JP2013224479A - 電子部品用金属材料、それを用いたコネクタ端子、コネクタ及び電子部品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電子部品用金属材料は、基材と、基材上にNi,Cr,Mn,Fe,Co及びCuからなる群から選択された1種又は2種以上で構成された下層を備え、下層上にSn及びIn(A構成元素)の一方もしくは両方ならびにAg,Au,Pt,Pd,Ru,Rh,Os及びIr(B構成元素)の1種もしくは2種類以上からなる合金で構成された上層を備え、下層の厚みが0.05μm以上であり、上層の厚みが0.005μm以上0.6μm以下であり、上層において、A構成元素/(A構成元素+B構成元素)[mass%](以下、Sn+In割合という)とめっき厚み[μm]との関係が、
めっき厚み≦8.2×(Sn+In割合)-0.66 〔ここで、(Sn+In割合)≧10mass%である〕
である。
【選択図】図1
Description
また、特許文献2に記載の技術では、Ag3Sn(ε相)化合物を含有する厚み0.5〜20μmのSn層またはSn合金層から成る表面層であり、特許文献1と同様に、この厚みでは十分に挿入力を下げることはできていない。更にSn層またはSn合金層から成る表面層のAg3Sn(ε相)の含有量が、Ag換算にして0.5〜5質量%であるとも記載されており、Sn層またはSn合金層から成る表面層におけるSnの割合が多く、Sn層またはSn合金層から成る表面層の厚みも厚いためにウィスカが発生してしまうという問題が残されている。
このように、従来のSn−Ag合金/Ni下地めっき構造を有する電子部品用金属材料には挿抜性やウィスカに問題があり、耐久性(耐熱性、耐ガス腐食性、高はんだ濡れ性、耐微摺動磨耗性等)についても十分満足できる仕様とすることは困難であり、明らかになっていない。
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、低挿抜性(低挿抜性とは、オス端子とメス端子を勘合させた時に生じる挿入力が低いことを言う。)、低ウィスカ性及び高耐久性を有する電子部品用金属材料、それを用いたコネクタ端子、コネクタ及び電子部品を提供することを課題とする。
めっき厚み≦8.2×(Sn+In割合)-0.66 〔ここで、(Sn+In割合)≧10mass%である〕
である低ウィスカ性、低挿抜性、耐微摺動磨耗性及び耐ガス腐食性に優れた電子部品用金属材料である。
なお、本発明において、Sn+In割合[mass%]は、0と100mass%を除く。
めっき付着量≦8200×(Sn+In割合)-0.66 〔ここで、(Sn+In割合)≧10mass%である〕
である低ウィスカ性、低挿抜性、耐微摺動磨耗性及び耐ガス腐食性に優れた電子部品用金属材料である。
めっき厚み≧0.03×e0.015×(Sn+In割合)
である。
めっき付着量≧27.8×e0.017×(Sn+In割合)
である。
(基材)
基材11としては、特に限定されないが、例えば、銅及び銅合金、Fe系材、ステンレス、チタン及びチタン合金、アルミニウム及びアルミニウム合金などの金属基材を用いることができる。また、金属基材に樹脂層を複合させたものであっても良い。金属基材に樹脂層を複合させたものとは、例としてFPCまたはFFC基材上の電極部分などがある。
上層13はSn及びIn(A構成元素)の一方もしくは両方ならびにAg,Au,Pt,Pd,Ru,Rh,Os及びIr(B構成元素)の1種もしくは2種類以上からなる合金で構成される合金である必要がある。
Sn及びInは、酸化性を有する金属ではあるが、金属の中では比較的柔らかいという特徴がある。よって、Sn及びIn表面に酸化膜が形成されていても、例えば電子部品用金属材料を接点材料としてオス端子とメス端子を勘合する時に、容易に酸化膜が削られ、接点が金属同士となるため、低接触抵抗が得られる。
また、Sn及びInは塩素ガス、亜硫酸ガス、硫化水素ガス等のガスに対する耐ガス腐食性に優れ、例えば、上層13に耐ガス腐食性に劣るAg、下層12に耐ガス腐食性に劣るNi、基材11に耐ガス腐食性に劣る銅及び銅合金を用いた場合には、電子部品用金属材料の耐ガス腐食性を向上させる働きがある。なおSn及びInでは、厚生労働省の健康障害防止に関する技術指針に基づき、Inは規制が厳しいため、Snが好ましい。
