JP5185759B2 - 導電材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、自動車用コネクタ端子、バスバー、電気・電子部品の端子等に用いられる耐熱性に優れた導電材及び該導電材の製造方法に関する。
プリント回路基板（以下、「ＰＣＢ」と称することもある）等のスルーホールに挿入される端子、又は表面実装される端子は、錫（Ｓｎ）被覆された銅又は銅合金の条材からプレスで成形されたものが一般的であり、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだで基板に取り付けられていた。また、部品の小型化等により端子の細線化も進み、プレス時に露出した端面の面積比率が高まっている。更に、Ｐｂフリー化に伴いＰｂを含まないはんだ（以下、「Ｐｂフリーはんだ」と称することもある）でのはんだ付けが要求されている。Ｐｂを含まないはんだでは、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系等が有名であるが、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだに比べて融点が高く、はんだ付け性が低下するため端子を基板へ取り付けることが困難になっている。
また、Ｐｂフリー化に対する別のアプローチとして、端子の先端をバネ状にプレス成形し、直接スルーホールに固定する技術も開発されている。端子の耐熱性を確保するために、プレス加工後に厚い（３μｍ超の）Ｓｎめっきを施す場合が多いが、元々非常に高い接圧で設計された端子のため、スルーホール挿入時の挿入力が大きすぎるという問題がある。
また、挿入力低減のために、Ｓｎ層の厚さを単純に薄くすることが考えられるが、その場合には経時変化により表面に厚い酸化物が形成されやすく、基板や別コネクタとの接続部において耐熱性に問題が生じるおそれがある。
また、挿入力低減のために、Ｓｎ層の厚さを単純に薄くすることが考えられるが、その場合には経時変化により表面に厚い酸化物が形成されやすく、基板や別コネクタとの接続部において耐熱性に問題が生じるおそれがある。
ＰＣＢに挿入される端子には、コスト、耐熱性、耐食性、はんだ付け性の観点から、Ｓｎめっきが広く利用されている（特許文献１参照）。
しかし、Ｓｎ被覆方法が光沢Ｓｎめっきの場合、ウィスカ及び耐熱性の問題がある。Ｓｎめっき後にリフロー処理を行えばウィスカを大幅に低減できるが、自動車のエンジンルーム等の厳しい熱環境においては十分な耐熱性を有していない。
したがって耐熱性に優れた低コストの導電材の提供が強く求められているのが現状である。
しかし、Ｓｎ被覆方法が光沢Ｓｎめっきの場合、ウィスカ及び耐熱性の問題がある。Ｓｎめっき後にリフロー処理を行えばウィスカを大幅に低減できるが、自動車のエンジンルーム等の厳しい熱環境においては十分な耐熱性を有していない。
したがって耐熱性に優れた低コストの導電材の提供が強く求められているのが現状である。
本発明は、従来における前記問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、１６０℃の大気中で長時間保持した後の接触抵抗の上昇が少ない耐熱性に優れた導電材及び該導電材を効率よく製造する方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
＜１＞ 素材上に少なくともＳｎ層を形成するＳｎ層形成工程と、
前記Ｓｎ層をウエットブラスト処理するウエットブラスト処理工程と、を含むことを特徴とする導電材の製造方法である。
＜２＞ Ｓｎ層がめっきにより形成される前記＜１＞に記載の導電材の製造方法である。
＜３＞ Ｓｎ層形成工程において、素材側から順にＮｉ層、Ｃｕ層、及びＳｎ層をめっきにより形成する前記＜２＞に記載の導電材の製造方法である。
＜４＞ Ｓｎ層形成工程とウエットブラスト処理工程の間において、該Ｓｎ層形成工程により形成された層にリフロー処理を行うリフロー処理工程を含む前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の導電材の製造方法である。
＜５＞ Ｓｎ層形成工程、ウエットブラスト処理工程、及びリフロー処理工程の少なくともいずれかが、リールトゥリールのラインで行われる前記＜４＞に記載の導電材の製造方法である。
＜６＞ 前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の導電材の製造方法により製造されたことを特徴とする導電材である。
