ES2652260T3 - Material metálico para componente electrónico, terminales de conectador obtenido utilizando el mismo, conectador y componente electrónico - Google Patents

Material metálico para componente electrónico, terminales de conectador obtenido utilizando el mismo, conectador y componente electrónico Download PDF

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Kazuhiko FUKAMACHI
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Abstract

Un material metálico para componentes electrónicos, excelente en bajo grado de formación de filamentos cristalinos, bajo grado de fuerza de inserción/extracción, resistencia al desgaste por deslizamiento lento y resistencia a la corrosión por gases, que comprende: un material de base; sobre el material de base, una capa inferior que comprende uno o más elementos seleccionados del grupo que consiste en Ni, Cr, Mn, Fe, Co y Cu; y sobre la capa inferior, una capa superior que comprende una aleación de uno o ambos de Sn e In (elementos constituyentes A) y uno o dos o más seleccionados de Ag, Au, Pt, Pd, Ru, Rh, Os e Ir (elementos constituyentes B), en el que el espesor de la capa inferior es de 0,05 μm o más; el espesor de la capa superior es de 0,005 μm o más y 0,6 μm o menos; y en la capa superior, la relación entre el o los elementos constituyentes A/(el o los elementos constituyentes A + el o los elementos constituyentes B) [% en masa] (a la que se hace referencia en lo que sigue como la proporción de Sn + In) y el espesor de chapado [μm] está dado por espesor de chapado <= 8,2 x (proporción de Sn + In)-0,66, donde (proporción de Sn + In) >= 10% en masa.

Description

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veces ocurren errores en el valor del espesor medido, debido a la capa superior 13, el material de base 11 y similares, y a la capa de aleación formada. Por otra parte, cuando el espesor es controlado por la cantidad de deposición, se puede realizar un control de calidad más exacto, con independencia del estado de formación de la capa de aleación. Cuando la cantidad de deposición de Ni, Cr, Mn, Fe, Co y Cu en la capa inferior 12 es menor que 0,03 mg/cm2, el efecto de lubricación de película delgada, debido a la capa inferior dura, es degradado, degradando con ello el bajo grado de fuerza de inserción/extracción, los metales constituyentes del material de base 11 tienden a difundirse dentro de la capa superior 13, y algunas veces se degrada la durabilidad de tal manera que se incrementa la resistencia de contacto y la capacidad de humectación de soldador tiende a degradarse después del ensayo de resistencia al calor o del ensayo de resistencia a la corrosión por gases.
La composición de la aleación de la capa inferior 12 incluye Ni, Cr, Mn, Fe, Co y Cu en la cantidad total de estos de 50% en masa o más, y puede incluir además uno o dos o más de los elementos seleccionados del grupo que consiste en B, P, Sn y Zn. La composición de aleación de la capa inferior 12 que tiene una constitución tal como se ha descrito anteriormente hace la capa inferior más dura y mejora más el efecto de lubricación de película delgada para mejorar el bajo grado de fuerza de inserción/extracción; la aleación de la capa inferior 12 impide además la difusión de los metales constituyentes del material de base 11 dentro de la capa superior, y mejora la durabilidad de tal modo que se suprimen el aumento de la resistencia de contacto y la degradación de la capacidad de humectación de soldador después del ensayo de resistencia al calor o del ensayo de resistencia a la corrosión por gases.
(Tratamiento de difusión)
La capa superior 13 se puede formar también mediante difusión del o de los elementos constituyentes A y del o de los elementos constituyentes B bajo las condiciones en las que se forma una película del o de los elementos constituyentes B sobre la capa inferior 12 y a continuación se forma una película del o de los elementos constituyentes A sobre la capa inferior. Por ejemplo, cuando el elemento constituyente A es Sn y el elemento constituyente B es Ag, la difusión de Ag en Sn se forma por difusión espontánea la difusión de Ag en Sn y, por lo tanto, una capa de aleación Sn-Ag. La formación de la capa de aleación hace que la fuerza de adherencia de Sn sea aún más pequeña para dar lugar al bajo grado de fuerza de inserción/extracción, y también permite que se mejore más el grado bajo de formación cristalina filamentosa y la durabilidad.
