JP2011204617A - 接続用部品用銅合金及び導電材料 - Google Patents

Abstract

【課題】表面粗面化した銅板材の最表面にＣｕ−Ｓｎ合金被覆層とＳｎ又はＳｎ合金被覆層が形成された接続部品用導電材料。端子の小型化に対応して、さらに低挿入力でかつ電気的信頼性に優れた接続部品用導電材料を提供する。
【解決手段】銅板材の表面粗さについて、接続時の摺動方向に平行方向の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以上４．０μｍ以下、同方向の凹凸の平均間隔ＲＳｍが０．０１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下、スキューネスＲｓｋが０未満、突出山部高さＲｐｋが１μｍ以下に調整する。
【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信頼性の兼備が求められる、接続部品用導電材料に関する。

特許文献１には、電気的信頼性が高く（低接触抵抗）、摩擦係数が低く、嵌合型コネクタ用端子として好適な接続部品用導電材料が記載されている。特許文献１の発明では、通常の銅合金板条より表面粗さを大きくした銅合金板条を母材として用い、母材表面にＮｉめっき層、Ｃｕめっき層及びＳｎめっき層をこの順に、又はＣｕめっき層及びＳｎめっき層をこの順に、あるいはＳｎめっき層のみを形成し、Ｓｎめっき層をリフロー処理して、Ｃｕめっき層とＳｎめっき層から、あるいは銅合金母材とＳｎめっき層からＣｕ−Ｓｎ合金層を形成するとともに、リフロー処理により平滑化したＳｎめっき層の間からＣｕ−Ｓｎ合金層の一部を表面に露出させる（母材表面に形成された凹凸の凸の部分でＣｕ−Ｓｎ
合金層の一部が露出する）。

特許文献１においてリフロー処理後に形成された接続部品用導電材料は、表面被覆層として、Ｃｕ−Ｓｎ合金層及びＳｎ層、又はＮｉ層、Ｃｕ−Ｓｎ合金層及びＳｎ層をこの順に有し、場合によっては母材表面とＣｕ−Ｓｎ合金層の間、又はＮｉ層とＣｕ−Ｓｎ合金層の間にＣｕ層が残留している。特許文献１では、最表面にＣｕ−Ｓｎ合金層とＳｎ層が形成され（Ｃｕ−Ｓｎ合金層の表面露出面積率が３〜７５％）、平均の厚さが０．１〜３．０μｍ、Ｃｕ含有量が２０〜７０ａｔ％、Ｓｎ層の平均の厚さが０．２〜５．０μｍと規定され、母材表面について少なくとも一方向の算術平均粗さＲａが０．１５μｍ以上で、全ての方向の算術平均粗さＲａが４．０μｍ以下が望ましく、Ｃｕ−Ｓｎ合金層の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が望ましいことが記載されている。

特許文献２には、特許文献１の下位概念に相当する接続部品用導電材料及びその製造方法が記載されている。そのめっき層構成及びリフロー処理後の被覆層構成自体は、特許文献１のものと同じである。特許文献２においてリフロー処理後に形成された接続部品用導電材料は、最表面にＣｕ−Ｓｎ合金層とＳｎ層が形成され（表面被覆層のうちＣｕ−Ｓｎ合金層の表面露出面積率が３〜７５％）、Ｃｕ−Ｓｎ合金層の平均の厚さが０．２〜３．０μｍ、Ｃｕ含有量が２０〜７０ａｔ％、Ｓｎ層の平均厚さが０．２〜５．０μｍ、材料表面の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３．０μｍ以下と規定され、母材表面について少なくとも一方向の算術平均粗さＲａが０．３μｍ以上で、全ての方向の算術平均粗さＲａが４．０μｍ以下が望ましく、さらにＣｕ−Ｓｎ合金層の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が望ましいことが記載されている。