＜７＞ 最表面がＳｎ層であり、該Ｓｎ層がＥＳＣＡ分析により金属の水酸化物を含有する前記＜６＞に記載の導電材である。
＜８＞ 素材側から順にＮｉ層、Ｃｕ層、及びＳｎ層を有する前記＜６＞から＜７＞のいずれかに記載の導電材である。
＜９＞ 素材側から順にＮｉ層、Ｃｕ−Ｓｎ合金層、及びＳｎ層、又は素材側から順にＮｉ層、Ｃｕ層、Ｃｕ−Ｓｎ合金層、及びＳｎ層を有する前記＜６＞から＜７＞のいずれかに記載の導電材である。
＜１０＞ Ｓｎ層の厚みが、０.３μｍ〜３μｍである前記＜６＞から＜９＞のいずれかに記載の導電材である。
＜１１＞ Ｎｉ層の厚みが０.０５μｍ〜２μｍであり、Ｃｕ層の厚みが０.０５μｍ〜１μｍである前記＜６＞から＜１０＞のいずれかに記載の導電材である。
＜１２＞ Ｃｕ−Ｓｎ層の厚みが０．１μｍ〜２．０μｍである前記＜９＞から＜１１＞のいずれかに記載の導電材である。
＜１３＞ Ｓｎ層が、リフロー処理による溶融組織を有する前記＜６＞から＜１２＞のいずれかに記載の導電材である。
＜１４＞ 素材が、銅又は銅合金である前記＜６＞から＜１３＞のいずれかに記載の導電材である。
＜１５＞ 素材の最表面にＳｎ層が形成され、該Ｓｎ層がＥＳＣＡ分析により金属の水酸化物を含有することを特徴とする導電材である。
＜１＞ 素材上に少なくともＳｎ層を形成するＳｎ層形成工程と、
前記Ｓｎ層をウエットブラスト処理するウエットブラスト処理工程と、を含むことを特徴とする導電材の製造方法である。
＜２＞ Ｓｎ層がめっきにより形成される前記＜１＞に記載の導電材の製造方法である。
＜３＞ Ｓｎ層形成工程において、素材側から順にＮｉ層、Ｃｕ層、及びＳｎ層をめっきにより形成する前記＜２＞に記載の導電材の製造方法である。
＜４＞ Ｓｎ層形成工程とウエットブラスト処理工程の間において、該Ｓｎ層形成工程により形成された層にリフロー処理を行うリフロー処理工程を含む前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の導電材の製造方法である。
＜５＞ Ｓｎ層形成工程、ウエットブラスト処理工程、及びリフロー処理工程の少なくともいずれかが、リールトゥリールのラインで行われる前記＜４＞に記載の導電材の製造方法である。
＜６＞ 前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の導電材の製造方法により製造されたことを特徴とする導電材である。
＜７＞ 最表面がＳｎ層であり、該Ｓｎ層がＥＳＣＡ分析により金属の水酸化物を含有する前記＜６＞に記載の導電材である。
＜８＞ 素材側から順にＮｉ層、Ｃｕ層、及びＳｎ層を有する前記＜６＞から＜７＞のいずれかに記載の導電材である。
＜９＞ 素材側から順にＮｉ層、Ｃｕ−Ｓｎ合金層、及びＳｎ層、又は素材側から順にＮｉ層、Ｃｕ層、Ｃｕ−Ｓｎ合金層、及びＳｎ層を有する前記＜６＞から＜７＞のいずれかに記載の導電材である。
＜１０＞ Ｓｎ層の厚みが、０.３μｍ〜３μｍである前記＜６＞から＜９＞のいずれかに記載の導電材である。
＜１１＞ Ｎｉ層の厚みが０.０５μｍ〜２μｍであり、Ｃｕ層の厚みが０.０５μｍ〜１μｍである前記＜６＞から＜１０＞のいずれかに記載の導電材である。
＜１２＞ Ｃｕ−Ｓｎ層の厚みが０．１μｍ〜２．０μｍである前記＜９＞から＜１１＞のいずれかに記載の導電材である。
＜１３＞ Ｓｎ層が、リフロー処理による溶融組織を有する前記＜６＞から＜１２＞のいずれかに記載の導電材である。
＜１４＞ 素材が、銅又は銅合金である前記＜６＞から＜１３＞のいずれかに記載の導電材である。
＜１５＞ 素材の最表面にＳｎ層が形成され、該Ｓｎ層がＥＳＣＡ分析により金属の水酸化物を含有することを特徴とする導電材である。
本発明によると、従来における諸問題を解決でき、１６０℃の大気中で長時間保持した後の接触抵抗の上昇が少ない耐熱性に優れた導電材及び該導電材を効率よく製造する方法を提供することができる。
（導電材及び導電材の製造方法）
本発明の導電材の製造方法は、Ｓｎ層形成工程（「めっき工程」と称することもある）と、ウエットブラスト処理工程とを含み、リフロー処理工程、更に必要に応じてその他の工程を含んでなる。前記Ｓｎ層形成工程は湿式又は乾式でＳｎ層（皮膜）を形成する工程である。また、Ｓｎ層は、電気めっき、無電解めっき、溶融めっき等のめっきで形成されることが好ましい。
本発明の導電材は、本発明の導電材の製造方法により製造される。
以下、本発明の導電材の製造方法及び導電材について詳細に説明する。
