KR101464870B1

KR101464870B1 - 접속 부품용 도전 재료

Info

Publication number: KR101464870B1
Application number: KR1020130034383A
Authority: KR
Inventors: 마사히로 츠루
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2014-11-25
Also published as: KR20130111440A; CN103367961B; EP2644750A1; JP6103811B2; US9449728B2; EP2644750B1; JP2013209680A; US20130260174A1; CN103367961A

Abstract

접속 부품용 도전 재료는, 구리 합금판조로 이루어지는 모재, Ni 피복층, Cu-Sn 합금 피복층 및 Sn 피복층을 갖는다. 재료의 표면은 리플로우 처리되어 있다. 모재의 표면은 조화 처리되어 있다. Sn 피복층의 표면에 Cu-Sn 합금 피복층의 일부가 노출되어 있다. Sn 피복층의 표면에 노출된 Cu-Sn 합금 피복층은 Sn 피복층의 사이에 불규칙적으로 존재하는 랜덤 조직과 모재의 압연 방향에 평행하게 연장되는 선상 조직으로 이루어진다. 선상 조직은 길이 50㎛ 이상, 폭 10㎛ 이하인 것이 1mm²당 35개 이상 포함된다.

Description

접속 부품용 도전 재료{ELECTROCONDUCTIVE MATERIAL FOR CONNECTION COMPONENT}

본원은 일본 특허출원 제2012-078748에 기초하는 우선권을 주장하고, 그 개시 전체는 참조하는 것에 의해 본 설명에 편입된다.

본 발명은 주로 자동차 분야나 일반 민생 분야에서 이용되는 커넥터용 단자 등의 접속 부품용 도전 재료에 관한 것이고, 특히 수컷 단자와 암컷 단자의 삽발(揷拔)에서의 마찰의 저감 및 사용시의 미세 접동(摺動) 마모의 저감이 달성될 수 있는 Sn 도금 부착 접속 부품용 도전 재료에 관한 것이다.

자동차의 전장(電裝) 분야에서는, 전자 제어의 다용(多用) 및 고도화에 의해 커넥터가 다극화하고, 자동차의 조립 공정에서 커넥터의 삽입력이 증대되어, 작업자의 육체적 부담이 증대되고 있다. 이 때문에, 커넥터의 저(低)삽입력화가 요구되어 왔다.

커넥터의 저삽입력화에는, 커넥터를 구성하는 개개의 Sn 도금 부착 단자의 삽입력을 저감할 필요가 있어, 지금까지 (1) 구리 합금 모재 표면에 Ni 하지(下地)층, Cu-Sn 합금 피복층 및 Sn 피복층으로 이루어지는 표면 피복층을 갖는 Sn 도금 부착 접속 부품용 도전 재료(일본 특허 제4090302호), (2) 미세한 요철을 형성한 구리 합금 모재 표면에 Ni 하지층, Cu-Sn 합금 피복층 및 Sn 피복층으로 이루어지는 표면 피복층을 갖고, Cu-Sn 합금 피복층의 일부가 최표면에 노출한 Sn 도금 부착 접속 부품용 도전 재료(일본 특허 제4024244호, 제4771970호 참조)가 제안되어, 자동차 분야 등에서 실제로 사용되는 경우가 늘어나고 있다. 일본 특허 제4090302호, 제4024244호 및 특허 제4771970호 공보는, 참조하는 것에 의해 본원에 편입된다.

상기 (1)의 Sn 도금 부착 접속 부품용 도전 재료는, Sn 피복층의 밑에 경질의 Cu-Sn 합금 피복층을 형성함으로써, 그 이전의 Sn 도금 부착 접속 부품용 도전 재료에 비하여, 마찰 계수를 3할 정도 저감할 수 있다. 또한, 상기 (2)의 Sn 도금 부착 접속 부품용 도전 재료는 최표면에 노출된 경질의 Cu-Sn 합금 피복층이 하중을 맡기 때문에, 마찰 계수를 대폭 저감하는 것이 가능하다.

단자 재료로서 상기 Sn 도금 부착 접속 부품용 도전 재료를 사용함으로써 커넥터를 저삽입력화할 수 있다. 그러나, 앞으로도 커넥터의 다극화가 진전하는 것이 예상되기 때문에, 추가적인 마찰 계수의 저감이 요구되고 있다.

한편, 커넥터의 삽입력 저감에는 단자의 접압(接壓)을 낮게 하는 것이 유효하다. 그러나, 접압을 낮게 하면, 자동차의 엔진의 진동 및 주행에 수반되는 진동에 의해, 수컷 단자와 암컷 단자의 사이에 미세 접동이 발생하고, 이것에 의해 단자 표면의 Sn 도금이 마모된다. 이 마모에 의해 생긴 마모 가루가 접점부로 물려 들어가고, 산화되어, 접촉 저항 및 발열의 증대를 가져온다. 이 미세 접동 마모 현상을 방지하기 위해서는, 접압을 어느 정도 크게 하는 것이 유효하지만, 접압을 크게 하면 삽입력도 증대되어 버리기 때문에, 접압을 크게 하기에도 한계가 있다.

일본 특허 제4090302호 공보 일본 특허 제4024244호 공보 일본 특허 제4771970호 공보

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점에 비추어 이루어진 것으로, 종래의 접속 부품용 도전 재료(상기 항목 (1), (2) 참조)에 비하여, 더욱 마찰 계수가 낮고, 또한 내(耐)미세 접동 마모성이 우수한 접속 부품용 도전 재료를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 일본 특허 제4024244호, 제4771970호에 기재된 접속 부품용 도전 재료를 발전시킨 것이다. 구체적으로는, 본 발명은, 구리 합금판조로 이루어지는 모재와, 상기 모재 상에 형성된 Cu 함유량이 20 내지 70at%이고 평균 두께가 0.2 내지 3.0㎛인 Cu-Sn 합금 피복층과, 상기 Cu-Sn 합금 피복층 상에 형성된 평균 두께가 0.2 내지 5.0㎛인 Sn 피복층을 구비하고, 그 재료 표면은 리플로우 처리되어 있고, 적어도 한 방향에서의 산술 평균 조도(Ra)가 0.15㎛ 이상이고, 모든 방향에서의 산술 평균 조도(Ra)가 3.0㎛ 이하이며, 상기 Sn 피복층의 표면에 상기 Cu-Sn 합금 피복층의 일부가 노출되어 형성되고, 상기 Cu-Sn 합금 피복층의 재료 표면 노출 면적율이 3 내지 75%이며, 적어도 한 방향에서의 평균 재료 표면 노출 간격이 0.01 내지 0.5mm인 접속 부품용 도전 재료에 있어서, 상기 Sn 피복층의 표면에 노출된 Cu-Sn 합금 피복층이, Sn 피복층의 사이에 불규칙적으로 분포되는 랜덤 조직과 모재의 압연 방향에 평행하게 연장되는 선상(線狀) 조직으로 이루어지고, 상기 선상 조직으로서 길이 50㎛ 이상, 폭 10㎛ 이하의 것이 1mm²당 35개 이상 포함된다. 이 접속 부품용 도전 재료에서는, 압연 방향에 대하여 수직 방향의 마찰 계수가 평행 방향의 마찰 계수보다 작아진다.