Ag,Au,Pt,Pd,Ru,Rh,Os,Irは、金属の中では比較的耐熱性を有するという特徴がある。よって基材11や下層12の組成が上層13側に拡散するのを抑制して耐熱性を向上させる。また、これら金属は、上層13のSnやInと化合物を形成してSnやInの酸化膜形成を抑制し、はんだ濡れ性を向上させる。なお、Ag,Au,Pt,Pd,Ru,Rh,Os,Irの中では、導電率の観点でAgがより望ましい。Agは導電率が高い。例えば高周波の信号用途にAg用いた場合、表皮効果により、インピーダンス抵抗が低くなる。
上層13の厚みは0.005μm以上0.6μm以下である必要がある。上層13の厚みが0.005μm未満であると耐ガス腐食性が悪く、ガス腐食試験を行うと外観が変色する。また耐微摺動磨耗性も悪く接触抵抗が増加する。一方、上層13の厚みが0.6μmを超えると、SnやInの凝着磨耗が大きく、また硬い基材11または下層による薄膜潤滑効果が低下して挿抜力が大きくなり、ウィスカも発生する。
上層13の付着量は7μg/cm2以上600μg/cm2以下である必要がある。ここで、付着量で定義する理由を説明する。例えば、上層13の厚みを蛍光X線膜厚計で測定する場合、上層13とその下の下層12との間に形成した合金層により、測定される厚みの値に誤差が生じる場合がある。一方、付着量で制御する場合、合金層の形成状況に左右されず、より正確な品質管理をすることができる。
上層13の付着量が7μg/cm2未満であると耐ガス腐食性が悪く、ガス腐食試験を行うと外観が変色する。また耐微摺動磨耗性も悪く接触抵抗が増加する。一方、上層13の付着量が600μg/cm2を超えるとSnやInの凝着磨耗が大きく、また硬い基材11または下層による薄膜潤滑効果が低下して挿抜力が大きくなり、ウィスカも発生する。
上層において、A構成元素/(A構成元素+B構成元素)[mass%](以下、Sn+In割合という)とめっき厚み[μm]との関係が、
めっき厚み≦8.2×(Sn+In割合)-0.66 〔ここで、(Sn+In割合)≧10mass%である〕である必要がある。めっき厚みがこの範囲に入っていないと挿入力が高くて挿抜性が悪く、ウィスカが発生し、耐微摺動磨耗性も悪くなり、耐ガス腐食性も劣る。
上層において、A構成元素/(A構成元素及び+B構成元素)[mass%](以下、Sn+In割合という)とめっき付着量[μg/cm2]との関係が、
めっき付着量≦8200×(Sn+In割合)-0.66 〔ここで、(Sn+In割合)≧10mass%である〕である必要がある。めっき厚みがこの範囲に入っていないと挿入力が高くて挿抜性が悪く、ウィスカが発生し、耐湿性も悪く、耐微摺動磨耗性も悪くなる。
上層13の厚みは0.05μm以上であることが好ましい。上層13の厚みは0.05μm未満であると耐挿抜性が悪い場合があり、繰り返し挿抜を行うと上層が削れて接触抵抗が高くなる場合がある。
上層13の付着量は40μg/cm2以上であることが好ましい。上層13の付着量は40μg/cm2未満であると耐挿抜性が悪い場合があり、繰り返し挿抜を行うと上層が削れて接触抵抗が高くなる場合がある。
上層13のSn+In割合[mass%]とめっき厚み[μm]との関係が、
めっき厚み≧0.03×e0.015×(Sn+In割合)
であることが好ましい。めっき厚みがこの範囲に入っていないと耐熱性及びはんだ濡れ性が悪い場合がある。
上層13のSn+In割合[mass%]とめっき付着量[μg/cm2]との関係が、
めっき付着量≧27.8×e0.017×(Sn+In割合)
であることが好ましい。めっき付着量がこの範囲に入っていないと耐熱性及びはんだ濡れ性が悪い場合がある。
上層13のA構成元素がSnとInとの合計で50mass%以上であり、残合金成分がAg,As,Au,Bi,Cd,Co,Cr,Cu,Fe,Mn,Mo,Ni,Pb,Sb,W及びZnからなる群から選択された1種又は2種以上の金属で構成されていても良い。これらの金属によって低挿抜性、低ウィスカ性、及び、耐久性(耐熱性、耐ガス腐食性、はんだ濡れ性等)などをより向上させる場合がある。
上層13のB構成元素は、AgとAuとPtとPdとRuとRhとOsとIrとの合計で50mass%以上であり、残合金成分がBi,Cd,Co,Cu,Fe,In,Mn,Mo,Ni,Pb,Sb,Se,Sn,W,Tl及びZnからなる群から選択された1種又は2種以上の金属で構成されていても良い。これらの金属によって低挿抜性、低ウィスカ性、及び、耐久性(耐熱性、耐ガス腐食性、はんだ濡れ性等)などをより向上させる場合がある。
基材11と上層13との間には、Ni,Cr,Mn,Fe,Co及びCuからなる群から選択された1種又は2種以上で構成された下層12を形成する必要がある。Ni,Cr,Mn,Fe,Co及びCuからなる群から選択された1種、もしくは2種以上の金属を用いて下層12を形成することで、硬い下層形成により薄膜潤滑効果が向上して低挿抜性が向上し、下層12は基材11の構成金属が上層13に拡散するのを防止し、耐熱性試験や耐ガス腐食性試験後の接触抵抗増加及びはんだ濡れ性劣化を抑制するなど、耐久性が向上する。