本発明の導電材の製造方法は、Ｓｎ層形成工程（「めっき工程」と称することもある）と、ウエットブラスト処理工程とを含み、リフロー処理工程、更に必要に応じてその他の工程を含んでなる。前記Ｓｎ層形成工程は湿式又は乾式でＳｎ層（皮膜）を形成する工程である。また、Ｓｎ層は、電気めっき、無電解めっき、溶融めっき等のめっきで形成されることが好ましい。
本発明の導電材は、本発明の導電材の製造方法により製造される。
以下、本発明の導電材の製造方法及び導電材について詳細に説明する。
本発明の導電材の製造方法としては、例えば銅又は銅合金の条又は所望のコネクタやリードフレーム等の電気・電子部品の形状に成形された連鎖条としての素材上に、下地層を形成することが好ましい。
前記下地層としては、素材側からＮｉ層とＣｕ層で形成された層であることが好ましい。
前記下地層上にＳｎ層を形成し、好ましくはリフロー処理を行い、その後ウエットブラスト処理を行う。
前記ウエットブラスト処理を行う場合には、素材上に下地層を設けずＳｎ層のみを設けてもよい。
また、前記下地層及びＳｎ層はめっきにより形成することが好ましい。
前記下地層としては、素材側からＮｉ層とＣｕ層で形成された層であることが好ましい。
前記下地層上にＳｎ層を形成し、好ましくはリフロー処理を行い、その後ウエットブラスト処理を行う。
前記ウエットブラスト処理を行う場合には、素材上に下地層を設けずＳｎ層のみを設けてもよい。
また、前記下地層及びＳｎ層はめっきにより形成することが好ましい。
本発明の導電材の製造方法においては、図１に示すように、Ｓｎ層形成工程（めっき工程）、ウエットブラスト処理工程、及びリフロー処理工程の少なくともいずれかが、リールトゥリールのラインで行われることが好ましい。
銅又は銅合金からなる素材の条を巻き取った材料リールから、まず素材の条を巻き出し、必要に応じてあらかじめ下地層を形成したのち、電気Ｓｎめっき等によりＳｎ層を形成し、次いでリフロー処理を行い、その後ウエットブラスト処理を行って、製品リールに巻き取る方法を行えば、効率的である。なお、各工程ごとに、必要に応じて電解脱脂、酸洗、洗浄、乾燥を行うことが好ましい。
より具体的には、リールトゥリールのラインでめっき工程を行う場合には、素材の条材を連続的にめっき槽に供給し電気めっき後に連続的に巻き取ることができる。例えば、素材の条材をめっき槽の側面から水平方向にめっき槽内へ供給し、めっき後、対向する側面からめっき槽外へ水平方向に巻き取る。
下地層の形成工程、リフロー処理工程、及びウエットブラスト処理工程も同様に連続的に行うことができ、これら工程を連続して行えばリールトゥリールのラインですべての工程を一回で連続して行うことができる。
銅又は銅合金からなる素材の条を巻き取った材料リールから、まず素材の条を巻き出し、必要に応じてあらかじめ下地層を形成したのち、電気Ｓｎめっき等によりＳｎ層を形成し、次いでリフロー処理を行い、その後ウエットブラスト処理を行って、製品リールに巻き取る方法を行えば、効率的である。なお、各工程ごとに、必要に応じて電解脱脂、酸洗、洗浄、乾燥を行うことが好ましい。
より具体的には、リールトゥリールのラインでめっき工程を行う場合には、素材の条材を連続的にめっき槽に供給し電気めっき後に連続的に巻き取ることができる。例えば、素材の条材をめっき槽の側面から水平方向にめっき槽内へ供給し、めっき後、対向する側面からめっき槽外へ水平方向に巻き取る。
下地層の形成工程、リフロー処理工程、及びウエットブラスト処理工程も同様に連続的に行うことができ、これら工程を連続して行えばリールトゥリールのラインですべての工程を一回で連続して行うことができる。
−Ｓｎ層形成工程（めっき工程）−
前記Ｓｎ層形成工程は、素材上に少なくともＳｎ層を電気めっき等により形成する工程である。
前記素材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば銅、銅合金、ステンレス、アルミニウム、などが挙げられる。これらの中でも、銅、銅合金が特に好ましい。
前記素材は、条又は所望の形状に成形された連鎖条の形態であることが好ましい。
前記Ｓｎ層形成工程は、素材上に少なくともＳｎ層を電気めっき等により形成する工程である。
前記素材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば銅、銅合金、ステンレス、アルミニウム、などが挙げられる。これらの中でも、銅、銅合金が特に好ましい。
前記素材は、条又は所望の形状に成形された連鎖条の形態であることが好ましい。
前記Ｓｎ層形成工程においては、素材上にＳｎ層を直接形成してもよいが、素材側から順にＣｕ層、Ｓｎ層を形成してもよく、また素材側から順にＮｉ層、Ｃｕ層、及びＳｎ層を電気めっきにより形成することが好ましい。前記電気めっきは、厚さの制御に優れ、コスト的にも有利である点で好適である。