상기 접속 부품용 도전 재료에서는, 상기 Sn 피복층의 표면에 노출되는 상기 Cu-Sn 합금 피복층의 두께(노출부의 두께)가 0.2㎛ 이상인 것이 바람직하다.

상기 접속 부품용 도전 재료에서, 상기 모재의 표면과 상기 Cu-Sn 합금 피복층의 사이에 추가로 Cu 피복층을 갖고 있어도 좋다.

또한, 상기 모재의 표면과 상기 Cu-Sn 합금 피복층의 사이에 추가로 Ni 피복층이 형성되어 있어도 좋다. 이 경우, 상기 Ni 피복층과 Cu-Sn 합금 피복층의 사이에 추가로 Cu 피복층을 갖고 있어도 좋다.

또한, 상기 모재의 표면은, 적어도 한 방향에서의 산술 평균 조도(Ra)가 0.3㎛ 이상이고, 모든 방향에서의 산술 평균 조도(Ra)가 4.0㎛ 이하인 것이 바람직하고, 또한, 적어도 한 방향에서의 요철의 평균 간격(Sm)이 0.01 내지 0.5mm인 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에서, Sn 피복층, Cu 피복층 및 Ni 피복층은, 각각 Sn, Cu, Ni 금속 외에, Sn 합금, Cu 합금 및 Ni 합금이어도 좋다.

본 발명에 따른 접속 부품용 도전 재료는, Sn 피복층의 표면에 노출되는 Cu-Sn 합금 피복층이, Sn 피복층의 사이에 불규칙적으로 분포되는 랜덤 조직에 더하여, 압연 방향에 대하여 평행 방향으로 연장되는 특정한 형태의 선상 조직을 소정 이상의 밀도로 포함함으로써, 특히 압연 방향에 대하여 수직 방향의 마찰 계수가 종래의 접속 부품용 도전 재료보다 낮아진다. 감합(嵌合)형 단자 등의 접속 부품을, 삽입 방향이 압연 방향에 수직 방향이 되도록, 상기 접속 부품용 도전 재료(구리 합금판조)로부터 천공 가공함으로써, 삽입력을 저감할 수 있다. 상기 접속 부품용 도전 재료는 동일 방향의 미세 접동 마모 내성도 우수하다.

도 1은 실시예 No.3의 시험재의 최표면 구조의 주사 전자 현미경 조성상이다.
도 2는 마찰 계수 측정 지그의 개념도이다.
도 3은 미세 접동 마모 측정 지그의 개념도이다.

본 발명에 따른 접속 부품용 도전 재료는, 구리 합금판조로 이루어지는 모재와, 모재 상에 형성된 Cu-Sn 합금 피복층과, Cu-Sn 합금층 상에 형성된 Sn 피복층을 구비한다. 이 접속 부품용 도전 부재의 재료 표면은 리플로우 처리되어 있다. 후에 상세히 설명하는 것과 같이 모재와 Cu-Sn 합금 피복층의 사이에는 다른 단일 또는 복수의 피복층이 개재되어도 좋다. 본 발명에 따른 접속 부품용 도전 재료에 있어서, Cu-Sn 합금 피복층 중의 Cu 함유량, Cu-Sn 합금 피복층의 평균 두께, Sn 피복층의 평균 두께, 재료 표면의 산술 평균 조도(Ra), Cu-Sn 합금 피복층의 재료 표면 노출 면적율, 재료 표면에 노출된 Cu-Sn 합금 피복층의 노출 간격, Sn 피복층의 표면에 노출되는 Cu-Sn 합금 피복층의 두께, Cu 피복층의 평균 두께, Ni 피복층의 평균 두께, 모재 표면의 산술 평균 조도, 및 모재 표면의 요철의 평균 간격(Sm)의 각 규정은, 일본 특허 제4024244호와 같다. 이하, 이들의 규정에 대하여 일단 설명한 뒤에, 본 발명에 따른 접속 부품용 도전 재료의 특징 부분인, Sn 피복층의 표면에 노출된 Cu-Sn 합금 피복층의 형태에 대하여 구체적으로 설명한다. 일본 특허 제4024244호의 개시는 참조함으로써 본 설명에 편입된다.

(1) Cu-Sn 합금 피복층 중의 Cu 함유량

Cu 함유량이 20 내지 70at%인 Cu-Sn 합금 피복층은, Cu₆Sn₅ 상(相)을 주체로 하는 금속간 화합물로 이루어진다. Cu₆Sn₅ 상은 Sn 피복층을 형성하는 Sn 또는 Sn 합금에 비하여 매우 경질이고, 그것을 재료의 최표면에 부분적으로 노출 형성하면, 단자 삽발 시에 Sn 피복층의 파냄에 의한 변형 저항이나 응착을 전단하는 전단 저항을 억제할 수 있고, 마찰 계수를 매우 낮게 할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 Cu₆Sn₅ 상이 Sn 피복층의 표면에 부분적으로 돌출되어 있기 때문에, 단자 삽발이나 진동 환경 하 등에서 전기 접점부의 접동·미세 접동 시에 접압력을 경질의 Cu₆Sn₅ 상으로 받아 Sn 피복층끼리의 접촉 면적을 한층 더 저감할 수 있기 때문에, 마찰 계수를 더욱 낮게 할 수 있고, 미세 접동에 의한 Sn 피복층의 마모나 산화도 감소한다. 한편, Cu₃Sn 상은 더욱 경질이지만, Cu₆Sn₅ 상에 비하여 Cu 함유량이 많기 때문에, 이것을 Sn 피복층의 표면에 부분적으로 노출시킨 경우에는, 시간 경과나 부식 등에 의한 재료 표면의 Cu의 산화물량 등이 많아져, 접촉 저항을 증가시키기 쉽고, 전기적 접속의 신뢰성을 유지하기 어려워진다. 또한, Cu₃Sn 상은 Cu₆Sn₅ 상에 비하여 취성(脆性)이기 때문에, 성형 가공성 등이 뒤떨어진다고 하는 문제점이 있다. 따라서, Cu-Sn 합금 피복층의 구성 성분을, Cu 함유량이 20 내지 70at%인 Cu-Sn 합금으로 규정한다. 이 Cu-Sn 합금 피복층에는, Cu₃Sn 상이 일부 포함되어 있어도 좋고, 하지 도금층, 모재 및 Sn 도금 중의 성분 원소 등이 포함되어 있어도 좋다. 그러나, Cu-Sn 합금 피복층의 Cu 함유량이 20at% 미만에서는 응착력이 증가하여 마찰 계수를 낮게 하기 어려워지는 데다가, 미세 접동 마모 내성도 저하된다. 한편, Cu 함유량이 70at%를 초과하면 시간 경과나 부식 등에 의한 전기적 접속의 신뢰성을 유지하기 어려워지고, 성형 가공성 등도 나빠진다. 따라서, Cu-Sn 합금 피복층 중의 Cu 함유량을 20 내지 70at%로 규정한다. 보다 바람직하게는 45 내지 65at%이다.