下層12の厚みは0.05μm以上である必要がある。下層12の厚みが0.05μm未満であると、硬い下層による薄膜潤滑効果が低下して低挿抜性が悪くなり、基材11の構成金属は上層13に拡散しやすくなり、耐熱性試験や耐ガス腐食性試験後の接触抵抗増加及びはんだ濡れ性劣化しやすいなど、耐久性が悪くなる場合がある。
下層12のNi,Cr,Mn,Fe,Co,Cuの付着量が、0.03mg/cm2以上である必要がある。ここで、付着量で定義する理由を説明する。例えば、下層12の厚みを蛍光X線膜厚計で測定する場合、上層13、及び基材11等と形成した合金層により、測定される厚みの値に誤差が生じる場合がある。一方、付着量で制御する場合、合金層の形成状況に左右されず、より正確な品質管理をすることができる。下層12のNi,Cr,Mn,Fe,Co,Cuの付着量が0.03mg/cm2未満であると、硬い下層による薄膜潤滑効果が低下して低挿抜性が悪くなり、基材11の構成金属は上層13に拡散しやすくなり、耐熱性試験や耐ガス腐食性試験後の接触抵抗増加及びはんだ濡れ性劣化しやすいなど、耐久性が悪くなる場合がある。
下層12の合金組成が、Ni,Cr,Mn,Fe,Co,Cuの合計で50mass%以上であり、さらにB,P,Sn及びZnからなる群から選択された1種又は2種以上を含んでも良い。下層12の合金組成がこのような構成となることで、下層がより硬化することで更に薄膜潤滑効果が向上して低挿抜性が向上し、下層12の合金化は基材11の構成金属が上層に拡散するのを更に防止し、耐熱性試験や耐ガス腐食性試験後の接触抵抗増加及びはんだ濡れ性劣化を抑制するなど、耐久性が向上する。
上層13は、下層12に前記B構成元素を成膜した後、A構成元素を成膜することで、A構成元素とB構成元素との拡散によって形成されたものであっても良い。例えばA構成元素がSn、B構成元素がAgの場合、SnへのAgの拡散は速く、自然拡散によってSn−Ag合金層を形成する。合金層形成によりSnの凝着力を一層小さくすることにより低挿抜性が得られ、また低ウィスカ性及び耐久性も更に向上させることができる。
上層13を形成させた後に、低挿抜性、低ウィスカ性、耐久性(耐熱性、耐ガス腐食性、はんだ濡れ性等)を向上させる目的で熱処理を施しても良い。熱処理によって上層13のA構成元素とB構成元素とが合金層をより一層形成しやすくなり、Snの凝着力を一層小さくすることにより低挿抜性が得られ、また低ウィスカ性及び耐久性も更に向上させることができる。なお、この熱処理については、処理条件(温度×時間)は適宜選択できる。また、特にこの熱処理はしなくてもよい。
上層13上に、または上層13上に熱処理を施した後に、低挿抜性や耐久性(耐熱性、耐ガス腐食性、はんだ濡れ性等)を向上させる目的で後処理を施しても良い。後処理によって潤滑性が向上し、更なる低挿抜性が得られ、また上層13の酸化が抑制されて、耐熱性、耐ガス腐食性及びはんだ濡れ性等の耐久性を向上させることができる。具体的な後処理としてはインヒビターを用いた、リン酸塩処理、潤滑処理、シランカップリング処理等がある。なお、この熱処理については、処理条件(温度×時間)は適宜選択できる。また、特にこの熱処理はしなくてもよい。
上層13の表面から測定したビッカース硬さはHv100以上であるのが好ましい。上層13の表面のビッカース硬さがHv100以上であると、硬い上層によって薄膜潤滑効果が向上し、低挿抜性が向上する。また一方で、上層13表面(上層の表面から測定した)のビッカース硬さはHv1000以下あるのが好ましい。上層13の表面のビッカース硬さがHv1000以下であると、曲げ加工性が向上し、本発明の電子部品用金属材料をプレス成形した場合に、成形した部分にクラックが入り難くなり、耐ガス腐食性(耐久性)低下を抑制する。
上層13の表面の押し込み硬さは1000MPa以上あるのが好ましい。上層13の表面の押し込み硬さが1000MPa以上であると、硬い上層13によって薄膜潤滑効果が向上し、低挿抜性が向上する。また一方で上層13の表面の押し込み硬さは10000MPa以下あるのが好ましい。上層13の表面の押し込み硬さが10000MPa以下であると、曲げ加工性が向上し、本発明の電子部品用金属材料をプレス成形した場合に、成形した部分にクラックが入り難くなり、耐ガス腐食性(耐久性)低下を抑制する。
