KR101678289B1

KR101678289B1 - 부품용 금속 재료, 그것을 사용한 커넥터 단자, 커넥터 및 전자 부품

Info

Publication number: KR101678289B1
Application number: KR1020147029427A
Authority: KR
Inventors: 요시타카 시부야; 가즈히코 후카마치; 아츠시 고다마
Original assignee: 제이엑스금속주식회사
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2016-11-21
Also published as: EP2829637A1; JP2013224479A; WO2013140850A1; CN104246015B; US20150047879A1; TW201338967A; PT2829637T; TWI432316B; CA2879453A1; US9330804B2; CA2879453C; CN104246015A; ES2652260T3; EP2829637A4; EP2829637B1; JP5138827B1; KR20140139021A

Abstract

저삽발성, 저위스커성 및 고내구성을 갖는 전자 부품용 금속 재료, 그것을 사용한 커넥터 단자, 커넥터 및 전자 부품을 제공한다. 전자 부품용 금속 재료는, 기재와, 기재 상에 Ni, Cr, Mn, Fe, Co 및 Cu 로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상으로 구성된 하층을 구비하고, 하층 상에 Sn 및 In (A 구성 원소) 의 일방 혹은 양방 그리고 Ag, Au, Pt, Pd, Ru, Rh, Os 및 Ir (B 구성 원소) 의 1 종 혹은 2 종류 이상으로 이루어지는 합금으로 구성된 상층을 구비하고, 하층의 두께가 0.05 ㎛ 이상이고, 상층의 두께가 0.005 ㎛ 이상 0.6 ㎛ 이하이고, 상층에 있어서, A 구성 원소/(A 구성 원소 ＋ B 구성 원소) [mass％] (이하, Sn ＋ In 비율이라고 한다) 와 도금 두께 [㎛] 의 관계가, 도금 두께 ≤ 8.2 × (Sn ＋ In 비율)^-0.66 [여기서, (Sn ＋ In 비율) ≥ 10 mass％ 이다] 이다.

Description

부품용 금속 재료, 그것을 사용한 커넥터 단자, 커넥터 및 전자 부품{METALLIC MATERIAL FOR ELECTRONIC COMPONENT, CONNECTOR TERMINAL OBTAINED USING SAME, CONNECTOR, AND ELECTRONIC COMPONENT}

본 발명은, 전자 부품용 금속 재료, 그것을 사용한 커넥터 단자, 커넥터 및 전자 부품에 관한 것이다.

민생용 및 차재용 전자 기기용 접속 부품인 커넥터에는, 황동이나 인청동의 표면에 Ni 나 Cu 의 하지 도금을 실시하고, 또한 그 위에 Sn 또는 Sn 합금 도금을 실시한 재료가 사용되고 있다. Sn 또는 Sn 합금 도금은, 일반적으로 저접촉 저항 및 고땜납 젖음성이라는 특성이 요구되고, 또한 최근 도금재를 프레스 가공으로 성형한 숫단자 및 암단자 감합시의 삽입력의 저감화도 요구되고 있다. 또한, 제조 공정에서 도금 표면에, 단락 등의 문제를 일으키는 침상 결정인 위스커가 발생하는 경우가 있어, 이 위스커를 양호하게 억제할 필요도 있다.

이에 대하여, 특허문헌 1 에는, 접점 기재와, 상기 접점 기재의 표면에 형성된 Ni 혹은 Co 또는 양자의 합금으로 이루어지는 하지층과, 상기 하지층의 표면에 형성된 Ag-Sn 합금층을 구비하고, 상기 Ag-Sn 합금층에 있어서의 Sn 의 평균 농도는 10 질량％ 미만이고, 또한 상기 Ag-Sn 합금층에 있어서의 Sn 의 농도는 상기 하지층과의 계면으로부터 상기 Ag-Sn 합금층의 표층부에 걸쳐 증대하는 농도 구배로 변화하고 있는 것을 특징으로 하는 전기 접점 재료가 개시되어 있다. 그리고 이것에 의하면, 내마모성, 내식성, 가공성이 우수한 전기 접점 재료와 그것을 매우 저가로 제조할 수 있다고 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 2 에는, 적어도 표면이 Cu 또는 Cu 합금으로 이루어지는 기체의 상기 표면에, Ni 또는 Ni 합금층으로 이루어지는 중간층을 개재하여, 어느 것도 Ag₃Sn (ε 상) 화합물을 함유하는 두께 0.5 ∼ 20 ㎛ 의 Sn 층 또는 Sn 합금층으로 이루어지는 표면층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기·전자 부품용 재료가 개시되어 있다. 그리고 이것에 의하면, 표면층은 Sn 보다 저융점이고, 납땜성이 우수하고, 또한 위스커의 발생도 없고, 납땜 후에 형성된 접합부의 접합 강도가 높은 동시에, 그 접합 강도의 고온하에 있어서의 시간 경과적인 저하도 잘 일어나지 않기 때문에 리드 재료로서 바람직하고, 또한 고온 환경하에서 사용했을 때에도 접촉 저항의 상승이 억제되고, 상대재와의 사이에서 접속 신뢰성의 저하를 초래하지도 않기 때문에 컨택트 재료로서도 바람직한 전기·전자 부품용 재료와 그 제조 방법, 및 그 재료를 사용한 전기·전자 부품의 제공을 목적으로 하는 것이 기재되어 있다.