(2) Cu-Sn 합금 피복층의 평균 두께

본 발명에서는, Cu-Sn 합금 피복층의 평균 두께를, Cu-Sn 합금 피복층에 함유되는 Sn의 면 밀도(단위: g/mm²)를 Sn의 밀도(단위: g/mm³)로 나눈 값으로 정의한다(하기 실시예에 기재한 Cu-Sn 합금 피복층의 평균 두께 측정 방법은, 이 정의에 준거하는 것이다). Cu-Sn 합금 피복층의 평균 두께가 0.2㎛ 미만에서는, 특히 본 발명과 같이 Cu-Sn 합금 피복층을 재료 표면에 부분적으로 노출 형성시키는 경우에는, 고온 산화 등의 열 확산에 의한 재료 표면의 Cu의 산화물량이 많아져, 접촉 저항을 증가시키기 쉽고, 전기적 접속의 신뢰성을 유지하기 어려워진다. 한편, 평균 두께가 3.0㎛를 초과하는 경우에는, 경제적으로 불리하며, 생산성도 나쁘고, 경질인 층이 두껍게 형성되기 때문에 성형 가공성 등도 나빠진다. 따라서, Cu-Sn 합금 피복층의 평균 두께를 0.2 내지 3.0㎛로 규정한다. 보다 바람직하게는 0.3 내지 1.0㎛이다.

(3) Sn 피복층의 평균 두께

본 발명에서는, Sn 피복층의 평균 두께를, Sn 피복층에 함유되는 Sn의 면 밀도(단위 g/mm²)를 Sn의 밀도(단위: g/mm³)로 나눈 값으로 정의한다(하기 실시예에 기재한 Sn 피복층의 평균 두께 측정 방법은, 이 정의에 준거하는 것이다). Sn 피복층의 평균 두께가 0.2㎛ 미만에서는, 열 확산에 의해 Sn 피복층 표면에 확산되는 Cu의 양이 많아지기 때문에, Sn 피복층 표면의 Cu의 산화물량이 많아져, 접촉 저항을 증가시키기 쉽고, 또한 내식성도 나빠지기 때문에, 전기적 접속의 신뢰성을 유지하기 어려워진다. 한편, 평균 두께가 5.0㎛를 초과하는 경우에는, 경제적으로 불리하며, 생산성도 나빠진다. 따라서, Sn 피복층의 평균 두께를 0.2 내지 5.0㎛로 규정한다. 보다 바람직하게는 0.5 내지 3.0㎛이다.

(4) 재료 표면의 산술 평균 조도(Ra)

재료 표면의 모든 방향에서 산술 평균 조도(Ra)가 0.15㎛ 미만인 경우, Cu-Sn 합금 피복층의 재료 표면 돌출 높이가 전체적으로 낮고, 전기 접점부의 접동·미세 접동 시에 접압력을 경질인 Cu₆Sn₅ 상에서 받는 비율이 작게 되고, 특히, 미세 접동에 의한 Sn 피복층의 마모량을 저감하기 어려워진다. 한편, 어느 방향에서 산술 평균 조도(Ra)가 3.0㎛를 초과하는 경우, 고온 산화 등의 열 확산에 의한 재료 표면의 Cu의 산화물량이 많아져, 접촉 저항을 증가시키기 쉽고, 전기적 접속의 신뢰성을 유지하기 어려워진다. 따라서, 재료 표면의 표면 조도는, 적어도 한 방향의 산술 평균 조도(Ra)가 0.15㎛ 이상, 또한 모든 방향의 산술 평균 조도(Ra)가 3.0㎛ 이하로 규정된다. 보다 바람직하게는 0.2 내지 20㎛이다. 한편, 본 발명에서는, 재료 표면의 압연 수직 방향에서, 산술 평균 조도(Ra)가 가장 커진다.

(5) Cu-Sn 합금 피복층의 재료 표면 노출 면적율

본 발명에서는, Cu-Sn 합금 피복층의 재료 표면 노출 면적율을, 재료(상세하게는 Sn 피복층)의 단위 표면적당 노출되는 Cu-Sn 합금 피복층의 표면적에 100을 곱한 값으로서 산출한다. Cu-Sn 합금 피복층의 재료 표면 노출 면적율이 3% 미만에서는, Sn 피복층끼리의 응착량이 증가하여, 더욱 단자 삽발 시의 접촉 면적이 증가하기 때문에 마찰 계수를 낮게 하기 어려워지고, 미세 접동 마모 내성도 저하된다. 한편, 재료 표면 노출 면적율이 75%를 초과하는 경우에는, 시간 경과나 부식 등에 의한 재료 표면의 Cu의 산화물량 등이 많아져, 접촉 저항을 증가시키기 쉽고, 전기적 접속의 신뢰성을 유지하기 어려워진다. 따라서, Cu-Sn 합금 피복층의 재료 표면 노출 면적율을 3 내지 75%로 규정한다. 보다 바람직하게는 10 내지 50%이다.

(6) Cu-Sn 합금 피복층의 평균 재료 표면 노출 간격

본 발명에서는, Cu-Sn 합금 피복층의 평균 재료 표면 노출 간격을, 재료 표면, 즉 Sn 피복층의 표면에 그은 직선을 가로지르는 Cu-Sn 합금 피복층의 평균 폭(상기 직선에 따른 길이)과 Sn 피복층의 평균 폭을 더한 값으로 정의한다. Cu-Sn 합금 피복층의 평균 재료 표면 노출 간격이 0.01mm 미만에서는, 고온 산화 등의 열 확산에 의한 재료 표면의 Cu의 산화물량이 많아져, 접촉 저항을 증가시키기 쉽고, 전기적 접속의 신뢰성을 유지하기 어려워진다. 한편, 평균 재료 표면 노출 간격이 0.5mm를 초과하는 경우에는, 특히 소형 단자에 이용했을 때에 낮은 마찰 계수를 얻기 어려워지는 경우가 발생된다. 일반적으로 단자가 소형이 되면, 인덴트(indent)나 리브(rib) 등의 전기 접점부(삽발부)의 접촉 면적이 작아지기 때문에, 삽발 시에 Sn 피복층끼리만의 접촉 확률이 증가한다. 이에 의해 응착량이 증가하기 때문에, 낮은 마찰 계수를 얻기 어려워진다. 따라서, Cu-Sn 합금 피복층의 평균 재료 표면 노출 간격을 적어도 한 방향(특히, 압연 수직 방향)에 있어서 0.01 내지 0.5mm로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, Cu-Sn 합금 피복층의 평균 재료 표면 노출 간격을 모든 방향에서 0.01 내지 0.5mm로 한다. 이에 의해, 삽발 시의 Sn 피복층끼리만의 접촉 확률이 저하된다. 더욱 바람직하게는 모든 방향에서 0.05 내지 0.3mm이다.