上層13の表面の算術平均高さ(Ra)は0.1μm以下であるのが好ましい。上層13の表面の算術平均高さ(Ra)が0.1μm以下であると比較的腐食しやすい凸部が少なくなり平滑となるため、耐ガス腐食性が向上する。
上層13の表面の最大高さ(Rz)は1μm以下であるのが好ましい。上層13の表面の最大高さ(Rz)が1μm以下であると比較的腐食しやすい凸部が少なくなり平滑となるため、耐ガス腐食性が向上する。
上層13の表面の反射濃度が0.3以上であるのが好ましい。上層13の表面の反射濃度が0.3以上であると比較的腐食しやすい凸部が少なくなり平滑となるため、耐ガス腐食性が向上する。
下層12のビッカース硬さはHv300以上であるのが好ましい。下層12のビッカース硬さがHv300以上であると、下層がより硬化することで更に薄膜潤滑効果が向上して低挿抜性が向上する。また一方で、下層12のビッカース硬さHv1000以下あるのが好ましい。下層12のビッカース硬さがHv1000以下であると、曲げ加工性が向上し、本発明の電子部品用金属材料をプレス成形した場合に、成形した部分にクラックが入り難くなり、耐ガス腐食性(耐久性)低下を抑制する。
下層12の押し込み硬さは2500MPa以上であるのが好ましい。下層12の押し込み硬さが2500MPa以上であると、下層がより硬化することで更に薄膜潤滑効果が向上して低挿抜性が向上する。また一方で、下層12の押し込み硬さが10000MPa以下であるのが好ましい。下層12の押し込み硬さが10000MPa以下であると、曲げ加工性が向上し、本発明の電子部品用金属材料をプレス成形した場合に、成形した部分にクラックが入り難くなり、耐ガス腐食性(耐久性)低下を抑制する。
XPS(X線光電子分光)でDepth分析を行ったとき、上層13のA構成元素のSnまたはInの原子濃度(at%)の最高値を示す位置(D1)、上層13のB構成元素のAg,Au,Pt,Pd,Ru,Rh,OsまたはIrの原子濃度(at%)の最高値を示す位置(D2)、下層12のNi,Cr,Mn,Fe,CoまたはCuの原子濃度(at%)の最高値を示す位置(D3)が最表面からD1、D2、D3の順で存在することが好ましい。最表面からD1、D2、D3の順で存在しない場合、充分な耐ガス腐食性が得られず、電子部品用金属材料を塩素ガス、亜硫酸ガス、硫化水素ガス等のガス腐食試験を行うと腐食して、ガス腐食試験前と比較して大きく接触抵抗が増加するとなるおそれがある。
XPS(X線光電子分光)でDepth分析を行ったとき、上層13のA構成元素のSnまたはInの原子濃度(at%)の最高値、及び、上層13のB構成元素のAg,Au,Pt,Pd,Ru,Rh,OsまたはIrの原子濃度(at%)の最高値がそれぞれ10at%以上であって、下層12のNi,Cr,Mn,Fe,CoまたはCuの原子濃度(at%)が25%以上である深さが50nm以上であることが好ましい。上層13のA構成元素のSnまたはInの原子濃度(at%)の最高値、及び、上層13のB構成元素のAg,Au,Pt,Pd,Ru,Rh,OsまたはIrの原子濃度(at%)の最高値がそれぞれ10at%未満であって、下層12のNi,Cr,Mn,Fe,CoまたはCuの原子濃度(at%)が25at%以上である深さが50nm未満である場合、低挿抜性や耐久性(耐熱性、耐ガス腐食性、はんだ濡れ性等)は、基材成分が上層13に拡散して悪くなるおそれがある。
XPS(X線光電子分光)でDepth分析を行ったとき、最表面から0.02μmの範囲における原子濃度(at%)の比について、A構成元素/(A+B)構成元素が0.1以上であることが望ましい。0.1未満であると塩素ガス、亜硫酸ガス、硫化水素ガス等のガス腐食試験を行うと腐食して、ガス腐食試験前と比較して大きく外観が変色するおそれがある。
本発明の電子部品用金属材料の用途は特に限定しないが、例えば電子部品用金属材料を接点部分に用いたコネクタ端子、電子部品用金属材料を接点部分に用いたFFC端子またはFPC端子、電子部品用金属材料を外部接続用電極に用いた電子部品などが挙げられる。なお、端子については、圧着端子、はんだ付け端子、プレスフィット端子等、配線側との接合方法によらない。外部接続用電極には、タブに表面処理を施した接続部品や半導体のアンダーバンプメタル用に表面処理を施した材料などがある。
また、このように形成されたコネクタ端子を用いてコネクタを作製しても良く、FFC端子またはFPC端子を用いてFFCまたはFPCを作製しても良い。
また本発明の電子部品用金属材料は、ハウジングに取り付ける装着部の一方側にめす端子接続部が、他方側に基板接続部がそれぞれ設けられ、該基板接続部を基板に形成されたスルーホールに圧入して該基板に取り付ける圧入型端子に用いても良い。
