JP2000045039A

JP2000045039A - コンタクト材料とその製造方法

Info

Publication number: JP2000045039A
Application number: JP21458898A
Authority: JP
Inventors: Toshio Tani; 俊夫谷; Takashi Numakura; 孝沼倉; Kensuke Mori; 謙介森
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1998-07-29
Filing date: 1998-07-29
Publication date: 2000-02-15
Anticipated expiration: 2018-07-29
Also published as: JP3734961B2

Abstract

(57)【要約】【課題】リフロー処理時にＳｎはじき現象を起こさ
ず、１５０℃の大気中で１００時間加熱処理しても表面
の酸化変色を起こさず、接触抵抗の上昇も起こりづらい
コンタクト材料とその製造方法を提供する。【解決手段】Ｎｉ：０.５〜５重量％，Ｓｉ：０.２〜
１.５重量％を必須成分とするＣｕ合金から成る芯材１
ａの表面がＣｕめっき層を圧延加工して成る厚み０.１
〜０.７μｍの塑性変形層１ｂで被覆されている基材１
の表面に、Ｃｕ₃Ｓｎ（ε相）層２ａとＣｕ₆Ｓｎ₅（η'
相）層２ｂとがこの順序で積層されて成る中間層２を介
して、純ＳｎまたはＳｎ合金のめっき層をリフロー処理
して成る厚み０.５μｍ以上の溶融凝固層３が形成され
ているコンタクト材料。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はコンタクト材料とそ
の製造方法に関し、更に詳しくは、耐熱性が優れ、電気
接触特性も優れていて、各種の電気・電子機器の端子，
コネクタ，スイッチなどの材料として好適なコンタクト
材料とそれを製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種の電気・電子機器に組み込まれる部
品の材料としては、従来から、ＣｕまたはＣｕ合金が広
く用いられている。すなわち、その用途は個別半導体や
ＩＣパッケージのリード線やリードピン、またはリード
フレームなどのリード材料を代表例とし、更にはソケッ
ト類やコネクタ、スイッチの端子や接点ばねなどのコン
タクト材料にも及んでいる。これらの用途は、Ｃｕまた
はＣｕ合金が、導電性，熱伝導性が優れているととも
に、機械的な強度や加工性の点でも優れ、また経済的に
も有利であるという性質を利用したものである。

【０００３】また、リード材料としては、従来から、コ
バール合金や４２アロイに代表されるＦｅ−Ｎｉ系合
金，Ｆｅ−Ｃ系合金などのＦｅ系材料も使用されてい
る。このＦｅ系材料は、前記したＣｕ合金に比べると、
熱伝導性や導電性は劣るものの、機械的な強度が高く、
また熱膨張率がＳｉチップやパッケージの封止樹脂のそ
れに近似しているので、その表面に厚み数十μｍ程度の
Ｃｕめっきを施して導電性とはんだ濡れ性を高めた状態
にしてダイオードやコンデンサなどのリード線として用
いられている。

【０００４】他方、従来、Ｃｕ系材料はその機械的な強
度の点で問題を有していたが、最近では強度特性も向上
したＣｕ合金が開発されている。例えば、ＮｉとＳｉを
少量含有せしめて、それらをＮｉ₂Ｓｉなどの形態で析
出させた析出強化型のＣｕ合金が知られている。そし
て、このＣｕ合金は、スタンピング性や応力緩和特性が
優れているので、リード材料，端子やコネクタなどのコ
ンタクト材料として使用されはじめている。具体的に
は、Ｎｉ：０.５〜５重量％，Ｓｉ：０.２〜１.５重量
％を含有するＣｕ合金を用いた材料の検討が進められて
いる。

【０００５】そして、上記した部品材料の場合、その表
面には、めっきに代表される表面処理を施すことにより
材料機能の信頼性を高めて使用するということが行われ
ている。

【０００６】例えば、はんだ付けによってプリント基板
に部品を実装するときに用いるリード材料の場合、その
表面にＳｎめっきまたはＳｎ合金めっきを施してはんだ
付け性を高めるという処置が採られている。具体的に
は、ＩＣパッケージを組み立てたのちリードフレームの
アウターリード部に例えばＳｎ−Ｐｂ合金を用いて外装
はんだめっきを施したり、個別半導体やコンデンサのリ
ード線にも予めＳｎめっきやＳｎ−Ｐｂ合金めっきを施
し、更に加熱してリフロー処理を行うこともある。