일본 공개특허공보 평4-370613호 일본 공개특허공보 평11-350189호

그러나, 특허문헌 1 에 기재된 기술에서는, 최근 요구되고 있는 삽입력의 저감화나 위스커 발생의 유무와의 관계가 명확해져 있지 않다. 또한 Ag-Sn 합금층에 있어서의 Sn 의 평균 농도는 10 질량％ 미만이고, Ag-Sn 합금층 중의 Ag 의 비율이 상당히 많기 때문에, 염소 가스, 아황산 가스, 황화수소 등의 가스에 대한 내가스 부식성이 충분하지 않았다.

또한, 특허문헌 2 에 기재된 기술에서는, Ag₃Sn (ε 상) 화합물을 함유하는 두께 0.5 ∼ 20 ㎛ 의 Sn 층 또는 Sn 합금층으로 이루어지는 표면층이고, 특허문헌 1 과 마찬가지로, 이 두께로는 충분히 삽입력을 낮출 수는 없었다. 또한 Sn 층 또는 Sn 합금층으로 이루어지는 표면층의 Ag₃Sn (ε 상) 의 함유량이, Ag 환산으로 하여 0.5 ∼ 5 질량％ 인 것도 기재되어 있으며, Sn 층 또는 Sn 합금층으로 이루어지는 표면층에 있어서의 Sn 의 비율이 많고, Sn 층 또는 Sn 합금층으로 이루어지는 표면층의 두께도 두껍기 때문에 위스커가 발생하게 된다는 문제가 남아 있다.

이와 같이, 종래의 Sn-Ag 합금/Ni 하지 도금 구조를 갖는 전자 부품용 금속 재료에는 삽발성이나 위스커에 문제가 있고, 내구성 (내열성, 내가스 부식성, 고땜납 젖음성, 내미세 슬라이딩 마모성 등) 에 대해서도 충분히 만족할 수 있는 사양으로 하는 것은 곤란하며, 명확하지 않다.

본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 저삽발성 (저삽발성이란, 숫단자와 암단자를 감합시켰을 때에 발생하는 삽입력이 낮은 것을 말한다), 저위스커성 및 고내구성을 갖는 전자 부품용 금속 재료, 그것을 사용한 커넥터 단자, 커넥터 및 전자 부품을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자들은, 예의 검토한 결과, 기재 상에 하층과 상층을 순서대로 형성하고, 하층 및 상층에 소정의 금속을 이용하고, 또한, 소정의 두께 또는 부착량 및 조성을 형성함으로써, 저삽발성, 저위스커성 및 고내구성을 모두 구비한 전자 부품용 금속 재료를 제작할 수 있는 것을 알아냈다.

이상의 지견을 기초로 하여 완성한 본 발명은 1 측면에 있어서, 기재와, 상기 기재 상에 Ni, Cr, Mn, Fe, Co 및 Cu 로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상으로 구성된 하층을 구비하고, 상기 하층 상에 Sn 및 In (A 구성 원소) 의 일방 혹은 양방 그리고 Ag, Au, Pt, Pd, Ru, Rh, Os 및 Ir (B 구성 원소) 의 1 종 혹은 2 종류 이상으로 이루어지는 합금으로 구성된 상층을 구비하고, 상기 하층의 두께가 0.05 ㎛ 이상이고, 상기 상층의 두께가 0.005 ㎛ 이상 0.6 ㎛ 이하이고, 상기 상층에 있어서, A 구성 원소/(A 구성 원소 ＋ B 구성 원소) [mass％] (이하, Sn ＋ In 비율이라고 한다) 와 도금 두께 [㎛] 의 관계가,

도금 두께 ≤ 8.2 × (Sn ＋ In 비율)^-0.66 [여기서, (Sn ＋ In 비율) ≥ 10 mass％ 이다]

인 저위스커성, 저삽발성, 내미세 슬라이딩 마모성 및 내가스 부식성이 우수한 전자 부품용 금속 재료이다.

