DE112017005326T5

DE112017005326T5 - Verbindungsanschluss und Verfahren zum Herstellen eines Verbindungsanschlusses

Info

Publication number: DE112017005326T5
Application number: DE112017005326.9T
Authority: DE
Inventors: Hajime Watanabe
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2016-10-20
Filing date: 2017-10-06
Publication date: 2019-08-01
Also published as: US20200036125A1; CN109845041A; JP6733491B2; US10804632B2; JP2018067467A; CN109845041B; WO2018074255A1

Abstract

Aufgabe ist es, einen Verbindungsanschluss, der in der Lage ist, einen Reibungskoeffizienten zu verringern und eine Änderung im Laufe der Zeit bei hoher Temperatur zu unterbinden, während die Verbindungszuverlässigkeit im Vergleich zu Verbindungsanschlüssen, bei denen Zinn auf einer äußersten Oberfläche eines Kontaktabschnitts freiliegt, beibehalten wird, und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Verbindungsanschlusses bereitzustellen. An einem Verbindungsanschluss sind Legierungspartikel 21 aus einer intermetallischen Verbindung, die Zinn und Palladium enthält, an einer äußersten Oberfläche eines Kontaktabschnitts freigelegt und auf einer Oberfläche eines Basismaterials 10 zumindest in dem Kontaktabschnitt verteilt, und ein Zinnteil aus reinem Zinn oder einer Legierung mit einem höheren Verhältnis von Zinn zu Palladium als die intermetallische Verbindung ist nicht auf einer Ebene P freigelegt, die durch einen Punkt verläuft, an dem eine Höhe h der Legierungspartikel 21 von der Oberfläche des Basismaterials 10 am höchsten ist. Ferner umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Verbindungsanschlusses einen Schritt des Erwärmens einer laminierten Struktur, bei dem eine Palladiumschicht und eine Zinnschicht in dieser Reihenfolge laminiert werden, um die Legierungspartikel 21 zu bilden, die aus der Zinn und Palladium enthaltenden intermetallischen Verbindung bestehen, und einen Schritt des Entfernens des Zinnteils, der von überschüssigem Zinn stammt, das keine intermetallische Verbindung gebildet hat.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbindungsanschluss und ein Verfahren zum Herstellen eines Verbindungsanschlusses, insbesondere einen Verbindungsanschluss, bei dem eine Legierung auf einer Fläche bzw. Oberfläche freiliegt, und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Verbindungsanschlusses.
Stand der Technik
Herkömmlicherweise wurde im Allgemeinen ein Material mit einer Zinnplattierung, die auf eine Fläche bzw. Oberfläche eines Trägermaterials wie Kupfer oder Kupferlegierung aufgebracht ist, als Material verwendet, das einen Verbindungsanschluss bildet. Bei einer Zinnplattierungsschicht wird auf einer Fläche bzw. Oberfläche ein isolierender Zinnoxidfilm gebildet. Da jedoch der Zinnoxidfilm mit schwacher Kraft zerstört wird, wird metallisches Zinn leicht freigelegt und ein guter elektrischer Kontakt wird auf der Fläche bzw. Oberfläche des weichen metallischen Zinns gebildet.
Beispielsweise offenbart die Patentliteratur 1 einen Anschluss, der durch sukzessives Laminieren einer Nickelplattierungsschicht, einer Kupferplattierungsschicht und einer Zinnplattierungsschicht zumindest auf einer Fläche bzw. Oberfläche eines Kontaktabschnitts mit einem Gegenstück gebildet wird, und zwar aus einem Trägermaterial aus einer Kupferlegierung. Bei diesem Anschluss wird die Nickelplattierungsschicht bereitgestellt, um die Diffusion von Kupfer in dem Trägermaterial zu der Zinnplattierungsschicht zu unterbinden, und die Kupferplattierungsschicht wird bereitgestellt, um die Entstehung einer intermetallischen Verbindung aus Nickel und Zinn zu unterbinden. Ferner wird eine Anschlusseinsetzkraft durch Begrenzen einer Dicke der Zinnplattierungsschicht verringert.
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2003-147579
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Wenn eine Zinnschicht auf einer äußersten Fläche bzw. Oberfläche eines Kontaktabschnitts freigelegt ist, wie bei dem in Patentliteratur 1 offenbarten Anschluss, kommt es aufgrund der Weichheit des Zinns zu einem Aushub der Zinnschicht oder zur Adhäsion von Zinn, wodurch ein Reibungskoeffizient zunimmt. Infolgedessen nimmt eine Anschlusseinsetzkraft zu. Insbesondere bei einem mehrpoligen Verbinder mit vielen Anschlüssen wird eine Erhöhung der Einsetzkraft problematischer. Obwohl der Reibungskoeffizient durch die Begrenzung der Dicke der Zinnschicht, wie in Patentliteratur 1 beschrieben, bis zu einem gewissen Maß niedrig gehalten werden kann, ist es schwierig, den Reibungskoeffizienten drastisch zu reduzieren, solange die Zinnschicht an der äußersten Oberfläche des Kontaktabschnitts freiliegt.
Ferner bildet die Zinnschicht durch gegenseitige Diffusion leicht eine intermetallische Verbindung mit einer anderen Metallschicht, und ein Oberflächenzustand ändert sich im Laufe der Zeit stark, wenn die Zinnschicht erhitzt wird. Wenn eine solche intermetallische Verbindung an der äußersten Oberfläche des Kontaktabschnitts oxidiert wird, kann der Kontaktwiderstand des Kontaktabschnitts erhöht werden. Wie in Patentliteratur 1 beschrieben, ist es möglich, die Diffusion des anderen Metalls in die Zinnschicht und die Bildung der intermetallischen Verbindung mit Zinn durch die Auswahl einer Metallschicht zu unterbinden, die als Schicht unter der Zinnschicht bereitgestellt wird. Wenn der Anschluss jedoch lange Zeit in einer Hochtemperaturumgebung ausgesetzt wird, wird die Bildung der intermetallischen Verbindung mit Zinn möglicherweise nicht vernachlässigbar.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Verbindungsanschluss, der in der Lage ist, einen Reibungskoeffizienten zu reduzieren und eine Änderung mit der Zeit bei hoher Temperatur zu unterbinden, während die Verbindungszuverlässigkeit im Vergleich zu Verbindungsanschlüssen beibehalten wird, bei denen Zinn auf einer äußersten Oberfläche eines Kontaktabschnitts freiliegt, und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Verbindungsanschlusses bereitzustellen.
Lösung des Problems
Um die obige Aufgabe zu lösen, ist ein Verbindungsanschluss gemäß der vorliegenden Erfindung derart, dass Legierungspartikel aus einer intermetallischen Verbindung, die Zinn und Palladium enthält, an einer äußersten Fläche bzw. Oberfläche eines Kontaktabschnitts freigelegt sind, der konfiguriert ist, ein leitfähiges zusammenpassendes Glied bzw. Gegenglied elektrisch zu kontaktieren, und auf einer Fläche bzw. Oberfläche eines Basismaterials zumindest in dem Kontaktabschnitt verteilt sind, wobei ein Zinnteil aus reinem Zinn oder einer Legierung mit einem höheren Verhältnis von Zinn zu Palladium als die intermetallische Verbindung nicht auf einer durch einen Punkt verlaufenden Ebene freigelegt ist, wo eine Höhe der Legierungspartikel von der Oberfläche des Basismaterials am höchsten ist.
Dabei darf der Zinnteil nicht um die Legierungspartikel herum vorhanden sein. Ferner kann die Oberfläche des Basismaterials zwischen den Legierungspartikeln freigelegt sein.
Das Basismaterial kann eine Schicht aus Nickel oder Nickellegierung enthalten, und die intermetallische Verbindung kann eine Zusammensetzung von (Ni_0,4Pd_0,6)Sn₄ aufweisen.
Ein Anteil bzw. Verhältnis einer Fläche, die von den Legierungspartikeln in dem Kontaktabschnitt eingenommen wird, kann 30% oder mehr betragen.
Eine durchschnittliche Dicke einer von den Legierungspartikeln eingenommenen Schicht kann 0,1 µm oder mehr und 5,0 µm oder weniger betragen.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Verbindungsanschlusses gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Schritt des Herstellens einer laminierten Struktur, bei dem eine Palladiumschicht und eine Zinnschicht in dieser Reihenfolge auf eine Fläche bzw. Oberfläche eines Basismaterials laminiert werden, einen Schritt des Erwärmens der laminierten Struktur, um Legierungspartikel aus einer intermetallischen Verbindung zu bilden, die Zinn und Palladium enthält, und einen Schritt des Entfernens eines Zinnteils aus reinem Zinn oder einer Legierung mit einem höheren Verhältnis von Zinn zu Palladium als die intermetallische Verbindung, wobei das reine Zinn oder die Legierung aus überschüssigem Zinn stammen, das nicht die intermetallische Verbindung gebildet hat.
Dabei kann der Schritt des Entfernens des Zinnteils durch chemisches Lösen von Zinn durchgeführt werden.
Ein Verhältnis von Palladium zu der Gesamtmenge an Zinn und Palladium in der laminierten Struktur kann 2 Atom-% oder mehr betragen. Ferner kann das Verhältnis von Palladium zu der Gesamtmenge an Zinn und Palladium in der laminierten Struktur unter 20 Atom-% liegen.
Wirkungen der Erfindung
Bei dem Verbindungsanschluss gemäß der obigen Erfindung treten kaum Aushub und Adhäsion auf und es wird ein niedriger Reibungskoeffizient in dem Kontaktabschnitt erhalten, da die intermetallische Verbindung, die Zinn und Palladium enthält und die an der äußersten Oberfläche freiliegenden Legierungspartikel bildet, eine hohe Härte aufweist. Da außerdem Zinn, das den Reibungskoeffizienten erhöht, nicht in der Ebene freigelegt ist, die durch eine Position verläuft, wo die Höhe der Legierungspartikel am höchsten ist, kann eine Anschlusseinsetzkraft für den Verbindungsanschluss niedrig gehalten werden.
Gleichzeitig weist die intermetallische Verbindung, die Zinn und Palladium enthält, eine hohe Leitfähigkeit auf und wird kaum oxidiert. Somit wird ein niedriger Kontaktwiderstand auf der Oberfläche des Kontaktabschnitts erhalten. Dadurch kann eine hohe Verbindungssicherheit erreicht werden.
Da die intermetallische Verbindung, die Zinn und Palladium enthält, bereits eine stabile intermetallische Verbindung gebildet hat, ändert sich die intermetallische Verbindung im Laufe der Zeit kaum, beispielsweise beim Legieren mit anderen Metallen, selbst wenn sie erhitzt wird. Da Zinn, das aufgrund einer Änderung im Lauf der Zeit leicht mit anderen Metallen intermetallische Verbindungen bildet, nicht auf der Ebene freigelegt ist, die durch die Position verläuft, wo die Höhe der Legierungspartikel am höchsten ist, nimmt der Kontaktwiderstand aufgrund einer Änderung im Lauf der Zeit auf der gesamten äußersten Oberfläche des Kontaktabschnitts kaum zu. Somit kann langfristig eine hohe Verbindungszuverlässigkeit beibehalten werden.
Wenn dabei der Zinnteil nicht um die Legierungspartikel herum vorhanden ist, ist Zinn nicht in einem gesamten mit den Legierungspartikeln in Kontakt stehenden Teil vorhanden, einschließlich der Ebene, die durch die Position verläuft, wo die Höhe der Legierungspartikel am höchsten ist. Somit wird die Oberfläche des Kontaktabschnitts kaum durch eine zeitliche Änderung des Zinns beeinflusst, und es kann eine langfristige Verbindungszuverlässigkeit des Verbindungsanschlusses erhalten werden.
Wenn die Oberfläche des Basismaterials zwischen den Legierungspartikeln freigelegt ist, ist Zinn auch nicht in Teilen zwischen den Legierungspartikeln vorhanden. Somit wird die langfristige Verbindungszuverlässigkeit des Verbindungsanschlusses weiter verbessert.
Wenn das Basismaterial eine Schicht aus Nickel oder Nickellegierung enthält und die intermetallische Verbindung eine Zusammensetzung von (Ni_0,4Pd_0,6)Sn₄ aufweist, kann die Diffusion von Metallatomen aus einem Trägermaterial aus Kupfer oder dergleichen durch die Schicht aus Nickel oder Nickellegierung unterbunden werden. Somit kann eine Situation, in der der Kontaktwiderstand der äußersten Oberfläche aufgrund einer solchen Diffusion von Metallatomen zunimmt, selbst dann unterbunden werden, wenn das Basismaterial für lange Zeit bei hoher Temperatur erhitzt wird.
Wenn das Verhältnis der von den Legierungspartikeln in dem Kontaktabschnitt eingenommenen Fläche 30% oder mehr beträgt, ist eine Kontaktfläche zwischen dem Kontaktabschnitt des Verbindungsanschlusses und dem leitfähigen Gegenglied sichergestellt, wodurch der Kontaktwiderstand besonders gering gehalten werden kann.
Wenn ein dynamischer Reibungskoeffizient zwischen dem Kontaktabschnitt und dem leitfähigen Gegenglied mit einer Zinnschicht, die an einer äußersten Oberfläche freiliegt, 0,4 oder weniger beträgt, kann die Anschlusseinsetzkraft ausreichend niedrig gehalten werden.
Wenn die durchschnittliche Dicke der von den Legierungspartikeln eingenommenen Schicht 0,1 µm oder mehr und 5,0 µm oder weniger beträgt, kann ein Effekt der Verringerung des Reibungskoeffizienten und des Unterbindens der Änderung im Laufe der Zeit durch die Legierungspartikel ausreichend Wirkung haben.
Gemäß dem Verfahren zum Herstellen eines Verbindungsanschlusses gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Struktur, bei der Legierungspartikel aus einer Zinn und Palladium enthaltenden intermetallischen Verbindung auf einer äußersten Oberfläche freigelegt sind und ein Zinnteil nicht auf einer Ebene freigelegt ist, die durch einen Punkt verläuft, wo eine Höhe der Legierungspartikel am höchsten ist, wie oben beschrieben, leicht auf einer Oberfläche eines Verbindungsanschlusses gebildet werden.
Wenn dabei der Schritt des Entfernens des Zinnteils durch chemisches Lösen von Zinn durchgeführt wird, kann das Entfernen des Zinnteils leicht in einem Zustand mit geringer Abundanz erreicht werden. Im Ergebnis kann der Effekt des Verringerns des Reibungskoeffizienten und des Unterbindens einer zeitlichen Änderung durch die Legierungspartikel in dem hergestellten Verbindungsanschluss besonders erzielt werden.
Wenn das Verhältnis von Palladium zu der Gesamtmenge an Zinn und Palladium in der laminierten Struktur 2 Atom-% oder mehr beträgt, kann der Reibungskoeffizient in dem Kontaktabschnitt des hergestellten Verbindungsanschlusses effektiv reduziert werden, indem die Fläche der an der äußersten Oberfläche freigelegten Legierungspartikel gesichert wird.
Wenn ferner das Verhältnis von Palladium zu der Gesamtmenge an Zinn und Palladium in der laminierten Struktur unter 20 Atom-% liegt, wird leicht ein Zustand erreicht, in dem überschüssiges Zinn und die Legierungspartikel koexistieren, wenn die laminierte Struktur erhitzt wird, und die intermetallische Verbindung, die an der äußersten Oberfläche nach der Entfernung von Zinn freigelegt ist, neigt dazu, in Form eines Partikelaggregats zu sein.
Figurenliste