【０００７】更には、基体がＣｕまたはＣｕ合金から成
る材料の場合、その表面にＳｎまたはＳｎ合金めっきを
施すと、得られた材料は前記した特性の外に耐食性，耐
摩耗性も優れ、しかも経済的に有利であるということか
ら、リード材料の外に各種端子やコネクタなどの材料と
しても多用されている。そして、表面光沢が必要とされ
る用途分野では、ＳｎまたはＳｎ合金の光沢めっきを施
したものや、更にはリフロー処理を施したものが使用さ
れ、とくにリフロー処理を施したものは、耐ウイスカー
性や耐熱性も優れているので、厳しい温度環境で使用さ
れる部品の材料として賞用されはじめている。

【０００８】例えば、電装品が広く搭載されるようにな
ってきている自動車関連分野の場合、組み込まれる端子
やコネクタなどのコンタクト材料は、エンジンルーム内
をはじめとして、温度１００〜１８０℃程度の高温環境
に曝されることになる。従来、このような分野では、黄
銅やリン青銅の基体の表面にＳｎめっきやはんだなどの
Ｓｎ合金めっきを施した材料が主として使用されてきて
いるが、厳しい使用環境に対しては必ずしも満足すべき
性能ではないということで、強度特性の向上と応力緩和
特性の改善を目的として前記したＮｉとＳｉを含有する
Ｃｕ合金にＳｎめっきやＳｎ合金めっきを施したもの、
更にはその後リフロー処理を施した材料が使用されはじ
めている。

【０００９】この材料の製造に当たっては、上記Ｃｕ合
金の基体の表面に、まず厚み０.５μｍ程度のＣｕめっ
き層を下地層として形成したのち、その上に、Ｓｎめっ
きまたはＳｎ合金めっきを施し、ついでリフロー処理を
行ってＳｎまたはＳｎ合金の溶解凝固層が形成される。

【００１０】この場合、一旦、下地Ｃｕめっき層が形成
されるが、その理由は次の点にある。

【００１１】第１の理由は、基体の表面に、直接，Ｓｎ
またはＳｎ合金層を形成してリフロー処理を行うと、形
成された溶融凝固層の表面は均一で平滑な凝固面になら
ず、そのため表面は鏡面光沢を示さないという問題が起
こることを防止するためである。上記した現象は、いわ
ゆる“Ｓｎはじき現象”と呼ばれる現象であり、一般に
凹凸表面になっている基体表面の例えば凸部にはＳｎめ
っき層は厚く形成されるものであるが、リフロー処理時
にはこの厚いＳｎめっき層の溶融したＳｎが表面の凹部
に移動してそこで再凝固することになり、そのため前記
表面の凸部はＳｎをはじいているような外観、例えば白
っぽく曇ったり、梨地状の外観を呈することになること
をいう。

【００１２】第２の理由は、製造された材料を高温環境
下に長時間曝しておくと、基体表面の主成分であるＣｕ
がＳｎ溶融凝固層の表層部にまで拡散移動してそこで酸
化変色を起こしたり、またはＳｎ溶融凝固層と基体との
間で拡散合金化が進行したりすることにより、結局、材
料表面では接触抵抗が高くなるという事態が発生すると
いうことを防止するためである。

【００１３】また、リフロー処理時には、基体中の成分
であるＳｉが基体とＳｎめっき層との界面に析出した
り、またはＳｎめっき層の表層部にまで熱拡散して、そ
れらの箇所でＳｉＯ₂に代表されるＳｉ酸化物に転化
し、そのＳｉ酸化物が溶融Ｓｎをはじくという現象も生
起する。しかしながら、一方では、このＳｉ酸化物は、
大気などの外界に対するバリア層としても機能し、基体
から表層部にまで熱拡散してくるＣｕ成分が外界と接触
して酸化変色する事態を防止するという働きもする。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｎｉと
Ｓｉを含有するＣｕ合金の基体表面にＣｕ下地めっき層
を形成した材料にリフロー処理を行うと、基体表面の状
態によっては次のような問題の発生することが判明し
た。

【００１５】すなわち、基体の表面にＳｉＯ₂のような
Ｓｉ酸化物の皮膜が存在していると、この表面にＣｕ下
地めっき層とＳｎまたはＳｎ合金めっき層を順次形成し
たのちリフロー処理を行った材料は、高温環境試験や高
温環境下における使用時に、Ｓｎ溶融凝固層の表面が酸
化変色を起こして接触抵抗が上昇し、外観と電気接触特
性の双方が低下するということである。換言すれば、こ
の場合のＳｎ溶融凝固層の耐熱性は低下してしまうので
ある。

