JP2006077307A - 接続部品用導電材料及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 摩擦係数が低く（低挿入力）、高温長時間保持後も接触抵抗が低く維持できる嵌合型端子用導電材料を得る。
【解決手段】 Ｃｕ合金板条からなる母材の表面に、Ｃｕ_６Ｓｎ_５相を主体とするＣｕ−Ｓｎ合金被覆層と、Ｓｎ被覆層がこの順に形成された導電材料。前記Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の材料表面露出面積率が３〜７５％、平均の厚さが０．１〜３．０μｍ、かつＣｕ含有量が２０〜７０ａｔ％、Ｓｎ被覆層の平均の厚さが０．２〜５．０μｍである。この導電材料は、母材表面を、少なくとも一方向の算術平均粗さＲａが０．１５μｍ以上かつ全ての方向の算術平均粗さＲａが４．０μｍ以下の表面粗さに粗面化し、該母材表面に、平均の厚さが０．１〜１．５μｍのＣｕめっき層及び平均の厚さが０．３〜８．０μｍのＳｎめっき層をこの順に形成した後、リフロー処理を行うことにより製造する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、主として自動車・民生機器等の電気配線に使用されるコネクタ用端子やバスバー等の接続部品用導電材料に関し、特にオス端子とメス端子の挿抜に際しての摩擦や摩耗の低減及び使用に際しての電気的接続の信頼性の兼備が求められる嵌合型接続部品用導電材料に関するものである。

自動車・民生機器等の電気配線の接続に使用されるコネクタ用端子やバスバー等の接続部品用導電材料には、低レベルの信号電圧及び電流に対して高い電気的接続の信頼性が求められる重要な電気回路の場合などを除き、Ｓｎめっき（はんだめっき等のＳｎ合金めっきを含む）施したＣｕ又はＣｕ合金が用いられている。ＳｎめっきはＡｕめっきや他の表面処理に比べて低コストであることなどの理由により多用されているが、その中でも、近年の環境負荷物質規制への対応からＰｂを含まないＳｎめっき、特にウィスカの発生による回路短絡障害の報告例がほとんどないリフローＳｎめっきや溶融Ｓｎめっきが主流となってきている。

近年のエレクトロニクスの進展は目覚しく、例えば自動車においては安全性、環境性、快適性の追求から高度電装化が急速に進行している。これに伴い、回路数や重量などが増加して消費スペースや消費エネルギーなどが増加してしまうため、コネクタ用端子などの接続部品は、多極化、小型軽量化及びエンジンルーム内への搭載などを行っても、接続部品としての性能を満足し得るような、接続部品用導電材料が求められている。

接続部品用導電材料にＳｎめっきを施すおもな目的は、電気接点部や接合部において低い接触抵抗を得るとともに、表面に耐食性を付与し、接合をはんだ付けで行う接続部品用導電材料においてはそのはんだ付け性を得ることである。Ｓｎめっきは非常に軟質な導電性皮膜であり、その表面酸化皮膜が破壊されやすい。そのため、例えばオス端子とメス端子の組み合せからなる嵌合型端子において、インデントやリブなどの電気接点部がめっき同士の凝着によりガスタイト接触を形成しやすく、低い接触抵抗を得るのに好適である。また、使用に際して低い接触抵抗を維持するためには、Ｓｎめっきの厚さは厚い方が好ましく、また電気接点部同士を押しつける接圧力を大きくすることも重要である。

しかしながら、Ｓｎめっきの厚さを厚くし、また電気接点部同士を押しつける接圧力を大きくすることは、Ｓｎめっき間の接触面積や凝着力を増加させるため、端子挿入の際にＳｎめっきの掘り起こしによる変形抵抗や凝着をせん断するせん断抵抗を増加させ、結果として挿入力を大きくさせてしまう。挿入力の大きい嵌合型接続部品は、組立作業の効率を低下させたり、嵌合ミスによる電気的接続の劣化の原因にもなる。このため、極数が増加しても、全体の挿入力が従来より大きくならないように、低挿入力の端子が要求されている。

下記特許文献１〜６には、Ｃｕ又はＣｕ合金母材の表面に、必要に応じてＮｉ下地めっき層を形成し、その上にＣｕめっき層とＳｎめっき層をこの順に形成した後、リフロー処理し、Ｃｕ_６Ｓｎ_５相を主体とするＣｕ−Ｓｎ合金被覆層を形成した嵌合型端子材料が記載されている。これらの記載によれば、リフロー処理により形成されたこのＣｕ−Ｓｎ合金層はＮｉめっきやＣｕめっきに比べて硬く、これが最表面に残留するＳｎ層の下地層として存在することにより、端子の挿入力を低減することができる。また、表面のＳｎ層により、低い接触抵抗を維持できる。

特開２００４−６８０２６号公報 特開２００３−１５１６６８号公報 特開２００２−２９８９６３号公報 特開２００２−２２６９８２号公報 特開平１１−１３５２２６号公報 特開平１０−６０６６６号公報

Ｓｎ層の下地にＣｕ−Ｓｎ合金層を形成した端子の挿入力は、表面のＳｎ層の厚さが薄くなると低下する。一方、Ｓｎ層の厚さが薄くなると、例えば自動車のエンジンルームのような１５０℃にも達する高温雰囲気に長時間保持したような場合、端子の接触抵抗が増加するという問題がある。また、Ｓｎ層の厚さが薄いと、耐食性及びはんだ付け性も低下する。このように、このタイプの端子において、低い挿入力、高温雰囲気に長時間保持後あるいは腐食環境下において低い接触抵抗の維持等、嵌合型端子に求められる特性をいまだ十分なかたちで得ることができず、さらなる改良が求められている。