1 ist ein Schnitt, der ein Anschlussmaterial zeigt, das einen Verbindungsanschluss gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet,
2 ist ein Schnitt, der einen Zustand einer Vorstufe vor dem Entfernen eines Zinnteils in einem Verfahren zum Herstellen eines Verbindungsanschlusses gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
3 ist eine Vorderansicht, die einen Presspassanschluss als ein Beispiel des Verbindungsanschlusses zeigt,
4 zeigen Oberflächen-SEM-Bilder von freigelegten Legierungspartikeln von Beispiel 1, wobei (a) einen Zustand zeigt, bevor Zinn entfernt wurde, (b) einen Zustand zeigt, nachdem Zinn entfernt wurde, und (c) einen Zustand zeigt, nachdem die Probe weiter bei hoher Temperatur belassen wurde,
5 zeigt ein SEM-Bild eines Probenquerschnitts in einem Zustand, nachdem Zinn entfernt wurde,
6 sind Graphen, die Lastkontaktwiderstandseigenschaften zeigen, wobei (a) ein Ergebnis für die freigelegten Legierungspartikel von Beispiel 1 ist, bei der Zinn entfernt wurde, (b) ein Ergebnis für eine zinnplattierte Probe der Vergleichsuntersuchung 1 ist und ein Messergebnis, nachdem die Probe bei hoher Temperatur belassen wurde, auch in (a) gezeigt ist,
7 sind Graphen, die Reibungskoeffizienten-Bewertungsergebnisse zeigen, wobei (a) das Ergebnis für die freigelegten Legierungspartikel von Beispiel 1 ist, bei der Zinn entfernt wurde, (b) das Ergebnis für die Probe ist, bevor Zinn in Beispiel 1 entfernt wurde, und (c) das Ergebnis für die zinnplattierte Probe der Vergleichsuntersuchung 1 ist, und
8 sind SEM-Bilder von Oberflächen von freigelegten Legierungspartikeln, die durch Ändern eines Palladiumverhältnisses in einer Laminierungsstruktur vor dem Legieren erhalten wurden, wobei das Palladiumverhältnis in der Reihenfolge von (a) bis (e) zunimmt.