【００１６】このような問題は次のような理由で起こ
る。すなわち、一般に、Ｃｕ合金や前記したＣｕ下地め
っき層には、Ｃｕ₂ＯやＣｕＯの形態で不可避的にＯ成
分が含有されているのであるが、例えば製造された材料
が長期間高温環境に曝されると、基体中のＳｉ成分は上
記したＯ成分と化合してＳｉ酸化物になって基体とＳｎ
溶融凝固層との界面にトラップし、そのため、Ｓｉ成分
の表層部への拡散移動が抑制されて表層部に前記したバ
リア層が形成されないことになり、結果として、基体や
Ｃｕ下地めっき層からＣｕ成分が拡散移動し、表層部で
酸化変色すると同時に接触抵抗の上昇がもたらされるこ
とになる。

【００１７】したがって、ＮｉとＳｉを含有するＣｕ合
金を基体にして材料を製造する場合には、Ｃｕ下地めっ
き層の形成に先立ち、前記基体の表面からＳｉ酸化物の
皮膜を除去することが必要になる。

【００１８】その場合、例えばバフ研磨などによりＳｉ
酸化物皮膜を機械的に除去する方法がある。しかしなが
ら、この方法の場合には、基体の表面が不可避的に粗面
化し、前記したＳｎはじき現象が起こりやすい表面状態
になることもあり、あまり好ましい方法ではない。

【００１９】別の方法としてＳｉ酸化物皮膜を薬品で溶
解除去する方法がある。その場合、そのＳｉ酸化物皮膜
を溶解できる薬品としてはフッ化物を含有するもの以外
は事実上存在しないので不可避的に含フッ化物溶液を使
用せざるを得なくなる。

【００２０】しかしながら、その場合には、作業環境の
安全性確保や使用後の廃液処理のために多岐に亘る付帯
設備が不可欠となり、その結果、製造コストの上昇を招
く。また、含フッ化物溶液によって基体の表層部におけ
るＳｉ酸化物皮膜を除去し得たとしても、表層部の下に
存在しているＳｉ酸化物は残存したままの状態になって
いるので、やはり、Ｓｉ成分のＳｎ溶融凝固層表面への
拡散移動は抑制されることになり、その結果、外観不良
や電気接触特性の高温劣化が起こり得る状態になってい
る。

【００２１】本発明は、ＮｉとＳｉを含有するＣｕ合金
を基体として用いて製造した材料における上記した問題
を解決し、リフロー処理後のＳｎ溶融凝固層は良好な鏡
面光沢を有し、また高温環境下に長期間曝されても酸化
変色や接触抵抗の上昇も起こしずらい耐熱性に優れたコ
ンタクト材料とそれを製造する方法の提供を目的とす
る。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、Ｎｉ：０.５〜５重量％，
Ｓｉ：０.２〜１.５重量％を必須成分とするＣｕ合金か
ら成る芯材の表面がＣｕから成る厚み０.１〜０.７μｍ
の塑性変形層で被覆されている基材の表面に、Ｃｕ₃Ｓ
ｎ（ε相）層とＣｕ₆Ｓｎ₅（η'相）層とがこの順序で
積層されて成る中間層を介して、純ＳｎまたはＳｎ合金
から成る厚み０.５μｍ以上の溶融凝固層が形成されて
いることを特徴とするコンタクト材料が提供され、ま
た、Ｎｉ：０.５〜５重量％，Ｓｉ：０.２〜１.５重量
％を必須成分とするＣｕ合金から成る基材の表面にＣｕ
めっきを施したのち圧延加工を行って、厚み０.１〜０.
７μｍのＣｕの塑性変形層を形成し、ついで、前記塑性
変形層の表面に純ＳｎまたはＳｎ合金めっきを施したの
ちリフロー処理を行うことを特徴とするコンタクト材料
の製造方法が提供される。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は本発明材料の層構造を示す
断面図である。この材料は、後述する基材１の表面に、
後述するＣｕ₃Ｓｎ（ε相）層２ａとＣｕ₆Ｓｎ₅（η'
相）層２ｂとから成る中間層２を介して後述するＳｎ溶
融凝固層３が形成されている層構造を有する。

【００２４】この材料は、後述する基材１の表面にＳｎ
またはＳｎ合金をめっきしたのちリフロー処理を施して
製造される。

【００２５】ここで、基材１は、Ｎｉ：０.５〜５重量
％，Ｓｉ：０.２〜１.５重量％を必須成分とするＣｕ合
金から成る芯材１ａと、この芯材１ａの表面を被覆して
形成されているＣｕの塑性変形層１ｂとで構成されてい
る。

