JP2016156050A - 電子部品用Snめっき材 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、自動車組み立てラインでは、コネクタを嵌合させる作業は、現在ほとんど人力で行われる。コネクタの挿入力が大きくなると、組み立てラインで作業者に負担がかかり、作業効率の低下に直結する。このことから、Snめっき材の挿入力の低減が強く望まれている。
リフロー処理にてCu−Sn合金層をSnめっき材の最表面に露出させると、Cu−Sn合金層の断面形状はドーム状であるため、リフロー処理にて溶融したSnはCu−Sn合金層の形状に沿って湯流れが発生し、リフロー処理後のSnめっき材の表面粗さが増加し表面光沢は劣化する。
したがって、露出したCu−Sn合金層の結晶粒径を微細化させることで、リフロー処理にて発生するSn層の湯流れを軽減し、低挿抜性且つ良好な表面光沢を得ることができる。
(1)銅又は銅合金条の基材上にリフロー処理を施したSnめっき層を有するSnめっき材であって、リフローSnめっき層は上側のSn層と下側のCu−Sn合金層で構成され、Snめっき層の厚みが0.2〜0.8μmであり、Snめっき材の圧延直角方向の表面粗さRaが0.05μm以下、RSmが20μm以下であり、最表面に露出したCu−Sn合金層の面積率が5〜40%であり、表面から観察したときの前記露出したCu−Sn合金層の結晶粒径が3μm以下であることを特徴とするSnめっき材。
(2)銅又は銅合金条の基材上がCu下地めっき層、又はNi下地めっき層、又はNi及びCuをこの順に積層したNi/Cu二層下地めっき層で被覆されており、その上にリフローSnめっき層を有する(1)のSnめっき材。
(3)銅又は銅合金条の基材上にSnめっき、又はCu、Snめっき層をこの順で形成した後に、リフロー処理することにより、基材上にCu−Sn合金層を介してSn層を形成したSnめっき材を製造する方法であって、前記Cuめっき層の厚みを0〜0.5μm、前記Snめっき層の厚みを0.5〜1.5μmとし、前記リフロー処理を温度400〜600℃で1〜30秒加熱した後、20〜90℃の冷却水を噴霧し、次いで20〜90℃の水槽に投入することを特徴とするSnめっき材の製造方法。
(4)銅又は銅合金条の基材上にNi、Cu、Snめっき層をこの順で形成した後に、リフロー処理することにより、基材上にNi下地めっき層、又はNi/Cu二層下地めっき層で被覆され、Cu−Sn合金層を介してSn層を形成したSnめっき材を製造する方法であって、前記Niめっき層を0.05〜3μm、前記Cuめっき層の厚みを0.05〜0.5μm、前記Snめっき層の厚みを0.5〜1.5μmとし、前記リフロー処理を温度400〜600℃で1〜30秒加熱した後、20〜90℃の冷却水を噴霧し、次いで20〜90℃の水槽に投入することを特徴とするSnめっき材の製造方法。
(5)(1)又は(2)の何れかに記載されたSnめっき材を備えた電子部品。
Snめっき材の基材となる銅条としては、純度99.9%以上のタフピッチ銅、無酸素銅を用いることができ、又、銅合金条としては要求される強度や導電性に応じて公知の銅合金を用いることができる。公知の銅合金としては、例えば、Cu−Sn−P系合金、Cu−Zn系合金、Cu−Ti系合金、Cu−Ni−Si系合金、Cu−Sn−Zn系合金、Cu−Zr系合金等が挙げられる。
銅又は銅合金条の表面には、リフロー処理を施したSnめっき層が形成されている。Snめっき層は基材表面に直接、又は下地めっきを介してめっきされる。下地めっきとしては、Cu下地めっき、又はNi、Cuの順にめっきしてCu/Ni二層下地めっきとしてもよい。リフロー処理後のSn層のめっき厚みは0.2〜0.8μmとする。好ましくは0.3〜0.7μm、更に好ましくは0.4〜0.6μmとする。Sn層のめっき厚みが小さすぎると、後記Cu−Sn合金層の面積率が大き過ぎてしまい、リフロー処理後のSnめっき層の圧延直角方向の表面粗さRa、及び/又はRSmが大きくなり過ぎてしまい良好な表面光沢が得られない。反対に、Sn層のめっき厚みが大き過ぎると、後記Cu−Sn合金層の面積率が小さくなり過ぎとなり挿入力が低減されない。
前記Snめっき後にリフロー処理を施すと、基材及び/又はCu下地めっき層のCuがSnめっき層に拡散し、Snめっき層の下側にCu−Sn合金層が形成される。通常はCu6Sn5、及び/又はCu3Snの組成を有しているが、上記した下地めっきの成分や、基材を銅合金としたときの添加元素を含んでもよい。
リフロー処理後のSnめっき材の最表面において圧延直角方向の表面粗さRaは0.05μm以下、RSmは20μm以下とする。好ましくはRaが0.03μm以下、RSmが15μm以下、更に好ましくはRaが0.02μm以下、RSmが12μm以下とする。この圧延直角方向の表面粗さRa、及び/又はRSmが大きくなり過ぎると、良好な表面光沢は得られない。表面粗さの下限は本発明の効果が発揮される範囲では特に制限されないが、製造上、Raが0.001μm未満、RSmが1μm未満は困難である。