特許文献３には、基本的に特許文献１，２の技術思想を継承しながら、同時にはんだ付け性を改善した接続部品用導電材料及びその製造方法が記載されている。この発明において、めっき層構成及びリフロー処理後の被覆層構成自体は、特許文献１，２のものと基本的に同じであるが、この発明は特許文献１，２と異なり、Ｃｕ−Ｓｎ合金層が露出していない場合（最表面にＳｎ層のみ）を含み得る。この出願においてリフロー処理後に形成された接続部品用導電材料は、表面被覆層のうちＮｉ層の平均の厚さが３．０μｍ以下、Ｃｕ−Ｓｎ合金層の平均の厚さが０．２〜３．０μｍ、材料の垂直断面におけるＳｎ層の最小内接円の直径［Ｄ１］が０．２μｍ以下、最大内接円の直径［Ｄ２］が１．２〜２０μｍ、材料の最表点とＣｕ−Ｓｎ合金層の最表点との高度差［Ｙ］が０．２μｍ以下と規定され、さらに［Ｄ１］が０μｍのとき（Ｃｕ−Ｓｎ合金層が一部露出し、最表面がＣｕ-Ｓｎ合金層とＳｎ層からなるとき）、材料表面におけるＣｕ−Ｓｎ合金層の最大内接円の直径［Ｄ３］が１５０μｍ以下又は／及び材料表面におけるＳｎ層の最大内接円直径［Ｄ４］が３００μｍ以下が望ましいことが記載されている。

一方、特許文献４〜６には、銅合金板条に打抜き加工を施した後、全体にＳｎめっきを施す、いわゆる後めっきを施すことにより、打抜き端面にもＳｎめっき層を形成し、打抜き加工の前に銅合金板条にＳｎめっきを施す（先めっき）場合に比べて、端子等のはんだ付け性を向上させることが記載されている。

さらに、特許文献７、８には、後めっきが施される端子において、電気的信頼性が高く（低接触抵抗）、嵌合部の摩擦係数が低く、かつはんだ付け部のはんだ付け性を向上させることが記載されている。
特許文献７の発明では、端子成形加工時に嵌合部分のみ表面粗度を大きくし、Ｎｉめっき層、Ｃｕめっき層及びＳｎめっき層をこの順に、又はＣｕめっき層及びＳｎめっき層をこの順に、あるいはＳｎめっき層のみを形成し、Ｓｎめっき層をリフロー処理して、Ｃｕめっき層とＳｎめっき層から、あるいは銅合金母材とＳｎめっき層からＣｕ−Ｓｎ合金層を形成するとともに、リフロー処理により平滑化したＳｎめっき層の間からＣｕ−Ｓｎ合金層の一部を表面に露出させる（母材表面に形成された凹凸の凸の部分でＣｕ−Ｓｎ合金層の一部が露出する）。この際、めっき厚は全面同じとする。嵌合部においては、最表面にＣｕ−Ｓｎ合金層とＳｎ層が形成され（Ｃｕ−Ｓｎ合金層が表面に露出）ているため、はんだ濡れ性に問題があるが、嵌合部以外は凹凸が無いためＣｕ−Ｓｎ合金層が露出しておらず（最表面にＳｎ層のみ）、はんだ濡れ性は良好である。

特許文献８の発明では、表面粗さの大きい銅合金材料に打ち抜き加工を施して端子素材を形成した後、Ｎｉめっき層、Ｃｕめっき層及びＳｎめっき層をこの順に、又はＣｕめっき層及びＳｎめっき層をこの順に、あるいはＳｎめっき層のみを形成し、Ｓｎめっき層をリフロー処理して、Ｃｕめっき層とＳｎめっき層から、あるいは銅合金母材とＳｎめっき層からＣｕ−Ｓｎ合金層を形成するとともに、リフロー処理により平滑化したＳｎめっき層の間からＣｕ−Ｓｎ合金層の一部を表面に露出させる（母材表面に形成された凹凸の凸の部分でＣｕ−Ｓｎ合金層の一部が露出する）。この際、はんだ付け部のＳｎめっき層は厚く形成することで、はんだ付け部においてはＣｕ−Ｓｎ合金層が表面に露出しておらず、はんだ濡れ性は良好である。

特許３９２６３５５号公報 特許４０２４２４４号公報 特開２００７−２５８１５６号公報 特開２００４−３００５２４号公報 特開２００５−１０５３０７号公報 特開２００５−１８３２９８号公報 特開２００８−２６９９９９号公報 特開２００８−２７４３６４号公報

特許文献１〜３及び特許文献７，８に記載された接続部品用導電材料は、電気的信頼性が高く（低接触抵抗）、摩擦係数が低く、嵌合型コネクタ用端子として好適である。それでも、端子の小型化、多極化による端子挿入力低減の要求は厳しく、端子の小型化に対応したさらなる低挿入力端子を実現できる材料を提供し、かつ電気的信頼性をさらに向上させることが求められている。
本発明は、このような要請に応えて、前記特許文献の技術をさらに改良し、端子の小型化に対応した低挿入力でかつ電気的信頼性に優れた接続部品用導電材料を提供することを目的とする。