従って、本発明は、Ｃｕ板条からなる母材表面にＣｕ−Ｓｎ合金被覆層とＳｎ被覆層を形成した接続部品用導電材料において、摩擦係数が低く（低い挿入力）、同時に電気的接続の信頼性（低い接触抵抗）を維持できる接続部品用導電材料を得ることを目的とする。

本発明に係る接続部品用導電材料は、Ｃｕ板条からなる母材の表面に、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層とＳｎ被覆層がこの順に形成されており、前記Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の材料表面露出面積率が３〜７５％、平均の厚さが０．１〜３．０μｍ、かつＣｕ含有量が２０〜７０ａｔ％であり、前記Ｓｎ又はＳｎ合金被覆層の平均の厚さが０．２〜５．０μｍであることを特徴とする。なお、この被覆層構成が形成された領域は、母材の片面又は両面全体に及んでいてもよいし、片面又は両面の一部のみを占めているのでもよい。
この接続部品用導電材料では、材料表面の少なくとも一方向において、前記Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の材料表面露出間隔が０．０１〜０．５ｍｍであることが望ましい。

前記接続部品用導電材料において、前記母材表面と前記Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の間にさらにＣｕ被覆層を有していてもよい。
また、前記母材表面と前記Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の間にさらにＮｉ被覆層が形成されていてもよい。この場合、前記Ｎｉ被覆層とＣｕ−Ｓｎ合金被覆層との間にさらにＣｕ被覆層を有していてもよい。
なお、本発明において、Ｃｕ板条はＣｕ合金板条を含む。また、Ｓｎ被覆層、Ｃｕ被覆層及びＮｉ被覆層は、それぞれＳｎ、Ｃｕ、Ｎｉ金属のほか、Ｓｎ合金、Ｃｕ合金及びＮｉ合金を含む。

前記接続部品用導電材料は、Ｃｕ板条からなる母材の表面に、Ｃｕめっき層とＳｎめっき層をこの順に形成した後、リフロー処理を行い、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層と、Ｓｎ被覆層をこの順に形成することにより製造される。そして、本発明の製造方法は、母材表面につき、少なくとも一方向の算術平均粗さＲａが０．１５μｍ以上で、全ての方向の算術平均粗さＲａが４．０μｍ以下の表面粗さとする点に特徴がある。リフロー処理により、Ｓｎめっき層が溶融流動して平滑化し、母材に形成された凹凸の凸の部分で、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の一部が材料の最表面に露出する。前記母材の表面粗さについては、前記一方向において算出された凹凸の平均間隔Ｓｍ（粗さ曲線が平均線と交差する交点から求めた山谷一周期の間隔の平均値）が０．０１〜０．５ｍｍであることが望ましい。
なお、前記母材表面において、前記表面粗さにして前記被覆層構成を形成する領域は、母材の片面又は両面全体に及んでいてもよいし、片面又は両面の一部のみを占めているのでもよい。

前記Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層は、リフロー処理により、Ｃｕめっき層とＳｎめっき層のＣｕとＳｎが相互拡散して形成されるが、その際にＣｕめっき層が全て消滅する場合と一部残留する場合の両方があり得る。Ｃｕめっき層の厚さによっては、母材からもＣｕが供給される場合がある。母材表面に形成するＣｕめっき層の平均の厚さは１．５μｍ以下、Ｓｎめっき層の平均の厚さは０．３〜８．０μｍの範囲が望ましい。Ｃｕめっき層の平均の厚さは０．１μｍ以上が望ましい。
前記製造方法において、Ｃｕめっき層を全く形成しない場合もあり得る。この場合、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層のＣｕは、母材から供給される。
また、前記製造方法において、前記母材表面と前記Ｃｕめっき層の間に、Ｎｉめっき層を形成してもよい。Ｎｉめっき層の平均の厚さは３μｍ以下とし、この場合のＣｕめっき層の平均の厚さは０．１〜１．５μｍとするのが望ましい。
なお、本発明において、Ｃｕめっき層、Ｓｎめっき層及びＮｉめっき層は、それぞれＣｕ、Ｓｎ、Ｎｉ金属のほか、Ｃｕ合金、Ｓｎ合金及びＮｉ合金を含む。

本発明に係る接続部品用導電材料は、特に嵌合型端子用として、摩擦係数を低く抑えることができるので、例えば自動車等において多極コネクタに使用した場合、オス、メス端子の嵌合時の挿入力が低く、組立作業を効率よく行うことができる。また高温雰囲気下で長時間保持されても、あるいは腐食環境下においても電気的信頼性（低接触抵抗）を維持でき、特に下地層としてＮｉめっきを施したものは、エンジンルーム等の、非常に高温で使用される箇所に配置された場合においても、一段と優れた電気的信頼性が保持できる。

以下、本発明に係る接続部品用導電材料について、具体的に説明する。
（１）Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層について、そのＣｕ含有量を２０〜７０ａｔ％とした理由について述べる。Ｃｕ含有量が２０〜７０ａｔ％のＣｕ−Ｓｎ合金被覆層は、Ｃｕ_６Ｓｎ_５相を主体とする金属間化合物からなる。Ｃｕ_６Ｓｎ_５相はＳｎ被覆層を形成するＳｎ又はＳｎ合金に比べて非常に硬く、それを材料の最表面に部分的に形成させると、端子挿抜の際にＳｎ被覆層の掘り起こしによる変形抵抗や凝着をせん断するせん断抵抗を抑制でき、摩擦係数を非常に低くすることができる。一方、Ｃｕ_３Ｓｎ相はさらに硬いが、Ｃｕ_６Ｓｎ_５相に比べてＣｕ含有量が多いため、これを材料表面に部分的に形成させた場合には、経時や腐食などによる材料表面のＣｕの酸化物量などが多くなり、接触抵抗を増加させ易く、電気的接続の信頼性を維持することが困難となる。また、Ｃｕ_３Ｓｎ相はＣｕ_６Ｓｎ_５相に比べて脆いために、成形加工性などが劣るという問題点がある。従って、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の構成成分を、Ｃｕ含有量が２０〜７０ａｔ％のＣｕ−Ｓｎ合金に規定する。
このＣｕ−Ｓｎ合金被覆層には、Ｃｕ_３Ｓｎ相が一部含まれていてもよく、母材及びＳｎめっき中の成分元素などが含まれていてもよい。しかし、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層のＣｕ含有量が２０ａｔ％未満では凝着力が増して摩擦係数を低くすることが困難となり、一方Ｃｕ含有量が７０ａｔ％を超えると電気的接続の信頼性を維持することが困難となり、成形加工性なども悪くなる。従って、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層のＣｕ含有量を２０〜７０ａｔ％に規定する。より望ましくは４５〜６５ａｔ％である。