Ausführungsform der Erfindung
Im Folgenden werden ein Verbindungsanschluss und ein Herstellungsverfahren für diesen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Hilfe der Zeichnungen im Detail beschrieben. Bei dem Verbindungsanschluss gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist zumindest ein Kontaktabschnitt, der zum elektrischen Kontaktieren eines leitfähigen Gegenglieds, wie beispielsweise eines Gegenanschlusses, konfiguriert ist, aus einem Anschlussmaterial 1 mit einer nachfolgend zu beschreibenden Legierungspartikelschicht 20 auf einer Fläche bzw. Oberfläche. Der aus einem solchen Anschlussmaterial 1 hergestellte Verbindungsanschluss kann durch das Verfahren zum Herstellen eines Verbindungsanschlusses gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt werden.
[Struktur des Anschlussmaterials]
Das Anschlussmaterial 1, das den Verbindungsanschluss bildet, weist eine Schichtstruktur auf, deren Querschnitt schematisch in 1 gezeigt ist. Das heißt, die Legierungspartikelschicht 20 ist auf der Fläche bzw. Oberfläche eines Basismaterials 10 gebildet. Die Legierungspartikelschicht 20 liegt an einer äußersten Fläche bzw. Oberfläche des Anschlussmaterials 1 frei.
Das Basismaterial 10 enthält hauptsächlich ein plattenartiges Trägermaterial 11. Das Trägermaterial 11 ist beispielsweise Kupfer, Aluminium, Eisen oder eine Legierung, die hauptsächlich eines dieser Metalle enthält. Von diesen ist Kupfer oder eine Kupferlegierung, das bzw. die allgemein als Trägermaterial für Verbindungsanschlüsse verwendet wird, besonders bevorzugt, da es bzw. sie eine hohe Leitfähigkeit aufweist.
Das Basismaterial 10 kann nur aus dem Trägermaterial 11 aufgebaut sein, aber eine Metallüberzugsschicht kann geeigneterweise auf einer Fläche bzw. Oberfläche des Trägermaterials 11 bereitgestellt werden, um das Basismaterial 10 zu bilden. In dieser Ausführungsform wird eine Unterschicht 12 aus Nickel oder Nickellegierung gebildet, um die Oberfläche des Trägermaterials 11 zu bedecken. Die Unterschicht 12 dient dazu, die Legierungspartikelschicht 20 in engerem Kontakt mit dem Trägermaterial 11 zu halten und die Diffusion von Metallatomen, wie Kupferatomen, aus dem Trägermaterial 11 in die Legierungspartikelschicht 20 zu unterbinden.
Ein Teil der Unterschicht 12 auf der Seite der Legierungspartikelschicht 20 kann durch Erwärmen in einem Schritt des Bildens der Legierungspartikelschicht 20 zu einer Nickel-Zinn-Legierungsschicht 13 werden. Die Nickel-Zinn-Legierungsschicht 13 weist eine Zusammensetzung von Ni₃Sn₄ auf. Durch Bilden der Nickel-Zinn-Legierungsschicht 13 wird die Diffusion von Metallatomen aus dem Trägermaterial 11 in die Legierungspartikelschicht 20 selbst bei hoher Temperatur strikt unterbunden.
Die Legierungspartikelschicht 20 ist ein Aggregat von Legierungspartikeln 21. Die Legierungspartikel 21 sind aus einer intermetallischen Verbindung (Zinn-Palladium-basierte Legierung), die Zinn und Palladium enthält. Die intermetallische Verbindung kann eine binäre Legierung sein, die nur aus Zinn und Palladium aufgebaut ist, oder eine Mehrkomponentenlegierung, die andere Metalle verschieden von Zinn und Palladium enthält. Im Falle der binären Legierung weist die intermetallische Verbindung eine Zusammensetzung von PdSn₄ auf. Beispiele für Metallelemente, welche die Mehrkomponentenlegierung bilden, verschieden von Zinn und Palladium, umfassen Metallelemente, die in dem Basismaterial 10 enthalten sind. Falls die Unterschicht 12 aus Nickel oder einer Nickellegierung auf der Oberfläche des Basismaterials 10 bereitgestellt ist, wie oben beschrieben, wird häufig eine ternäre Legierung mit einer Zusammensetzung von (Ni_0,4Pd_0,6)Sn₄ gebildet. Es sei angemerkt, dass unabhängig davon, ob die intermetallische Verbindung die binäre Legierung oder die Mehrkomponentenlegierung ist, die Legierungspartikel 21 eine kleine Menge an Metallelementen, die das Basismaterial 10 bilden, unvermeidbare Verunreinigungen, nicht in die Legierung eingebrachte Palladiumphasen und dergleichen enthalten können, zusätzlich zu der intermetallischen Verbindung.
Bei der Legierungspartikelschicht 20 ist jedes Legierungspartikel 21 mit dem Basismaterial 10 verbunden. Insbesondere wenn die aus Nickel oder Nickellegierung aufgebaute Unterschicht 12 auf der Oberfläche des Basismaterials 10 gebildet ist und ein Teil davon zu der Nickel-Zinn-Legierungsschicht 13 wird, sind Teilbereiche der Legierungspartikel 21 auf der Seite des Basismaterials 10 in die Nickel-Zinn-Legierungsschicht 13 eingepasst und von einer Nickel-Zinn-Legierung umgeben.
Dabei wird eine äußerste Oberfläche P angenommen, die eine virtuelle Ebene ist, die durch einen Punkt verläuft, wo eine Höhe h der Legierungspartikel 21 von der Oberfläche des Basismaterials 10 am höchsten ist. Bei der Legierungspartikelschicht 20 ist ein Zinnteil aus reinem Zinn oder einer Legierung mit einem höheren Zinnverhältnis als in der die Legierungspartikel 21 bildenden intermetallischen Verbindung nicht an der äußersten Oberfläche P freigelegt.
Der Zinnteil kann in Zwischenräumen oder dergleichen zwischen den Legierungspartikeln 21 in der Legierungspartikelschicht 20 vorhanden sein, sofern er nicht an der äußersten Oberfläche P freiliegt. Wie in 1 gezeigt, ist der Zinnteil vorzugsweise nicht um jedes Legierungspartikel 21 herum vorhanden, d.h. an Positionen in Kontakt mit den Legierungspartikeln 21. Ferner ist es wünschenswert, dass der Zinnteil nicht in der Legierungspartikelschicht 20 vorhanden ist, d.h. auf der Oberfläche der Basismaterial 10 mit Ausnahme von Zinn, das unvermeidlich verbleibt, ohne in einem später beschriebenen Herstellungsprozess entfernt zu werden. Außer dem Zinnteil sind vorzugsweise andere Metalle als die Zinn-Palladium-basierte Legierung, welche die Legierungspartikel 21 bildet, mit Ausnahme von Metallen, die das Basismaterial 10 bilden, nicht um die Legierungspartikel 21 herum vorhanden.
In einem in 1 gezeigten Zustand ist kein Zinnteil um die Legierungspartikel 21 herum vorhanden, wodurch die Oberfläche des Basismaterials 10, hier die Oberfläche der Nickel-Zinn-Legierungsschicht, in den Zwischenräumen zwischen den Legierungspartikeln 21 freigelegt ist, wie durch dicke Linien in 1 gezeigt. Es sei angemerkt, dass, wenn die Dichte der Legierungspartikel 21 hoch ist, die gesamte Oberfläche des Basismaterials 10 von den Legierungspartikeln 21 bedeckt sein kann und die Oberfläche des Basismaterials 10 kaum freigelegt sein kann.
Bei der Legierungspartikelschicht 20 sind die Größe und Dichte der Legierungspartikel 21 nicht besonders begrenzt. Eine durchschnittliche Dicke der Legierungspartikelschicht 20 beträgt jedoch vorzugsweise 0,1 µm oder mehr. Auf diese Weise können Eigenschaften, die von den Legierungspartikel 21 gezeigt werden, wie eine Verringerung des Reibungskoeffizienten und die Unterbindung einer Änderung über die Zeit, die später beschrieben wird, ausreichend genutzt werden. Andererseits beträgt die durchschnittliche Dicke der Legierungspartikelschicht 20 vorzugsweise 5,0 µm oder weniger. Dies liegt daran, dass die von den Legierungspartikeln 21 gezeigten Eigenschaften gesättigt sind und die zur Bildung der Legierungspartikel 21 erforderlichen Materialkosten steigen, wenn die Legierungspartikelschicht 20 zu dick ausgebildet wird. Dabei gibt die durchschnittliche Dicke der Legierungspartikelschicht 20 eine Dicke eines Films an, gleichmäßig bedeckend die Oberfläche des Basismaterials 10, umgewandelt aus einer Abundanz der Zinn-Palladium-basierten Legierung in Form der Legierungspartikel 21.
[Eigenschaften des Anschlussmaterials]
(Reibungskoeffizient)