【００２６】基材１における芯材１ａは、Ｎｉ：０.５
〜５重量％，Ｓｉ：０.２〜１.５重量％を必須成分とし
て含有するＣｕ合金から成り、具体的には、Ｃｕ−３％
Ｎｉ−０.６５％Ｓｉ−０.１５％Ｍｇ，Ｃｕ−３.２％
Ｎｉ−０.７％Ｓｉ−１.２５Ｓｎ，Ｃｕ−３.２％Ｎｉ
−０.７％Ｓｉ−０.５％Ｓｎ，Ｃｕ−１.６％Ｎｉ−０.
４％Ｓｉ−０.４％Ｚｎ，Ｃｕ−２.４％Ｎｉ−０.４％
Ｓｉ−０.１６％Ｐ，Ｃｕ−１.５％Ｎｉ−０.１８％Ｓ
ｉ−０.１％Ｐ−１.５％Ｚｎ，Ｃｕ−３％Ｎｉ−０.７
％Ｓｉ−０.３％Ｚｎ，Ｃｕ−２％Ｎｉ−０.５％Ｓｉ−
０.５％Ｓｎ−１％Ｚｎ，Ｃｕ−３.２％Ｎｉ−０.７５
％Ｓｉ−１.３％Ｓｎ−０.３％Ｚｎ，Ｃｕ−２.５％Ｎ
ｉ−０.６％Ｓｉ−０.５％Ｚｎ−０.０３％Ａｇ，Ｃｕ
−２％Ｎｉ−０.５％Ｓｉ−０.３％Ｓｎ−０.５％Ｚｎ
−０.１％Ｍｇなどをあげることができる。この芯材１
ａの形状は、材料の用途目的や後述する表面層形成方法
に対応して、線状，板状，条状など各種の形状に選定さ
れる。

【００２７】この芯材１ａは、所定の組成に溶製された
合金に、鋳造、熱間加工、冷間加工、更に溶体化処理や
時効処理などの処理工程を施して所望する形状に加工さ
れている。このとき、例えば最終の処理工程である時効
処理過程では、芯材の成分であるＳｉ成分が表層部に析
出して、そこでＳｉ酸化物の皮膜になるのが通例であ
る。

【００２８】したがって、次に述べるＣｕの塑性変形層
１ｂを形成するに先立ち、例えば前記したバフ研磨など
の機械研磨を行って芯材１ａの表面から上記したＳｉ酸
化物の皮膜を除去して清浄化することが好ましい。本発
明の場合には、この機械研磨によって芯材１ａの表面が
粗面になったとしても、それに続くＣｕめっきと塑性加
工により、Ｓｎなどのめっきが施される前の基材の表面
は前記した機械研磨だけのときよりも却って平滑化し、
その後の溶融凝固層の外観は向上するので問題はない。
具体的には、芯材１ａの表面に対して、加速電圧１０k
V，試料電流１〜７×１０^-7Ａ，サンプリング時間１２
８〜２５６msecの条件でオージェ電子分光分析を行った
ときに、芯材１ａの表面から深さ６００Åに至る部分の
元素分布においては、Ｃ，Ｏ，Ｃｕのみが検出され、Ｓ
ｉは検出されないか、または上記条件下では検出限界以
下の値になっている状態にまで清浄化することが好まし
い。このような状態のときには、芯材１ａの表面にはＳ
ｉ酸化物は存在せず、前記したような不都合な事態の発
生要因が除去されていることになる。しかし、本発明の
場合にはこの皮膜除去を行わずに、直接、この皮膜の上
に塑性変形層１ｂを形成することもできる。

【００２９】この塑性変形層１ｂは、芯材１ａの表面
に、通常、電気めっき法でＣｕめっきを行い、そのＣｕ
めっき層に例えば冷間加工のような塑性加工を行うこと
により、Ｃｕめっき層は圧縮されて塑性変形し、緻密な
塑性変形層に転化する。なお、必要に応じては更に、５
００℃より低い温度でＳｉが再析出しない程度の短時間
の焼鈍処理を施して加工歪の除去を行うことができる。