前記Ｎｉめっきは、複塩浴、普通浴、回転浴、高硫酸塩浴、ワット浴、全塩化物浴、硫酸塩−塩化物浴、全硫酸塩浴、高質浴、ストライクニッケル浴、スルファミン酸ニッケル浴、ほうふっ化ニッケル浴などの浴で行うことが好ましい。
Ｃｕめっきは、硫酸銅浴、ほうふっ化銅浴、シアン化銅浴、ピロリン酸銅浴などの浴で行うことが好ましい。
Ｓｎめっきは、アルカリ性浴、硫酸浴、塩酸浴、スルフォン酸浴、シアン性浴、ピロリン酸浴、ほうふっ化浴などの浴で行うことが好ましい。
なお、各めっき浴ともに光沢剤を添加してもしなくてもよい。
また、Ｓｎ層形成は無電解めっきや溶融めっき、あるいは蒸着やスパッタリング等で形成してもよいが、層の形成コストから電気めっきが好ましい。
前記Ｎｉめっきは、複塩浴、普通浴、回転浴、高硫酸塩浴、ワット浴、全塩化物浴、硫酸塩−塩化物浴、全硫酸塩浴、高質浴、ストライクニッケル浴、スルファミン酸ニッケル浴、ほうふっ化ニッケル浴などの浴で行うことが好ましい。
Ｃｕめっきは、硫酸銅浴、ほうふっ化銅浴、シアン化銅浴、ピロリン酸銅浴などの浴で行うことが好ましい。
Ｓｎめっきは、アルカリ性浴、硫酸浴、塩酸浴、スルフォン酸浴、シアン性浴、ピロリン酸浴、ほうふっ化浴などの浴で行うことが好ましい。
なお、各めっき浴ともに光沢剤を添加してもしなくてもよい。
また、Ｓｎ層形成は無電解めっきや溶融めっき、あるいは蒸着やスパッタリング等で形成してもよいが、層の形成コストから電気めっきが好ましい。
−ウエットブラスト処理工程−
前記ウエットブラスト処理工程は、前記Ｓｎ層形成工程で形成された最表面層であるＳｎ層をウエットブラスト処理する工程である。
前記ウエットブラストとは、粒子を利用した加工方法の１種であり、粒子（研磨材）と液体を混ぜ合せたスラリー液を投射ガン部において、圧縮空気の力を使って高速加速し、対象物に吹き付けて加工を行う方法である。
前記粒子（研磨材）としては、例えばアルミナ、ガラス、樹脂、ジルコニア、銅、チタン、ステンレス、シリカなど液と反応しない物質が挙げられる。粒子の形状としては多角状、球状のものが挙げられ、中心粒径は１μｍ〜１０００μｍ程度までのものが挙げられる。前記液体としては、水が挙げられる。圧縮空気圧力は０．０５ＭＰａ〜０．５ＭＰａ程度、スラリー濃度(粒子と液体の容積比)は３％〜４０％程度で実施する。
前記ウエットブラスト処理工程は、前記Ｓｎ層形成工程で形成された最表面層であるＳｎ層をウエットブラスト処理する工程である。
前記ウエットブラストとは、粒子を利用した加工方法の１種であり、粒子（研磨材）と液体を混ぜ合せたスラリー液を投射ガン部において、圧縮空気の力を使って高速加速し、対象物に吹き付けて加工を行う方法である。
前記粒子（研磨材）としては、例えばアルミナ、ガラス、樹脂、ジルコニア、銅、チタン、ステンレス、シリカなど液と反応しない物質が挙げられる。粒子の形状としては多角状、球状のものが挙げられ、中心粒径は１μｍ〜１０００μｍ程度までのものが挙げられる。前記液体としては、水が挙げられる。圧縮空気圧力は０．０５ＭＰａ〜０．５ＭＰａ程度、スラリー濃度(粒子と液体の容積比)は３％〜４０％程度で実施する。
−リフロー処理工程−
前記リフロー処理工程は、前記Ｓｎ層形成工程と前記ウエットブラスト処理工程の間において、該Ｓｎ層形成工程により形成された層にリフロー処理を行う工程である。
めっき後にＳｎ層を加熱溶融させるリフロー処理を行う理由としては、耐ウィスカ性を向上させるためである。なお、耐ウィスカ性を必要としない場合は、リフロー処理を行わなくても構わない。
前記リフロー処理は、２５０℃〜９００℃の温度中に０.１秒〜１８０秒滞留させた後、１２０秒以内に水冷、空冷等により１００℃以下に冷却する方法であることが好ましい。
前記リフロー処理としては、例えばバーナー方式、熱風循環方式、赤外線方式、ジュール熱方式などが挙げられる。
本発明においては、Ｓｎ層がリフロー処理による溶融組織を有することが、上記の通りウィスカ対策の点で好ましい。
前記リフロー処理工程は、前記Ｓｎ層形成工程と前記ウエットブラスト処理工程の間において、該Ｓｎ層形成工程により形成された層にリフロー処理を行う工程である。
めっき後にＳｎ層を加熱溶融させるリフロー処理を行う理由としては、耐ウィスカ性を向上させるためである。なお、耐ウィスカ性を必要としない場合は、リフロー処理を行わなくても構わない。
前記リフロー処理は、２５０℃〜９００℃の温度中に０.１秒〜１８０秒滞留させた後、１２０秒以内に水冷、空冷等により１００℃以下に冷却する方法であることが好ましい。