(Tratamiento térmico)
Después de la formación de la capa superior 13, se puede aplicar un tratamiento térmico con la finalidad de mejorar el bajo grado de fuerza de inserción/extracción, el bajo grado de formación cristalina filamentosa, la durabilidad (incluyendo, por ejemplo, la resistencia al calor, la resistencia a la corrosión por gases y la capacidad de humectación de soldador). El tratamiento térmico permite que el o los elementos constituyentes A y el o los elementos constituyentes B de la capa superior 13 formen más fácilmente la capa de aleación, reduzcan más la fuerza de adherencia de Sn para dar lugar al bajo grado de fuerza de inserción/extracción, y pueden además mejorar el bajo grado de formación cristalina filamentosa y la durabilidad. Para el tratamiento térmico, se pueden seleccionar apropiadamente las condiciones de tratamiento (temperatura x tiempo). No es particularmente necesario aplicar el tratamiento térmico.
(Tratamiento posterior)
A la capa superior 13, o a la capa superior 13 después de haber sido sometida al tratamiento térmico, se le puede aplicar un post-tratamiento con la finalidad de mejorar el bajo grado de fuerza de inserción/extracción o la durabilidad (incluyendo, por ejemplo, resistencia al calor, la resistencia a la corrosión por gases y capacidad de humectación de soldador). El post-tratamiento mejora la lubricidad para dar lugar a una aún más baja fuerza de inserción/extracción, y suprime la oxidación de la capa superior 13 de manera que se puede mejorar la durabilidad, incluyendo, por ejemplo, la resistencia al calor, la resistencia a la corrosión por gases y la capacidad de humectación de soldador. Ejemplos específicos del post-tratamiento incluyen tratamiento por sal de ácido fosfórico, tratamiento de lubricación y tratamiento de acoplamiento de silano usando un inhibidor. Para el post-tratamiento, se pueden seleccionar apropiadamente las condiciones de tratamiento (temperatura x tiempo). No es particularmente necesario aplicar el post-tratamiento.
<Propiedades del material metálico para componentes electrónicos>
La dureza Vickers, medida de la superficie de la capa superior 13, es preferiblemente Hv 100 o más. Al ser la dureza Vickers de la superficie de la capa superior 13 Hv 100 o más, se mejora el efecto de lubricación de película delgada a través de la capa superior dura, y en consecuencia se mejora el bajo grado de la fuerza de inserción/extracción. Por otra parte, la dureza Vickers de la superficie de la capa superior 13 (el valor medido de la superficie de la capa superior) es preferiblemente Hv 1000 o menos. Al ser la dureza Vickers de la superficie de la capa superior 13 d Hv 1000 o menos, se mejora la capacidad de tratamiento de doblado, se hace difícil la formación de grietas en la parte moldeada cuando el material metálico para componentes electrónicos de la presente invención es sometido a moldeo por presión y, en consecuencia, se suprime la degradación de la resistencia a la corrosión por gases (durabilidad).
La dureza de penetración de la superficie de la capa superior 13 es preferiblemente de 1000 MPa o más. Al ser la
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[Tabla 2]
No.
Método de tratamiento superficial Detalles
1
Electro-chapado Solución de chapado: solución de chapado de sulfamato de Ni. Temperatura de chapado: 55ºC Densidad de corriente eléctrica: 0,5 a 4 A/dm2
2
Electro-chapado Solución de chapado: solución de chapado de sulfato de Cu Temperatura de chapado: 30ºC Densidad de corriente eléctrica: 2,3 A/dm2
3
Electro-chapado Solución de chapado: solución de chapado de sulfato de cromo Temperatura de chapado: 30ºC Densidad de corriente eléctrica: 4 A/dm2
4
Desintegración catódica Objetivo: Objetivo que tiene una composición predeterminada Aparato: Aparato de desintegración catódica fabricado por ULVAC, Inc. Salida: 50 W de CC Presión de Argón: 0,2 Pa
5
Electro-chapado Solución de chapado: solución de sulfato de Fe Temperatura de chapado: 30ºC Densidad de corriente eléctrica: 4 A/dm2
6
Electro-chapado Solución de chapado: solución de sulfato de Co Temperatura de chapado: 30ºC Densidad de corriente eléctrica: 4/dm2
7
Electro-chapado Solución de chapado: solución de chapado de sulfamato de Ni + sacarina Temperatura de chapado: 55ºC Densidad de corriente eléctrica: 4 A/dm2
8
Electro-chapado Solución de chapado: solución de chapado de sulfamato de Ni + sacarina + aditivo(s) Temperatura de chapado: 55ºC Densidad de corriente eléctrica: 4 A/dm2
[Tabla 3]
No.