(7) Sn 피복층의 표면에 노출되는 Cu-Sn 합금 피복층의 두께

본 발명과 같이 Cu-Sn 합금 피복층의 일부를 Sn 피복층의 표면에 노출시키는 경우, 제조 조건에 따라 Sn 피복층의 표면에 노출되는 Cu-Sn 합금 피복층의 두께가 상기 Cu-Sn 합금 피복층의 평균 두께와 비교하여 매우 얇아지는 경우가 생긴다. 또 본 발명에서는, Sn 피복층의 표면에 노출되는 Cu-Sn 합금 피복층의 두께를, 단면 관찰에 의해 측정한 값으로 정의한다(상기 Cu-Sn 합금 피복층의 평균 두께 측정 방법과는 다르다). Sn 피복층의 표면에 노출되는 Cu-Sn 합금 피복층의 두께가 0.2㎛ 미만인 경우, 특히 본 발명과 같이 Cu-Sn 합금 피복층을 재료 표면에 부분적으로 노출 형성시키는 경우에는, 고온 산화 등의 열 확산에 의한 재료 표면의 Cu의 산화물량이 많아지고, 또한 내식성도 저하되기 때문에, 접촉 저항을 증가시키기 쉽고, 전기적 접속의 신뢰성을 유지하기 어려워진다. 따라서, Sn 피복층의 표면에 노출되는 Cu-Sn 합금 피복층의 두께를 0.2㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.3㎛ 이상이다.

(8) Cu 피복층의 평균 두께

황동이나 단동(丹銅)과 같은 Zn 함유 Cu 합금을 모재로서 이용하는 경우 등에는, 모재와 Cu-Sn 합금 피복층의 사이에 Cu 피복층을 갖고 있어도 좋다. 이 Cu 피복층은 리플로우 처리 후에 Cu 도금층이 잔류한 것이다. Cu 피복층은, Zn이나 그 밖의 모재 구성 원소의 재료 표면에의 확산을 억제하는 데 도움이 되어, 납땜 붙임성 등이 개선되는 것이 널리 알려져 있다. Cu 피복층은 지나치게 두꺼워지면 성형 가공성 등이 뒤떨어지고, 경제성도 나빠지기 때문에, Cu 피복층의 두께는 3.0㎛ 이하가 바람직하다.

Cu 피복층에는, 모재에 포함되는 성분 원소 등이 소량 혼입되어 있어도 좋다. 또한, Cu 피복층이 Cu 합금으로 이루어지는 경우, Cu 합금의 Cu 이외의 구성 성분으로서는 Sn, Zn 등을 들 수 있다. Sn의 경우는 50질량% 미만, 다른 원소에 대해서는 5질량% 미만이 바람직하다.

(9) Ni 피복층의 평균 두께

모재와 Cu-Sn 합금 피복층의 사이(Cu 피복층이 없는 경우), 또는 모재와 Cu 피복층의 사이에, Ni 피복층이 형성되어 있어도 좋다. Ni 피복층은 Cu나 모재 구성 원소의 재료 표면에의 확산을 억제하여, 고온 장시간 사용 후에도 접촉 저항의 상승을 억제함과 함께, Cu-Sn 합금 피복층의 성장을 억제하여 Sn 피복층의 소모를 방지하고, 또한 아황산 가스 내식성이 향상되는 것이 알려져 있다. 또한, Ni 피복층 자신의 재료 표면에의 확산은 Cu-Sn 합금 피복층이나 Cu 피복층에 의해 억제된다. 이로부터, Ni 피복층을 형성한 접속 부품용 재료는, 내열성이 요구되는 접속 부품에 특히 적합하다. Ni 피복층은 지나치게 두꺼워지면 성형 가공성 등이 뒤떨어지고, 경제성도 나빠지기 때문에, Ni 피복층의 두께는 3.0㎛ 이하가 바람직하다.

Ni 피복층에는, 모재에 포함되는 성분 원소 등이 소량 혼입되어 있어도 좋다. 또한, Ni 피복층이 Ni 합금으로 이루어지는 경우, Ni 합금의 Ni 이외의 구성 성분으로서는, Cu, P, Co 등을 들 수 있다. Cu에 대해서는 40질량% 이하, P, Co에 대해서는 10질량% 이하가 바람직하다.

(10) Sn 피복층의 표면에 노출된 Cu-Sn 합금 피복층의 형태

Sn 피복층의 표면에 노출된 Cu-Sn 합금 피복층의 형태는, 구리 합금 모재의 표면을 조면화(粗面化)하는 수단으로서 버프 연마 등을 이용한 경우, 예컨대 일본 특허 제4024244호의 도 2에 나타낸 것과 같은 연마 방향(보통은 압연 방향)을 따라 길게 연장되는 선상 조직이 된다. 한편, 모재의 표면을 조면화하는 수단으로서 쇼트 블래스트(shot blast) 등에 의해 조면화된 워크롤을 이용한 경우, 일본 특허 제4024244호의 도 3에 나타낸 바와 같이, Cu-Sn 합금 피복층이 Sn 피복층의 사이에 불규칙적으로 분포된 상태의 랜덤 조직이 되거나, 또는 일본 특허 제4771970호의 도 9에 나타낸 것과 같이, 상기 랜덤 조직과 압연 방향을 따라 신장되는 선상 조직으로 이루어지는 혼합 조직이 된다. Sn 피복층의 표면에 노출된 Cu-Sn 합금 피복층의 형태가, 상기 랜덤 조직 또는 혼합 조직으로 이루어지는 경우는, 길게 신장된 선상 조직만으로 이루어지는 경우보다, 압연 수직 방향 및 압연 평행 방향 모두, 마찰 계수가 약간 작다는 것을 알 수 있다.

한편, 지금까지, 상기 랜덤 조직과 혼합 조직의 사이에서, 마찰 계수의 차이는 발견되고 있지 않지만, 본 발명자는, 상기 혼합 조직에서, 선상 조직이 일정이상의 밀도(1mm²당 개수)로 형성되었을 때, 마찰 계수가 한층 더 저감되는 것을 발견했다.