本発明の実施形態に係るSnめっき材は、連続めっきラインにおいて、基材である銅又は銅合金条の表面を脱脂および酸洗の後、電気めっき法により下地めっき層を形成し、次に公知の電気めっき法によりSn層を形成し、最後にリフロー処理を施しSn層を溶融させる工程で製造することができる。下地めっき層は省略しても良い。
タフピッチ銅を原料とし、表1に示す割合(質量%)となるように各元素を添加したインゴットを鋳造し、900℃以上で厚さ10mmまで熱間圧延を行い、表面の酸化スケールを面削した後、冷間圧延と熱処理とを繰り返し、厚み0.2mmの板(基材)に仕上げた。
このようにして得られた各Snめっき材について、諸特性の評価を行った。
CT−1型電解式膜厚計(株式会社電測製)を用い、Snめっき層の厚みを測定した。
コンフォーカル顕微鏡(Lasertec(株)社製HD100)を用い、JIS B 0601に準拠してSnめっき材の圧延直角方向の表面粗さRa及びRSmを測定した。
FE−SEM(日本FEI(株)製XL30SFEG)を用いて、750倍の倍率で0.017mm2の視野の反射電子像を観察した。表面に露出したCu−Sn合金層は、Sn層に比較して暗い画像となるため、この像を2値化し、Cu−Sn合金層の面積を求めることで面積率を算出した。2値化は、高度レンジ255中170に設定して行った。
FE−SEM(日本FEI(株)製XL30SFEG)を用いて、2000倍の倍率で露出したCu−Sn合金層の反射電子像を観察した。その後、Cu−Sn合金層を無作為に10個選択し、各Cu−Sn合金層が含まれる最大円の直径をそれぞれ求め、10個の最大円の直径平均値をCu−Sn合金層の結晶粒径とした。
デジタル変角光沢度計(日本電測工業(株)製VG−1D)を用いて、Snめっき材の鏡面反射率を測定した。図1に示すように、投光部から入射角30°で光を入射させ、Snめっき材に角度30°で反射した光を受光部で検出することでSnめっき材の鏡面反射率を測定した。投光部から直接受光させたときの鏡面反射率が100%であるため、この数値が高いほどSnめっき材の表面光沢は良好となる。
挿入力の評価として動摩擦係数を測定した。図2に示すように、Snめっき材の板試料を試料台上に固定し、そのSnめっき面に接触子を荷重Wで押し付けた。次に、移動台を水平方向に移動させ、このとき接触子に作用する抵抗荷重Fをロードセルにより測定した。そして、動摩擦係数μをμ=F/Wより算出した。
Wは4.9Nとし、接触子の摺動速度(試料台の移動速度)は50mm/minとした。摺動は板試料の圧延方向に対し平行な方向に行った。摺動距離は100mmとし、この間のFの平均値を求めた。
接触子は、上記板試料と同じSnめっき材を用い、図3に示すように作製した。すなわち、直径7mmのステンレス球を試料に押し付けて、板試料と接触する部分を半球状に成形した。
Claims (5)
- 銅又は銅合金条の基材上にリフロー処理を施したSnめっき層を有するSnめっき材であって、リフローSnめっき層は上側のSn層と下側のCu−Sn合金層で構成され、Snめっき層の厚みが0.2〜0.8μmであり、Snめっき材の圧延直角方向の表面粗さRaが0.05μm以下、RSmが20μm以下であり、最表面に露出したCu−Sn合金層の面積率が5〜40%であり、表面から観察したときの前記露出したCu−Sn合金層の結晶粒径が3μm以下であることを特徴とするSnめっき材。
- 銅又は銅合金条の基材上がCu下地めっき層、又はNi下地めっき層、又はNi及びCuをこの順に積層したNi/Cu二層下地めっき層で被覆されており、その上にリフローSnめっき層を有する請求項1記載のSnめっき材。
- 銅又は銅合金条の基材上にSnめっき、又はCu、Snめっき層をこの順で形成した後に、リフロー処理することにより、基材上にCu−Sn合金層を介してSn層を形成したSnめっき材を製造する方法であって、前記Cuめっき層の厚みを0〜0.5μm、前記Snめっき層の厚みを0.5〜1.5μmとし、前記リフロー処理を温度400〜600℃で1〜30秒加熱した後、20〜90℃の冷却水を噴霧し、次いで20〜90℃の水槽に投入することを特徴とするSnめっき材の製造方法。
- 銅又は銅合金条の基材上にNi、Cu、Snめっき層をこの順で形成した後に、リフロー処理することにより、基材上にNi下地めっき層、又はNi/Cu二層下地めっき層で被覆され、Cu−Sn合金層を介してSn層を形成したSnめっき材を製造する方法であって、前記Niめっき層を0.05〜3μm、前記Cuめっき層の厚みを0.05〜0.5μm、前記Snめっき層の厚みを0.5〜1.5μmとし、前記リフロー処理を温度400〜600℃で1〜30秒加熱した後、20〜90℃の冷却水を噴霧し、次いで20〜90℃の水槽に投入することを特徴とするSnめっき材の製造方法。
- 請求項1又は2の何れかに記載されたSnめっき材を備えた電子部品。
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