Método de Tratamiento superficial Detalles
1
Desintegración catódica Objetivo: Objetivo que tiene una composición predeterminada Aparato: Aparato de desintegración catódica fabricado por ULVAC, Inc. Salida: 50 W de CC Presión de argón: 0,2 Pa
2
Electro-chapado Chapado de Ag → chapado de Sn “Chapado de Ag” Solución de chapado: solución de chapado de cianuro de Ag Temperatura de chapado: 40ºC Densidad de corriente eléctrica: 0,2 a 4 A/dm2 “Chapado de Sn” Solución de chapado: Solución de chapado de metanosulfonato de Sn Temperatura de chapado: 40ºC Densidad de corriente eléctrica: 0,2 a 4 A/dm2
No.
Método de Tratamiento superficial Detalles
3
Electro-chapado Solución de chapado: Solución de chapado de metanosulfonato de Sn Temperatura de chapado: 40ºC Densidad de corriente eléctrica: 0,2 a 4 A/dm2
4
Electro-chapado Solución de chapado: solución de chapado de aleación de Sn-Ag Temperatura de chapado: 40ºC Densidad de corriente eléctrica: 0,2 a 4 A/dm2
5
Electro-chapado Chapado de Sn → chapado de Ag “Chapado de Ag” Solución de chapado: solución de chapado de cianuro de Ag Temperatura de chapado: 40ºC Densidad de corriente eléctrica: 0,2 a 4 A/dm2 “Chapado de Sn” Solución de chapado: Solución de chapado de metanosulfonato de Sn Temperatura de chapado: 40ºC Densidad de corriente eléctrica: 0,2 a 4 A/dm2
[Tabla 4]
No.
Temperatura [ºC] Tiempo [seg ]
1
300 3
2
300 5
3
500 18
4
600 30
5
600 4
[Tabla 5-1]
No. de Ejemplo
No. de condición de capa superior (véase Tabla 3) No. de condición de capa inferior (véase Tabla 2) No. de condición de tratamiento (véase Tabla 4)
1
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No. de Ejemplo
No. de condición de capa superior (véase Tabla 3) No. de condición de capa inferior (véase Tabla 2) No. de condición de tratamiento (véase Tabla 4)
16
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1 1 1
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[Tabla 5-2]
No. de Ejemplo
No. de condición de capa superior (véase Tabla 3) No. de condición de capa inferior (véase Tabla 2) No. de condición de tratamiento térmico (véase Tabla 4)
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No. de Ejemplo
No. de condición de capa superior (véase Tabla 3) No. de condición de capa inferior (véase Tabla 2) No. de condición de tratamiento térmico (véase Tabla 4)
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2 1 --
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2 1 --
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2 1 --
[Tabla 5-3]
No. de ejemplo
No. de condición de capa superior (véase Tabla 3) No. de condición de capa inferior (capa C) (véase Tabla 2) No. de condición de Tratamiento térmico (véase Tabla 4)
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2 1 --
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2 1 --
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2 7 --
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2 8 --
No. de ejemplo
No. de condición de capa superior (véase Tabla 3) No. de condición de capa inferior (capa C) (véase Tabla 2) No. de condición de Tratamiento térmico (véase Tabla 4)
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2 4 --
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1 1 1
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1 1 1
89
1 1 1
[Tabla 6]
No. de Ejemplo Comparativo
No. de condición de capa superior (véase Tabla 3) No. de condición de capa inferior (véase Tabla 2) No. de condición de Tratamiento térmico (véase Tabla 4)
1
3 1 2
2
3 1
2
3
3
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4
3 2 2
5
3 1 2
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-- 1 --
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5 1 --
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2 1 4
22
2 1 5
(Medición de espesor)
El espesor de la capa superior y el espesor de la capa inferior fueron determinados usando los ejemplos preparados mediante materiales de base de tratamiento superficial que no contenían elementos de las capas superior e inferior, 5 respectivamente, y midiendo realmente el espesor de cada una de las muestras con un medidor de espesor de análisis fluorescente de rayos X (SEA5100, fabricado por Seiko Instruments Inc., colimador: 0,1 mmΦ). Por ejemplo, debido a que en el caso de chapado de Sn, si el material de base estaba hecho de Cu-10% en masa Sn-0,15% en masa P, el material de base contenía Sn, y no se pudo encontrar espesor exacto del chapado de Sn, el espesor fue medido con una muestra preparada usando un material de base hecho de Cu-30% en masa Zn, que no contenía Sn.