본 발명에 따른 접속 부품용 도전 재료에서는, Sn 피복층의 표면에 노출된 Cu-Sn 합금 피복층이, 랜덤 조직과 선상 조직으로 이루어지고, 압연 방향에 대하여 평행 방향으로 연장되는 길이 50㎛ 이상, 폭 10㎛ 이하의 선상 조직이 1mm²당 35개 이상 포함된다. 길이 50㎛ 이상, 폭 10㎛ 이하의 선상 조직의 밀도(1mm²당 개수)는, 본 발명에 따른 접속 부품용 도전 재료에서, Sn 피복층의 표면에 노출된 Cu-Sn 합금 피복층의 형태를 특징짓는 조직이다. 이 선상 조직의 밀도가 35개 이상보다 적으면, 일본 특허 제4024244호의 접속 부품용 도전 재료에 비하여, 압연 방향에 수직 방향 및 평행 방향의 마찰 계수의 저감 효과가 작다.

다음으로, 본 발명에 따른 접속 부품용 도전 재료의 제조 방법에 대하여 설명한다.

(1) 본 발명에 따른 접속 부품용 도전 재료는, 기본적으로 일본 특허 제4024244호에 기재된 제조 방법으로 제조할 수 있다. 즉, 우선, 구리 합금판조로 이루어지는 모재의 표면을 조면화하여, 적어도 한 방향에서의 산술 평균 조도(Ra)가 0.3㎛ 이상이고, 모든 방향에서의 산술 평균 조도(Ra)가 4.0㎛ 이하인 표면 조도로 한다. 상기 모재의 표면은, 적어도 한 방향에서의 요철의 평균 간격(Sm)이 0.01 내지 0.5mm의 표면 조도인 것이 바람직하다. 모재 표면의 조면화에 있어서는, 쇼트 블래스트 등에 의해 조면화된 워크롤로 모재를 압연한 후, 추가로 모재를 압연 평행 방향으로 기계 연마(버프 연마나 브러쉬 연마 등)하거나, 역으로, 모재를 압연 평행 방향으로 기계 연마한 후, 쇼트 블래스트 등에 의해 조면화된 상기 워크롤로 압연한다. 또는, 조면화된 워크롤에 의한 압연만으로, 모재 표면을 조면화할 수 있다. 이 경우, 약간 거친 버프 또는 브러쉬 등을 이용하여 압연롤을 원주 방향으로 연마 후(압연롤의 원주 방향으로 연마 눈금이 형성된다), 추가로 쇼트 블래스트에 의한 조면화를 행한 워크롤, 또는 압연롤을 쇼트 블래스트에 의해 조면화 후, 추가로 브러쉬 또는 버프를 이용하여 원주 방향으로 연마한 워크롤을 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 이러한 조면화 방법에 의하면, 모재 표면의 산술 평균 조도(Ra)는 압연 수직 방향에서 가장 커진다.

또한, 워크롤에 의한 압연으로 모재 표면을 조면화하는 경우, 동일 롤로 복수회의 압연(패스)을 행하면, 롤의 요철의 형태에 의존해서, 최초의 압연에서 모재에 전사된 요철이 2회째 이후의 압연에서 모재에 전사된 요철이 완충되어 적정한 요철이 얻어지지 않게 되는 경우가 있기 때문에, 1회의 압연으로 모재에 요철을 전사하는 것이 바람직하다. 따라서, 압연 가공율이 크고, 복수회의 압연 패스가 필요해지는 경우는, 그 최종 패스를 조면화된 워크롤로 행하는 것이 바람직하다. 또한, 롤의 요철을 모재에 전사하기 위해서는, 요철을 형성하는 압연 패스의 압하율이 큰 쪽이 바람직하고, 그 압하율은 10% 이상, 또한 15% 이상, 또한 20% 이상이 바람직하다.

(2) 계속해서, 조면화된 모재의 표면에 Sn 도금층을 형성하거나, 또는 Cu 도금층과 Sn 도금층을 이 순으로 형성한 후, 리플로우 처리를 행하여, Cu-Sn 합금 피복층과, Sn 피복층을 이 순으로 형성한다.

모재 표면에 Sn 도금층만을 형성하는 경우, Cu-Sn 합금 피복층은 Cu 합금 모재와 Sn 도금층으로 형성되고, 모재 표면에 Cu 도금층과 Sn 도금층을 형성하는 경우, Cu-Sn 합금 피복층은 Cu 도금층과 Sn 도금층으로 형성된다. Cu 도금층을 형성하는 경우, 모재와 Cu 도금층의 사이에 Ni 도금층을 형성할 수도 있다. 리플로우 처리 후에도 잔류한 Cu 도금층이 Cu 피복층으로 된다.

(3) 조면화된 모재 표면의 산술 평균 조도(Ra)가, 모재 표면의 모든 방향에서 0.3㎛ 미만인 경우, 본 발명의 접속 부품용 도전 재료의 제조가 매우 곤란해진다. 구체적으로 말하면, 리플로우 처리 후의 재료 표면의 적어도 한 방향에서의 산술 평균 조도(Ra)를 0.15㎛ 이상으로 하고, 또한 Cu-Sn 합금 피복층의 재료 표면 노출 면적율을 3 내지 75%로 하면서, 동시에 Sn 피복층의 평균 두께를 0.2 내지 5.0㎛로 하는 것이 매우 곤란해진다. 한편, 어느 방향에서 산술 평균 조도(Ra)가 4.0㎛를 초과하는 경우, 용융 Sn 또는 Sn 합금의 유동 작용에 의한 Sn 피복층 표면의 평활화가 곤란해진다. 따라서, 모재의 표면 조도는, 적어도 한 방향의 산술 평균 조도(Ra)가 0.3㎛ 이상, 또한 모든 방향의 산술 평균 조도(Ra)가 4.0㎛ 이하로 한다. 이 표면 조도로 한 것에 의해, 용융 Sn 또는 Sn 합금의 유동 작용(Sn 피복층의 평활화)에 수반되어, 리플로우 처리로 성장된 Cu-Sn 합금 피복층의 일부가 재료 표면에 노출된다.

모재의 표면 조도에 관해서는, 보다 바람직하게는 적어도 한 방향의 산술 평균 조도(Ra)가 0.4㎛ 이상, 또한 모든 방향의 산술 평균 조도(Ra)가 3.0㎛ 이하이다.