コネクタはオス端子とメス端子の両方が本発明の電子部品用金属材料であっても良いし、オス端子またはメス端子の片方だけであっても良い。なおオス端子とメス端子の両方を本発明の電子部品用金属材料にすることで、更に低挿抜性が向上する。
本発明の電子部品用金属材料の製造方法としては、湿式(電気、無電解)めっき、乾式(スパッタ、イオンプレーティング等)めっき等を用いることができる。
表1に基材の作製条件を、表2に下層の作製条件を、表3に上層の作製条件を、表4に熱処理条件をそれぞれ示す。また、表5(表5−1、表5−2、表5−3)に各実施例で使用した各層の作製条件及び熱処理の条件を、表6に各比較例で使用した各層の作製条件及び熱処理の条件それぞれ示す。
上層、下層の厚みは、上層、下層の元素を有していない基材にそれぞれ表面処理を施し、それぞれ蛍光X線膜厚計(Seiko Instruments製 SEA5100、コリメータ0.1mmΦ)で実際の厚みを測定した。例えば、Snめっきの場合には、基材がCu−10質量%Sn−0.15質量%Pであると、基材にSnが有しており、正確なSnめっきの厚みがわからないため、Snが基材の組成を有していない、Cu−30質量%Znで厚みを測定した。
各試料を硫酸や硝酸等で酸分解し、ICP(誘導結合プラズマ)発光分光分析により各金属の付着量を測定した。なお具体的に用いる酸は、それぞれのサンプルを有する組成によって異なる。
測定した付着量に基づき、各金属の組成を算出した。
得られた試料の層構造は、XPS(X線光電子分光)分析による深さ(Depth)プロファイルで決定した。分析した元素は、上層、下層の組成と、C及びOである。これら元素を指定元素とする。また、指定元素の合計を100%として、各元素の濃度(at%)を分析した。XPS(X線光電子分光)分析での厚みは、分析によるチャートの横軸の距離(SiO2換算での距離)に対応する。
また、得られた試料の表面は、XPS(X線光電子分光)分析によるSurvey測定にて定性分析も行った。定性分析の濃度の分解能は0.1at%とした。
XPS装置としては、アルバック・ファイ株式会社製5600MCを用い、到達真空度:5.7×10-9Torr、励起源:単色化AlKα、出力:210W、検出面積:800μmΦ、入射角:45度、取り出し角:45度、中和銃なしとし、以下のスパッタ条件で測定した。
イオン種:Ar+
加速電圧:3kV
掃引領域:3mm×3mm
レート:2.8nm/min.(SiO2換算)
各試料について以下の評価を行った。
A.挿抜力
挿抜力は,市販のSnリフローめっきメス端子(090型住友TS/矢崎090IIシリーズメス端子非防水/F090−SMTS)を用いて、実施例及び比較例に係るめっきしたオス端子と挿抜試験することによって評価した。
試験に用いた測定装置は,アイコーエンジニアリング製1311NRであり、オスピンの摺動距離5mmで評価した。サンプル数は5個とし,挿抜力は、挿入力と抜去力が同等であるため、各サンプルの最大挿入力の値を平均した値を採用した。挿抜力のブランク材としては、比較例1のサンプルを採用した。
挿抜力の目標は、比較例1の最大挿抜力と比較して85%未満である。これは、比較例2が比較例1の最大挿入力と比較して90%であり、この比較例2よりも、より大きな挿抜力の減少を目標とした。
ウィスカは、JEITA RC−5241の荷重試験(球圧子法)にて評価した。すなわち、各サンプルに対して荷重試験を行い、荷重試験を終えたサンプルをSEM(JEOL社製、型式JSM−5410)にて100〜10000倍の倍率で観察して、ウィスカの発生状況を観察した。荷重試験条件を以下に示す。
球圧子の直径:Φ1mm±0.1mm
試験荷重:2N±0.2N
試験時間:120時間
サンプル数:10個
目標とする特性は、長さ20μm以上のウィスカが発生しないことであるが、最大の目標としては、ウィスカが1本も発生しないこととした。
接触抵抗は、山崎精機研究所製接点シミュレーターCRS−113−Au型を使用し、接点荷重50gの条件で4端子法にて測定した。サンプル数は5個とし、各サンプルの最小値から最大値の範囲を採用した。目標とする特性は、接触抵抗10mΩ以下である。
耐熱性は、大気加熱(155℃×1000h)試験後のサンプルの接触抵抗を測定し、評価した。目標とする特性は、接触抵抗10mΩ以下であるが、最大の目標としては、接触抵抗が、耐熱性試験前後で変化がない(同等である)こととした。
挿入力に記載の方法で10回挿抜試験を行い、挿抜試験後の接触抵抗で評価した。目標とする特性は、接触抵抗10mΩ以下である。