【００３０】したがって、形成された塑性変形層１ｂに
おけるＣｕ成分は、高温環境下にあってもめっき層に比
べて熱拡散性が小さいので、後述するＳｎ成分との間に
おけるＣｕ₃Ｓｎ（ε相）とＣｕ₆Ｓｎ₅（η'相）の生成
速度も抑制され、単なるＣｕめっき層の場合に比べると
耐熱性が向上する。

【００３１】このとき、上記した塑性加工時の圧下率が
小さすぎると、塑性変形層の緻密化は充分ではないので
塑性変形層の耐熱性はそれほど向上せず、また圧下率が
大きすぎると薄すぎる塑性変形層になってしまい、それ
を防ぐためにはＣｕめっき層の厚みを厚くすることが必
要になるので、圧下率は５〜３０％の範囲内に設定する
ことが好ましい。

【００３２】この塑性変形層１ｂの厚みが厚すぎると、
例えばリフロー処理時のような高温環境下にあっては、
芯材中のＳｉ成分がこの塑性変形層を通過してＳｎ溶融
凝固層３に前記したバリア層を形成するために必要な時
間は長くなり、そのためその間にこの塑性変形層からの
Ｃｕの拡散移動や前記した２つの層２ａ，２ｂの生成が
進行し、結局、Ｓｎ溶融凝固層の表層部にＣｕ成分が先
に到達することになる。その結果、酸化変色が起こって
長期間使用時に接触抵抗の上昇を招くことになる。また
逆に薄すぎると、例えば芯材１ａの表面の凹凸状態や疵
などを消して表面を平滑化する点で難点が生じ、そのた
め、リフロー処理時にＳｎはじき現象が多発して鏡面光
沢を得にくくなる。

【００３３】もちろん、芯材表面の凹凸状態や後述する
リフロー処理時の条件などによってこの塑性変形層１ｂ
の厚みは適宜選定されることになるが、通常、０.１〜
０.７μｍの厚みに成膜すれば、Ｓｎはじき現象の発生
防止や相手材との接触抵抗の上昇を抑制するという点で
有効である。

【００３４】Ｃｕの塑性変形層１ｂの上には、通常、電
気めっき法を適用してＳｎまたはＳｎ合金がめっきさ
れ、ついでリフロー処理が行われる。その結果、Ｓｎま
たはＳｎ合金のめっき層は溶融・再凝固してＳｎを主体
とする溶融凝固層３に転化する。

【００３５】なお、このときに用いるＳｎ合金として
は、例えばＳｎ−Ｐｂ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｉｎ
系、Ｓｎ−Ｚｎ系などをあげることができる。更には、
これらＳｎ合金にＣｕ成分を含有せしめた３元系のＳｎ
合金を使用することもできる。とくに、後者の３元系Ｓ
ｎ合金を用いると、得られた材料は、高温環境下におけ
る酸化変色や相手材との接触抵抗の上昇が起こりずらく
なるので有効である。

【００３６】この過程、すなわち、Ｃｕの塑性変形層１
ｂの上にＳｎまたはＳｎ合金をめっきした直後から、ま
たリフロー処理の過程で、Ｓｎ成分とＣｕ成分とが相互
拡散し、基材１の表面側ではＣｕリッチで基材１の表面
との密着性確保に寄与するＣｕ₃Ｓｎ（ε相）層２ａ
と、Ｓｎ溶融凝固層側ではＳｎリッチでそのＳｎ溶融凝
固層との密着性確保に寄与するＣｕ₆Ｓｎ₅（η'相）の
層２ｂに転化し、両層の界面では２つの相が混在した状
態になることにより全体で基材１とＳｎ溶融凝固層３と
の密着性を確保するための中間層２が形成される。

【００３７】したがって、形成されたＳｎ溶融凝固層の
表層部側は、成膜時よりも薄くなった状態で純Ｓｎまた
はＳｎ合金の層が残存する。

【００３８】本発明においては、この残存する溶融凝固
層（純ＳｎまたはＳｎ合金層）３の厚みが０.５μｍ以
上となるように、当初成膜するＳｎまたはＳｎ合金のめ
っき層の厚みを調整する。この純ＳｎやＳｎ合金から成
る溶融凝固層３の厚みが０.５μｍよりも薄くなると、
高温環境下における使用時に、相手材との接触抵抗が上
昇するようになるからである。

【００３９】また、成膜時におけるＳｎまたはＳｎ合金
のめっき層の厚みの上限は、材料用途とその経済性を勘
案して決めればよく、また一般的なリフロー処理可能な
厚みと適用するリフロー処理条件とを勘案して決めれば
よいが、このＳｎまたはＳｎ合金のめっき層は耐熱性に
優れているとはいえ軟質であるため、あまり厚くすると
得られた材料を例えば端子材料として用いたときに挿板
特性が却って劣化するということもあるので、通常は２
μｍに設定することが好ましい。ただし、線材の場合は
この限りではなく、最大１０μｍの場合も考えられる。