（２）Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の厚さを０．１〜３．０μｍとした理由について述べる。なお本発明では、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の厚さを、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層に含有されるＳｎの面密度（単位：ｇ／ｍｍ^２）をＳｎの密度（単位：ｇ／ｍｍ^３）で除した値と定義する（下記実施例に記載したＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の厚さ測定方法は、この定義に準拠するものである）。Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の厚さが０．１μｍ未満では、特に本発明のようにＣｕ−Ｓｎ合金被覆層を材料表面に部分的に露出形成させる場合には、高温酸化などの熱拡散による材料表面のＣｕの酸化物量が多くなり、接触抵抗を増加させ易く、電気的接続の信頼性を維持することが困難となる。一方３．０μｍを超える場合には、経済的に不利であり、生産性も悪く、硬い層が厚く形成されるために成形加工性なども悪くなる。従って、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の厚さを０．１〜３．０μｍに規定する。より望ましくは０．２〜１．０μｍである。

（３）Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の材料表面露出面積率を３〜７５％とした理由について述べる。なお本発明では、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の材料表面露出面積率を、材料の単位表面積あたりに露出するＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の表面積に１００をかけた値として算出する。Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の材料表面露出面積率が３％未満では、材料表面の凝着量が増すため低い摩擦係数を得ることが困難となる。しかしながら、３％未満の場合においても、掘り起こしによる変形抵抗を少なくするようにＳｎ被覆層の平均の厚さなどを適切に制御（母材の凹凸に対応して厚みの薄い部分を設ける）すれば、低減効果は本発明より小さいものの低い摩擦係数を得ることが可能となる。一方７５％を超える場合には、経時や腐食などによる材料表面のＣｕの酸化物量などが多くなり、接触抵抗を増加させ易く、電気的接続の信頼性を維持することが困難となる。従って、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の材料表面露出面積率を３〜７５％に規定する。より望ましくは１０〜５０％である。

（４）Ｓｎ被覆層の平均の厚さを０．２〜５．０μｍとした理由について述べる。なお、本発明では、Ｓｎ被覆層の平均の厚さを、Ｓｎ被覆層に含有されるＳｎの面密度（単位：ｇ／ｍｍ^２）をＳｎの密度（単位：ｇ／ｍｍ^３）で割った値と定義する（下記実施例に記載したＳｎ被覆層の平均の厚さ測定方法は、この定義に準拠するものである）。Ｓｎ被覆層の平均の厚さが０．２μｍ未満では、高温酸化などの熱拡散による材料表面のＣｕの酸化物量が多くなり、接触抵抗を増加させ易く、また耐食性も悪くなることから、電気的接続の信頼性を維持することが困難となる。一方５．０μｍを超える場合には、経済的に不利であり、生産性も悪くなる。従って、Ｓｎ被覆層の平均の厚さを０．２〜５．０μｍに規定する。より望ましくは０．５〜３．０μｍである。
Ｓｎ被覆層がＳｎ合金からなる場合、Ｓｎ合金のＳｎ以外の構成成分としては、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｃｕなどが挙げられる。Ｐｂについては５０質量％未満、他の元素については１０質量％未満が望ましい。

（５）Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の材料表面露出間隔について、少なくとも一方向において０．０１〜０．５ｍｍが望ましいとした理由について述べる。なお本発明では、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の材料表面露出間隔を、材料表面に描いた直線を横切るＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の幅（前記直線に沿った長さ）とＳｎ被覆層の平均の幅を足した値と定義する。Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の材料表面露出間隔が０．０１ｍｍ未満では、高温酸化などの熱拡散による材料表面のＣｕの酸化物量が多くなり、接触抵抗を増加させ易く、電気的接続の信頼性を維持することが困難となる。一方、０．５ｍｍを超える場合には、特に小型端子に用いた際に低い摩擦係数を得ることが困難となる場合が生じてくる。一般的に端子が小型になれば、インデントやリブなどの電気接点部（挿抜部）の接触面積が小さくなるため、挿抜の際にＳｎ被覆層同士のみの接触確率が増加する。これにより凝着量が増すため、低い摩擦係数を得ることが困難となる。従って、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の材料表面露出間隔を少なくとも一方向において０．０１〜０．５ｍｍに規定する。より望ましくは、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の材料表面露出間隔を全ての方向において０．０１〜０．５ｍｍにする。これにより、挿抜の際のＳｎ被覆層同士のみの接触確率が低下する。さらに望ましくは０．０５〜０．３ｍｍである。