(4) 상기 제조 방법은, 구리 합금판조로 이루어지는 모재의 표면을 조화(粗化) 처리한 뒤에, 상기 모재 표면에 직접적으로, 또는 Ni 도금층이나 Cu 도금층을 개재해서 Sn 도금층을 실시하고, 계속해서 리플로우 처리하는 방법이며, 리플로우 처리 후의 재료 표면은, 적어도 한 방향(특히, 압연 수직 방향)에서의 평균 재료 표면 노출 간격이 0.01 내지 0.5mm인 것이 바람직하다. Cu 합금 모재 또는 Cu 도금층과 용융된 Sn 도금층의 사이에 형성되는 Cu-Sn 합금 피복층은, 보통, 모재의 표면 형태를 반영하여 성장하기 때문에, 상기 재료 표면의 Cu-Sn 합금 피복층의 노출 간격은, 모재 표면의 요철의 평균 간격(Sm)을 대략 반영한다. 따라서, 상기 한 방향에서 산출된 요철의 평균 간격(Sm)이 0.01 내지 0.5mm인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 0.05 내지 0.3mm이다. 이것에 의해, 재료 표면에 노출되는 Cu-Sn 합금 피복층의 노출 형태를 제어하는 것이 가능해진다.

(5) 리플로우 처리를 행하는 경우의 리플로우 조건은, Sn 도금층의 용융 온도 내지 600℃×3 내지 30초간으로 한다. Sn 금속의 경우, 가열 온도가 230℃ 미만에서는 용융되지 않고, 지나치게 낮지 않은 Cu 함유량의 Cu-Sn 합금 피복층을 얻기 위해서는, 바람직하게는 240℃ 이상이며, 600℃를 초과하면 모재가 연화되어, 변형이 발생함과 함께, 지나치게 높은 Cu 함유량의 Cu-Sn 합금 피복층이 형성되어, 접촉 저항을 낮게 유지할 수 없다. 가열 시간이 3초 미만에서는 열전달이 불균일하게 되어, 충분한 두께의 Cu-Sn 합금 피복층을 형성할 수 없고, 30초를 초과하는 경우에는, 재료 표면의 산화가 진행되기 때문에, 접촉 저항이 증가하여, 미세 접동 마모 내성도 뒤떨어진다.

이 리플로우 처리를 행하는 것에 의해, Cu-Sn 합금 피복층이 형성되어, 용융 Sn 또는 Sn 합금이 유동하여 Sn 피복층이 평활화되고, 0.2㎛ 이상의 두께를 갖는 Cu-Sn 합금 피복층이 재료 표면에 노출된다. 또한, 도금 입자가 커져, 도금 응력이 저하되어, 위스커가 발생하지 않게 된다. 결국, Cu-Sn 합금층을 균일하게 성장시키기 위해서는, 열처리는 Sn 또는 Sn 합금이 용융하는 온도에서, 300℃ 이하의 가능한 한 적은 열량으로 행하는 것이 바람직하다.

실시예

Zn: 30질량%, 잔부 Cu로 이루어지는 두께 45mm의 구리 합금(황동)의 주괴를 850℃×3시간 균열(均熱) 후, 열간 압연하여 15mm의 판 두께로 하고, 600℃ 이상에서 담금질하고, 이어서 냉간 조(粗)압연, 재결정 소둔 및 마무리 냉간 압연을 행하고, 마무리 냉간 압연에서 표면 조화 처리를 행하거나 또는 행하지 않고, 판 두께 0.25mm에서, 각각의 표면 조도를 갖는 Cu 합금 모재로 마무리했다. 추가로 저온 소둔 후, 각각의 두께의 Ni 도금, Cu 도금 및 Sn 도금을 실시한 후, 280℃에서 10초간의 리플로우 처리를 행하여, 표 1에 나타내는 시험재 No, 1 내지 8을 수득했다. 표면 조화 처리로서, 시험재 No.1, 5, 6은 브러쉬 연마와 쇼트 블래스트로 조면화한 워크롤을 이용하여 압하했다. 시험재 No.2 내지 4는, 쇼트 블래스트에 의해 조면화된 워크롤을 이용하여 압하하고, 이어서 압연 방향을 따라 버프 연마했다. 시험재 No.7, 8은 표면 조화 처리를 행하지 않았다.

시험재 No.1 내지 8의 Cu 합금 모재의 표면 조도, Ni 도금, Cu 도금 및 Sn 도금 평균 두께는 하기 요령으로 측정했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

[Cu 합금 모재의 표면 조도 측정]

접촉식 표면 조도계(주식회사도쿄정밀: 서프컴1400)를 이용하여, JIS B0601-1994에 기초하여 측정했다. 표면 조도 측정 조건은, 컷오프 값을 0.8mm, 기준 길이를 0.8mm, 평가 길이를 4,0mm, 측정 속도를 0.3mm/s, 및 촉침(觸針) 선단 반경을 5㎛R로 했다.

[Ni 도금의 평균 두께 측정]

형광 X선 막후계(膜厚計)(세이코인스쯔루멘쯔주식회사: SFT3200)를 이용하여, 리플로우 처리 전의 시험재의 Ni 도금의 평균 두께를 산출했다. 측정 조건은, 검량선에 Sn/Ni/모재의 2층 검량선을 이용하고, 콜리메이터(collimator) 직경을 φ0.5mm로 했다. Ni 도금층의 평균 두께는 리플로우 처리의 전후에서 거의 변화하지 않는다.

[Cu 도금의 평균 두께 측정]

마이크로톰법으로 가공한 리플로우 처리 전의 시험재의 단면 SEM(주사형 전자 현미경)을 10,000배의 배율로 관찰하고, 화상 해석 처리에 의해 Cu 도금의 평균 두께를 산출했다.

[Sn 도금의 평균 두께 측정]

형광 X선 막후계(세이코인스쯔루멘쯔주식회사: SFT3200)를 이용하여, 리플로우 처리 전의 시험재의 Sn 도금의 평균 두께를 산출했다. 측정 조건은, 검량선에 Sn/모재의 단층 검량선 또는 Sn/Ni/모재의 2층 검량선을 이용하고, 콜리메이터 직경을 φ0.5mm로 했다.

계속해서, 수득된 시험재 No.1 내지 8의 표면 피복층 구성 및 재료 표면 조도를 표 1에 함께 나타낸다. 한편, Cu-Sn 합금 피복층의 Cu 함유량, Cu-Sn 합금 피복층의 평균 두께, Sn 피복층의 평균 두께, Cu-Sn 합금 피복층의 재료 표면 노출 면적율, Cu-Sn 합금 피복층의 평균 재료 표면 노출 간격, 재료 표면에 노출된 Cu-Sn 합금 피복층의 선상 조직의 밀도, 재료 표면에 노출되는 Cu-Sn 합금 피복층의 두께, 및 재료 표면 조도에 대하여는, 하기 요령으로 측정했다.

[Cu-Sn 합금 피복층의 Cu 함유량 측정]

우선, 시험재를 p-나이트로페놀 및 가성 소다를 성분으로 하는 수용액에 10분간 침지하여, Sn 피복층을 제거했다. 그 후, EDX(에너지 분산형 X선 분광 분석기)를 이용하여, Cu-Sn 합금 피복층의 Cu 함유량을 정량 분석에 의해 구했다.