本発明に係る接続部品用銅板材は、その表面粗さが、接続時の摺動方向に平行方向の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以上４．０μｍ以下であり、同方向の凹凸の平均間隔ＲＳｍが０．０１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下、スキューネスＲｓｋが０未満、突出山部高さＲｐｋが１μｍ以下であり、望ましくは同方向の突出谷部深さＲｖｋが２μｍ以上１５μｍ以下であることを特徴とし、最表面にＣｕ−Ｓｎ合金被覆層とＳｎ又はＳｎ合金被覆層が形成され、接続部品用導電材料とされ、前記表面が相手材と摺接する。

前記接続部品用銅板材（母材）は、表面被覆層として、最表面にＣｕ−Ｓｎ合金被覆層と、Ｓｎ又はＳｎ合金被覆層（両者を合わせて以下Ｓｎ被覆層という）が形成される。この表面被覆層の具体的形態として、限定的ではないが、例えば、前記特許文献１〜３に記載されたように、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層とＳｎ被覆層がこの順に形成され、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の一部が最表面に露出しているものが望ましい。また、Ｓｎ被覆層はリフロー処理により平滑化されていることが望ましい。

前記接続部品用銅板材の表面被覆層の一部として、前記接続部品用銅板材の表面と前記Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の間にＮｉ被覆層が形成されていてもよく、また、前記Ｎｉ被覆層と前記Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の間にさらにＣｕ被覆層が形成されていてもよい。さらに、前記接続部品用銅板材の表面とＮｉ被覆層の間にＣｕ被覆層が形成されていてもよい。
本発明において、接続部品用銅板材は、銅又は銅合金板条（板及び条）からなる。Ｓｎ被覆層、Ｃｕ被覆層、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、銅板材からなる母材の表面（前記表面粗さを有する）に、前記特許文献１〜３に記載されているように、Ｃｕめっき層と、Ｓｎ又はＳｎ合金めっき層（両者を合わせて以下Ｓｎめっき層という）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することができる。
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めっき層の一部が残留するとき、銅板材表面とＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の間にＣｕ被覆層が形成される。Ｃｕめっき層の厚さによっては、銅板材（母材）からもＣｕが供給される場合がある。

銅板材（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。
また、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は銅板材（母材）から供給される。

前記製造方法において、前記銅板材（母材）表面とＣｕめっき層の間に、Ｎｉめっき層を形成してもよい。この場合、Ｎｉめっき層の平均の厚さは３μｍ以下とし、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。前記銅板材（母材）表面とＮｉめっき層の間に、さらにＣｕめっき層を形成することもできる。
前記銅板材（母材）において、前記表面粗さにして前記表面被覆層を形成する領域は、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。
また、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。
なお、本発明に関しては、リフロー処理後の表面めっき層を構成する各層について「被覆層」と表現し、リフロー処理前の表面めっき層を構成する各層について「めっき層」と表現している。

本発明によれば、端子の小型化に対応した低挿入力でかつ電気的信頼性に優れた接続部品用導電材料を提供することができる。

実施例Ｎｏ．１の粗さ曲線（ＪＩＳＢ０６０１）である。 その粗さ曲線から算出した振幅曲線である。 その粗さ曲線（ＪＩＳＢ０６７１−１）から算出した負荷曲線である。 本発明に規定する表面粗さを得るための粗面化処理方法の一例を示す模式図である。 実施例における粗面化処理後の銅板材の平面図である。 実施例のＮｏ．１試験片の表面ＳＥＭ（組成像）である。 実施例における摩擦係数評価試験に用いる治具の概念図である。

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。
接続部品用導電材料は、一般に、電気的信頼性、耐食性などを考慮し、Ｓｎ又はＳｎ合金めっきが施されている。従来から使用されている接続部品用導電材料に施されるＳｎめっき層の平均厚さは約１μｍ程度である。銅母材上のＳｎめっきの場合、Ｓｎめっきと母材の銅との界面にＣｕ−Ｓｎ合金被覆層が形成されるため、残るＳｎめっき層（Ｓｎ被覆層）の厚さは０．４μｍ程度である。Ｓｎ被覆層の厚さが０．４μｍより薄くなると、耐熱信頼性（電気的特性）や耐食性が低下する。一方、Ｓｎ被覆層の厚さが厚くなると、端子接続時の挿入力が増加し作業性が低下する。
本発明の接続部品用導電材料はこの端子挿入力を低下させるため、最表面に硬いＣｕ−Ｓｎ合金被覆層を露出させている。すなわち、最表面にＣｕ−Ｓｎ合金被覆層とＳｎ被覆層が存在する。