前記リフロー処理としては、例えばバーナー方式、熱風循環方式、赤外線方式、ジュール熱方式などが挙げられる。
本発明においては、Ｓｎ層がリフロー処理による溶融組織を有することが、上記の通りウィスカ対策の点で好ましい。
本発明の導電材は、本発明の前記導電材の製造方法により製造される。
前記導電材は、その最表面がＳｎ層であり、該Ｓｎ層がＥＳＣＡ分析（Ｘ線光電子分光分析）で金属の水酸化物を含有する。この金属の水酸化物の効果は完全に解明されていないが、金属水酸化物はウエットブラスト処理を実施することにより形成され、Ｓｎ表面に皮膜効果を発揮し、熱拡散を抑制していると推定される。
ここで、前記ＥＳＣＡ分析は、例えば定性分析(表面から数十ｎｍの深さまでの分析)、状態分析(表面から数十ｎｍの深さまでの分析)、深さ方向の分析(深さはＳｉＯ２換算)などにより行うことができる。
前記導電材は、その最表面がＳｎ層であり、該Ｓｎ層がＥＳＣＡ分析（Ｘ線光電子分光分析）で金属の水酸化物を含有する。この金属の水酸化物の効果は完全に解明されていないが、金属水酸化物はウエットブラスト処理を実施することにより形成され、Ｓｎ表面に皮膜効果を発揮し、熱拡散を抑制していると推定される。
ここで、前記ＥＳＣＡ分析は、例えば定性分析(表面から数十ｎｍの深さまでの分析)、状態分析(表面から数十ｎｍの深さまでの分析)、深さ方向の分析(深さはＳｉＯ２換算)などにより行うことができる。
前記導電材は、素材側からＮｉ層、Ｃｕ層、Ｓｎ層、もしくはリフロー処理を行ったものについては素材側からＮｉ層、Ｃｕ−Ｓｎ合金層、Ｓｎ層、又は場合によってはＮｉ層とＣｕ−Ｓｎ層間にＣｕ層を有することが好ましい。
前記Ｓｎ層の厚みは、０.３μｍ〜３μｍであることが好ましく、０．５μｍ〜２．５μｍがより好ましく、０．８μｍ〜２μｍが更に好ましい。前記厚みが、０.３μｍ未満であると、経時変化によりはんだ付け性が十分ではないことがあり、３μｍを超えると、挿入力及びＳｎ層の削れが顕著になる他、コスト面でも不利となることがある。
前記Ｓｎ層の厚みは、０.３μｍ〜３μｍであることが好ましく、０．５μｍ〜２．５μｍがより好ましく、０．８μｍ〜２μｍが更に好ましい。前記厚みが、０.３μｍ未満であると、経時変化によりはんだ付け性が十分ではないことがあり、３μｍを超えると、挿入力及びＳｎ層の削れが顕著になる他、コスト面でも不利となることがある。
前記Ｎｉ層は素材の銅又は銅合金のＣｕの拡散を効果的に抑制し、更には銅合金中の添加元素の拡散を効果的に抑制し（例えばＺｎやＰ）、接触抵抗やはんだ付け性、更には皮膜の耐熱密着性の低下を効果的に防止する。
前記Ｎｉ層の厚みは、０.０５μｍ〜２μｍであることが好ましい。前記厚みが、０.０５μｍ未満であると、前記元素の拡散を抑制する効果が得られないことがあり、２μｍを超えると、曲げ加工性が低下することがある。
前記Ｎｉ層の厚みは、０.０５μｍ〜２μｍであることが好ましい。前記厚みが、０.０５μｍ未満であると、前記元素の拡散を抑制する効果が得られないことがあり、２μｍを超えると、曲げ加工性が低下することがある。
前記Ｃｕ層は、表面に被覆したＳｎ層と熱処理（リフロー処理等）によりＣｕ−Ｓｎの合金層を形成することが好ましい。Ｃｕ−Ｓｎ層についてもＮｉ層と同じくＣｕ又はＮｉの拡散、更には銅合金中の添加元素の拡散を効果的に抑制する。
前記Ｃｕ層の厚みは、０.０５μｍ〜１μｍであることが、耐食性向上、及び耐熱性向上を図る目的から好ましい。
更には、Ｃｕ−Ｓｎ層については０．１μｍ〜２μｍであることが、前記Ｎｉめっきの下限、上限を規定した同じ理由から好ましい。
前記Ｃｕ層の厚みは、０.０５μｍ〜１μｍであることが、耐食性向上、及び耐熱性向上を図る目的から好ましい。
更には、Ｃｕ−Ｓｎ層については０．１μｍ〜２μｍであることが、前記Ｎｉめっきの下限、上限を規定した同じ理由から好ましい。
−用途−
本発明の導電材は、１６０℃の大気中で長時間保持した後の接触抵抗の上昇が少ない耐熱性に優れたものであるので、例えば自動車用コネクタ端子、バスバー、電気・電子部品の端子等に好適に用いられる。
本発明の導電材は、１６０℃の大気中で長時間保持した後の接触抵抗の上昇が少ない耐熱性に優れたものであるので、例えば自動車用コネクタ端子、バスバー、電気・電子部品の端子等に好適に用いられる。
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。
以下の例において、Ｎｉ層、Ｃｕ層、Ｃｕ−Ｓｎ合金層、及びＳｎ層の厚みは、以下のようにして測定した。