[Cu-Sn 합금 피복층의 평균 두께 측정]

우선, 시험재를 p-나이트로페놀 및 가성 소다를 성분으로 하는 수용액에 10분간 침지하여, Sn 피복층을 제거했다. 그 후, 형광 X선 막후계(세이코인스쯔루멘쯔주식회사: SFT3200)를 이용하여, Cu-Sn 합금 피복층에 함유되는 Sn 성분의 막 두께를 측정했다. 측정 조건은, 검량선에 Sn/모재의 단층 검량선 또는 Sn/Ni/모재의 2층 검량선을 이용하고, 콜리메이터 직경을 φ0.5mm로 했다. 수득된 값을 Cu-Sn 합금 피복층의 평균 두께로 정의하여 산출했다.

[Sn 피복층의 평균 두께 측정]

우선, 형광 X선 막후계(세이코인스쯔루멘쯔주식회사: SFT3200)를 이용하여, 시험재의 Sn 피복층의 막 두께와 Cu-Sn 합금 피복층에 함유되는 Sn 성분의 막 두께의 합을 측정했다. 그 후, p-나이트로페놀 및 가성 소다를 성분으로 하는 수용액에 10분간 침지하여, Sn 피복층을 제거했다. 재차, 형광 X선 막후계를 이용하여, Cu-Sn 합금 피복층에 함유되는 Sn 성분의 막 두께를 측정했다. 측정 조건은, 검량선에 Sn/모재의 단층 검량선 또는 Sn/Ni/모재의 2층 검량선을 이용하여, 콜리메이터 직경을 φ0.5mm로 했다. 수득된 Sn 피복층의 막 두께와 Cu-Sn 합금 피복층에 함유되는 Sn 성분의 막 두께의 합으로부터, Cu-Sn 합금 피복층에 함유되는 Sn 성분의 막 두께를 빼는 것에 의해, Sn 피복층의 평균 두께를 산출했다.

[Cu-Sn 합금 피복층의 재료 표면 노출 면적율 측정]

시험재의 표면을, EDX(에너지 분산형 X선 분광 분석기)를 탑재한 SEM(주사형 전자 현미경)을 이용하여 200배의 배율로 관찰하여, 수득된 조성상의 농담(오염이나 상처 등의 콘트라스트는 제외한다)으로부터 화상 해석에 의해 Cu-Sn 합금 피복층의 재료 표면 노출 면적율을 측정했다. 도 1에 No.3의 시험재의 SEM 조성상을 나타낸다.

[Cu-Sn 합금 피복층의 평균 재료 표면 노출 간격 측정]

시험재의 표면을, EDX(에너지 분산형 X선 분광 분석기)를 탑재한 SEM(주사형 전자 현미경)을 이용하여 200배의 배율로 관찰하여, 수득된 조성상으로부터, 재료 표면에 압연 방향으로 수직 방향으로 그은 직선을 가로지르는 Cu-Sn 합금 피복층의 평균 폭(상기 직선을 따른 길이)과 Sn 피복층의 평균 폭을 더한 값의 평균을 구하는 것에 의해, Cu-Sn 합금 피복층의 평균 재료 표면 노출 간격을 측정했다.

[재료 표면에 노출된 Cu-Sn 합금 피복층의 선상 조직의 밀도 측정]

시험재의 표면을, EDX(에너지 분산형 X선 분광 분석기)를 탑재한 SEM(주사형 전자 현미경)을 이용하여 200배의 배율로 관찰하고, 수득된 조성상 1mm² 중에 보이는 Cu-Sn 합금 피복층 중, 압연 평행 방향의 길이가 50㎛ 이상, 폭이 10㎛ 이하인 선상 조직의 개수를 카운트했다. 시험재 No.3의 표면의 SEM 조성상을 도 1에 나타낸다. 희게 보이는 부분이 최표면의 Sn 피복층, 검게 보이는 부분이 재료 표면에 노출된 Cu-Sn 합금 피복층이다. Cu-Sn 합금 피복층은, 흰 Sn 피복층의 사이에 불연속적으로 분산된 상태의 랜덤 조직과, 압연 방향을 따라 연장되는 선상 조직으로 이루어진다.

[재료 표면에 노출되는 Cu-Sn 합금 피복층의 두께 측정]

마이크로톰법으로 가공한 시험재의 단면을 SEM(주사형 전자 현미경)을 이용하여 10,000배의 배율로 관찰하여, 화상 해석 처리에 의해 재료 표면에 노출되는 Cu-Sn 합금 피복층의 두께를 산출했다.

[재료 표면 조도 측정]

접촉식 표면 조도계(주식회사도쿄정밀: 서프컴1400)를 이용하여, JlS B0601-1994에 기초하여 측정했다. 표면 조도 측정 조건은, 컷오프 값을 0.8mm, 기준 길이를 0.8mm, 평가 길이를 4.0mm, 측정 속도를 0.3mm/s, 및 촉침 선단 반경을 5㎛R로 했다. 한편, 표면 조도 측정 방향은, 압연 방향에 수직 방향(표면 조도가 가장 크게 나가는 방향)으로 했다.

또한, 수득된 시험재에 대하여, 마찰 계수 평가 시험, 고온 방치 후의 접촉 저항 평가 시험, 및 미세 접동 시의 접촉 저항 평가 시험을, 하기의 요령으로 행했다. 그 결과를, 표 2에 나타낸다.

[마찰 계수 평가 시험]

감합형 접속 부품에서의 전기 접점의 인덴트부의 형상을 모의하여, 도 2에 나타내는 것과 같은 장치를 이용하여 평가했다. 우선, 각 시험재(No.1 내지 8)로부터 잘라낸 판재의 수컷형 시험편(1)을 수평인 대(2)에 고정하고, 그 위에 시험재 No.8로부터 잘라낸 반구(半球) 가공재(내경을 φ1.5mm으로 했다)의 암컷형 시험편(3)을 두어 피복층끼리를 접촉시켰다. 계속해서, 암컷형 시험편(3)에 3.0N의 하중(추(4))을 걸어 수컷형 시험편(1)을 누르고, 횡형 하중 측정기(아이코엔지니어링주식회사: Model-2152)를 이용하여, 수컷형 시험편(1)을 수평 방향으로 인장하고(접동 속도를 80mm/min으로 했다), 접동 거리 5mm까지의 최대 마찰력(F)(단위: N)을 측정했다. 수컷형 시험편(1)의 접동 방향은 압연 방향에 수직 방향 및 평행 방향으로 했다. 마찰 계수를 하기 수학식 1에 의해 구했다. 한편, 5는 로드 셀, 화살표는 접동 방향이다.