Wie oben beschrieben, enthält das Anschlussmaterial 1 die Legierungspartikelschicht 20, bei der die Legierungspartikel 21 aus der Zinn-Palladium-basierten Legierung an der äußersten Oberfläche, auf der Oberfläche des Basismaterials 10, freigelegt sind. Die Zinn-Palladium-basierten Legierung weist eine hohe Härte auf. Somit treten Aushub und Adhäsion von Oberflächenmetall, was häufig auf einer Oberfläche einer Zinnschicht auftritt, kaum auf der Oberfläche der Legierungspartikelschicht 20 auf. Auf diese Weise liefern die Legierungspartikel 21 einen niedrigeren Reibungskoeffizienten als Zinn auf der Oberfläche des Anschlussmaterials 1. Da der Zinnteil nicht an der äußersten Oberfläche P in der Legierungspartikelschicht 20 freiliegt, tritt eine Situation, in welcher der Reibungskoeffizient der Legierungspartikelschicht 20 aufgrund des Beitrags des Zinnteils zunimmt, nicht auf und ein niedriger Reibungskoeffizient, der durch die Legierungspartikel 21 bereitgestellt wird, kann direkt als Reibungskoeffizient der gesamten Legierungspartikelschicht 20 verwendet werden. Im Ergebnis ist der Reibungskoeffizient auf der Oberfläche der gesamten Legierungspartikelschicht 20 niedriger als auf der Oberfläche der Zinnschicht. Ferner sind in dem obigen Anschlussmaterial 1 einige der Legierungspartikel 21 in die Nickel-Zinn-Legierungsschicht 13 eingepasst und fest mit dem Basismaterial 10 verbunden, wodurch das Abblättern der Legierungspartikel 21 durch Reibung unterbunden wird, was ebenfalls zu einer Verringerung des Reibungskoeffizienten beiträgt.
Beispielsweise kann im Fall der Verwendung eines Glieds, bei dem eine Zinnschicht auf einer äußersten Oberfläche (Zinnplattierungsschicht) freigelegt ist, als ein leitfähiges Gegenglied ein dynamischer Reibungskoeffizient zwischen dem Anschlussmaterial 1 und dem leitfähigen Gegenglied auf 0,4 oder niedriger festgelegt werden. Indem der Reibungskoeffizient der Oberfläche des Anschlussmaterials 1 auf diese Weise niedrig gehalten wird, kann eine Einsetzkraft für den Verbindungsanschluss niedrig gehalten werden. Insbesondere im Fall des Aufbauens eines mehrpoligen Verbinders unter Verwendung einer Mehrzahl von Verbindungsanschlüssen nimmt eine Einsetzkraft zu, wenn die Anzahl der Verbindungsanschlüsse zunimmt. Somit kann ein Effekt des Verringerns der Einsetzkraft durch Verwendung des obigen Anschlussmaterials 1 weitgehend erreicht werden.
(Kontaktwiderstand)
Ferner weist die Zinn-Palladium-basierte Legierung eine hohe Leitfähigkeit auf und wird kaum oxidiert. Somit wird ein geringer Kontaktwiderstand auf der Oberfläche der Legierungspartikelschicht 20 erhalten. Dieser Kontaktwiderstand ist größer als der eines Materials, das eine auf einer Oberfläche ausgebildete Zinnplattierungsschicht aufweist, kann jedoch ausreichend niedrig gehalten werden und kann beispielsweise ähnlich wie die Zinnplattierungsschicht auf 1 mΩ oder weniger gedrückt werden. Indem der Kontaktwiderstand der Oberfläche des Anschlussmaterials 1 auf diese Weise niedrig gehalten wird, wird ein guter elektrischer Kontakt an dem Kontaktabschnitt des Verbindungsanschlusses gebildet, und es wird eine hohe Verbindungszuverlässigkeit erzielt.
Der Kontaktwiderstand auf der Oberfläche der Legierungspartikelschicht 20 wird kleiner, wenn eine wesentliche Kontaktfläche mit dem leitfähigen Gegenglied größer wird. Somit kann der Kontaktwiderstand kleiner gemacht werden, wenn die Expositionsmenge der Legierungspartikel 21 an der äußersten Oberfläche P zunimmt. Zum Beispiel kann die Legierungspartikelschicht 20 so ausgebildet sein, dass ein Verhältnis einer Fläche (Flächenverhältnis) der Legierungspartikel 21, welche die Oberfläche des Basismaterials 10 einnehmen, 15% übersteigt. Noch bevorzugter kann dieses Flächenverhältnis auf 30% oder mehr festgelegt werden. Das Flächenverhältnis kann durch Berechnen eines Verhältnisses einer Fläche der Legierungspartikel 21 ausgewertet werden, die einen gesamten Betrachtungsbereich in einem beobachteten Bild durch ein Mikroskop wie ein Rasterelektronenmikroskop einnehmen.
Man beachte, dass, obwohl das Aggregat der Legierungspartikel 21, die aus einer Zinn-Palladium-basierten Legierung aufgebaut sind, an der äußersten Oberfläche in diesem Anschlussmaterial 1 freigelegt ist, es auch beabsichtigt ist, stattdessen eine Zinn-Palladium-basierte Legierung als einen glatten durchgehenden Körper bereitzustellen. Tatsächlich kann in dem Fall der Bildung einer Zinn-Palladium-basierten Legierung durch Erwärmen einer laminierten Struktur aus einer Palladiumschicht und einer Zinnschicht, wie später beschrieben, eine solche glatte, laminare Zinn-Palladium-basierte Legierung durch Einstellen eines Dickenverhältnisses der Zinnschicht und der Palladiumschicht und einer Erwärmungsbedingung gebildet werden, so dass nicht überschüssiges Zinn verbleibt. In einem solchen Fall verbleibt jedoch unvermeidlich eine sehr dünne Zinnoxidschicht auf einer Oberfläche der laminaren Zinn-Palladium-basierten Legierung. Dann erhöht diese Zinnoxidschicht den Kontaktwiderstand auf der Oberfläche. Aus diesem Grund ist es besser, die Legierungspartikelschicht 20 als Aggregat der Legierungspartikel 21 bereitzustellen, als die glatte Zinn-Palladium-basierten Legierung bereitzustellen.
(Änderung im Lauf der Zeit durch Erhitzen)
Ferner haben die Legierungspartikel 21 bereits eine stabile intermetallische Verbindung gebildet und bilden kaum intermetallische Verbindungen durch wechselseitige Diffusion mit anderen Metallen, die in der Umgebung vorhanden sind, wie den Metallen, die das Basismaterial 10 bilden. Selbst wenn das Anschlussmaterial 1 für eine lange Zeit aufgrund einer Umgebung oder einer umgebenden Energieversorgung erhitzt wird, ändert sich die Legierungspartikelschicht 20 im Laufe der Zeit aufgrund der Bildung der intermetallischen Verbindungen mit den anderen Metallen kaum. Wenn die Legierungspartikelschicht 20 eine intermetallische Verbindung mit einem anderen Metall bildet, kann die gebildete intermetallische Verbindung möglicherweise an der äußersten Oberfläche des Anschlussmaterials 1 oxidiert werden, um den Kontaktwiderstand zu erhöhen. Bei diesem Anschlussmaterial 1 tritt jedoch eine solche Situation kaum auf und ein Zustand, in dem die Verbindungszuverlässigkeit hoch ist, kann aufgrund der Stabilität der Zinn-Palladium-basierten Legierung langfristig aufrechterhalten werden.
Wenn der Zinnteil an der äußersten Oberfläche P in der Legierungspartikelschicht 20 freiliegt, neigt Zinn dazu, intermetallische Verbindungen mit Metallen wie Nickel zu bilden. Wenn das Anschlussmaterial 1 für eine lange Zeit erhitzt wird, bildet somit der Zinnteil möglicherweise eine intermetallische Verbindung durch gegenseitige Diffusion mit dem Metall, welche das Basismaterial 10 bildet, wie beispielsweise Nickel in der Unterschicht 12 und der Nickel-Zinn-Legierungsschicht 13. Wenn die intermetallische Verbindung an der äußersten Oberfläche des Anschlusskontaktabschnitts oxidiert wird, kann dies zu einer Erhöhung des Kontaktwiderstands führen. Da jedoch der Zinnteil an der äußersten Oberfläche P der Legierungspartikelschicht 20 bei dem obigen Anschlussmaterial 1 nicht freiliegt, kann eine solche Situation vermieden werden und eine hohe Verbindungszuverlässigkeit kann über einen langen Zeitraum hinweg sichergestellt werden. Insbesondere kann eine Verringerung der Verbindungszuverlässigkeit durch Erhitzen weiter zuverlässig vermieden werden, es sei denn, der Zinnteil ist nicht nur im Wesentlichen an der äußersten Oberfläche P vorhanden, sondern auch in der Legierungspartikelschicht 20 einschließlich der Umgebung der Legierungspartikel 21.
Zum Beispiel kann eine Erhöhungsrate des Kontaktwiderstands von einem Wert vor dem Erhitzen, wenn das Anschlussmaterial 1 auf 160°C erhitzt wird, auf 10% oder weniger, ferner 5% oder weniger verringert werden. 120 Stunden oder eine längere Zeit kann als Erwärmungszeit zum Auswerten einer Zunahme des Kontaktwiderstandes dargestellt werden.
[Herstellungsverfahren für Anschlussmaterial]