또한, 본 발명에 있어서, Sn ＋ In 비율 [mass％] 은, 0 과 100 mass％ 를 제외한다.

본 발명의 전자 부품용 금속 재료는 다른 1 측면에 있어서, 기재와, 상기 기재 상에 Ni, Cr, Mn, Fe, Co 및 Cu 로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상으로 구성된 하층을 구비하고, 상기 하층 상에 Sn 및 In (A 구성 원소) 의 일방 혹은 양방 그리고 Ag, Au, Pt, Pd, Ru, Rh, Os 및 Ir (B 구성 원소) 의 1 종 혹은 2 종류 이상으로 이루어지는 합금으로 구성된 상층을 구비하고, 상기 하층의 도금 부착량이 0.03 ㎎/㎠ 이상이고, 상기 상층의 도금 부착량이 7 ㎍/㎠ 이상 600 ㎍/㎠ 이하이고, 상기 상층에 있어서, A 구성 원소/(A 구성 원소 ＋ B 구성 원소) [mass％] (이하, Sn ＋ In 비율이라고 한다) 와 도금 부착량 [㎍/㎠] 의 관계가,

도금 부착량 ≤ 8200 × (Sn ＋ In 비율)^-0.66 [여기서, (Sn ＋ In 비율) ≥ 10 mass％ 이다]

본 발명의 전자 부품용 금속 재료는 일 실시형태에 있어서, 상기 상층의 도금 두께가 0.05 ㎛ 이상이다.

본 발명의 전자 부품용 금속 재료는 다른 일 실시형태에 있어서, 상기 상층의 도금 부착량이 40 ㎍/㎠ 이상이다.

본 발명의 전자 부품용 금속 재료는 또 다른 일 실시형태에 있어서, 상기 상층의 Sn ＋ In 비율 [mass％] 과 도금 두께 [㎛] 의 관계가,

도금 두께 ≥ 0.03 × e^{0.015 × (Sn ＋ In 비율)}

이다.

본 발명의 전자 부품용 금속 재료는 또 다른 일 실시형태에 있어서, 상기 상층의 Sn ＋ In 비율 [mass％] 과 도금 부착량 [㎍/㎠] 의 관계가,

도금 부착량 ≥ 27.8 × e^{0.017 × (Sn ＋ In 비율)}

이다.

본 발명의 전자 부품용 금속 재료는 또 다른 일 실시형태에 있어서, 상기 상층이, 상기 하층에 상기 B 구성 원소를 성막한 후, 상기 A 구성 원소를 성막함으로써, 상기 A 구성 원소와 B 구성 원소의 확산에 의해 형성되어 있다.

본 발명의 전자 부품용 금속 재료는 또 다른 일 실시형태에 있어서, 상기 확산이 열처리에 의해 실시되어 있다.

본 발명의 전자 부품용 금속 재료는 또 다른 일 실시형태에 있어서, 상기 상층에 있어서의 A 구성 원소가 Sn 과 In 의 합계로 50 mass％ 이상이고, 상기 상층에 있어서, As, Bi, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, W 및 Zn 으로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 금속을 추가로 합금 성분으로서 포함한다.

본 발명의 전자 부품용 금속 재료는 또 다른 일 실시형태에 있어서, 상기 상층에 있어서의 B 구성 원소가 Ag 와 Au 와 Pt 와 Pd 와 Ru 와 Rh 와 Os 와 Ir 의 합계로 50 mass％ 이상이고, 상기 상층에 있어서, Bi, Cd, Co, Cu, Fe, In, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, W, Tl 및 Zn 으로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 금속을 추가로 합금 성분으로서 포함한다.

본 발명의 전자 부품용 금속 재료는 또 다른 일 실시형태에 있어서, 상기 하층의 합금 조성이 Ni, Cr, Mn, Fe, Co, Cu 의 합계로 50 mass％ 이상이고, 또한 B, P, Sn 및 Zn 으로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 포함한다.