上記接続部品用導電材料のめっき母材である銅板材は、上記のとおり特定の表面粗さを有する。この表面粗さは、特に説明の無い限りＪＩＳＢ０６０１、もしくはＪＩＳＢ０６７１で定義されたパラメータである。
接続時の摺動方向に平行方向の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以上４．０μｍ以下とした理由について述べる。算術平均粗さＲａは、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さＬだけ抜き取り、その抜き取り部分の平均線から測定曲線までの偏差の絶対値を合計し、平均した値を示すもので、疵や異物など特異な部分が測定値に及ぼす影響が小さく、安定した数値を示す。一般的に、表面粗さの大小はこの算術平均粗さＲａの値の大小で示され、前記特許文献１，２でも、表面粗さは算術平均粗さＲａで規定されている。なお、接続時の摺動方向に平行方向とは、嵌合型端子であれば端子挿入方向を意味する。図１に実施例で得られた粗さ曲線（ＪＩＳＢ０６０１に基づく）の１つを示す。

接続時の摺動方向に平行方向の算術平均粗さＲａが０．５μｍ未満の場合、母材表面の凹凸が小さいため、Ｓｎ被覆層の厚さが０．４μｍを超えると、同方向のスキューネスＲｓｋを０未満としたことにより最表面にＣｕ−Ｓｎ合金被覆層が露出しなくなり、後述する測定方法で測定した摩擦係数が０．４を超える。同方向の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以上の場合、Ｓｎ被覆層の厚さが０．４μｍを超え、０．７μｍまで厚くしても摩擦係数は０．４以下が確保できる。一方、算術平均粗さＲａが４．０μｍを超えると、リフロー時の溶融Ｓｎ又はＳｎ合金めっき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、同方向の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以上４．０μｍ以下とする。全ての方向の算術平均粗さＲａが４．０μｍ以下であることが望ましい。

接続時の摺動方向に平行方向の凹凸の平均間隔ＲＳｍが０．０１〜０．３ｍｍとした理由について述べる。凹凸の平均間隔ＲＳｍは、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さＬだけ抜き取り、１つの山及びそれに隣り合う１つの谷に対応する平均線の長さの和を求め、平均値をミリメートルで表した値を示している。この凹凸の平均間隔ＲＳｍの値は前記の算術平均粗さＲａを求めた粗さ曲線から求めることができる。銅板材表面の凹凸の平均間隔ＲＳｍはＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の露出間隔に直接反映する値であり、ＲＳｍが０．０１ｍｍ未満の場合、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の露出間隔が狭くなり、高温環境下におけるＣｕの酸化が促進され接触抵抗の増大が起こる。凹凸の平均間隔ＲＳｍが０．３ｍｍを超えると、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の露出間隔が広くなり、電気接点部の小さい小型端子における摩擦係数の増大が起こる。端子が小型になれば、それに伴い接点部の接触面積が小さく、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の露出間隔が広くなれば、その間のＳｎ被覆層の部分に接触することになる。そのため、接触部はＳｎ同士の摺動となって凝着が起こり、摩擦係数が増大する。従って、凹凸の平均間隔ＲＳｍを０．０１以上、０．３ｍｍ以下とする。

同方向のスキューネスＲｓｋが０未満とした理由について述べる。スキューネスＲｓｋは、粗さ曲線から算出した振幅曲線の平均線に対しての相対性を示す値である。このスキューネスＲｓｋの値は前記の算術平均粗さＲａを求めた粗さ曲線から求めることができる。振幅曲線とは、粗さ曲線におけるすべての切断レベルと粗さ曲線がその切断レベルと等しくなる確率をグラフに表したものであり、確率が平均線に対して上に偏っている時はＲｓｋ＜０に、下に偏っている時はＲｓｋ＞０に、平均線と一致する時はＲｓｋ＝０になる。算術平均粗さＲａと凹凸の平均間隔ＲＳｍが上記規定範囲内である場合に、Ｒｓｋが０以上（Ｒｓｋ≧０）になると、凹の部分が広くなり、Ｓｎ被覆層の面積が広くなる。すなわち、接触部がＳｎ同士の摺動となり、摩擦係数が増大する。従って、スキューネスＲｓｋを０未満（Ｒｓｋ＜０）とする。Ｒｓｋ≧−３．００の範囲であれば後述する表面粗化方法で容易に達成できる。図２に図１に示す粗さ曲線から算出した振幅曲線を示す。この例では、確率が平均線（カットレベル５０％の位置）より上方で大きくなっている。

