verhältnis der Dicke der Zinnplattierungslage zu der Dicke der Kupferplattierungslage 1,5 bis 5 beträgt, und ein Verhältnis der Dicke der Zinnplattierungslage zu der Summe der Dicke der Kupferplattierungslage und der Dicke der Nickelplattierungslage 1 bis 3,5 beträgt.
Verfahren zum Herstellen eines zinnplattierten Produkts nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Wärmebehandlung durch Einstellen einer Temperatur und Zeit in einem Temperaturbereich von 300 bis 800 °C ausgeführt wird, um zu bewirken, dass der mittlere Partikeldurchmesser der Kristallkörner aus der Kupfer-Zinn-Legierung 1,5 bis 3 Mikrometer beträgt, während bewirkt wird, dass die maximale Dicke der Zinnlagen 0,2 bis 1,0 Mikrometer beträgt.
Verfahren zum Herstellen eines zinnplattierten Produkts nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Wärmebehandlung durch Einstellen einer Temperatur und Zeit in einem Temperaturbereich von 300 bis 800 °C ausgeführt wird, um zu bewirken, dass die Zinnlagen eine mittlere Dicke von 0,05 bis 0,4 aufweisen.
Verfahren zum Herstellen eines zinnplattierten Produkts nach Anspruch 15, wobei die Temperatur und Zeit bei der Wärmebehandlung derart eingestellt werden, dass die Wärmebehandlung bewirkt, dass eine Dicke (μm) der Zinnplattierungslage, die nach dem Schmelzen verbraucht wird, {Dicke (μm) der Zinnplattierungslage vor der Wärmebehandlung – 0,7 (μm)} oder mehr beträgt und {Dicke (μm) der Zinnplattierungslage vor der Wärmebehandlung – 0,35 (μm)} oder weniger beträgt.
Elektrisches Element, das ein zinnplattiertes Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als eines seiner Materialien verwendet.