본 발명의 전자 부품용 금속 재료는 또 다른 일 실시형태에 있어서, 상기 상층의 표면으로부터 측정한 비커스 경도가 Hv100 이상이다.

본 발명의 전자 부품용 금속 재료는 또 다른 일 실시형태에 있어서, 상기 상층의 표면으로부터 측정한 압입 경도가 1000 ㎫ 이상이다.

본 발명의 전자 부품용 금속 재료는 또 다른 일 실시형태에 있어서, 상기 상층의 표면으로부터 측정한 비커스 경도가 Hv1000 이하이다.

본 발명의 전자 부품용 금속 재료는 또 다른 일 실시형태에 있어서, 상기 상층의 표면으로부터 측정한 압입 경도가 10000 ㎫ 이하이다.

본 발명의 전자 부품용 금속 재료는 또 다른 일 실시형태에 있어서, 상기 상층의 표면의 산술 평균 높이 (Ra) 가 0.1 ㎛ 이하이다.

본 발명의 전자 부품용 금속 재료는 또 다른 일 실시형태에 있어서, 상기 상층의 표면의 최대 높이 (Rz) 가 1 ㎛ 이하이다.

본 발명의 전자 부품용 금속 재료는 또 다른 일 실시형태에 있어서, 상기 상층의 표면의 반사 농도가 0.3 이상이다.

본 발명의 전자 부품용 금속 재료는 또 다른 일 실시형태에 있어서, XPS (X 선 광 전자 분광) 로 Depth 분석을 실시했을 때, 상기 상층의 A 구성 원소의 Sn 또는 In 의 원자 농도 (at％) 의 최고치를 나타내는 위치 (D₁), 상기 상층의 B 구성 원소의 Ag, Au, Pt, Pd, Ru, Rh, Os 또는 Ir 의 원자 농도 (at％) 의 최고치를 나타내는 위치 (D₂), 상기 하층의 Ni, Cr, Mn, Fe, Co 또는 Cu 의 원자 농도 (at％) 의 최고치를 나타내는 위치 (D₃) 이 최표면으로부터 D₁, D₂, D₃ 의 순서로 존재한다.

본 발명의 전자 부품용 금속 재료는 또 다른 일 실시형태에 있어서, XPS (X 선 광 전자 분광) 로 Depth 분석을 실시했을 때, 상기 상층의 A 구성 원소의 Sn 또는 In 의 원자 농도 (at％) 의 최고치, 및, 상기 상층의 B 구성 원소의 Ag, Au, Pt, Pd, Ru, Rh, Os 또는 Ir 의 원자 농도 (at％) 의 최고치가 각각 10 at％ 이상이고, 상기 하층의 Ni, Cr, Mn, Fe, Co 또는 Cu 의 원자 농도 (at％) 가 25 ％ 이상인 깊이가 50 ㎚ 이상이다.

본 발명의 전자 부품용 금속 재료는 또 다른 일 실시형태에 있어서, XPS (X 선 광 전자 분광) 로 Depth 분석을 실시했을 때, 최표면으로부터 0.02 ㎛ 의 범위에 있어서의 원자 농도 (at％) 의 비에 대하여, A 구성 원소/(A ＋ B) 구성 원소가 0.1 이상이다.

본 발명의 전자 부품용 금속 재료는 또 다른 일 실시형태에 있어서, 상기 하층의 단면의 비커스 경도가 Hv300 이상이다.

본 발명의 전자 부품용 금속 재료는 또 다른 일 실시형태에 있어서, 상기 하층의 단면의 압입 경도가 2500 ㎫ 이상이다.

본 발명의 전자 부품용 금속 재료는 또 다른 일 실시형태에 있어서, 상기 하층의 단면의 비커스 경도가 Hv1000 이하이다.

본 발명의 전자 부품용 금속 재료는 또 다른 일 실시형태에 있어서, 상기 하층의 표면의 압입 경도가 10000 ㎫ 이하이다.

본 발명은 또 다른 1 측면에 있어서, 본 발명의 전자 부품용 금속 재료를 접점 부분에 사용한 커넥터 단자이다.

본 발명은 또 다른 1 측면에 있어서, 본 발명의 커넥터 단자를 사용한 커넥터이다.

본 발명은 또 다른 1 측면에 있어서, 본 발명의 전자 부품용 금속 재료를 접점 부분에 사용한 FFC 단자이다.