同方向の突出山部高さＲｐｋが１μｍ以下とした理由について述べる。突出山部高さＲｐｋは、ＪＩＳＢ０６７１−２に規定され、粗さ曲線のコア部の上にある突出山部の平均高さを示す値であり、ＪＩＳＢ０６７１−１に規定された粗さ曲線から算出した負荷曲線から求められる。前記の算術平均粗さＲａを求めた粗さ曲線（ただし、ＪＩＳＢ０６７１−１の規定に基づいて処理する必要）から算出した負荷曲線から求めればよい。この突出山部は、ＲＳｍを定義するときの山のさらに上に突出している山部であり、図１を参照して説明すると、粗さ曲線の山自体に細かく突出山部が形成されているため、この突出山部の間隔は山（谷）の平均間隔であるＲＳｍより狭くなる。リフローＳｎめっき後はこの部分にＣｕ−Ｓｎ合金被覆層が形成され、摩擦係数を低下させる。しかし、突出山部高さＲｐｋが１μｍを越えると、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層が材料表面に突出する高さが高くなり、突出したＣｕ−Ｓｎ合金被覆層がエンボス表面のＳｎ被覆層を削るため挿入力が高くなる。従って、突出山部高さＲｐｋは１μｍ以下とする。望ましくは０．３μｍ以上、１μｍ以下であり、その場合、メス端子のエンボス径が１．０ｍｍと小さく、Ｓｎ被覆層の厚さが０．７μｍと厚い場合でも、後述する測定方法で測定した摩擦係数を０．４以下にすることができる。図３に図１に示す粗さ曲線から算出した負荷曲線を示す。

同方向の突出谷部深さＲｖｋが２〜１５μｍとした理由について述べる。突出谷部深さＲｖｋは、ＪＩＳＢ０６７１−２に規定され、粗さ曲線のコア部の下にある突出谷部の平均深さを示す値であり、粗さ曲線から算出した負荷曲線から求められる。突出山部高さＲｐｋを求めた前記負荷曲線から求めることができる。この突出谷部の平均深さが深いと、リフロー時に溶融Ｓｎが流れ込み、表面にＣｕ−Ｓｎ合金層を露出させた状態でＳｎ被覆層の平均の厚さを厚くすることができる。すなわち、算術平均粗さＲａ、凹凸の平均間隔ＲＳｍ、スキューネスＲｓｋ、及び突出山部高さＲｐｋが上記規定範囲内のとき、突出谷部深さＲｖｋが２以上の場合、Ｓｎ被覆層の厚さを１．０μｍまで厚くしても摩擦係数が０．４以下にできる。一方、後述する表面粗化方法で１５μｍを超えるような突出谷部深さＲｖｋとすると、銅板材の折れや変形が生じやすい。従って、突出谷部深さＲｖｋは２〜１５μｍとする。
銅板材の表面粗さの測定にあたっては、銅板材表面上で端子相当幅の範囲を適宜選択し、その範囲内で接続時の摺動方向に平行方向に複数箇所測定し、算術平均粗さＲａが最も大きく出る粗さ曲線を元に、表面粗さの各パラメータを求めるとよい。

材料表面に形成する表面皮膜層は、特許文献１，２に記載された表面皮膜層構成を適用することができる。すなわち、Ｃｕ含有量が２０〜７０ａｔ％で平均の厚さが０．２〜３．０μｍのＣｕ−Ｓｎ合金被覆層と平均の厚さが０．２〜５．０μｍのＳｎ被覆層がこの順に形成され、Ｓｎ被覆層の表面に前記Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の一部が露出し、その材料表面露出率が３〜７５％である。また、前記Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層と母材の間にＮｉ被覆層及びＣｕ層を形成してもよい。

表面粗化処理方法として、特許文献１、２には、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ワークロールを使用）、研磨、ショットブラスト等の機械的方法があり、生産性、経済性及び母材の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と記載されている。圧延で母材を粗面化処理する場合、表面を粗面化処理されたワークロールを用いて圧延し、ワークロールの表面形態を転写させる。しかし、実際にはこれらの方法で本発明に規定する表面粗さを実現するのは困難であった。例えば圧延による場合、細かい間隔で深い凹凸をワークロール表面の全面に均一に付けるには、高いコストが必要であり、また、ロールの磨耗や目詰まり等の問題もあり、銅板材の表面全面に、本発明に規定する表面粗さに対応する凹凸形状（深い溝を細かい間隔で形成）を均一に転写させることは困難なためである。