以下の例において、Ｎｉ層、Ｃｕ層、Ｃｕ−Ｓｎ合金層、及びＳｎ層の厚みは、以下のようにして測定した。
＜厚み測定＞
Ｎｉ層とＳｎ層の厚みは、蛍光Ｘ線膜厚測定器（セイコーインスツル社製、ＳＦＴ３３００）で測定した。
Ｃｕ層の厚みは、ＦＩＢ(集束イオンビーム)を用いて試料をエッチングしてその断面を露出させ、ＳＩＭ(走査イオン顕微鏡)を用いてその断面（エッチング面）観察することでＣｕ層の厚さを測定した。
Ｃｕ−Ｓｎ合金層の厚みは、表面Ｓｎめっきを薬液で剥離した後、電解式膜厚計（中央製作所製、ＴＨＩＣＫＮＥＳＳ ＴＥＳＴＥＲ ＴＨ１１）で測定した。
各層の厚さは、それぞれサンプルの両端１ｍｍ〜９ｍｍの範囲で２ｍｍおきに５点測定し、その平均値を求めた。
Ｎｉ層とＳｎ層の厚みは、蛍光Ｘ線膜厚測定器（セイコーインスツル社製、ＳＦＴ３３００）で測定した。
Ｃｕ層の厚みは、ＦＩＢ(集束イオンビーム)を用いて試料をエッチングしてその断面を露出させ、ＳＩＭ(走査イオン顕微鏡)を用いてその断面（エッチング面）観察することでＣｕ層の厚さを測定した。
Ｃｕ−Ｓｎ合金層の厚みは、表面Ｓｎめっきを薬液で剥離した後、電解式膜厚計（中央製作所製、ＴＨＩＣＫＮＥＳＳ ＴＥＳＴＥＲ ＴＨ１１）で測定した。
各層の厚さは、それぞれサンプルの両端１ｍｍ〜９ｍｍの範囲で２ｍｍおきに５点測定し、その平均値を求めた。
（実施例１）
素材として、Ｃｕ−１．０質量％Ｎｉ−０．９質量％Ｓｎ−０．０５質量％Ｐ、ビッカース硬さ（ＨＶ）１７０、厚さ０.２５ｍｍ、幅５０ｍｍの銅合金条を使用した。
リールトゥリールの連続めっきラインで、素材の表面及び端面を電解脱脂と酸洗で活性化した後、Ｓｎ層の被覆を行った。Ｓｎ層の被覆方法は、厚さの制御に優れ、コスト的にも有利な電気めっきを用いた。
なお、Ｓｎめっきは硫酸錫浴で行い、光沢剤を添加し、光沢めっきを行った。
Ｓｎめっきは、素材の両面からそれぞれ５０ｍｍの間隔で対向してＳｎ板の陽極を配置し、液温２０℃、見かけの陰極電流密度５.７Ａ／ｄｍ２で行い、厚み１μｍのＳｎ層を形成した。
Ｓｎ層を被覆後、バーナー炉でリフロー処理を行った。リフロー処理は、炉内温度４００〜６００℃、炉内滞留時間０.１〜２０秒で表面を溶融させた後、水冷と空冷を併用して１０秒以内に１００℃以下へ冷却した。
次に、以下の条件でウエットブラスト（ＷＢ）処理を行った。なお、ＷＢ処理によりＳｎ層が約０．１μｍ削られた。
−ウエットブラスト（ＷＢ）処理条件−
（１）装置：Ｘ軸ロボット式ウエットブラスト装置（ＷＦＢ−２−２Ｃ、マコー株式会社製）
（２）研磨材：アルミナ
（３）研磨材粒度：＃３２０（約４０μｍ）
（４）研磨材濃度：１８ｖｏｌ％
（５）ライン（ガン）スピード１０ｍ／ｍｉｎ、パス回数１回、ブラストエアー圧０．２５ＭＰａ
以上により、実施例１の導電材を作製した。
素材として、Ｃｕ−１．０質量％Ｎｉ−０．９質量％Ｓｎ−０．０５質量％Ｐ、ビッカース硬さ（ＨＶ）１７０、厚さ０.２５ｍｍ、幅５０ｍｍの銅合金条を使用した。
リールトゥリールの連続めっきラインで、素材の表面及び端面を電解脱脂と酸洗で活性化した後、Ｓｎ層の被覆を行った。Ｓｎ層の被覆方法は、厚さの制御に優れ、コスト的にも有利な電気めっきを用いた。
なお、Ｓｎめっきは硫酸錫浴で行い、光沢剤を添加し、光沢めっきを行った。
Ｓｎめっきは、素材の両面からそれぞれ５０ｍｍの間隔で対向してＳｎ板の陽極を配置し、液温２０℃、見かけの陰極電流密度５.７Ａ／ｄｍ２で行い、厚み１μｍのＳｎ層を形成した。
Ｓｎ層を被覆後、バーナー炉でリフロー処理を行った。リフロー処理は、炉内温度４００〜６００℃、炉内滞留時間０.１〜２０秒で表面を溶融させた後、水冷と空冷を併用して１０秒以内に１００℃以下へ冷却した。
次に、以下の条件でウエットブラスト（ＷＢ）処理を行った。なお、ＷＢ処理によりＳｎ層が約０．１μｍ削られた。
−ウエットブラスト（ＷＢ）処理条件−
（１）装置：Ｘ軸ロボット式ウエットブラスト装置（ＷＦＢ−２−２Ｃ、マコー株式会社製）
（２）研磨材：アルミナ
（３）研磨材粒度：＃３２０（約４０μｍ）
（４）研磨材濃度：１８ｖｏｌ％
（５）ライン（ガン）スピード１０ｍ／ｍｉｎ、パス回数１回、ブラストエアー圧０．２５ＭＰａ
以上により、実施例１の導電材を作製した。
（比較例１）
実施例１において、ウエットブラスト（ＷＢ）処理を行わなかった以外は、実施例１と同様にして、比較例１の導電材を作製した。
実施例１において、ウエットブラスト（ＷＢ）処理を行わなかった以外は、実施例１と同様にして、比較例１の導電材を作製した。
（比較例２〜５）