본 발명은 또 다른 1 측면에 있어서, 본 발명의 전자 부품용 금속 재료를 접점 부분에 사용한 FPC 단자이다.

본 발명은 또 다른 1 측면에 있어서, 본 발명의 FFC 단자를 사용한 FFC 이다.

본 발명은 또 다른 1 측면에 있어서, 본 발명의 FPC 단자를 사용한 FPC 이다.

본 발명은 또 다른 1 측면에 있어서, 본 발명의 전자 부품용 금속 재료를 외부 접속용 전극에 사용한 전자 부품이다.

본 발명은 또 다른 1 측면에 있어서, 본 발명의 전자 부품용 금속 재료를, 하우징에 장착하는 장착부의 일방측에 암단자 접속부가, 타방측에 기판 접속부가 각각 형성되고, 상기 기판 접속부를 기판에 형성된 스루홀에 압입하여 상기 기판에 장착하는 압입형 단자에 사용한 전자 부품이다.

본 발명에 의하면, 저삽발성, 저위스커성 및 고내구성을 갖는 전자 부품용 금속 재료, 그것을 사용한 커넥터 단자, 커넥터 및 전자 부품을 제공할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 실시형태에 관련된 전자 부품용 금속 재료의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2 는 실시예 17 에 관련된 XPS (X 선 광 전자 분광) 의 Depth 측정 결과이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 관련된 전자 부품용 금속 재료에 대하여 설명한다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 실시형태에 관련된 전자 부품용 금속 재료 (10) 는, 기재 (11) 의 표면에 하층 (12) 이 형성되고, 하층 (12) 의 표면에 상층 (13) 이 형성되어 있다.

＜전자 부품용 금속 재료의 구성＞

(기재)

기재 (11) 로는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 동 및 동 합금, Fe 계재, 스테인리스, 티탄 및 티탄 합금, 알루미늄 및 알루미늄 합금 등의 금속 기재를 사용할 수 있다. 또한, 금속 기재에 수지층을 복합시킨 것이어도 된다. 금속 기재에 수지층을 복합시킨 것이란, 예로서 FPC 또는 FFC 기재 상의 전극 부분 등이 있다.

(상층)

상층 (13) 은 Sn 및 In (A 구성 원소) 의 일방 혹은 양방 그리고 Ag, Au, Pt, Pd, Ru, Rh, Os 및 Ir (B 구성 원소) 의 1 종 혹은 2 종류 이상으로 이루어지는 합금으로 구성되는 합금일 필요가 있다.

Sn 및 In 은, 산화성을 갖는 금속이지만, 금속 중에서는 비교적 부드럽다는 특징이 있다. 따라서, Sn 및 In 표면에 산화막이 형성되어 있어도, 예를 들어 전자 부품용 금속 재료를 접점 재료로 하여 숫단자와 암단자를 감합할 때에, 용이하게 산화막이 깎여, 접점이 금속끼리가 되기 때문에, 저접촉 저항이 얻어진다.

또한, Sn 및 In 은 염소 가스, 아황산 가스, 황화수소 가스 등의 가스에 대한 내가스 부식성이 우수하여, 예를 들어, 상층 (13) 에 내가스 부식성이 열등한 Ag, 하층 (12) 에 내가스 부식성이 열등한 Ni, 기재 (11) 에 내가스 부식성이 열등한 동 및 동 합금을 사용한 경우에는, 전자 부품용 금속 재료의 내가스 부식성을 향상시키는 기능이 있다. 또한 Sn 및 In 에서는, 일본 후생노동성의 건강 장해 방지에 관한 기술 지침에 기초하여, In 은 규제가 엄격하기 때문에, Sn 이 바람직하다.

Ag, Au, Pt, Pd, Ru, Rh, Os, Ir 은, 금속 중에서는 비교적 내열성을 갖는다는 특징이 있다. 따라서 기재 (11) 나 하층 (12) 의 조성이 상층 (13) 측에 확산하는 것을 억제하여 내열성을 향상시킨다. 또한, 이들 금속은, 상층 (13) 의 Sn 이나 In 과 화합물을 형성하여 Sn 이나 In 의 산화막 형성을 억제하고, 땜납 젖음성을 향상시킨다. 또한, Ag, Au, Pt, Pd, Ru, Rh, Os, Ir 중에서는, 도전율의 관점에서 Ag 가 보다 바람직하다. Ag 는 도전율이 높다. 예를 들어 고주파의 신호 용도에 Ag 를 사용한 경우, 표피 효과에 의해, 임피던스 저항이 낮아진다.