一方、特許文献７，８には、端子形状加工時に粗面化する技術が記載されている。すなわち、銅板材に打抜き加工を施し端子素材が帯状の連結部を介して長さ方向に連鎖状に連なった銅板材を形成するとともに、前記打抜き加工と同時にあるいは打抜き加工の前又は後に、前記銅板材にプレス加工を施し、端子素材板面（銅板材表面）の表面粗さを増大させる、というものである。特許文献７，８にはプレス加工の具体的手段についての記載はないが、例えば図４に示すように、押圧面にごく細かい凹凸が一定ピッチで形成された金型１をプレス機にセットし、該金型１で銅板材２の表面をプレスして、銅板材２の表面に前記押圧面の凹凸形状を転写する（凸部（刃先）を深く切り込ませる）ことにより、銅板材表面に本発明に規定する表面粗さを得ることができる。金型１の押圧面に細かい凹凸を付ける方法は、放電加工、研削加工、レーザー加工などがあり、必要とする寸法精度、加工形状により任意に選択できる。

上記金型の押圧面の凸部が例えば平行線状に形成されていれば、上記粗面化処理により銅板材表面に、平行線状の細かい溝（粗さ曲線の谷）を深く形成することができる。また、後述する実施例の欄にも記載しているように、平行線状の溝が交差した格子状の溝を形成することもできる。リフロー時はその溝に溶融Ｓｎが流入し、固化して、図６にみられるような平行線状のＳｎ被覆層が形成される。このように粗面化処理により平行線状に溝を形成する場合、溝の方向と端子挿入方向が一致しない（溝の方向と端子挿入方向が交差する）ことが望ましい。なお、銅板材表面にこのような溝を形成した場合、銅板材の算術平均粗さＲａは、測定方向が溝と交差するとき大きく出る。また、平均粗さＲａはその交差角度によって大きく変化しない。

以下の実施例により、要点を絞り、さら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］
本実施例においては、Ｃｕ中に１．８質量％のＮｉ、０．４０質量％のＳｉ、１．１質量％のＺｎ、０．１０質量％のＳｎを含有し、ビッカース硬さ１８０、厚さ０．２５ｍｍｔの銅合金条を製作した。
上記銅合金条から１００ｍｍ×４０ｍｍ（圧延長手方向×直角方向）の試験片を切り出し、ピン端子を成形する順送金型内の所定位置（ピン端子成形加工後の位置）に、押圧面に所定凹凸を付けたパーツを取り付け、１ｍｍｗ×２２ｍｍＬのピン端子形状を５ｍｍピッチで成形加工すると同時に、各ピン端子の１ｍｍｗ×１０ｍｍＬの範囲に表面粗面化処理を行った。成形加工及び表面粗面化処理後の銅板材の概略図を図５に示す。図５において２が銅板材、３がピン端子部、両矢印の範囲が粗面化処理した部分である。凹凸形状の異なるパーツを用いること等により、種々の表面粗さを得ることができる。
但し、従来材であるＮｏ．１１については、特許文献１，２に倣い、表面を粗面化処理したワークロールを用いて圧延して銅板材の全面を粗面化した後、ピン端子形状に成形加工し、同じく従来材であるＮｏ．１２については、粗面化処理を一切しなかった。

続いて、下記方法により表面粗さの測定を行った。測定した算術平均粗さＲａ、凹凸の平均間隔ＲＳｍ、スキューネスＲｓｋ、及び突出山部高さＲｐｋを表１に示す。また、Ｎｏ．１の粗さ曲線、振幅曲線、及び負荷曲線を図１〜３に示す。
［表面粗さ測定方法］
接触式粗さ計（株式会社東京精密製；サーフコム１４００）を用いて、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１、ＪＩＳ Ｂ０６７１：２００２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、接触針先端半径を５μｍＲとして、測定はピン端子挿入方向に複数箇所で行い、算術平均粗さＲａが最も大きく出る粗さ曲線を元に、表面粗さの各パラメータを求めた。なお、Ｎｏ．１〜１０，１３〜１７の試験材について、評価長さ４．０ｍｍが確保できる範囲で、ピン端子挿入方向以外でも算術平均粗さＲａの測定を行った。その結果、これらの試験材において、算術平均粗さＲａはどの方向でも、ピン端子挿入方向で測定した算術平均粗さＲａの最大値とほぼ同等又はそれ以下であった。