【００４０】ＳｎまたはＳｎ合金のめっき後に行われる
リフロー処理において、過剰なリフロー処理を行うと、
ＣｕとＳｎの拡散合金化によるＳｎまたはＳｎ合金のめ
っき層の過剰な消費だけではなく、芯材のＳｉ成分やＣ
ｕ成分の拡散移動の活発化などにより、例えば接触抵抗
の劣化などの特性劣化が生ずるようになるので、リフロ
ー処理条件は適正に選定されるべきである。具体的に
は、リフロー処理時には、Ｃｕの塑性変形層１ｂのＣｕ
成分や芯材１ａのＳｉ成分が多量に表面層にまで拡散移
動してくるという事態を有効に防止するようなリフロー
処理条件が選定される。

【００４１】例えば、ファン回転による熱風吹き付けタ
イプのリフロー炉を用い、炉内温度を７００℃未満、好
適には５００〜６６０℃に設定し、加熱開始から水冷凝
固までの全時間を２〜６秒という短時間で行うことが好
ましい。

【００４２】本発明の材料におけるＳｎ溶融凝固層３は
次のような状態になっている。

【００４３】すなわち、まず第１の状態は、このリフロ
ー処理後に形成された溶融凝固層３に対して、直接、加
速電圧１０kV，試料電流１〜７×１０^-7Ａ，サンプリン
グ時間１２８〜２５６msecの条件でオージェ電子分光分
析を行ったときに、この溶融凝固層３の表面から深さ８
００Åに至る部分の元素分布においては、Ｃ，Ｏ，Ｓｎ
のみが検出され、Ｃｕは検出されないか、もしくは上記
条件下では検出限界以下の濃度になっており、かつ、
Ｃ，Ｏ，Ｓｎ以外の元素の検出濃度が相対値で３％以下
である元素分布を示している状態である。

【００４４】また、第２の状態は、リフロー処理後に更
に１５０℃の大気中で５０〜１００時間の加熱処理を施
したのちの溶融凝固層に対して、上記したと同じ条件下
でオージェ電子分光分析を行ったときに、その溶融凝固
層３の表面から深さ７００Åに至るまでの部分において
は、Ｃ，Ｏ，Ｓｎ以外にＳｉ、Ｃｕが検出されるという
元素分布を示している状態である。

【００４５】上記したことは、リフロー処理後と上記加
熱処理後にあっては、本発明の溶融凝固層３が次のよう
な状態になっていることを意味する。

【００４６】すなわち、第１の状態とは、リフロー処理
後において、溶融凝固層の深さ８００Åまでの部分、換
言すれば溶融凝固層３の表層部には芯材１ａやＣｕの塑
性変形層１ｂからＣｕの拡散移動が起こっておらず、Ｃ
ｕ成分の存在に基づく酸化変色は起こらない状態になっ
ているということである。また、芯材１ａの他の含有成
分、例えばＳｉ，Ｚｎ，Ｍｇなども若干拡散移動してい
るとしても、溶融凝固層３の深さ８００Åまでの部分に
おけるそれらの濃度は３％以下と微量になっているとい
う状態である。

【００４７】上記した状態が実現していない場合には、
リフロー処理時にこの溶融凝固層ではＳｎはじき現象が
起こっており、表面の鏡面光沢は実現しなくなってい
る。

【００４８】また第２の状態は、前記した条件の加熱処
理により、溶融凝固層３にはその７００Åの深さまでの
部分、すなわち溶融凝固層の表層部にはこの時点ではじ
めて多量の芯材１ａ中のＳｉ成分が拡散移動し、かつＣ
ｕ成分も拡散移動してきている状態である。その場合、
Ｓｉ成分の方が迅速に溶融凝固層３の表層部に拡散して
きて、そこでＳｉ酸化物に転化して前記したバリア層を
形成し、もって表面の酸化変色、ひいては相手材との接
触抵抗の上昇が抑制される状態になっているのである。

【００４９】前記した加熱処理後におけるオージェ電子
分光分析の結果が上記した元素分布を示さない溶融凝固
層の場合には、酸化変色を起こさず、接触抵抗の上昇も
抑制されるという前記した効果を発揮する状態にはなっ
ていない。