Das oben beschriebene Anschlussmaterial 1 kann zum Beispiel durch das folgende Verfahren hergestellt werden.
Bei der Herstellung des obigen Anschlussmaterials 1 wird zunächst das Basismaterial 10 hergestellt. Zum Beispiel kann die Unterschicht 12 auf der Oberfläche des Trägermaterials 11 durch Plattieren oder dergleichen gebildet werden. Die Palladiumschicht und die Zinnschicht werden in dieser Reihenfolge auf die Oberfläche des erhaltenen Basismaterials 10 durch Plattieren oder dergleichen laminiert, um die laminierte Struktur zu bilden.
Anschließend wird diese laminierte Struktur erhitzt. Durch Erhitzen schreitet das Legieren zwischen der Zinnschicht und der Palladiumschicht voran, und die Legierungspartikel 21 aus der intermetallischen Verbindung, die Zinn und Palladium enthält, werden gebildet. Gleichzeitig bildet ein Teil der Unterschicht 12 aus Nickel oder Nickellegierung eine intermetallische Verbindung mit der Zinnschicht der laminierten Struktur, wodurch die Nickel-Zinn-Legierungsschicht 13 entsteht.
Nach dem Erhitzen wird eine Vorstufe 1' wie in 2 gezeigt erhalten. In der Vorstufe 1' wird auf der Oberfläche des Basismaterials 10 eine Schicht gebildet, die aus den Legierungspartikeln 21, die aus der Zinn und Palladium enthaltenden intermetallischen Verbindung hergestellt sind, und einem Zinnteil 90 aufgebaut ist. Der Zinnteil 90 ist aus reinem Zinn oder einer Legierung mit einem höheren Zinnverhältnis als die intermetallische Verbindung, welche die Legierungspartikel 21 bildet. Der Zinnteil 90 stammt von überschüssigem Zinn, das während des Erhitzens keine intermetallische Verbindung gebildet hat. In der Vorstufe 1' liegen sowohl der Zinnteil 90 als auch die Legierungspartikel 21 an der äußersten Oberfläche frei.
Anschließend kann das Anschlussmaterial 1, bei dem die Legierungspartikel 21 freigelegt sind und der Zinnteil 90 nicht an der äußersten Oberfläche freigelegt ist, wie in 1 gezeigt, erhalten werden, indem der Zinnteil 90 zumindest teilweise von der Vorstufe 1' entfernt wird. Zu diesem Zeitpunkt ist es bevorzugt, den gesamten Zinnteil 90 zu entfernen, außer Zinn, das unvermeidlich verbleibt.
Der Zinnteil 90 kann durch chemisches Lösen von Zinn leicht und effektiv entfernt werden. Beispielsweise kann Zinn selektiv gelöst werden, ohne die Legierungspartikel 21 nahezu zu verändern, wenn ein wässriges Lösungsgemisch von Natriumhydroxid und p-Nitrophenol verwendet wird.
Beim Bilden der laminierten Struktur der Palladiumschicht und der Zinnschicht können die durchschnittliche Dicke der Legierungspartikelschicht 20 und das Flächenverhältnis der Legierungspartikel 21 im herzustellenden Anschlussmaterial 1 durch Auswahl der Dicken der Palladiumschicht und der Zinnschicht gesteuert werden. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Verhältnis von Palladium zu der Gesamtmenge an Zinn und Palladium (Pd/(Sn+Pd)) vorzugsweise auf 2 Atom-% oder höher festgelegt. Auf diese Weise wird nach dem Erwärmen das Anschlussmaterial 1 leicht erhalten, bei dem das Flächenverhältnis der Legierungspartikel 21 in einem SEM-Bild 30% oder mehr beträgt und welches einen geringen Kontaktwiderstand bereitstellt.
Andererseits wird das Palladiumverhältnis in der laminierten Struktur vorzugsweise auf unter 20 Atom-% festgelegt. Wie oben beschrieben, ist die stabile Zusammensetzung der binären Legierung zwischen Zinn und Palladium PdSn₄. Durch Festlegen des Palladiumverhältnisses auf unter 20 Atom-% wird ein Zustand, in dem eine partikelförmige Zinn-Palladium-Legierung in dem überschüssigen Zinnteil 90 diffundiert wird, nach dem Erwärmen leicht festgelegt. Durch Entfernen des Zinnteils 90 in diesem Zustand wird die Zinn-Palladium-Legierung leicht nicht in Form einer glatten Schicht, sondern in Form eines Aggregats der Legierungspartikel 21 erhalten. Man beachte, dass wenn die Legierungspartikel 21 aus einer Mehrkomponentenlegierung aufgebaut sind, es sogar noch besser ist, eine obere Grenze für das Palladiumverhältnis unter Berücksichtigung der Zusammensetzung dieser Mehrkomponentenlegierung zu bestimmen, so dass der überschüssige Zinnteil 90 während des Erhitzens verbleibt.
[Struktur des Verbindungsanschlusses]
Der Verbindungsanschluss gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann von beliebiger Art und Form sein, solange mindestens der Kontaktabschnitt, der zum Kontaktieren des leitfähigen Gegenglieds konfiguriert ist, aus dem Anschlussmaterial 1 hergestellt worden ist, wie oben beschrieben.
Ein Presspassanschluss 3, wie in 3 gezeigt, kann als ein Beispiel des Verbindungsanschlusses dargestellt werden. Der Presspassanschluss 3 ist ein elektrischer Verbindungsanschluss, der so geformt ist, dass er lang und schmal ist, und enthält einen Leiterplattenverbindungsabschnitt 30, der mit einem Durchgangsloch einer Leiterplatte an einem Ende presszupassen und zu verbinden ist, und einen Anschlussverbindungsabschnitt 35, der mit einem zusammenpassenden Verbindungsanschluss durch Passen oder dergleichen an dem anderen Ende zu verbinden ist. In dem gezeigten Beispiel ist der Anschlussverbindungsabschnitt 35 als ein männlicher bzw. aufzunehmender Passanschluss geformt.
Der Leiterplattenverbindungsabschnitt 30 enthält ein Paar Wölbungsstücke 31, 31 in einem Teil, der mit dem Durchgangsloch 30 presszupassen und zu verbinden ist. Die Wölbungsstücke 31, 31 sind so geformt, dass sie sich im Wesentlichen bogenförmig voneinander weg wölben, und zwar in senkrechten Richtungen zu einer axialen Richtung des Presspassanschlusses 3. Ein Spalt 32 ist zwischen dem Paar von Wölbungsstücke 31, 31 ausgebildet. Durch das Vorhandensein dieses Spaltes 32 wird das Paar von Wulststücken 31, 31 gepresst, um zueinander hin komprimiert und rückstellfähig verformt zu werden, wenn der Presspassanschluss 3 in das Durchgangsloch eingesetzt wird. Die Wölbungsstücke 31, 31 werden rückstellfähig zurückgestellt und in elektrischem Kontakt mit der inneren Umfangsfläche des Durchgangslochs gehalten. Eine Mehrzahl der Presspassanschlüsse 3 kann Seite an Seite gehalten und als mehrpoliger Leiterplattenverbinder verwendet werden.
Bei dem Presspassanschluss 3 wird die Legierungspartikelschicht 20 in geeigneter Weise zusammen mit der Unterschicht 12 zumindest auf Oberflächen der Wölbungsstücke 31, 31 und dem Anschlussverbindungsabschnitt 35 ausgebildet, der bzw. die als Kontaktabschnitte dient bzw. dienen, die konfiguriert sind, leitfähige Gegenglieder elektrisch zu kontaktieren (Innenumfangsfläche des Durchgangslochs und des Gegenverbindungsanschlusses), um einen Zustand äquivalent zu dem obigen Anschlussmaterial 1 zu erhalten. Im Hinblick auf den Herstellungskomfort kann der gesamte Presspassanschluss 3 aus dem obigen Anschlussmaterial 1 gebildet sein.
Beispiele
Beispiele und Vergleichsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend beschrieben. Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf das folgende Beispiel beschränkt ist.
[Fertigung von Proben]
(Beispiel 1)
Eine Probe mit freigelegten Legierungspartikeln gemäß Beispiel 1 wurde wie folgt gefertigt. Das heißt, eine Nickelunterplattierungsschicht mit einer Dicke von 1,0 wurde auf einer sauberen Oberfläche eines Kupferträgermaterials gebildet, und eine Palladiumplattierungsschicht mit einer Dicke von 0,02 µm wurde auf der Nickelunterplattierungsschicht gebildet. Anschließend wurde eine Zinnplattierungsschicht mit einer Dicke von 1,0 µm auf der Palladiumplattierungsschicht gebildet. Diese laminierte Struktur wurde in der Atmosphäre bei 300°C erhitzt, wodurch das Legieren der Zinnplattierungsschicht und der Palladiumplattierungsschicht fortschritt. Danach wurde die Probe in ein wässriges Lösungsgemisch aus Natriumhydroxid und p-Nitrophenol eingetaucht, um einen überschüssigen Zinnteil zu entfernen. Eine Oberfläche und ein Querschnitt der erhaltenen Probe wurden mittels SEM beobachtet, um einen Zustand zu bestätigen.