続いて、Ｎｏ．１〜１７の銅板材に対し、Ｃｕめっき及びＳｎめっきを施した後、２８０℃×１０ｓｅｃのリフロー処理を行うことにより試験片を得た。Ｃｕめっき層の平均厚さは０．１５μｍとし、Ｓｎめっき層の平均厚さを、０．７μｍ、１．０μｍ及び１．３μｍに変化させ、リフロー後のＳｎ被覆層の厚さそれぞれ、０．４μｍ、０．７μｍ、１．０μｍとした。
実施例１（Ｓｎ被覆層の厚さ：０．７μｍ）の表面ＳＥＭ（組成像）を図６に示す。図中の白色部がＳｎ被覆層、黒色部がＣｕ−Ｓｎ合金被覆層であり、最表面にＣｕ−Ｓｎ合金被覆層とＳｎ被覆層が形成されている（Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層がＳｎ被覆層の間から露出）ことが分かる。この例では、平行線状のＳｎ被覆層が直角に交差して格子状となっている。また、各Ｓｎ被覆層の方向は端子挿入方向に対し４５°の角度に設定されている。Ｎｏ．２〜１０，１３〜１７でも、平行線状のＳｎ被覆層（格子状のＳｎ被覆層を含む）が形成されている。

なお、Ｃｕめっき層、Ｓｎめっき層及びＳｎ被覆層の平均厚さの測定方法は下記のとおりである。
［Ｃｕめっき層の平均の厚さ測定方法］
ミクロトーム法にて加工したリフロー処理前の試験材の断面を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Ｃｕめっきの平均の厚さを算出した。
［Ｓｎめっき層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、リフロー処理前の試験材のＳｎめっきの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。

［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、試験材の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。

続いて、得られた試験片について、摩擦係数評価試験を下記の要領で行った。その結果を、表１に示す。なお、表１の摩擦係数のエンボス１．５の欄はメス試験片の半球の内径が１．５ｍｍのときの摩擦係数、エンボス１．０の欄はメス試験片の半球の内径が１．０ｍｍのときの摩擦係数を記載している。
［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７に示すような装置を用いて評価した。まず、各試験材（Ｎｏ．１〜１７）から切り出したピン端子形状のオス試験片４を水平な台５に固定し、その上に、Ｎｏ．１２の母材を使用し、端子成形加工せず平板形状でめっき加工（Ｃｕ：０．１５μｍ、Ｓｎ：１．０μｍ、リフロー処理）した材料から切り出した半球加工材（内径をφ１．５ｍｍ及びφ１．０ｍｍとした）のメス試験片６をおいて被覆層同士を接触させた。続いて、メス試験片６に３．０Ｎの荷重（錘７）をかけてオス試験片４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４を端子挿入方向に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、８はロードセル、矢印は摺動方向である。
摩擦係数＝Ｆ／３．０ …（１）

表１に示すようにＮｏ．１〜７，１３〜１６は、表面粗さに関して本発明に規定する要件を満たし、エンボス１．５では、Ｓｎ被覆層の厚さが０．７μｍでも摩擦係数は０．４未満であり、優れた特性を示す。
このうち、Ｎｏ．１〜５，７，１３，１４は、突出山部高さＲｐｋが０．３〜１μｍの範囲内であり、凹凸の平均間隔ＲＳｍで表現されている山部の上にさらに表面に突出した部分が存在するため、エンボス１．０でもＳｎ被覆層厚さ０．７μｍの摩擦係数が０．４未満と低い値を示している。なお、Ｎｏ．６は、凹凸の平均間隔ＲＳｍが０．２９ｍｍと比較的広く、エンボス１．０におけるＳｎ被覆層厚さ０．７μｍの摩擦係数が０．５５と高くなった。

一方、Ｎｏ．８は、算術平均粗さＲａが０．３２μｍと表面の凹凸が小さいため、Ｓｎ被覆層の厚さが０．７μｍのときの摩擦係数が大きい。Ｎｏ．９は、算術平均粗さＲａが小さく、更に凹凸の平均間隔ＲＳｍも大きいため、Ｓｎ被覆層の厚さが０．４μｍでも摩擦係数が大きくなっている。Ｎｏ．１０は、凹凸の平均間隔ＲＳｍが大きいため、摩擦係数が大きくなっている。Ｎｏ．１１は従来例であり、算術平均粗さＲａ、凹凸の平均間隔ＲＳｍとも規定を満たしているが、スキューネスＲｓｋが＋側であるため、エンボス１．５でもＳｎ被覆層の厚さが０．７μｍの摩擦係数が大きい。Ｎｏ．１２も従来例であり、算術平均粗さＲａが小さいため、摩擦係数が大きい。