【００５０】

【実施例】実施例１〜１４、比較例１〜１３（１）基材の製造表面が下記の合金組成になっている３種類の芯材を用意
した。芯材Ａ：Ｃｕ−２.５％Ｎｉ−０.６％Ｓｉ−０.５％Ｚ
ｎ−０.０３％Ａｇ。芯材Ｂ：Ｃｕ−２％Ｎｉ−０.５％
Ｓｉ−０.５％Ｓｎ−１％Ｚｎ。芯材Ｃ：Ｃｕ−２％Ｎｉ−０.５％Ｓｉ−０.３％Ｓｎ−
０.５％Ｚｎ−０.１％Ｍｇ。

【００５１】各芯材の表面に対し、オージェ電子分光分
析装置（日本電子（株）製のＪＡＭＰ−３０型）を用
い、加速電圧１０kV，試料電流４×１０^-7Ａ，サンプリ
ング時間２５６msec，スポット径１００μｍの条件でオ
ージェ電子分光分析を行った。

【００５２】分析は、最初は、定性分析による表層部元
素の特定からはじめ、その後、各芯材における深さ方向
に略１０００Å程度のスパッタリングを続けながら行っ
た。このときのスパッタリング速度は、表層部に対して
は約５０Å／分，バルク部に対しては約１２０Å／分に
設定した。

【００５３】その結果、いずれの芯材の場合も、構成元
素の全てが検出された。

【００５４】ついで、表１で示した芯材の表面に対して
は＃２０００のバフを用いて研磨し、その研磨面につい
て上記した条件のオージェ電子分光分析を行った。その
結果を表１に示した。また、代表的な分析プロファイル
を図２〜図４に示した。

【００５５】図２〜図４において、横軸は深さを表すス
パッタリング時間（分）であり、縦軸は各元素の濃度
（相対値）を表す。そして、図２は、バフ研磨を充分に
行って表面の酸化物を略完全に除去した場合、図３は酸
化物層を若干残存せしめた場合、図３はバフ研磨を行わ
ず、表面にＳｉ酸化物が残存している場合をそれぞれ示
している。

【００５６】その後、各芯材に表１で示した厚みのＣｕ
めっきを行い、ついで表示の圧下率で冷間圧延を行って
Ｃｕの塑性変形層を形成して表１で示したような各種の
芯材を製造した。

【００５７】

【表１】

【００５８】

【表２】

【００５９】（２）材料の製造表１で示した各基材に対し、常法のアルカリカソード脱
脂、１０％硫酸による酸洗を行ったのち、各塑性変形層
の上に表２で示した厚みのＳｎまたはＳｎ合金のめっき
層を成膜した。

【００６０】ついで、ファン回転による熱風吹き付けタ
イプのリフロー炉を用い、表２で示した条件でリフロー
処理を行って溶融凝固層が形成されている各種の材料を
製造した。

【００６１】（３）特性の評価リフロー処理後の各材料につき、その１ｃｍ²の部分に
対しコクール社製のＲ５０水溶液を用いたアノード溶解
法を適用して残存している溶融凝固層のＳｎまたはＳｎ
合金の部分の厚みを測定した。また、溶融凝固層の状態
を目視観察した。

【００６２】そして、Ｘ線回折法により、基材と溶融凝
固層との界面におけるＣｕ₃Ｓｎ（ε相）層とＣｕ₆Ｓｎ
₅（η'相）層の有無を観察した。

【００６３】また、各材料を１５０℃の大気中で１００
時間加熱したのち、その表面状態を目視観察した。そし
て、曲率２.５mmのＡｇプローブを用い、１００ｇの荷
重下で１０mAを通電して接触抵抗を測定した。その結果
の平均値（ｎ＝１０）を、上記加熱処理の前後として表
２に示した。

【００６４】

【表３】

【００６５】

【表４】

【００６６】以上の結果から次のことが明らかである。

【００６７】各実施例の材料は、いずれもリフロー処
理時にＳｎはじき現象を起こしていないし、また、１５
０℃の大気中で１００時間の加熱処理後にあっても表面
の酸化変色を起こさず、その接触抵抗も１０ｍΩ以下の
値になっている。これに反し、各比較例の材料は、Ｓｎ
はじき現象や酸化変色を起こし、また上記加熱処理後の
接触抵抗も上昇している。

