JP2011080117A - 導電部材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】導電部材10は、Cu系基材1の表面に、平均厚みが0.1〜3.0μmであるNi系下地層2を介して、平均厚みが0.05〜1.5μmであるCu−Sn金属間化合物層3、平均厚みが0.05〜2.0μmであるSn系表面層4がこの順に形成されるとともに、Cu−Sn金属間化合物層はさらに、Ni系下地層の上に配置されるCu3Sn層5と、該Cu3Sn層の上に配置されるCu6Sn5層6とからなり、Ni系下地層のホウ素含有量が50〜800ppmである。
【選択図】図1
Description
そのような導電部材として、例えば特許文献1から特許文献3記載のものがあり、Cu又はCu合金からなる基材の表面にNi、Cu、Snを順にめっきして3層のめっき層を形成した後に、加熱してリフロー処理することにより、最表面層にSn層が形成され、Ni層とSn層との間にCu−Sn金属間化合物層(例えばCu6Sn5)が形成された構成とされている。
しかし、コネクタ雌端子等の高い曲げ加工性を必要とする用途には高い硬度が不具合になることも多く、最小限の硬度を有し、Niの上層への拡散を防ぎ、Ni合金層内部の酸化を防ぎ、更に、高い曲げ加工性を有するNi下地層に対する需要が最近強くなっている。
また、Niめっき浴のpHを1.0〜2.0とすることにより、めっき時の水素発生により生成する水酸化ニッケルを溶解し、次のCu,Snめっきの付着性を良くすることができる。
この実施形態の導電部材10は、例えば自動車の車載用コネクタの雌端子に用いられるものであり、図1に示すように、Cu系基材1の表面に、Ni系下地層2を介して、Cu−Sn金属間化合物層3、Sn系表面層4がこの順に形成されるとともに、Cu−Sn金属間化合物層3はさらに、Cu3Sn層5とCu6Sn5層6とから構成されている。
Cu系基材1は、Cu又はCu合金から構成された例えば板状のものである。Cu合金としては、その材質は必ずしも限定されないが、Cu−Zn系合金、Cu−Ni−Si系(コルソン系)合金、Cu−Cr−Zr系合金、Cu−Mg−P系合金、Cu−Fe−P
系合金、Cu−Sn−P系合金が好適であり、例えば、三菱伸銅株式会社製MSP1、MZC1、MAX251C、MAX375、MAX126が好適に用いられる。
また、曲げ加工性が良くなる副次効果として、Ni系下地層2を3.0μmまで厚くすることが可能であり、拡散防止効果が大きくなり、バリアー層としてより強固な下地層となる。Ni系下地層2の厚みが3.0μmを超えると、拡散防止効果が飽和し不必要な厚みとなり、0.1μm未満であると、Cu系基材1のCuの拡散防止機能が不十分となる。
なお、このCu−Sn金属間化合物層3は、Ni系下地層2の上にめっきしたCuと表面のSnとが拡散することにより合金化したものであるから、リフロー処理等の条件によっては下地となったCuめっき層の全部が拡散してCu−Sn金属間化合物層3となる場合もあるが、そのCuめっき層が残る場合もある。このCuめっき層が残る場合は、そのCuめっき層は例えば0.01〜0.1μmの厚さとされる。
まず、Cu系基材1を脱脂、酸洗等によって表面を清浄にした後、Niめっき、Cuめっき、Snめっきをこの順序で順次行う。また、各めっき処理の間には、酸洗又は水洗処理を行う。
Ni系下地層2のホウ素含有量を微量の50〜800ppmとするには、特に、めっき浴中の被めっき物とめっき液の流れの場のレイノルズ数を2×104〜4×105とすることが重要であり、レイノルズ数がこの範囲内であると、めっき液成分中のホウ素が均質に50〜800ppmの含有量にてNiめっき中に分散される。ホウ素はホウ酸としてめっき液成分中に含まれており、Niが電解めっきにてCu系基材1に付着する際、Niめっき層の表面に微量が取り込まれる。このCu系基材1と電解めっき液との界面の流れ場のレイノルズ数を2×104〜4×105とすることにより、50〜800ppmのホウ素がNiめっき層表面に均質に取り込まれるのである。レイノルズ数が2×104未満では攪拌効果が弱く含有量が少なくなり、レイノルズ数が4×105を超えると含有量が多くなり過ぎる。特に好ましい範囲は2.5×104〜3.5×105である。