（６）黄銅や丹銅のようなＺｎ含有Ｃｕ合金を母材として用いる場合などには、母材とＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の間にＣｕ被覆層を有していてもよい。このＣｕ被覆層はリフロー処理後にＣｕめっき層が残留したものである。Ｃｕ被覆層は、Ｚｎやその他の母材構成元素の材料表面への拡散を抑制するのに役立ち、はんだ付け性などが改善されることが広く知られている。Ｃｕ被覆層は厚くなりすぎると成型加工性などが劣化し、経済性も悪くなることから、Ｃｕ被覆層の厚さは３．０μｍ以下が好ましい。
Ｃｕ被覆層には、母材に含まれる成分元素等が少量混入していてもよい。また、Ｃｕ被覆層がＣｕ合金からなる場合、Ｃｎ合金のＣｎ以外の構成成分としてはＳｎ、Ｚｎ等が挙げられる。Ｓｎの場合は５０質量％未満、他の元素については５質量％未満が望ましい。

（７）また、母材とＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の間（Ｃｕ被覆層がない場合）、又は母材とＣｕ被覆層の間に、Ｎｉ被覆層が形成されていてもよい。Ｎｉ被覆層はＣｕや母材構成元素の材料表面への拡散を抑制して、高温長時間使用後も接触抵抗の上昇を抑制するとともに、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の成長を抑制してＳｎ被覆層の消耗を防止し、また亜硫酸ガス耐食性が向上することが知られている。また、Ｎｉ被覆層自身の材料表面への拡散はＣｕ−Ｓｎ合金被覆層やＣｕ被覆層により抑制される。このことから、Ｎｉ被覆層を形成した接続部品用材料は、耐熱性が求められる接続部品に特に適する。Ｎｉ被覆層は厚くなりすぎると成型加工性などが劣化し、経済性も悪くなることから、Ｎｉ被覆層の厚さは３．０μｍ以下が好ましい。
Ｎｉ被覆層には、母材に含まれる成分元素等が少量混入していてもよい。また、Ｎｉ被覆層がＮｉ合金からなる場合、Ｎｉ合金のＮｉ以外の構成成分としては、Ｃｕ、Ｐ、Ｃｏなどが挙げられる。Ｃｕについては４０質量％以下、Ｐ、Ｃｏについては１０質量％以下が望ましい。

（８）材料表面の凹凸は表面光沢を低下させ、摩擦係数や接触抵抗に悪影響を及ぼす場合があるため、なるべく平滑なほうが望ましい。母材表面の凹凸が激しい材料の表面を平滑化する方法には、被覆層を形成させた後に研削、研磨などを行う機械的方法や、Ｓｎ被覆層をリフロー処理する方法が挙げられるが、経済性や生産性を考慮すると、Ｓｎ被覆層をリフロー処理する方法が望ましい。これらの方法は、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層を最表面に露出させる方法でもある。
凹凸の激しい母材表面に直接に、あるいはＮｉめっき層やＣｕめっき層を介してＳｎめっき層を施した場合、めっきの均一電着性が良好であれば、Ｓｎめっき層表面は、母材の表面形態を反映して凹凸の激しい表面が得られてしまう。これに最適なリフロー処理を施すと、溶融した表面凸部のＳｎが表面凹部に流動する作用により、材料表面を平滑化できる。また加熱溶融処理を施すことにより、耐ウィスカ性も向上する。なお、Ｃｕめっき層と溶融したＳｎめっき層の間に形成されるＣｕ−Ｓｎ拡散合金層は、通常、母材の表面形態を反映して成長する。

続いて、本発明に係る接続部品用導電材料の製造方法について、具体的に説明する。
（１）本発明の接続部品用導電材料は、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の材料表面露出面積率が３〜７５％でありながら、Ｓｎ被覆層が平均の厚さ０．２〜５．０μｍで存在することを主たる特徴とする。なお、従来の接続部品用導電材料においては、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層が表面に露出する状態であれば、Ｓｎ被覆層は完全に又はほとんど消滅した状態になっていた。
本発明の構造の接続部品用導電材料を得るには、通常の表面粗さの小さい母材を用いるのであれば、Ｃｕ−Ｓｎ拡散合金層の成長速度を部分的に制御する方法（例えばレーザーによるミクロ的なスポット加熱により、Ｃｕ−Ｓｎ拡散合金層が表面まで成長した箇所を材料表面に分散形成する）がまず考えられる。しかしながら、この方法での製造は非常に困難であり、経済的にも不利である。

これに対し、本発明の方法は、母材の表面を粗化処理したうえで、該母材表面に直接に、あるいはＮｉめっき層やＣｕめっき層を介してＳｎめっき層を施し、続いてリフロー処理する方法であり、経済性や生産性に優れるため、本発明に係る接続部品用導電材料を得るのに最適な方法と考えられる。母材の表面を粗化処理する方法としては、イオンエッチング等の物理的方法、エッチングや電解研磨等の化学的方法、圧延（研磨やショットブラスト等により粗面化したロールを使用）、研磨、ショットブラスト等の機械的方法が挙げられる。この中で、生産性、経済性および母材表面形態の再現性に優れる方法としては、圧延や研磨が望ましい。
なお、Ｎｉめっき層、Ｃｕめっき層及びＳｎめっき層が、それぞれＮｉ合金、Ｃｕ合金及びＳｎ合金からなる場合、先にＮｉ被覆層、Ｃｕ被覆層及びＳｎ被覆層に関して説明した各合金を用いることができる。