【００６８】実施例３と比較例４を対比して明らかな
ように、芯材の種類と表面状態が同じで、またＣｕめっ
き層の厚みも同じであったとしても、そのＣｕめっき層
に冷間圧延を施さなかった比較例４の材料は、リフロー
処理後に弱いＳｎはじき現象が起こり、また加熱処理後
の接触抵抗も大きくなっている。このようなことから、
Ｃｕめっき層を冷間圧延して塑性変形層に転化させるこ
とは、Ｓｎはじき現象の発生を抑制し、耐熱性を高める
ために有効であることがわかる。

【００６９】実施例１と比較例１０を対比して明らか
なように、他の要件は同じであったとしても、Ｃｕの塑
性変形層の厚みが０.７μｍより厚くなると、加熱処理
後に酸化変色が起こり、接触抵抗が上昇しており、また
実施例１と比較例７を対比して明らかなように、塑性変
形層の厚みが０.１μｍより薄くなると弱いＳｎはじき
現象が発生するようになる。このようなことから、Ｃｕ
の塑性変形層の厚みは０.１〜０.７μｍの範囲内に設定
すべきであることがわかる。

【００７０】なお、実施例１と比較例８、１１、１３
を対比して明らかなように、芯材の表面にＳｉ酸化物が
存在していると、ここにＣｕの塑性変形層を形成しても
加熱処理後にあっては酸化変色が起こり、接触抵抗も大
幅に上昇している。このようなことから、Ｃｕめっき層
を形成する前に芯材にはバフ研磨などの機械研磨を施し
て表面のＳｉ酸化物を除去しておくことが好ましく、研
磨による粗面化もＣｕめっきとその後の塑性加工によっ
て、却って研磨前よりも平滑化され、リフロー処理後の
外観も向上する。

【００７１】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
材料は、ＮｉとＳｉを含有するＣｕ合金を芯材とし、そ
の表面層の状態を厳しく規定していることにより、リフ
ロー処理時のＳｎはじき現象が抑制され、また高温環境
下に長時間曝されても酸化変色は起こらずその接触抵抗
の上昇も起こりづらく、耐熱性に優れたコンタクト材料
になっている。したがって、本発明の材料は、例えばエ
ンジンルーム内を含めた車載用電装品をはじめとするコ
ンタクト材料としてその工業的価値は大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の材料の層構造を示す断面図である。

【図２】芯材の表面に対するオージェ電子分光分析の結
果を示すプロファイルである。

【図３】別の芯材に対するオージェ電子分光分析の結果
を示すプロファイルである。

【図４】更に、別の芯材に対するオージェ電子分光分析
の結果を示すプロファイルである。

【符号の説明】

１基材１ａ芯材１ｂＣｕの塑性変形層２中間層２ａＣｕ₃Ｓｎ（ε相）層２ｂＣｕ₆Ｓｎ₅（η'相）層３純ＳｎまたはＳｎ合金の溶融凝固層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｂ 1/02 Ｈ０１Ｂ 1/02 Ａ (72)発明者森謙介東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内Ｆターム(参考） 4K024 AA07 AA09 AA21 AB02 AB19 BA09 BB10 BC01 DA01 DA05 DB02 DB07 GA16 4K044 AA01 AB02 BA06 BA10 BB03 BC14 CA07 CA18 CA62 CA67 5G301 AA08 AA14 AA19 AA20 AB08 AB11 AD04 AE10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｎｉ：０.５〜５重量％，Ｓｉ：０.２〜
１.５重量％を必須成分とするＣｕ合金から成る芯材の
表面がＣｕから成る厚み０.１〜０.７μｍの塑性変形層
で被覆されている基材の表面に、Ｃｕ₃Ｓｎ（ε相）層
とＣｕ₆Ｓｎ₅（η'相）層とがこの順序で積層されて成
る中間層を介して、純ＳｎまたはＳｎ合金から成る厚み
０.５μｍ以上の溶融凝固層が形成されていることを特
徴とするコンタクト材料。
【請求項２】Ｎｉ：０.５〜５重量％，Ｓｉ：０.２〜
１.５重量％を必須成分とするＣｕ合金から成る芯材の
表面にＣｕめっきを施したのち圧延加工を行って、厚み
０.１〜０.７μｍのＣｕの塑性変形層を形成し、つい
で、前記塑性変形層の表面に純ＳｎまたはＳｎ合金めっ
きを施したのちリフロー処理を行うことを特徴とするコ
ンタクト材料の製造方法。
【請求項３】前記Ｃｕめっきに先立ち、前記芯材の表
面に機械研磨を行う請求項２のコンタクト材料の製造方
法。