比較例１において、表１に示す４通りのウエットブラスト（ＷＢ）処理をめっき工程の前に素材表面に行った以外は、比較例１と同様にして、比較例２〜５の導電材を作製した。
比較例１において、表１に示す４通りのウエットブラスト（ＷＢ）処理をめっき工程の前に素材表面に行った以外は、比較例１と同様にして、比較例２〜５の導電材を作製した。
（実施例２〜３及び比較例６）
実施例１において、ウエットブラスト（ＷＢ）処理条件を表１に示すように変えた以外は、実施例１と同様にして、実施例２〜３及び比較例６の導電材を作製した。
実施例１において、ウエットブラスト（ＷＢ）処理条件を表１に示すように変えた以外は、実施例１と同様にして、実施例２〜３及び比較例６の導電材を作製した。
（実施例４）
素材として、Ｃｕ−１．０質量％Ｎｉ−０．９質量％Ｓｎ−０．０５質量％Ｐ、ビッカース硬さ（ＨＶ）１７０、厚さ０.２ｍｍ、幅５０ｍｍの銅合金条を使用した。
リールトゥリールの連続めっきラインで、素材の表面及び端面を電解脱脂と酸洗で活性化した後、Ｎｉ及びＣｕからなる下地層と、Ｓｎ層の被覆を行った。各層の被覆方法は、厚さの制御に優れ、コスト的にも有利な電気めっきを用いた。下地層は全面均一に被覆するよう調整した。
Ｎｉめっきはスルファミン酸Ｎｉ浴、Ｃｕめっきは硫酸銅浴、Ｓｎめっきは硫酸錫浴で行った。Ｓｎめっき以外は無光沢めっきを行い、Ｓｎめっきは光沢剤を添加し、光沢めっきで行った。
Ｎｉめっきは、素材の両面からそれぞれ５０ｍｍの間隔で対向してＮｉ板の陽極を配置し、液温４０〜５０℃、見かけの陰極電流密度８Ａ／ｄｍ２で行い、厚み０．４μｍのＮｉ層を形成した。
Ｃｕめっきは、素材の両面からそれぞれ５０ｍｍの間隔で対向してＣｕ板の陽極を配置し、液温２５〜３５℃、見かけの陰極電流密度５Ａ／ｄｍ２で行い、厚み０．４μｍのＣｕ層を形成した。
Ｓｎめっきは、下地層を形成した素材の両面からそれぞれ５０ｍｍの間隔で対向してＳｎ板の陽極を配置し、液温２０℃、見かけの陰極電流密度５.７Ａ／ｄｍ２で行い、厚み０．７μｍのＳｎ層を形成した。
Ｓｎ層を被覆後、バーナー炉でリフロー処理を行った。リフロー処理は、炉内温度４００〜６００℃、炉内滞留時間０.１〜２０秒で表面を溶融させた後、水冷と空冷を併用して１０秒以内に１００℃以下へ冷却した。
次に、以下の条件でウエットブラスト（ＷＢ）処理を行った。なお、ＷＢ処理によりＳｎ層が約０．１μｍ削られた。
−ウエットブラスト（ＷＢ）処理条件−
（１）装置：Ｘ軸ロボット式ウエットブラスト装置（ＷＦＢ−２−２Ｃ、マコー株式会社製）
（２）研磨材：アルミナ
（３）研磨材粒度：＃３２０（約４０μｍ）
（４）研磨材濃度：１８ｖｏｌ％
（５）ライン（ガン）スピード１０ｍ／ｍｉｎ、パス回数１回、ブラストエアー圧０．２５ＭＰａ
以上により、実施例４の導電材を作製した
素材として、Ｃｕ−１．０質量％Ｎｉ−０．９質量％Ｓｎ−０．０５質量％Ｐ、ビッカース硬さ（ＨＶ）１７０、厚さ０.２ｍｍ、幅５０ｍｍの銅合金条を使用した。
リールトゥリールの連続めっきラインで、素材の表面及び端面を電解脱脂と酸洗で活性化した後、Ｎｉ及びＣｕからなる下地層と、Ｓｎ層の被覆を行った。各層の被覆方法は、厚さの制御に優れ、コスト的にも有利な電気めっきを用いた。下地層は全面均一に被覆するよう調整した。
Ｎｉめっきはスルファミン酸Ｎｉ浴、Ｃｕめっきは硫酸銅浴、Ｓｎめっきは硫酸錫浴で行った。Ｓｎめっき以外は無光沢めっきを行い、Ｓｎめっきは光沢剤を添加し、光沢めっきで行った。
Ｎｉめっきは、素材の両面からそれぞれ５０ｍｍの間隔で対向してＮｉ板の陽極を配置し、液温４０〜５０℃、見かけの陰極電流密度８Ａ／ｄｍ２で行い、厚み０．４μｍのＮｉ層を形成した。
Ｃｕめっきは、素材の両面からそれぞれ５０ｍｍの間隔で対向してＣｕ板の陽極を配置し、液温２５〜３５℃、見かけの陰極電流密度５Ａ／ｄｍ２で行い、厚み０．４μｍのＣｕ層を形成した。
Ｓｎめっきは、下地層を形成した素材の両面からそれぞれ５０ｍｍの間隔で対向してＳｎ板の陽極を配置し、液温２０℃、見かけの陰極電流密度５.７Ａ／ｄｍ２で行い、厚み０．７μｍのＳｎ層を形成した。
Ｓｎ層を被覆後、バーナー炉でリフロー処理を行った。リフロー処理は、炉内温度４００〜６００℃、炉内滞留時間０.１〜２０秒で表面を溶融させた後、水冷と空冷を併用して１０秒以内に１００℃以下へ冷却した。
次に、以下の条件でウエットブラスト（ＷＢ）処理を行った。なお、ＷＢ処理によりＳｎ層が約０．１μｍ削られた。
−ウエットブラスト（ＷＢ）処理条件−
（１）装置：Ｘ軸ロボット式ウエットブラスト装置（ＷＦＢ−２−２Ｃ、マコー株式会社製）
（２）研磨材：アルミナ
（３）研磨材粒度：＃３２０（約４０μｍ）