（２）ここで、母材の表面粗さについて、少なくとも一方向の算術平均粗さＲａが０．１５μｍ以上、かつ全ての方向の算術平均粗さＲａが４．０μｍ以下とした理由について述べる。全ての方向において算術平均粗さＲａが０．１５μｍ未満の場合、本発明の接続部品用導電材料の製造が非常に困難となる。具体的にいえば、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の材料表面露出面積率を３〜７５％としながら、Ｓｎ被覆層の平均の厚さを０．２〜５．０μｍとすることが非常に困難となる。一方、いずれかの方向において算術平均粗さＲａが４．０μｍを超える場合、溶融Ｓｎ又はＳｎ合金の流動作用による材料表面の平滑化が困難となる。従って、母材の表面粗さは、少なくとも一方向の算術平均粗さＲａが０．１５μｍ以上かつ全ての方向の算術平均粗さＲａが４．０μｍ以下と規定する。この表面粗さとしたことにより、溶融Ｓｎ又はＳｎ合金の流動作用（材料表面の平滑化）に伴い、リフロー処理で成長したＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の一部が材料の最表面に露出する。
母材の表面粗さについては、より望ましくは、少なくとも一方向の算術平均粗さＲａが０．３μｍ以上かつ全ての方向の算術平均粗さＲａが３．０μｍ以下である。さらに望ましくは、前記一方向において算出された凹凸の平均間隔Ｓｍが０．０１〜０．５ｍｍである。これにより、材料表面に露出するＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の露出形態を制御することが可能となる。

（３）またリフロー処理を行う場合のリフロー条件は、Ｓｎめっき層の溶融温度〜６００℃×３〜３０秒間とする。Ｓｎ金属の場合、加熱温度が２３０℃未満では溶融せず、低すぎないＣｕ含有量のＣｕ−Ｓｎ合金被覆層を得るには、望ましくは２４０℃以上であり、６００℃を越えると母材が軟化し、歪みが発生するとともに、高すぎるＣｕ含有量のＣｕ−Ｓｎ合金被覆層が形成され、接触抵抗を低く維持することができない。加熱時間が３秒未満では熱伝達が不均一となり、十分な厚みのＣｕ−Ｓｎ合金被覆層を形成できず、３０秒を越えると表面のＳｎ層の酸化が進行するため、接触抵抗が増加する。
このリフロー処理を行うことにより、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層が形成され、溶融Ｓｎ又はＳｎ合金が流動して材料表面が平滑化され、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の一部が材料の最表面に露出する。また、めっき粒子が大きくなり、めっき応力が低下し、ウイスカが発生しなくなる。いずれにしても、Ｃｕ−Ｓｎ合金層を均一に成長させるためには、熱処理はＳｎ又はＳｎ合金の溶融する温度で、３００℃以下のできるだけ少ない熱量で行うことが望ましい。

（４）なお、これまで、本発明に係る導電材料の製造方法に関し、母材に直接、あるいはＮｉめっき層やＣｕめっき層を介してＳｎめっき層をこの順に形成した後、リフロー処理してＣｕ−Ｓｎ合金層を形成し、更に材料表面を平滑化する方法を説明したが、本発明に係る接続部品用導電材料の被覆層構成は、母材に直接、あるいはＮｉめっき層を介してＣｕ−Ｓｎ合金めっき層を形成し、その上にＳｎ合金めっき層を形成し、リフロー処理することでも得ることができる。後者の方法も本発明に含まれる。

以上述べた本発明に係る接続部品用導電材料の断面構造（リフロー後）を、図１に模式的に示す。この図では、母材Ａの一方の表面（図１において上側の表面）が粗面化され、他方の表面が従来材と同じく平滑である。粗面化した前記一方の表面では、表面の凹凸に沿って、数μｍ程度の径の粒子からなるＣｕ−Ｓｎ合金被覆層Ｙが形成され、Ｓｎ被覆層Ｘが溶融流動して平滑化しており、それに伴い、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層Ｙが一部材料表面に露出している。平滑な前記他方の表面では、従来材と同じく、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層Ｙの全面をＳｎ被覆層Ｘが覆っている。

このように本発明の接続部品用導電材料は、電気的接続の信頼性の維持に必要なＳｎ被覆層を厚く形成させても、電気的接続の信頼性が比較的良好で、かつ端子挿抜の際の挿抜力を低下させるのに効果的なＣｕ−Ｓｎ合金被覆層を、材料表面に適正な条件で露出させているため、摩擦係数が低く、電気的接続の信頼性（低い接触抵抗）を維持することができる。
また、この接続部品用導電材料は、少なくとも端子が挿抜される部分の被覆層構成について、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層とＳｎ被覆層がこの順に形成され、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の材料表面露出面積率が３〜７５％、平均の厚さが０．１〜３．０μｍ、かつＣｕ含有量が２０〜７０ａｔ％、及びＳｎ被覆層の平均の厚さが０．２〜５．０μｍとなっていればよく、端子が挿抜されない部分（例えば、ワイヤやプリント基板との接合部）の被覆層構成は前記規定を満たしていなくてもよい。しかし、この接続部品用導電材料を端子が挿抜されない部分に適用すれば、電気的接続の信頼性を更に高くすることが可能となる。

以下の実施例により、要点を絞り、更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

［Ｃｕ合金母材の作製］
表１に、使用したＣｕ合金（Ｎｏ．１、２）の化学成分を示す。本実施例においては、これらのＣｕ合金に機械的な方法（圧延又は研磨）で表面粗化処理を行い、厚さ０．２５ｍｍで、所定の表面粗さを有するＣｕ合金母材に仕上げた。なお、表面粗さは下記要領で測定した。
［Ｃｕ合金母材の表面粗さ測定方法］
接触式表面粗さ計（株式会社東京精密；サーフコム１４００）を用いて、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４に基づいて測定した。表面粗さ測定条件は、カットオフ値を０．８ｍｍ、基準長さを０．８ｍｍ、評価長さを４．０ｍｍ、測定速度を０．３ｍｍ／ｓ、及び触針先端半径を５μｍＲとした。なお、表面粗さ測定方向は、表面粗化処理の際に行った圧延又は研磨方向に直角な方向（表面粗さが最も大きく出る方向）とした。