상층 (13) 의 두께는 0.005 ㎛ 이상 0.6 ㎛ 이하일 필요가 있다. 상층 (13) 의 두께가 0.005 ㎛ 미만이면 내가스 부식성이 나쁘고, 가스 부식 시험을 실시하면 외관이 변색한다. 또한 내미세 슬라이딩 마모성도 나쁘고 접촉 저항이 증가한다. 한편, 상층 (13) 의 두께가 0.6 ㎛ 를 초과하면, Sn 이나 In 의 응착 마모가 크고, 또한 단단한 기재 (11) 또는 하층에 의한 박막 윤활 효과가 저하되어 삽발력이 커지고, 위스커도 발생한다.

상층 (13) 의 부착량은 7 ㎍/㎠ 이상 600 ㎍/㎠ 이하일 필요가 있다. 여기서, 부착량으로 정의하는 이유를 설명한다. 예를 들어, 상층 (13) 의 두께를 형광 X 선 막두께계로 측정하는 경우, 상층 (13) 과 그 아래의 하층 (12) 사이에 형성된 합금층에 의해, 측정되는 두께의 값에 오차가 발생하는 경우가 있다. 한편, 부착량으로 제어하는 경우, 합금층의 형성 상황에 좌우되지 않고, 보다 정확한 품질 관리를 할 수 있다.

상층 (13) 의 부착량이 7 ㎍/㎠ 미만이면 내가스 부식성이 나쁘고, 가스 부식 시험을 실시하면 외관이 변색한다. 또한 내미세 슬라이딩 마모성도 나쁘고 접촉 저항이 증가한다. 한편, 상층 (13) 의 부착량이 600 ㎍/㎠ 를 초과하면 Sn 이나 In 의 응착 마모가 크고, 또한 단단한 기재 (11) 또는 하층에 의한 박막 윤활 효과가 저하되어 삽발력이 커지고, 위스커도 발생한다.

상층에 있어서, A 구성 원소/(A 구성 원소 ＋ B 구성 원소) [mass％] (이하, Sn ＋ In 비율이라고 한다) 와 도금 두께 [㎛] 의 관계가,

도금 두께 ≤ 8.2 × (Sn ＋ In 비율)^-0.66 [여기서, (Sn ＋ In 비율) ≥ 10 mass％ 이다] 일 필요가 있다. 도금 두께가 이 범위에 들어가 있지 않으면 삽입력이 높아 삽발성이 나쁘고, 위스커가 발생하고, 내미세 슬라이딩 마모성도 나빠지고, 내가스 부식성도 열등하다.

상층에 있어서, A 구성 원소/(A 구성 원소 ＋ B 구성 원소) [mass％] (이하, Sn ＋ In 비율이라고 한다) 와 도금 부착량 [㎍/㎠] 의 관계가,

도금 부착량 ≤ 8200 × (Sn ＋ In 비율)^-0.66 [여기서, (Sn ＋ In 비율) ≥ 10 mass％ 이다] 일 필요가 있다. 도금 두께가 이 범위에 들어가 있지 않으면 삽입력이 높아 삽발성이 나쁘고, 위스커가 발생하고, 내습성도 나쁘고, 내미세 슬라이딩 마모성도 나빠진다.

상층 (13) 의 두께는 0.05 ㎛ 이상인 것이 바람직하다. 상층 (13) 의 두께는 0.05 ㎛ 미만이면 내삽발성이 나쁜 경우가 있고, 반복 삽발을 실시하면 상층이 깎여 접촉 저항이 높아지는 경우가 있다.

상층 (13) 의 부착량은 40 ㎍/㎠ 이상인 것이 바람직하다. 상층 (13) 의 부착량은 40 ㎍/㎠ 미만이면 내삽발성이 나쁜 경우가 있고, 반복 삽발을 실시하면 상층이 깎여 접촉 저항이 높아지는 경우가 있다.

상층 (13) 의 Sn ＋ In 비율 [mass％] 과 도금 두께 [㎛] 의 관계가,

도금 두께 ≥ 0.03 × e^{0.015 × (Sn ＋ In 비율)}

인 것이 바람직하다. 도금 두께가 이 범위에 들어가 있지 않으면 내열성 및 땜납 젖음성이 나쁜 경우가 있다.