耐微摺動磨耗性は、山崎精機研究所製精密摺動試験装置CRS−G2050型を使用し、摺動距離0.5mm、摺動速度1mm/s、接触荷重1N、摺動回数500往復条件で摺動回数と接触抵抗との関係を評価した。サンプル数は5個とし、各サンプルの最小値から最大値の範囲を採用した。目標とする特性は、摺動回数100回時に接触抵抗が50mΩ以下である。
耐ガス腐食性は、下記の試験環境で評価した。耐ガス腐食性の評価は、環境試験を終えた試験後のサンプルの外観と接触抵抗である。なお、目標とする特性は、外観が変色していないことと、試験後の接触抵抗が10mΩ以下である。
硫化水素ガス腐食試験
硫化水素濃度:10ppm
温度:40℃
湿度:80%RH
曝露時間:96h
サンプル数:5個
はんだ濡れ性はめっき後のサンプルを評価した。ソルダーチェッカ(レスカ社製SAT−5000)を使用し、フラックスとして市販の25%ロジンメタノールフラックスを用い、メニスコグラフ法にてはんだ濡れ時間を測定した。はんだはSn−3Ag−0.5Cu(250℃)を用いた。サンプル数は5個とし、各サンプルの最小値から最大値の範囲を採用した。目標とする特性は、ゼロクロスタイム5秒(s)以下である。
曲げ加工性は、W字型の金型を用いて試料の板厚と曲げ半径の比が1となる条件で90°曲げで評価した。評価は曲げ加工部表面を光学顕微鏡で観察し、クラックが観察されない場合の実用上問題ないと判断した場合には○とし、クラックが認められた場合を×とした。
上層のビッカース硬さは、サンプル表面より荷重980.7mN(Hv0.1)、荷重保持時間15秒で打根を打って測定した。
また、下層のビッカース硬さは、下層断面より荷重980.7mN(Hv0.1)、荷重保持時間15秒で打根を打って測定した。
上層の押し込み硬さは、超微小硬さ試験(エリオニクス製ENT−2100)により、サンプル表面に荷重0.1mNで打根を打って測定した。
また、下層の押し込み硬さは、下層断面より荷重980.7mN(Hv0.1)、荷重保持時間15秒で打根を打って測定した。
表面粗さ(算術平均高さ(Ra)及び最大高さ(Rz))の測定は、JIS B 0601に準拠し、非接触式三次元測定装置(三鷹光器社製、形式NH−3)を用いて行った。カットオフは0.25mm、測定長さは1.50mmで、1試料当たり5回測定した。
反射濃度は、デンシトメーター(ND−1,日本電色工業社製)を使用して測定した。
比較例1はブランク材である。
比較例2は、比較例1のブランク材のSnめっきを薄くして作製したものであるが、長さ20μm以上のウィスカが発生した。また耐微摺動磨耗性が悪く接触抵抗が増加した。
比較例3は、比較例2と比較して熱処理を施さないで作製したものであるが、長さ20μm以上のウィスカが発生した。また耐微摺動磨耗性が悪く接触抵抗が増加した。
比較例4は、比較例1と比較して下層にCuめっきを施して作製したものであるが、長さ20μm以上のウィスカが発生した。また耐微摺動磨耗性が悪く接触抵抗が増加した。
比較例5は、比較例1のブランク材と比較して下層のNiめっきを厚く施して作製したものであるが、比較例1と特性は変わらなかった。
比較例6は、上層のSn+Inの割合が10mass%以下であったため、耐ガス腐食性が悪かった。
比較例7も、比較例6と同じように耐ガス腐食性が悪かった、
比較例8は、めっき厚みが8.2×(Sn+In割合)-0.66よりも厚かったため、挿抜力が目標よりも高く、長さ20μm以上のウィスカが発生した。
比較例9は、下層のめっきを施さなかったため、挿入力が目標よりも高かった。
比較例10は、上層のめっきを施さなかったため、耐微摺動磨耗性が悪く接触抵抗が増加した。また耐ガス腐食性も悪かった。
比較例11は、下層のめっきが極端に薄いために、挿抜力が目標よりも高かった。
比較例12は、上層のめっきが極端に薄いために、耐微摺動磨耗性が悪く接触抵抗が増加した。また耐ガス腐食性も悪かった。
比較例13は、上層のめっき厚みが0.6μmを超え,めっき厚みが8.2×(Sn+In割合)-0.66よりも厚かったため、20μm以上のウィスカが発生し、挿抜力が目標よりも高かった。
比較例14は、上層のめっき厚みが0.6μmを超え,めっき厚みが8.2×(Sn+In割合)-0.66よりも厚かったため、20μm以上のウィスカが発生し、挿抜力が目標よりも高かった。
比較例15は、上層のめっき厚みが8.2×(Sn+In割合)-0.66よりも厚かったため、20μm以上のウィスカが発生し、挿抜力が目標よりも高く、耐微摺動磨耗試験後の接触抵抗が高かった。
比較例16は、上層のめっき厚みが8.2×(Sn+In割合)-0.66よりも厚かったため、20μm以上のウィスカが発生し、挿抜力が目標よりも高く、耐微摺動磨耗試験後の接触抵抗が高かった。