各々の表面粗化処理を行った（Ｎｏ．７，８は行わず）Ｃｕ合金母材に対して、Ｃｕ合金Ｎｏ．１には厚さが０．１５μｍ、Ｃｕ合金Ｎｏ．２には厚さが０．６５μｍのＣｕめっきをそれぞれ施し、さらに厚さが１．０μｍのＳｎめっきを施した後、２８０℃で１０秒間のリフロー処理を行うことにより供試材（Ｎｏ．１〜１０）を得た。その製造条件を表２に示す。なお、母材の表面粗さパラメータのうち、凹凸の平均間隔Ｓｍに関しては、全て前記望ましい範囲内（０．０１〜０．５ｍｍ）にあった。また、表２に記載されたＣｕめっき及びＳｎめっきの平均の厚さは、下記要領で測定した。

［Ｃｕめっきの平均の厚さ測定方法］
ミクロトーム法にて加工した母材の断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて１０,０００倍の倍率で観察し、画像解析処理により平均の厚さを算出した。
［Ｓｎめっきの平均の厚さ測定方法］
蛍光Ｘ線膜厚計（セイコーインスツルメンツ株式会社；ＳＦＴ３２００）を用いて平均の厚さを算出した。測定条件は、検量線にＳｎ／母材の単層検量線を用い、コリメータ径をφ０．５ｍｍとした。

続いて、得られた供試材の被覆層構成を、表３に示す。Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の厚さ、Ｃｕ含有量、露出面積率、及びＳｎ被覆層の平均の厚さについては、下記要領で測定した。なお、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層が最表面に露出したものは、その表面露出間隔が全て前記望ましい範囲内（０．０１〜０．５ｍｍ）にあった。
［Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の厚さ測定方法］
まず、供試材をp-ニトロフェノール及び苛性ソーダを成分とする水溶液に１０分間浸漬し、Ｓｎ被覆層を除去した。その後、蛍光Ｘ線膜厚計（セイコーインスツルメンツ株式会社；ＳＦＴ３２００）を用いて、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層に含有されるＳｎ成分の膜厚を測定した。測定条件は、検量線にＳｎ／母材の単層検量線を用い、コリメータ径をφ０．５ｍｍとした。得られた値をＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の厚さと定義して算出した。

［Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層のＣｕ含有量測定方法］
まず、供試材をp-ニトロフェノール及び苛性ソーダを成分とする水溶液に１０分間浸漬し、Ｓｎ被覆層を除去した。その後、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光分析器）を用いて、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層のＣｕ含有量を定量分析により求めた。
［Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の露出面積率測定方法］
供試材の表面を、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光分析器）を搭載したＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて２００倍の倍率で観察し、得られた組成像の濃淡（汚れや傷等のコントラストは除く）から画像解析によりＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の露出面積率を測定した。また、この組成像から、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の表面露出間隔を測定した。測定方向（引いた直線の方向）は、表面粗化処理の際に行った圧延又は研磨方向に直角な方向とした。図２にＮｏ．１の組成像、図３にＮｏ．３の組成像を示す。なお、Ｎｏ．１は研磨による表面粗化処理、Ｎｏ．３は圧延による表面粗化処理を行っている。

［Ｓｎ被覆層の平均の厚さ測定方法］
まず、蛍光Ｘ線膜厚計（セイコーインスツルメンツ株式会社；ＳＦＴ３２００）を用いて、Ｓｎ被覆層の膜厚とＣｕ−Ｓｎ合金被覆層に含有されるＳｎ成分の膜厚の和を測定した。その後、p-ニトロフェノール及び苛性ソーダを成分とする水溶液に１０分間浸漬し、Ｓｎ被覆層を除去した。再度、蛍光Ｘ線膜厚計を用いて、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層に含有されるＳｎ成分の膜厚を測定した。測定条件は、検量線にＳｎ／母材の単層検量線を用い、コリメータ径をφ０．５ｍｍとした。得られたＳｎ被覆層の膜厚とＣｕ−Ｓｎ合金被覆層に含有されるＳｎ成分の膜厚の和から、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層に含有されるＳｎ成分の膜厚を差し引くことにより、Ｓｎ被覆層の平均の厚さを算出した。

また、得られた供試材について、摩擦係数評価試験、高温放置後の接触抵抗評価試験及び塩水噴霧後の接触抵抗評価試験を、下記の要領で行った。その結果を、表３に合わせて示す。
［摩擦係数評価試験］
嵌合型接続部品における電気接点のインデント部の形状を模擬し、図４に示すような装置を用いて評価した。まず、各供試材から切り出した板材のオス試験片１を水平な台２に固定し、その上に表３の供試材Ｎｏ．７から切り出した半球加工材（内径をφ１．５ｍｍとした）のメス試験片３をおいて被覆層同士を接触させた。続いて、メス試験片３に３．０Ｎの荷重（錘４）をかけてオス試験片１を押さえ、横型荷重測定器（アイコーエンジニアリング株式会社；Ｍｏｄｅｌ−２１５２）を用いて、オス試験片１を水平方向に引っ張り（摺動速度を８０ｍｍ／ｍｉｎとした）、摺動距離５ｍｍまでの最大摩擦力Ｆ（単位：Ｎ）を測定した。摩擦係数を下記式（１）により求めた。なお、５はロードセル、矢印は摺動方向である。
摩擦係数＝Ｆ／３．０ …（１）

［高温放置後の接触抵抗評価試験］
各供試材に対し、大気中にて１６０℃×１２０ｈｒの熱処理を行った後、接触抵抗を四端子法により、開放電圧２０ｍＶ、電流１０ｍＡ、無摺動の条件にて測定した。
［塩水噴霧後の接触抵抗評価試験］
各供試材に対し、ＪＩＳ Ｚ２３７１−２０００に基づいて、５％ＮａＣｌ水溶液を用いて３５℃×６ｈｒの塩水噴霧試験を行った後、接触抵抗を四端子法により、開放電圧２０ｍＶ、電流１０ｍＡ、無摺動の条件にて測定した。