상층 (13) 의 Sn ＋ In 비율 [mass％] 과 도금 부착량 [㎍/㎠] 의 관계가,

도금 부착량 ≥ 27.8 × e^{0.017 × (Sn ＋ In 비율)}

인 것이 바람직하다. 도금 부착량이 이 범위에 들어가 있지 않으면 내열성 및 땜납 젖음성이 나쁜 경우가 있다.

상층 (13) 의 A 구성 원소가 Sn 과 In 의 합계로 50 mass％ 이상이고, 나머지 합금 성분이 Ag, As, Au, Bi, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, W 및 Zn 으로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 금속으로 구성되어 있어도 된다. 이들 금속에 의해 저삽발성, 저위스커성, 및, 내구성 (내열성, 내가스 부식성, 땜납 젖음성 등) 등을 보다 향상시키는 경우가 있다.

상층 (13) 의 B 구성 원소는, Ag 와 Au 와 Pt 와 Pd 와 Ru 와 Rh 와 Os 와 Ir 의 합계로 50 mass％ 이상이고, 나머지 합금 성분이 Bi, Cd, Co, Cu, Fe, In, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, W, Tl 및 Zn 으로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 금속으로 구성되어 있어도 된다. 이들 금속에 의해 저삽발성, 저위스커성, 및, 내구성 (내열성, 내가스 부식성, 땜납 젖음성 등) 등을 보다 향상시키는 경우가 있다.

(하층)

기재 (11) 와 상층 (13) 사이에는, Ni, Cr, Mn, Fe, Co 및 Cu 로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상으로 구성된 하층 (12) 을 형성할 필요가 있다. Ni, Cr, Mn, Fe, Co 및 Cu 로 이루어지는 군에서 선택된 1 종, 혹은 2 종 이상의 금속을 이용하여 하층 (12) 을 형성함으로써, 단단한 하층 형성에 의해 박막 윤활 효과가 향상되어 저삽발성이 향상되고, 하층 (12) 은 기재 (11) 의 구성 금속이 상층 (13) 에 확산되는 것을 방지하고, 내열성 시험이나 내가스 부식성 시험 후의 접촉 저항 증가 및 땜납 젖음성 열화를 억제하는 등, 내구성이 향상된다.

하층 (12) 의 두께는 0.05 ㎛ 이상일 필요가 있다. 하층 (12) 의 두께가 0.05 ㎛ 미만이면, 단단한 하층에 의한 박막 윤활 효과가 저하되어 저삽발성이 나빠지고, 기재 (11) 의 구성 금속은 상층 (13) 에 확산되기 쉬워져, 내열성 시험이나 내가스 부식성 시험 후의 접촉 저항 증가 및 땜납 젖음성이 열화하기 쉬운 등, 내구성이 나빠지는 경우가 있다.

하층 (12) 의 Ni, Cr, Mn, Fe, Co, Cu 의 부착량이, 0.03 ㎎/㎠ 이상일 필요가 있다. 여기서, 부착량으로 정의하는 이유를 설명한다. 예를 들어, 하층 (12) 의 두께를 형광 X 선 막두께계로 측정하는 경우, 상층 (13), 및 기재 (11) 등으로 형성된 합금층에 의해, 측정되는 두께의 값에 오차가 발생하는 경우가 있다. 한편, 부착량으로 제어하는 경우, 합금층의 형성 상황에 좌우되지 않고, 보다 정확한 품질 관리를 할 수 있다. 하층 (12) 의 Ni, Cr, Mn, Fe, Co, Cu 의 부착량이 0.03 ㎎/㎠ 미만이면, 단단한 하층에 의한 박막 윤활 효과가 저하되어 저삽발성이 나빠지고, 기재 (11) 의 구성 금속은 상층 (13) 에 확산되기 쉬워지고, 내열성 시험이나 내가스 부식성 시험 후의 접촉 저항 증가 및 땜납 젖음성이 열화하기 쉬운 등, 내구성이 나빠지는 경우가 있다.