レイノルズ数は、めっき液粘度、めっき流路径、めっき液と被めっき物との間の相対流速の3要素で決定される無次元数であり、状況に応じ3要素を適宜変更することにより最適値を得ることが出来る。
また、Niめっき浴のpHを1.0〜2.0とすることにより、めっき時の水素発生により生成する水酸化ニッケルを溶解し、次のCu,Snめっきの付着性を良くすることができる。
Snめっきの条件としては、めっき浴に硫酸(H2SO4)と硫酸第一錫(SnSO4)を主成分とした硫酸浴が用いられ、めっき温度は15〜35℃、電流密度は10〜30A/dm2とされる。
これらの各めっき条件をまとめると、以下の表1〜表3に示す通りとなる。
この様に形成された導電部材10は、最低限の硬度を有し、Niの上層への拡散を防ぎ、Ni系下地層2内部の酸化を防ぎ、更に、高い曲げ加工性を有するNi系下地層2を備え、良好な接触抵抗性及び耐摩耗性を有し、曲げ加工性に優れた導電部材となる。
Cu合金板(Cu系基材)として、厚さ0.25mmの三菱伸銅株式会社製MAX251C材を用い、これにNi、Cu、Snの各めっき処理を順次行った。この場合、Cuめっきは表2に示す条件にて、Snめっきは表3に示す条件にてめっきを行い、Niめっきは、硫酸ニッケルを300g/L、ホウ酸を30g/L含有するホウ酸浴を使用し、表4に示す条件にて、浴温、pH、電流密度、レイノルズ数を変更してめっきを行い、複数の試料を作成した。各めっき層の目標厚さについては、Niめっき層の厚さは0.3μm、Cuめっき層の厚さは0.3μm、Snめっき層の厚さは1.5μmとした。また、これら三種類の各めっき工程間には、処理材表面からめっき液を洗い流すための水洗工程を入れた。本実施例におけるめっき処理では、Cu合金板にめっき液を高速で噴きつけ、なおかつ酸化イリジウムを被覆したTi板の不溶性陽極を用いた。
各めっき層の厚みは、TEM−EDS分析により測定した。
ホウ素含有量は、TEM−EDSによる定量分析にて測定した。
接触抵抗は、試料を175℃×1000時間放置した後、山崎精機株式会社製電気接点シミュレーターを用い荷重0.49N(50gf)摺動有りの条件で測定した。
曲げ加工性は、試料の圧延方向と直角に90°曲げ(曲げ半径R=0.2mm)を施し、曲げ部におけるめっき皮膜の割れにより評価した。曲げ部について500倍でSEM観察し、めっき皮膜に割れが見られないものを○、割れが見られたものを×として評価した。
2 Ni系下地層
3 Cu−Sn金属間化合物層
4 Sn系表面層
5 Cu3Sn層
6 Cu6Sn5層
10 導電部材
Claims (2)
- Cu系基材の表面に、平均厚みが0.1〜3.0μmであるNi系下地層を介して、平均厚みが0.05〜1.5μmであるCu−Sn金属間化合物層、平均厚みが0.05〜2.0μmであるSn系表面層がこの順に形成されるとともに、Cu−Sn金属間化合物層はさらに、前記Ni系下地層の上に配置されるCu3Sn層と、該Cu3Sn層の上に配置されるCu6Sn5層とからなり、前記Ni系下地層のホウ素含有量が50〜800ppmであることを特徴とする導電部材。
- 請求項1記載の導電部材を製造する方法であって、前記Ni系下地層を形成するためのNiめっきは、ホウ酸を含む無機酸を主成分とするめっき浴中にて、浴温45〜55℃、pH1.0〜2.0、電流密度20〜50A/dm2、レイノルズ数2×104〜4×105なる電解めっきにより行うことを特徴とする導電部材の製造方法。
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