（４）研磨材濃度：１８ｖｏｌ％
（５）ライン（ガン）スピード１０ｍ／ｍｉｎ、パス回数１回、ブラストエアー圧０．２５ＭＰａ
以上により、実施例４の導電材を作製した
（実施例５〜７及び比較例７）
実施例４において、ウエットブラスト（ＷＢ）処理条件を表１に示すように変えた以外は、実施例４と同様にして、実施例５〜７及び比較例７の導電材を作製した。
実施例４において、ウエットブラスト（ＷＢ）処理条件を表１に示すように変えた以外は、実施例４と同様にして、実施例５〜７及び比較例７の導電材を作製した。
次に、実施例及び比較例の導電材について、以下のようにして、耐熱性、及び表面粗さを評価した。結果を表２に示す。
＜耐熱性の評価＞
耐熱性は１６０℃の大気雰囲気中で２４時間、４８時間、９６時間、２５０時間、及び５００時間保持した後の室温での接触抵抗値で評価した。
接触抵抗値は、マイクロオームメーター（株式会社山崎精機研究所製、ＹＭＲ−３）を使用し、開放電圧２０ｍＶ、電流１０ｍＡ、０.５φｍｍのＵ型金線プローブ、最大荷重１００ｇｆ、摺動無しの条件で、試験数Ｎ＝３で測定し、その平均値を求めた。
耐熱性は１６０℃の大気雰囲気中で２４時間、４８時間、９６時間、２５０時間、及び５００時間保持した後の室温での接触抵抗値で評価した。
接触抵抗値は、マイクロオームメーター（株式会社山崎精機研究所製、ＹＭＲ−３）を使用し、開放電圧２０ｍＶ、電流１０ｍＡ、０.５φｍｍのＵ型金線プローブ、最大荷重１００ｇｆ、摺動無しの条件で、試験数Ｎ＝３で測定し、その平均値を求めた。
＜表面粗さＲａの測定＞
接触式表面粗さ計（株式会社小坂研究所製、サーフコーダＳＥ４０００）を用いて、表面粗さＲａを測定した。
接触式表面粗さ計（株式会社小坂研究所製、サーフコーダＳＥ４０００）を用いて、表面粗さＲａを測定した。
＜Ｓｎ層の表面分析＞
次に、比較例６、実施例１、及び実施例４の導電材について、最表面のＳｎ層のＥＳＣＡ（光電子分光装置、アルバック・ファイ株式会社製、ＥＳＣＡ５８００）による表面分析を行った。結果を表３に示す。
次に、比較例６、実施例１、及び実施例４の導電材について、最表面のＳｎ層のＥＳＣＡ（光電子分光装置、アルバック・ファイ株式会社製、ＥＳＣＡ５８００）による表面分析を行った。結果を表３に示す。
本発明の導電材の製造方法により製造された導電材は、１６０℃の大気中で長時間保持した後の接触抵抗の上昇が少ない耐熱性に優れたものであるので、例えば自動車用コネクタ端子、バスバー、電気・電子部品の端子等に適用できる。
Claims (14)
- 素材上にＳｎ層をめっきにより形成するＳｎ層形成工程と、
前記Ｓｎ層をウエットブラスト処理するウエットブラスト処理工程と、を含み、
前記ウエットブラスト処理工程後の最表面をＳｎ層とすることを特徴とする導電材の製造方法。 - 素材が、銅又は銅合金である請求項１に記載の導電材の製造方法。
- Ｓｎ層形成工程において、素材側から順にＮｉ層、Ｃｕ層、及びＳｎ層をめっきにより形成する請求項１から２のいずれかに記載の導電材の製造方法。
- Ｓｎ層形成工程とウエットブラスト処理工程の間において、該Ｓｎ層形成工程により形成された層にリフロー処理を行うリフロー処理工程を含む請求項１から３のいずれかに記載の導電材の製造方法。
- Ｓｎ層形成工程、ウエットブラスト処理工程、及びリフロー処理工程の少なくともいずれかが、リールトゥリールのラインで行われる請求項４に記載の導電材の製造方法。
- 請求項１から５のいずれかに記載の導電材の製造方法により製造されたことを特徴とする導電材。
- 最表面がＳｎ層であり、該Ｓｎ層がＥＳＣＡ分析により金属の水酸化物を含有する請求項６に記載の導電材。
- 素材側から順にＮｉ層、Ｃｕ層、及びＳｎ層を有する請求項６から７のいずれかに記載の導電材。
- 素材側から順にＮｉ層、Ｃｕ−Ｓｎ合金層、及びＳｎ層、又は素材側から順にＮｉ層、Ｃｕ層、Ｃｕ−Ｓｎ合金層、及びＳｎ層を有する請求項６から７のいずれかに記載の導電材。
- Ｓｎ層の厚みが、０.３μｍ〜３μｍである請求項６から９のいずれかに記載の導電材。
- Ｎｉ層の厚みが０.０５μｍ〜２μｍであり、Ｃｕ層の厚みが０.０５μｍ〜１μｍである請求項６から１０のいずれかに記載の導電材。
- Ｃｕ−Ｓｎ層の厚みが０．１μｍ〜２．０μｍである請求項９から１１のいずれかに記載の導電材。
- Ｓｎ層が、リフロー処理による溶融組織を有する請求項６から１２のいずれかに記載の導電材。
- 素材が、銅合金条である請求項６から１３のいずれかに記載の導電材。
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