比較例17は、下層のめっきが極端に薄いために、XPS(X線光電子分光)でのDepth測定で下層のNi,Cr,Mn,Fe,CoまたはCuの原子濃度(at%)が25%以上である深さが目標よりも薄かったため、挿抜力が目標よりも高かった。
比較例18は、実施例17と比較して、SnとAgのめっき順序を逆にして作製したものであるが、XPS(X線光電子分光)でのDepth測定で上層A構成元素のSnまたはInの原子濃度(at%)の最高値を示す位置(D1)、上層B構成元素のAg,Au,Pt,Pd,Ru,Rh,OsまたはIrの原子濃度(at%)の最高値を示す位置(D2)がD2、D1の順で存在するため、耐ガス腐食性が悪かった。
比較例19は、上層にB構成元素が存在せず、上層のB構成元素のAg,Au,Pt,Pd,Ru,Rh,OsまたはIrの原子濃度(at%)の最高値が目標以下であったため、耐熱性が悪かった。
比較例20は、上層のSnめっきを極端に薄くして施して作製したものであるが、XPS(X線光電子分光)でのDepth測定で、上層のSnまたはInの原子濃度(at%)の最高値を示す位置(D1)が10at%以下であり、耐ガス腐食性が悪かった。
比較例21は、上層のSn+Inの割合が10mass%以下であり、XPS(X線光電子分光)でのDepth測定で最表面から0.02μmの範囲でA構成元素[at%]/ (A層+B層)構成元素[at%]が0.1未満であり、A構成元素の割合が非常に少なく、Ag3Snは存在していなくAg相が存在していたため、耐ガス腐食性が悪かった。
比較例22も、比較例21と同じ理由で耐ガス腐食性が悪かった。
11 基材
12 下層
13 上層
Claims (33)
- 基材と、
前記基材上にNi,Cr,Mn,Fe,Co及びCuからなる群から選択された1種又は2種以上で構成された下層を備え、
前記下層上にSn及びIn(A構成元素)の一方もしくは両方ならびにAg,Au,Pt,Pd,Ru,Rh,Os及びIr(B構成元素)の1種もしくは2種類以上からなる合金で構成された上層を備え、
前記下層の厚みが0.05μm以上であり、
前記上層の厚みが0.005μm以上0.6μm以下であり、
前記上層において、A構成元素/(A構成元素+B構成元素)[mass%](以下、Sn+In割合という)とめっき厚み[μm]との関係が、
めっき厚み≦8.2×(Sn+In割合)-0.66 〔ここで、(Sn+In割合)≧10mass%である〕
である低ウィスカ性、低挿抜性、耐微摺動磨耗性及び耐ガス腐食性に優れた電子部品用金属材料。 - 基材と、
前記基材上にNi,Cr,Mn,Fe,Co及びCuからなる群から選択された1種又は2種以上で構成された下層を備え、
前記下層上にSn及びIn(A構成元素)の一方もしくは両方ならびにAg,Au,Pt,Pd,Ru,Rh,Os及びIr(B構成元素)の1種もしくは2種類以上からなる合金で構成された上層を備え、
前記下層のめっき付着量が0.03mg/cm2以上であり、
前記上層のめっき付着量が7μg/cm2以上600μg/cm2以下であり、
前記上層において、A構成元素/(A構成元素+B構成元素)[mass%](以下、Sn+In割合という)とめっき付着量[μg/cm2]との関係が、
めっき付着量≦8200×(Sn+In割合)-0.66 〔ここで、(Sn+In割合)≧10mass%である〕
である低ウィスカ性、低挿抜性、耐微摺動磨耗性及び耐ガス腐食性に優れた電子部品用金属材料。 - 前記上層のめっき厚みが0.05μm以上である耐挿抜性に優れた請求項1又は2に記載の電子部品用金属材料。
- 前記上層のめっき付着量が40μg/cm2以上である耐挿抜性に優れた請求項1〜3のいずれかに記載の電子部品用金属材料。
- 前記上層のSn+In割合[mass%]とめっき厚み[μm]との関係が、
めっき厚み≧0.03×e0.015×(Sn+In割合)
である耐熱性及びはんだ濡れ性に優れた請求項1〜4のいずれかに記載の電子部品用金属材料。 - 前記上層のSn+In割合[mass%]とめっき付着量[μg/cm2]との関係が、
めっき付着量≧27.8×e0.017×(Sn+In割合)
である耐熱性及びはんだ濡れ性に優れた請求項1〜5のいずれかに記載の電子部品用金属材料。 - 前記上層が、前記下層に前記B構成元素を成膜した後、前記A構成元素を成膜することで、前記A構成元素とB構成元素との拡散によって形成された請求項1〜6のいずれかに記載の電子部品用金属材料。
- 前記拡散が熱処理によって行われた請求項7に記載の電子部品用金属材料。