마찰 계수=F/3.0

[고온 방치 후의 접촉 저항 평가 시험]

각 시험재에 대하여, 대기 중에서 160℃×120hr의 열 처리를 행한 후, 접촉 저항을 4단자법에 의해, 개방 전압 20mV, 전류 10mA, 무접동의 조건에서 측정했다.

[미세 접동 시의 접촉 저항 평가 시험]

감합형 접속 부품에서의 전기 접점의 인덴트부의 형상을 모의하여, 도 3에 나타내는 것과 같은 접동 시험기(주식회사야마자키정기연구소: CRS-B1050CHO)를 이용하여 평가했다. 우선, 시험재 No.8로부터 잘라낸 판재의 수컷형 시험편(6)을 수평인 대(7)에 고정하고, 그 위에 각 시험재(No.1 내지 8)로부터 잘라낸 반구 가공재(내경을 φ1.5mm로 했다)의 암컷형 시험편(8)을 두어 피복층끼리를 접촉시켰다. 계속해서, 암컷형 시험편(8)에 2.0N의 하중(추(9))을 걸어 수컷형 시험편(6)을 누르고, 수컷형 시험편(6)과 암컷형 시험편(8)의 사이에 정전류를 인가하고, 스텝핑 모터(stepping motor)(10)를 이용하여 수컷형 시험편(6)을 수평 방향으로 접동시키고(접동 거리를 50㎛, 접동 주파수를 1Hz로 했다), 접동 회수 1000회까지의 최대 접촉 저항을 4단자법에 의해, 개방 전압 20mV, 전류 10mA의 조건에서 측정했다. 한편, 수컷형 시험편(6)의 접동 방향은 압연 방향에 수직 방향으로 했다. 화살표는 접동 방향이다.

표 2에 나타낸 바와 같이, No.1 내지 4는, 표면 피복층 구성에 관하여 본 발명에 규정하는 요건을 모두 만족시키고, 마찰 계수가 낮게, 특히 압연 방향에 수직 방향의 마찰 계수가 낮게 되어 있다. 또한, 고온 장시간 방치 후의 접촉 저항 및 미세 접동 시의 접촉 저항에 대해서도, 우수한 특성을 나타낸다.

한편, No.5, 6은 특허문헌 2, 3에 기재된 접속 부품용 도전 재료에 상당하여, 표면 피복층 구성에 관하여 본 발명으로 규정하는 요건 중, 재료 표면에 노출된 Cu-Sn 합금 피복층의 선상 조직의 밀도의 규정만을 만족시키지 않고, 그 때문에, No.1 내지 4에 비하면 마찰 계수가 높고, 미세 접동 시의 접촉 저항도 높다. 한편, No.5, 6은 브러쉬 연마와 쇼트 블래스트에 의해 조면화된 워크롤로 압연하여 표면 조화 처리를 행하고 있지만, 압하율이 작아, 브러쉬 연마에 의한 연마 자국도 얕기 때문에, 재료 표면에 노출된 Cu-Sn 합금 피복층의 선상 조직의 밀도가 낮고, 마찰 계수 및 미세 접동 시의 접촉 저항의 개선이 충분하지 않았다. 또한, No.7, 8은, 표면 조화 처리를 행하지 않는 보통 모재를 이용한 것이며, 일본 특허 제4090302호 공보에 기재된 접속 부품용 도전 재료에 상당하고, Cu-Sn 합금 피복층이 재료 표면에 노출되지 않고 있기 때문에, No.5, 6에 비하여도, 마찰 계수가 높고, 미세 접동 시의 접촉 저항도 높다.

1: 수컷형 시험편
2: 대
3: 암컷형 시험편
4: 추
5: 로드 셀
6: 수컷형 시험편
7: 대
8: 암컷형 시험편
9: 추
10: 스텝핑 모터

Claims

구리 합금판조로 이루어지는 모재와, 상기 모재 상에 형성된 Cu 함유량이 20 내지 70at%이고 평균 두께가 0.2 내지 3.0㎛인 Cu-Sn 합금 피복층과, 상기 Cu-Sn 합금 피복층 상에 형성된 평균 두께가 0.2 내지 5.0㎛인 Sn 피복층을 구비하는 접속 부품용 금속 재료이고,
상기 접속 부품용 금속 재료의 표면(이하, 「재료 표면」이라 함)은 리플로우 처리되어 있고, 적어도 한 방향에서의 산술 평균 조도(Ra)가 0.15㎛ 이상이고, 모든 방향에서의 산술 평균 조도(Ra)가 3.0㎛ 이하이며,
상기 Sn 피복층의 표면에 상기 Cu-Sn 합금 피복층의 일부가 노출되어 형성되고, 상기 Cu-Sn 합금 피복층의 재료 표면 노출 면적율이 3 내지 75%이며, 적어도 한 방향에서의 평균 재료 표면 노출 간격이 0.01 내지 0.5mm인 접속 부품용 도전 재료에 있어서,
상기 Sn 피복층의 표면에 노출된 Cu-Sn 합금 피복층이, Sn 피복층의 사이에 불규칙적으로 분포되는 랜덤 조직과 모재의 압연 방향에 평행하게 연장되는 선상(線狀) 조직으로 이루어지고,
상기 선상 조직으로서 길이 50㎛ 이상, 폭 10㎛ 이하의 것이 1mm²당 35개 이상 포함되는 것을 특징으로 하는 접속 부품용 도전 재료.
제 1 항에 있어서,
압연 방향에 수직 방향의 마찰 계수가 평행 방향의 마찰 계수보다 작은 것을 특징으로 하는 접속 부품용 도전 재료.
제 2 항에 있어서,
상기 Sn 피복층의 표면에 노출되는 상기 Cu-Sn 합금 피복층의 두께가 0.2㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 접속 부품용 도전 재료.
제 1 항에 있어서,
상기 모재의 표면과 상기 Cu-Sn 합금 피복층의 사이에 추가로 Cu 피복층을 구비하는 것을 특징으로 하는 접속 부품용 도전 재료.
제 1 항에 있어서,
상기 모재의 표면과 상기 Cu-Sn 합금 피복층의 사이에 추가로 Ni 피복층을 구비하는 것을 특징으로 하는 접속 부품용 도전 재료.
제 5 항에 있어서,
상기 Ni 피복층과 Cu-Sn 합금 피복층의 사이에 추가로 Cu 피복층을 구비하는 것을 특징으로 하는 접속 부품용 도전 재료.
제 1 항에 있어서,
상기 모재의 표면은, 적어도 한 방향에서의 산술 평균 조도(Ra)가 0.3㎛ 이상이고, 모든 방향에서의 산술 평균 조도(Ra)가 4.0㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 접속 부품용 도전 재료.
제 7 항에 있어서,
상기 모재의 표면은, 적어도 한 방향에서의 요철의 평균 간격(Sm)이 0.01 내지 0.5mm인 것을 특징으로 하는 접속 부품용 도전 재료.