表３に示すように、Ｎｏ．１〜６は、被覆層構成に関して本発明に規定する要件を満たし、摩擦係数が低く、高温長時間放置後の接触抵抗及び塩水噴霧後の接触抵抗のいずれについても、優れた特性を示す。
一方、Ｎｏ．７，８は、母材表面が平滑であったため、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の露出面積率が０％であり、摩擦抵抗が大きかった。Ｎｏ．９，１０は、母材表面の算術平均粗さＲａが比較的大きい割りに、Ｓｎめっき層の平均の厚さが薄く、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の露出面積率が大きくなりすぎ、接触抵抗が高くなった。Ｎｏ．９，１０については、Ｓｎめっき層の平均の厚さを増やせば、本発明の要件を満たす被覆層構成を得ることができる。

各々の表面粗化処理を行ったＣｕ合金Ｎｏ．１の母材に対して、厚さが０．１５μｍのＣｕめっきを施し、さらに各々の厚さのＳｎめっきを施した後、２８０℃で１０秒間のリフロー処理を行うことにより供試材（Ｎｏ．１１〜１９）を得た。その製造条件を表４に示す。なお、母材の表面粗さパラメータのうち、凹凸の平均間隔Ｓｍに関しては、全て前記望ましい範囲内（０．０１〜０．５ｍｍ）にあった。また、表４に記載されたＣｕめっき及びＳｎめっきの平均の厚さについては、上記実施例１と同様の要領で測定した。

続いて、得られた供試材の被覆層構成を、表５に示す。Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の厚さ、Ｃｕ含有量、露出面積率及びＳｎ被覆層の平均の厚さについては、上記実施例１と同様の要領で測定した。なお、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層が最表面に露出したものは、その表面露出間隔が全て前記望ましい範囲内（０．０１〜０．５ｍｍ）にあった。

また、得られた供試材について、摩擦係数評価試験、高温放置後の接触抵抗評価試験及び塩水噴霧後の接触抵抗評価試験を、上記実施例１と同様の要領で行った。その結果を表５に合わせて示す。

表５に示すように、Ｎｏ．１１〜１６については、被覆層構成に関して本発明に規定する要件を満たし、摩擦係数が低く、高温長時間放置後の接触抵抗及び塩水噴霧後の接触抵抗のいずれについても、優れた特性を示す。
一方、Ｎｏ．１７〜１９は、Ｓｎ被覆層の平均の厚さが薄く、接触抵抗が高くなった。なお、Ｎｏ．１８，１９については、母材表面の算術平均粗さＲａの大きさの割りにはＳｎめっき層の平均の厚さが薄かったためで、Ｓｎめっき層の平均の厚さを増やせば、本発明の要件を満たす被覆層構成が得られる。しかし、Ｎｏ．１７については、母材表面の算術平均粗さＲａが小さすぎるため、Ｓｎめっき層の平均の厚さを増やしても、本発明の要件を満たす被覆層構成を得るのは難しい。

表面粗化処理を行ったＣｕ合金Ｎｏ．１の母材に対して、厚さが０．１５μｍのＣｕめっきを施し、さらに各々の厚さのＳｎめっきを施した後、各々のリフロー処理を行うことにより供試材（Ｎｏ．２０〜２６）を得た。その製造条件を表６に示す。なお、母材の表面粗さパラメータのうち、凹凸の平均間隔Ｓｍに関しては、全て前記望ましい範囲内（０．０１〜０．５ｍｍ）にあった。また、表６に記載された、Ｃｕめっき及びＳｎめっきの平均の厚さについては、上記実施例１と同様の要領で測定した。

続いて、得られた供試材の被覆層構成を、表７に示す。なお、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の厚さ、Ｃｕ含有量、露出面積率及びＳｎ被覆層の平均の厚さについては、上記実施例１と同様の要領で測定した。なお、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層が最表面に露出したものは、その表面露出間隔が全て前記望ましい範囲内（０．０１〜０．５ｍｍ）にあった。

また、得られた供試材について、摩擦係数評価試験、高温放置後の接触抵抗評価試験及び塩水噴霧後の接触抵抗評価試験を、上記実施例１と同様の要領で行った。その結果を表７に合わせて示す。

表７に示すように、Ｎｏ．２０〜２３については、被覆層構成に関して本発明に規定する要件を満たし、摩擦係数が低く、高温長時間放置後の接触抵抗及び塩水噴霧後の接触抵抗のいずれについても、優れた特性を示す。
一方、Ｎｏ．２４は、リフロー処理時間が短かったため、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の形成が不十分で平均の厚さが不足し、接触抵抗が高くなった。Ｎｏ．２５は、リフロー処理温度が低かったためＣｕ−Ｓｎ合金被覆層のＣｕ含有量が少なくなり、摩擦係数が高くなった。さらに、リフロー処理時間が長かったため、接触抵抗が高くなった。Ｎｏ．２６は、リフロー処理温度が高く、被覆層ＹのＣｕ含有量が多くなりすぎ、接触抵抗が高くなった。

各々の表面粗化処理を行った（Ｎｏ．３３，３４は行わず）Ｃｕ合金Ｎｏ．１，Ｎｏ．２の母材に対して、厚さが０．３μｍのＮｉめっき、厚さが０．１５μｍのＣｕめっきを施し、さらに厚さ１．０μｍのＳｎめっきを施した後、２８０℃で１０秒間のリフロー処理を行うことにより供試材（Ｎｏ．２７〜３６）を得た。その製造条件を表８に示す。なお、母材の表面粗さパラメータのうち、凹凸の平均間隔Ｓｍに関しては、全て前記望ましい範囲内（０．０１〜０．５ｍｍ）にあった。また、表８に記載されたＮｉめっき及びＳｎめっきの平均の厚さについては、下記要領で測定し、Ｃｕめっきの平均の厚さについては、上記実施例１と同様の要領で測定した。
［ＮｉめっきおよびＳｎめっきの平均の厚さ測定方法］
蛍光Ｘ線膜厚計（セイコーインスツルメンツ株式会社；ＳＦＴ３２００）を用いて平均の厚さを算出した。測定条件は、検量線にＳｎ／Ｎｉ／母材の２層検量線を用い、コリメータ径をφ０．５ｍｍとした。