- 前記A構成元素がSnとInとの合計で50mass%以上であり、残合金成分がAg,As,Au,Bi,Cd,Co,Cr,Cu,Fe,Mn,Mo,Ni,Pb,Sb,W及びZnからなる群から選択された1種又は2種以上の金属からなる請求項1〜8のいずれかに記載の電子部品用金属材料。
- 前記B構成元素がAgとAuとPtとPdとRuとRhとOsとIrとの合計で50mass%以上であり、残合金成分がBi,Cd,Co,Cu,Fe,In,Mn,Mo,Ni,Pb,Sb,Se,Sn,W,Tl及びZnからなる群から選択された1種又は2種以上の金属からなる請求項1〜9のいずれかに記載の電子部品用金属材料。
- 前記下層の合金組成がNi,Cr,Mn,Fe,Co,Cuの合計で50mass%以上であり、さらにB,P,Sn及びZnからなる群から選択された1種又は2種以上を含む請求項1〜10のいずれかに記載の電子部品用金属材料。
- 前記上層の表面から測定したビッカース硬さがHv100以上である請求項1〜11のいずれかに記載の電子部品用金属材料。
- 前記上層の表面から測定した押し込み硬さが1000MPa以上である請求項1〜12のいずれかに記載の電子部品用金属材料。
- 前記上層の表面から測定したビッカース硬さがHv1000以下である、高曲げ加工性を有する請求項1〜13のいずれかに記載の電子部品用金属材料。
- 前記上層の表面から測定した押し込み硬さが10000MPa以下である、高曲げ加工性を有する請求項1〜14のいずれかに記載の電子部品用金属材料。
- 前記上層の表面の算術平均高さ(Ra)が0.1μm以下である請求項1〜15のいずれかに記載の電子部品用金属材料。
- 前記上層の表面の最大高さ(Rz)が1μm以下である請求項1〜16のいずれかに記載の電子部品用金属材料。
- 前記上層の表面の反射濃度が0.3以上である請求項1〜17のいずれかに記載の電子部品用金属材料。
- XPS(X線光電子分光)でDepth分析を行ったとき、前記上層のA構成元素のSnまたはInの原子濃度(at%)の最高値を示す位置(D1)、前記上層のB構成元素のAg,Au,Pt,Pd,Ru,Rh,OsまたはIrの原子濃度(at%)の最高値を示す位置(D2)、前記下層のNi,Cr,Mn,Fe,CoまたはCuの原子濃度(at%)の最高値を示す位置(D3)が最表面からD1、D2、D3の順で存在する請求項1〜18のいずれかに記載の電子部品用金属材料。
- XPS(X線光電子分光)でDepth分析を行ったとき、前記上層のA構成元素のSnまたはInの原子濃度(at%)の最高値、及び、前記上層のB構成元素のAg,Au,Pt,Pd,Ru,Rh,OsまたはIrの原子濃度(at%)の最高値がそれぞれ10at%以上であって、前記下層のNi,Cr,Mn,Fe,CoまたはCuの原子濃度(at%)が25%以上である深さが50nm以上である請求項19に記載の電子部品用金属材料。
- XPS(X線光電子分光)でDepth分析を行ったとき、最表面から0.02μmの範囲における原子濃度(at%)の比について、A構成元素/(A+B)構成元素が0.1以上である請求項1〜20のいずれかに記載の電子部品用金属材料。
- 前記下層の断面のビッカース硬さがHv300以上である請求項1〜21のいずれかに記載の電子部品用金属材料。
- 前記下層の断面の押し込み硬さが2500MPa以上である請求項1〜22のいずれか記載の電子部品用金属材料。
- 前記下層の断面のビッカース硬さがHv1000以下である、高曲げ加工性を有する請求項1〜23のいずれかに記載の電子部品用金属材料。
- 前記下層の表面の押し込み硬さが10000MPa以下である、高曲げ加工性を有する請求項1〜24のいずれかに記載の電子部品用金属材料。
- 請求項1〜25のいずれかに記載の電子部品用金属材料を接点部分に用いたコネクタ端子。
- 請求項26に記載のコネクタ端子を用いたコネクタ。
- 請求項1〜25のいずれかに記載の電子部品用金属材料を接点部分に用いたFFC端子。
- 請求項1〜25のいずれかに記載の電子部品用金属材料を接点部分に用いたFPC端子。
- 請求項28に記載のFFC端子を用いたFFC。
- 請求項29に記載のFPC端子を用いたFPC。
- 請求項1〜25のいずれかに記載の電子部品用金属材料を外部接続用電極に用いた電子部品。
- 請求項1〜25のいずれかに記載の電子部品用金属材料を、ハウジングに取り付ける装着部の一方側にめす端子接続部が、他方側に基板接続部がそれぞれ設けられ、前記基板接続部を基板に形成されたスルーホールに圧入して前記基板に取り付ける圧入型端子に用いた電子部品。
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