(Vergleichsbeispiel 1)
Eine zinnplattierte Probe gemäß Vergleichsbeispiel 1 wurde wie folgt gefertigt. Das heißt, eine Zinnplattierungsschicht mit einer Dicke von 1,0 µm wurde auf einer Oberfläche eines Kupferträgermaterials gebildet, das mit einer Nickelunterplattierungsschicht ähnlich der obigen ausgebildet war. Dann wurde diese laminierte Struktur in der Atmosphäre bei 300°C erhitzt, wodurch ein Reflow-Verfahren angewendet wurde.
[Testverfahren]
(Bewertung des Kontaktwiderstandes)
Der Kontaktwiderstand wurde durch Messen einer Lastkontaktwiderstandseigenschaft (FR-Charakteristik) für die Proben von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 bewertet. Zuerst wurde ein geprägter Kontaktpunkt mit R = 1,0 mm aus einem zinnplattierten Material ähnlich dem von Vergleichsbeispiel 1 hergestellt und flache, plattenartige Kontaktpunkte, die aus den jeweiligen Proben von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 gebildet sind, wurden als Elektroden vorbereitet. Ein oberer Teil des geprägten Kontaktpunktes wurde mit einer Oberfläche des flachen plattenartigen Kontaktpunkts in Kontakt gebracht, und der Kontaktwiderstand zwischen den beiden Kontaktpunkten wurde durch ein Vier-Anschluss-Verfahren gemessen, während eine Last in Kontaktrichtung angelegt wurde. Bei der Messung wurde eine offene Spannung auf 20 mV festgelegt, ein Erregerstrom wurde auf 10 mA festgelegt und eine Lastaufbringgeschwindigkeit wurde auf 0,1 mm/min festgelegt, und eine Last von 0 bis 40 N wurde in zunehmender Richtung und abnehmender Richtung angelegt.
(Bewertung des Reibungskoeffizienten)
Dynamische Reibungskoeffizienten wurden für drei Arten von Proben gemessen, d.h. die Proben von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 und die Probe, bevor der Zinnteil (Vorstufe) in Beispiel 1 entfernt wurde. Genauer gesagt wurden die flachen plattenartigen Kontaktpunkte zuerst unter Verwendung der jeweiligen Proben gebildet. Unter Verwendung eines zinnplattierten Materials ähnlich dem des Vergleichsbeispiels 1 wurde ferner ein semisphärischer geprägter Kontaktpunkt mit R = 3,0 mm ausgebildet. Dann wurde der geprägte Kontaktpunkt vertikal in Kontakt mit dem flachen plattenartigen Kontaktpunkt gehalten und mit einer Geschwindigkeit von 10 mm/min in horizontaler Richtung verschoben, während eine Last von 5 N in vertikaler Richtung aufgebracht wurde, und eine dynamische Reibungskraft wurde unter Verwendung einer Wägezelle bzw. Kraftmessdose gemessen. Ein Wert, der durch Teilen der dynamischen Reibungskraft durch die Last erhalten wurde, wurde als dynamischer Reibungskoeffizient festgelegt. Eine Gleitbewegung wurde über eine Distanz von 5 mm ausgeführt.
(Bewertung der Hochtemperaturbeständigkeit)
Die Proben des Beispiels 1 und des Vergleichsbeispiels 1 wurden 120 Stunden lang in der Atmosphäre bei 160°C gehalten (im Folgenden wird dieser Zustand in einigen Fällen als „bei hoher Temperatur belassen“ bezeichnet). Nachdem sie bei hoher Temperatur belassen worden war, wurde die Probe von Beispiel 1 SEM-beobachtet. Ferner wurde für die Proben des Beispiels 1 und des Vergleichsbeispiels 1 die Lastkontaktwiderstandseigenschaft auf die gleiche Weise wie die Messung für die Proben gemessen, bevor sie wie oben beschrieben bei hoher Temperatur belassen wurden, nachdem die Proben auf Raumtemperatur abgekühlt wurden.
(Bewertung der Beziehung zwischen Verhältnis von Palladium und Kontaktwiderstand)
Eine Beziehung zwischen dem Verhältnis von Palladium in der laminierten Struktur vor dem Erhitzen und dem Kontaktwiderstand des Anschlussmaterials nach dem Erhitzen und der Zinnentfernung wurde bewertet. Das heißt, es wurde eine Mehrzahl von Proben hergestellt, indem die Dicke der Palladiumplattierungsschicht in der laminierten Struktur vor dem Erhitzen auf der Basis des Beispiels 1 geändert wurde. Unter Verwendung dieser Proben wurden die SEM-Beobachtung und die Messung des Lastkontaktwiderstands auf die gleiche Weise wie für die Probe von Beispiel 1 durchgeführt. Dann wurden die Kontaktwiderstände bei einer Last von 10 N verglichen. Man beachte, dass das Palladiumverhältnis in der laminierten Struktur (Pd/(Sn+Pd)) in der Probe von Beispiel 1 3,5 Atom-% betrug.
[Testergebnisse]
(Bewertung von Zuständen von Proben)
4(a) und 4(b) zeigen Oberflächen-SEM-Bilder vor und nach der Zinnentfernung für die Probe mit freigelegten Legierungspartikeln von Beispiel 1. Vor der Zinnentfernung von 4(a) sind sowohl Legierungspartikel aus einer Zinn-Palladium-basierten Legierung ((Ni_0,4Pd_0,6)Sn₄; das Gleiche gilt im Folgenden) und in einem Sea-Island-Zustand und ein die Legierungspartikel umgebender Zinnteil auf einer Oberfläche freigelegt. Im Gegensatz dazu ist nach der Zinnentfernung von 4(b) um die Legierungspartikel aus einer Zinn-Palladium-basierten Legierung keine im Grau beobachtete Struktur mit mittlerer Helligkeit und äquivalent zu dem Zinnteil zu sehen. Stattdessen ist eine Nickel-Zinn-Legierungsschicht (Ni₃Sn₄), die als dunkel befunden ist, um die Legierungspartikel herum sichtbar.
5 zeigt ein SEM-Bild eines Querschnitts der Probe nach der Zinnentfernung. Auch im Querschnitt wird beobachtet, dass Teile der Nickelunterschicht als Nickel-Zinn-Legierungsschicht dienen und die Legierungspartikel aus einer Zinn-Palladium-basierten Legierung auf einer äußersten Oberfläche freiliegen. In Zwischenräumen zwischen den Legierungspartikeln ist kein Zinnteil vorhanden. Man beachte, dass in dem Oberflächenbild und im Querschnittsbild eine Metallzusammensetzung jedes Teils durch Elementanalyse (EDX) durch Röntgenspektrometrie bestätigt ist.
Anhand der obigen Oberflächen- und Querschnitts-SEM-Bildern wurde bestätigt, dass die Legierungspartikel aus einer Zinn-Palladium-basierten Legierung freigelegt waren und an der äußersten Oberfläche in der Probe mit freigelegten Legierungspartikeln von Beispiel 1 nach der Zinnentfernung verteilt waren. Es wurde ferner bestätigt, dass Zinn nicht nur an der äußersten Oberfläche, die durch die Position verläuft, wo die Höhe der Legierungspartikel am höchsten ist, sondern auch um die Legierungspartikel herum freigelegt wurde, zumindest in einem durch SEM unterscheidbaren Niveau bzw. Ebene.
(Bewertung des Kontaktwiderstandes)
Die Lastkontaktwiderstandseigenschaft der Probe mit freigelegten Legierungspartikeln nach der Zinnentfernung von Beispiel 1 ist durch eine durchgezogene Linie in 6(a) gezeigt. Ferner ist die Lastkontaktwiderstandseigenschaft der zinnplattierten Probe des Vergleichsbeispiels 1 in 6(b) gezeigt. Der Vergleich der beiden Eigenschaften zeigt, dass die zinnplattierte Probe einen niedrigen Kontaktwiderstand aufweist, aber der Kontaktwiderstand der Probe mit freigelegten Legierungspartikeln wird auch auf im Wesentlichen innerhalb des doppelten Kontaktwiderstands der zinnplattierten Probe unterdrückt. Wie in der nachstehenden Tabelle 2 gezeigt, wird beispielsweise der Kontaktwiderstand der Probe mit freigelegten Legierungspartikeln bei einer Last von 10 N auf das 1,7-fache desjenigen der zinnplattierten Probe unterdrückt. Ein derartiger Kontaktwiderstand der Probe mit freigelegten Legierungspartikeln ist bei Verwendung als Verbindungsanschluss ausreichend niedrig.
(Bewertung des Reibungskoeffizienten)
7 zeigen die Ergebnisse der Messung des Reibungskoeffizienten von (a) der Probe mit freigelegten Legierungspartikeln nach der Zinnentfernung (Beispiel 1), (b) der Probe mit freigelegten Legierungspartikeln vor der Zinnentfernung und (c) der zinnplattierten Probe (Vergleichsbeispiel 2). Ferner zeigt Tabelle 1 Maximalwerte der Reibungskoeffizienten. Zusammengenommen sind Reduzierungen der Reibungskoeffizienten gegenüber dem Wert der zinnplattierten Probe für die Proben mit freigelegten Legierungspartikeln gezeigt. [Tabelle 1]