続いて、得られた供試材の被覆層構成を、表９に示す。なお、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の厚さ、Ｃｕ含有量、露出面積率及びＳｎ被覆層の平均の厚さについては、上記実施例１と同様の要領で測定した。なお、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層が最表面に露出したものは、その表面露出間隔が全て前記望ましい範囲内（０．０１〜０．５ｍｍ）にあった。

また、表９に示した供試材の摩擦係数評価試験、高温放置後の接触抵抗評価試験及び塩水噴霧後の接触抵抗評価試験を、上記実施例１と同様の要領で行った。その結果を、表９に合わせて示す。

表９に示すように、Ｎｏ．２７〜３２は、被覆層構成に関して本発明に規定する要件を満たし、摩擦係数が低く、高温長時間放置後の接触抵抗及び塩水噴霧後の接触抵抗のいずれについても、優れた特性を示す。また、Ｎｉ被覆層が形成されたことで、Ｎｏ．１〜６等と比較して、特に高温放置後の接触抵抗が低くなっている。
一方、Ｎｏ．３３〜３６についても、Ｎｉ被覆層が形成されたことで、Ｎｏ．７〜１０等と比較して、特に高温放置後の接触抵抗が低くなっている。しかし、Ｎｏ．３３，３４は、母材表面が平滑であったため、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の露出面積率が０％であり、摩擦抵抗が大きかった。Ｎｏ．３５，３６は、母材表面の算術平均粗さＲａが比較的大きい割りに、Ｓｎめっき層の平均の厚さが薄く、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の露出面積率が大きくなりすぎ、特に塩水噴霧後の接触抵抗が上昇した。Ｎｏ．３５，３６については、Ｓｎめっき層の平均の厚さを増やせば、本発明の要件を満たす被覆層構成を得ることができる。

本発明に係る接続部品用導電材料の断面構造を模式的に示す概念図である。 実施例Ｎｏ．１の供試材の最表面構造の走査電子顕微鏡組成像である。 実施例Ｎｏ．３の供試材の最表面構造の走査電子顕微鏡組成像である。 摩擦係数測定治具の概念図である。

符号の説明

Ａ 母材
Ｘ Ｓｎ被覆層
Ｙ Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層
１ オス試験片
２ 台
３ メス試験片
４ 錘
５ ロードセル

Claims (10)

1. Ｃｕ板条からなる母材の表面に、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層とＳｎ被覆層がこの順に形成されており、前記Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の材料表面露出面積率が３〜７５％、平均の厚さが０．１〜３．０μｍ、かつＣｕ含有量が２０〜７０ａｔ％であり、前記Ｓｎ被覆層の平均の厚さが０．２〜５．０μｍであることを特徴とする接続部品用導電材料。
2. 前記母材表面と前記Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の間にさらにＣｕ被覆層を有することを特徴とする請求項１に記載された接続部品用導電材料。
3. 前記母材表面と前記Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の間にさらにＮｉ被覆層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載された接続部品用導電材料。
4. 前記Ｎｉ被覆層とＣｕ−Ｓｎ合金被覆層との間にさらにＣｕ被覆層を有することを特徴とする請求項３に記載された接続部品用導電材料。
5. 前記母材の表面は、少なくとも一方向の算術平均粗さＲａが０．１５μｍ以上で、全ての方向の算術平均粗さＲａが４．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載された接続部品用導電材料。
6. 前記Ｓｎ被覆層がリフロー処理により平滑化されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載された接続部品用導電材料。
7. Ｃｕ板条からなる母材の表面に、Ｃｕめっき層とＳｎめっき層をこの順に形成した後、リフロー処理を行い、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層と、Ｓｎ被覆層をこの順に形成する接続部品用導電材料の製造方法において、前記母材の表面を、少なくとも一方向の算術平均粗さＲａが０．１５μｍ以上で、全ての方向の算術平均粗さＲａが４．０μｍ以下の表面粗さとし、材料表面露出面積率が３〜７５％、平均の厚さが０．１〜３．０μｍ、かつＣｕ含有量が２０〜７０ａｔ％の前記Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層と、平均の厚さが０．２〜５．０μｍの前記Ｓｎ被覆層を形成することを特徴とする接続部品用導電材料の製造方法。
8. 前記母材表面と前記Ｃｕめっき層の間に、Ｎｉめっき層を形成することを特徴とする請求項７に記載された接続部品用導電材料の製造方法。
9. Ｃｕ板条からなる母材の表面に、Ｓｎめっき層を形成した後、リフロー処理を行い、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層と、Ｓｎ被覆層をこの順に形成する接続部品用導電材料の製造方法において、前記母材の表面を、少なくとも一方向の算術平均粗さＲａが０．１５μｍ以上で、全ての方向の算術平均粗さＲａが４．０μｍ以下の表面粗さとし、材料表面露出面積率が３〜７５％、平均の厚さが０．１〜３．０μｍ、かつＣｕ含有量が２０〜７０ａｔ％の前記Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層と、平均の厚さが０．２〜５．０μｍの前記Ｓｎ被覆層を形成することを特徴とする接続部品用導電材料の製造方法。
10. 前記リフロー処理を、前記Ｓｎめっき層の融点以上、６００℃以下の温度で３〜３０秒間行うことを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載された接続部品用導電材料の製造方法。

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