実施例１で用いたＮｏ．４，５，７、１３，１４のほか、新たにＮｏ．１７について、実施例１と同様の手順で成形加工、粗面化処理、めっき及びリフロー処理を行って試験片を作製し、続いて同様の手順で表面粗さ（突出谷部深さＲｖｋを含む）、Ｓｎ被覆層の厚さ、及び摩擦係数を測定した。Ｎｏ．４とＮｏ．１７及びＮｏ．５とＮｏ．１４は、算術平均粗さＲａ、凹凸の平均間隔ＲＳｍ、スキューネスＲｓｋ、及び突出山部高さＲｐｋはほぼ同等で、突出谷部深さＲｖｋが異なる。また、Ｎｏ．４，５，７、１３，１４，１７について、下記要領で高温放置後の接触抵抗を測定した。その結果を、表２に示す。
［高温放置後の接触抵抗評価試験］
各試験材に対し、大気中にて１６０℃×１２０ｈｒ及び５００ｈｒ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。

表２に示すように、Ｎｏ．４，５，７、１３，１４，１７において、算術平均粗さＲａ、凹凸の平均間隔ＲＳｍ、スキューネスＲｓｋ、及び突出山部高さＲｐｋはすべて規定を満たしているため、Ｓｎ被覆層厚さ０．７μｍでの摩擦係数は０．４未満で低い数値を示している。その中で、特にＮｏ．４，５，７，１３は突出谷部深さＲｖｋが規定範囲内であり、Ｓｎ被覆層厚さ１．０μｍでも摩擦係数が０．４未満と低い値を示している。
一方、Ｎｏ．１４、１７は、突出谷部深さＲｖｋが規定範囲外であり、Ｓｎ被覆層厚さ１．０μｍでの摩擦係数が０．４以上となる。そして、Ｎｏ．１４，１５において１６０℃×５００ｈｒ加熱後の接触抵抗を１．０ｍΩ未満にするためには、Ｓｎ被覆厚さを１．０μｍ以上にする必要があり、低い摩擦係数と高い接触信頼性を両立させられないが、Ｒｖｋが規定範囲内のＮｏ．４，５，７，１３では、Ｓｎ被覆厚さを１．０μｍとして低い摩擦係数と高い接触信頼性の両方を満足させることができる。

１ 金型
２ 銅板材
３ ピン端子部
４ オス試験片
５ 台
６ メス試験片
７ 錘
８ ロードセル

Claims (8)

1. 最表面にＣｕ−Ｓｎ合金被覆層とＳｎ又はＳｎ合金被覆層が形成される接続部品用銅板材において、その表面粗さが、接続時の摺動方向に平行方向の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以上４．０μｍ以下であり、同方向の凹凸の平均間隔ＲＳｍが０．０１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下、スキューネスＲｓｋが０未満、突出山部高さＲｐｋが１μｍ以下であることを特徴とする接続部品用銅板材。
2. さらに同方向の突出谷部深さＲｖｋが２μｍ以上１５μｍ以下であることを特徴とする請求項1に記載された接続用部品用銅板材。
3. ピン端子形状に打抜き加工されたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載された接続用部品用銅板材。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載された接続部品用銅板材の表面に、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層とＳｎ又はＳｎ合金被覆層がこの順に形成され、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の一部が最表面に露出していることを特徴とする接続部品用導電材料。
5. 前記接続部品用銅板材の表面と前記Ｃｕ−Ｓｎ合金層の間にＮｉ被覆層を有することを特徴とする請求項４に記載された接続用部品用導電材料。
6. 前記Ｎｉ被覆層と前記Ｃｕ−Ｓｎ合金層の間にさらにＣｕ被覆層を有することを特徴とする請求項５に記載された接続用部品用導電材料。
7. 前記接続部品用銅板材の表面と前記Ｎｉ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５又は６に記載された接続用部品用導電材料。
8. 前記Ｓｎ被覆層がリフロー処理により平滑化されていることを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載された接続用部品用導電材料。