Probe mit freigelegten Legierungspartikeln Zinnplattierte Probe

Nach Sn-Entfernung Vor Sn-Entfernung

Reibungskoeffizient 0,36 0,44 0,53

Reduzierungseffekt 32% 17% -
Gemäß 7 und den Ergebnissen von Tabelle 1 weist die Probe mit freigelegten Legierungspartikeln selbst vor der Zinnentfernung einen niedrigeren Reibungskoeffizienten auf als die zinnplattierte Probe, da die harte Zinn-Palladium-basierte Legierung an der äußersten Oberfläche freiliegt. Der Reibungskoeffizient wird durch das Entfernen von Zinn weiter drastisch reduziert. Dies wird als Ergebnis der Entfernung von Zinn, was den Reibungskoeffizienten auf der Oberfläche aufgrund von Aushub und Adhäsion erhöht, von der Oberfläche und der Freilegung nur der harten Legierungspartikel interpretiert, was einen niedrigen Reibungskoeffizient an der äußersten Oberfläche bereitstellt.
(Bewertung der Hochtemperaturbeständigkeit)
4(c) zeigt ein SEM-Bild der Oberfläche der Probe mit freigelegten Legierungspartikeln von Beispiel 1, bei der Zinn entfernt wurde, nachdem sie bei hoher Temperatur belassen wurde. Im Vergleich zu dem SEM-Bild von 4(b) vor dem Belassen bei hoher Temperatur ist keine große Änderung der Formen, Größen und dem verteilten Zustand der Legierungspartikel zu sehen. Das heißt, es kann gesagt werden, dass sich der Zustand der Oberfläche selbst nach dem Belassen bei hoher Temperatur kaum verändert hat.
Ferner ist das Messergebnis der Lastkontaktwiderstandseigenschaft vor dem Belassen bei hoher Temperatur durch eine durchgezogene Linie dargestellt, und das Messergebnis nach dem Belassen bei hoher Temperatur ist durch eine gestrichelte Linie für die Probe mit freigelegten Legierungspartikeln des Beispiels 1 dargestellt, wobei Zinn daraus in 6(a) entfernt wurde. Die beiden Kurven überlappen sich im Wesentlichen, und es versteht sich, dass sich der Kontaktwiderstand selbst nach dem Belassen bei hoher Temperatur kaum verändert hat.