10 (Medición de la cantidad de deposición)
Cada una de las muestras fue descompuesta con un ácido, tal como ácido sulfúrico o ácido nítrico, las cantidades de
5
10
15
20
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40
45
50
deposición de los respectivos metales fueron medidas mediante análisis espectroscópico de emisión de ICP (plasma acoplado inductivamente). Los ácidos específicamente utilizados eran diferentes, dependiendo de la composición de las respectivas muestras.
(Determinación de la composición)
Sobre la base de las cantidades de deposición medidas, se calcularon las respectivas composiciones metálicas.
(Determinación de la estructura de capa)
La estructura de capa de cada una de l as muestras obtenidas se determinó sobre la base del perfil de profundidad obtenido mediante análisis de XPS (espectroscopia foto-electrónica de rayos X). Los elementos analizados son los elementos de las composiciones de la capa superior y la capa inferior, y C y O. Estos elementos son definidos como los elementos especificados. La cantidad total de los elementos especificados fue tomada como 100%, y se analizaron las concentraciones (en %) de los respectivos elementos. El espesor basado en la XPS (espectroscopia foto-electrónica de rayos X) corresponde a la distancia (distancia en términos de SiO2) en la abscisa del gráfico basado en el análisis.
La superficie de cada una de las muestras obtenidas fue analizada también cualitativamente mediante la medición de inspección basada en XPS (espectroscopia foto-electrónica de rayos X). La resolución de la concentración en el análisis cualitativo se fijó en 0,1%.
Como aparato de XPS fue usado el 5600MC fabricado por Ulvac-Phi, Inc., bajo las siguientes condiciones: último vacío: 5,7 x 10-9 Torr, fuente de excitación: AIKα monocromatizado, salida de potencia: 210 W, área de detección: 800 µmΦ, ángulo de incidencia: 45 grados, ángulo de salida: 45 grados, cañón de neutralización: no se ha usado; la medición fue realizada bajo las siguientes condiciones de desintegración catódica:
Especies de iones: Ar+
Voltaje de aceleración: 3 kV
Área de exploración: 3 mm x 3 mm
Velocidad: 2,8 nm/min. (en términos de SiO2)
(Evaluaciones)
Se realizaron las siguientes evaluaciones para cada una de las muestras.
A. Fuerza de inserción/extracción
La fuerza de inserción/extracción fue evaluada realizando un ensayo de inserción/extracción para cada uno de los terminales macho chapados de acuerdo con los Ejemplos y Ejemplos Comparativos usando un terminal hembra de chapado por reflujo de Sn, disponible comercialmente (terminal hembra 090 tipo Sumitomo Series TS/Yazaki 090II, no a prueba de agua/F090-SMTS.
El aparato de medición usado en el ensayo era el 1311NR fabricado por Aikoh Engineering Co., Ltd., y la evaluación fue realizada con una distancia de deslizamiento de una clavija macho de 5 mm. El número de muestras se fijó en cinco, y debido a que la fuerza de inserción y a la fuerza de extracción eran equivalentes, se adoptó un valor obtenido promediando las fuerzas de inserción máximas de las respectivas muestras como la fuerza de inserción/ extracción. Como el material en bruto de la fuerza de inserción/extracción se adoptó la muestra del Ejemplo Comparativo 1.
El objetivo previsto de la fuerza de inserción/extracción es menos de 85% de la fuerza de inserción/extracción del Ejemplo Comparativo 1. Esto es debido a que la fuerza de inserción/extracción del Ejemplo Comparativo 2 era 90% de la fuerza de inserción máxima del Ejemplo Comparativo 1, y se adoptó como el objetivo previsto una reducción mayor de la fuerza de inserción/extracción que la reducción de la fuerza de inserción/extracción del Ejemplo Comparativo 2.
B. Formaciones cristalinas filamentosas
Las formaciones cristalinas filamentosas fueron evaluadas mediante el ensayo de carga (método de bola penetradora) de JEITA RC-5241. Concretamente, cada una de las muestras se sometió al ensayo de carga, y cada una de las muestras sometidas al ensayo de carga fue observada con un SEM (modelo JSM-5410, fabricado por JEOL Ltd.) a una ampliación de 100x a 1000x, y se observó así el estado de aparición de las formaciones cristalinas filamentosas. A continuación se muestran las condiciones de ensayo de carga.
Diámetro de bola penetradora: Φ 1 mm + 0,1 mm
Carga de ensayo: 2N + 0,2 N
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