Ferner fasst Tabelle 2 die Werte des Kontaktwiderstands vor und nach dem Belassen bei hoher Temperatur bei einer Last von 10 N und die Änderungsbeträge für die Probe mit freigelegten Legierungspartikeln des Beispiels 1 nach der Zinnentfernung und der zinnplattierten Probe des Vergleichsbeispiels 1 zusammen. [Tabelle 2]

	Kontaktwiderstand [mΩ]		Widerstandszunahme nach Belassen bei H-Temp [mΩ]	Widerstandszunahmerate nach Belassen bei H-Temp
	Anfangs	Nach Belassen bei H-Temp
Probe mit freigelegten Legierungspartikeln	0,86	0,88	+0,02	+2%
Zinnplattierte Probe	0,52	1,42	+0,90	+173 %

Gemäß Tabelle 2 hat der Kontaktwiderstand der zinnplattierten Probe um mehr als 100% zugenommen, als er bei hoher Temperatur belassen wurde. Dies entspricht der Tatsache, dass das Legieren zwischen Zinn- und der Nickelunterschicht voranschreitet und die hergestellte Legierung an der äußersten Oberfläche oxidiert wird. Andererseits wird eine Widerstandserhöhungsrate der Probe mit freigelegten Legierungspartikeln auf bis zu 2% gedrückt, wie auch in dem Ergebnis von 6(a) zu sehen ist. Dies wird als Ergebnis der Entfernung von Zinn, das leicht mit Nickel und dergleichen legiert wird, von der Oberfläche und der Freilegung nur der Legierungspartikel aus einer Zinn-Palladium-basierten Legierung, die selbst bei hoher Temperatur kaum mit anderen Metallen legiert wird, an der Oberfläche interpretiert.
(Bewertung der Beziehung zwischen Verhältnis von Palladium und Kontaktwiderstand)
8 zeigen Oberflächen-SEM-Aufnahmen der Probe mit freigelegten Legierungspartikeln, die in dem Fall des unterschiedliche Änderns des Palladiumverhältnisses in der laminierten Struktur vor dem Erhitzen erhalten wurden. Die Gehalte an Palladium in den laminierten Strukturen vor dem Erhitzen sind in 8 gezeigt. Gemäß 8 versteht sich, dass mit zunehmendem Palladiumverhältnis das Verhältnis der Legierungspartikel, die in hellem Grau beobachtet werden, zunimmt. Insbesondere in einem Bereich, in dem das Palladiumverhältnis 5,0 Atom-% oder mehr beträgt, nimmt die Fläche eines Bereichs, in dem die Legierungspartikel die Probenoberfläche bedecken, plötzlich zu.
Eine Beziehung des Verhältnisses von Palladium in der laminierten Struktur vor dem Erhitzen, einem Flächenverhältnis des durch die Legierungspartikel eingenommenen Bereichs, das durch Bildanalyse des SEM-Bilds erhalten wird, und dem Kontaktwiderstand bei 10 N (nur für drei Proben gemessen) ist in der nachfolgenden Tabelle 3 zusammengefasst. [Tabelle 3]

Pd-Verhältnis vor Erhitzen 1,0 Atom% 2,0 Atom% 3,5 Atom% 5,0 Atom% 7,0 Atom%

Flächenverhältnis von Legierung 15% 35% 52% 94% etwa 100 %

Kontaktwiderstand 5,4 mΩ 1,1 mΩ 0,86 mΩ
Aus Tabelle 3 geht auch hervor, dass das Flächenverhältnis der Legierung zunimmt, wenn das Palladiumverhältnis vor dem Erhitzen zunimmt, und das Flächenverhältnis der Legierung plötzlich in dem Bereich zunimmt, in dem das Palladiumverhältnis 5,0 Atom-% oder mehr beträgt, wie in 8 gezeigt. Wenn das Flächenverhältnis der Legierung zusammen mit dem Palladiumverhältnis vor dem Erhitzen zunimmt, wird der Kontaktwiderstand verringert. Insbesondere in einem Bereich, in dem das Palladiumverhältnis 2,0 Atom-% beträgt, bei dem das Flächenverhältnis der Legierung 30% oder mehr beträgt, wird der Kontaktwiderstand plötzlich verringert. Eine Verringerung des Kontaktwiderstands wird als Ergebnis eines Anstiegs des Flächenverhältnisses des von den Legierungspartikeln eingenommenen Bereichs und des Kontakts mit dem leitfähigen Gegenglied in einem großen Bereich aufgrund eines Anstiegs des Palladiumverhältnisses interpretiert.
Obwohl die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung oben im Detail beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung in keiner Weise auf die obige Ausführungsform beschränkt, und verschiedene Änderungen können vorgenommen werden, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise muss der Zinnteil nicht vollständig entfernt werden, sondern kann teilweise durch Einstellung der Konzentration des wässrigen Lösungsgemischs von Natriumhydroxid und p-Nitrophenol, einer Eintauchzeit und dergleichen beim Entfernen des Zinnteils belassen werden.
Bezugszeichenliste

1: Anschlussmaterial
1': Vorstufe
10: Basismaterial
11: Trägermaterial
12: Unterschicht
13: Nickel-Zinn-Legierungsschicht
20: Legierungspartikelschicht
21: Legierungspartikel
3: Presspassanschluss
30: Leiterplattenverbindungsabschnitt
35: Anschlussverbindungsabschnitt
90: Zinnteil
P: äußerste Fläche bzw. Oberfläche

Claims

Verbindungsanschluss, bei dem Legierungspartikel, aufgebaut aus einer intermetallischen Verbindung, die Zinn und Palladium enthält, an einer Oberfläche eines Kontaktabschnitts freigelegt sind, der konfiguriert ist, ein leitfähiges zusammenpassendes Gegenglied elektrisch zu kontaktieren, und auf einer Oberfläche eines Basismaterials zumindest in dem Kontaktabschnitt verteilt sind, wobei: ein Zinnteil aus reinem Zinn oder einer Legierung mit einem höheren Verhältnis von Zinn zu Palladium als die intermetallische Verbindung nicht auf einer durch einen Punkt verlaufenden Ebene freigelegt ist, wo eine Höhe der Legierungspartikel von der Oberfläche des Basismaterials am höchsten ist.
Verbindungsanschluss nach Anspruch 1, wobei der Zinnteil nicht um die Legierungspartikel herum vorhanden ist.
Verbindungsverbinder nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Oberfläche des Basismaterials zwischen den Legierungspartikeln freigelegt ist.
Verbindungsverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: das Basismaterial eine Schicht aus Nickel oder Nickellegierung enthält; und die intermetallische Verbindung eine Zusammensetzung von (Ni_0,4Pd_0,6)Sn₄ aufweist.
Verbindungsverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Anteil einer Fläche, die von den Legierungspartikeln in dem Kontaktabschnitt eingenommen wird, 30% oder mehr beträgt.
Verbindungsverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein dynamischer Reibungskoeffizient zwischen dem Kontaktabschnitt und dem leitfähigen Gegenglied mit einer Zinnschicht, die an einer äußersten Oberfläche freiliegt, 0,4 oder weniger beträgt.
Verbindungsverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine durchschnittliche Dicke einer von den Legierungspartikeln eingenommenen Schicht 0,1 µm oder mehr und 5,0 µm oder weniger beträgt.
Verfahren zum Herstellen eines Verbindungsanschlusses, umfassend: einen Schritt des Fertigens einer laminierten Struktur, bei dem eine Palladiumschicht und eine Zinnschicht in dieser Reihenfolge auf eine Oberfläche eines Basismaterials laminiert werden; einen Schritt des Erwärmens der laminierten Struktur, um Legierungspartikel aus einer intermetallischen Verbindung zu bilden, die Zinn und Palladium enthält; und einen Schritt des Entfernens eines Zinnteils aus reinem Zinn oder einer Legierung mit einem höheren Verhältnis von Zinn zu Palladium als die intermetallische Verbindung, wobei das reine Zinn oder die Legierung aus überschüssigem Zinn stammen, das nicht die intermetallische Verbindung gebildet hat.
Verfahren zum Herstellen eines Verbindungsanschlusses nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Entfernens des Zinnteils durch chemisches Lösen von Zinn durchgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen eines Verbindungsanschlusses nach Anspruch 8 oder 9, wobei ein Anteil von Palladium zu der Gesamtmenge an Zinn und Palladium in der laminierten Struktur 2 Atom-% oder mehr beträgt.
Verfahren zum Herstellen eines Verbindungsanschlusses nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei ein Anteil von Palladium zu der Gesamtmenge an Zinn und Palladium in der laminierten Struktur unter 20 Atom-% beträgt.