하층 (12) 의 합금 조성이, Ni, Cr, Mn, Fe, Co, Cu 의 합계로 50 mass％ 이상이고, 또한 B, P, Sn 및 Zn 으로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 포함해도 된다. 하층 (12) 의 합금 조성이 이와 같은 구성이 됨으로써, 하층이 보다 경화함으로써 더욱 박막 윤활 효과가 향상되어 저삽발성이 향상되고, 하층 (12) 의 합금화는 기재 (11) 의 구성 금속이 상층으로 확산하는 것을 더욱 방지하고, 내열성 시험이나 내가스 부식성 시험 후의 접촉 저항 증가 및 땜납 젖음성 열화를 억제하는 등, 내구성이 향상된다.

(확산 처리)

상층 (13) 은, 하층 (12) 에 상기 B 구성 원소를 성막한 후, A 구성 원소를 성막함으로써, A 구성 원소와 B 구성 원소의 확산에 의해 형성된 것이어도 된다. 예를 들어 A 구성 원소가 Sn, B 구성 원소가 Ag 인 경우, Sn 에 대한 Ag 의 확산은 빠르고, 자연 확산에 의해 Sn-Ag 합금층을 형성한다. 합금층 형성에 의해 Sn 의 응착력을 더욱 작게 함으로써 저삽발성이 얻어지고, 또한 저위스커성 및 내구성도 더욱 향상시킬 수 있다.

(열처리)

상층 (13) 을 형성시킨 후에, 저삽발성, 저위스커성, 내구성 (내열성, 내가스 부식성, 땜납 젖음성 등) 을 향상시킬 목적으로 열처리를 실시해도 된다. 열처리에 의해 상층 (13) 의 A 구성 원소와 B 구성 원소가 합금층을 더욱 형성하기 쉬워지고, Sn 의 응착력을 더욱 작게 함으로써 저삽발성이 얻어지고, 또한 저위스커성 및 내구성도 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 이 열처리에 대해서는, 처리 조건 (온도 × 시간) 은 적절히 선택할 수 있다. 또한, 특별히 이 열처리는 하지 않아도 된다.

(후 처리)

상층 (13) 상에, 또는 상층 (13) 상에 열처리를 실시한 후에, 저삽발성이나 내구성 (내열성, 내가스 부식성, 땜납 젖음성 등) 을 향상시킬 목적으로 후 처리를 실시해도 된다. 후 처리에 의해 윤활성이 향상되어, 추가적인 저삽발성이 얻어지고, 또한 상층 (13) 의 산화가 억제되어, 내열성, 내가스 부식성 및 땜납 젖음성 등의 내구성을 향상시킬 수 있다. 구체적인 후 처리로는 인히비터를 사용한, 인산염 처리, 윤활 처리, 실란 커플링 처리 등이 있다. 또한, 이 열처리에 대해서는, 처리 조건 (온도 × 시간) 은 적절히 선택할 수 있다. 또한, 특별히 이 열처리는 하지 않아도 된다.

＜전자 부품용 금속 재료의 특성＞

상층 (13) 의 표면으로부터 측정한 비커스 경도는 Hv100 이상인 것이 바람직하다. 상층 (13) 의 표면의 비커스 경도가 Hv100 이상이면, 단단한 상층에 의해 박막 윤활 효과가 향상되고, 저삽발성이 향상된다. 또한 한편으로, 상층 (13) 표면 (상층의 표면으로부터 측정한) 의 비커스 경도는 Hv1000 이하인 것이 바람직하다. 상층 (13) 의 표면의 비커스 경도가 Hv1000 이하이면, 굽힘 가공성이 향상되고, 본 발명의 전자 부품용 금속 재료를 프레스 성형한 경우에, 성형한 부분에 크랙이 잘 발생하지 않아, 내가스 부식성 (내구성) 저하를 억제한다.

상층 (13) 의 표면의 압입 경도는 1000 ㎫ 이상인 것이 바람직하다. 상층 (13) 의 표면의 압입 경도가 1000 ㎫ 이상이면, 단단한 상층 (13) 에 의해 박막 윤활 효과가 향상되고, 저삽발성이 향상된다. 또한 한편으로 상층 (13) 의 표면의 압입 경도는 10000 ㎫ 이하인 것이 바람직하다. 상층 (13) 의 표면의 압입 경도가 10000 ㎫ 이하이면, 굽힘 가공성이 향상되고, 본 발명의 전자 부품용 금속 재료를 프레스 성형한 경우에, 성형한 부분에 크랙이 잘 발생하지 않아, 내가스 부식성 (내구성) 저하를 억제한다.

상층 (13) 의 표면의 산술 평균 높이 (Ra) 는 0.1 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 상층 (13) 의 표면의 산술 평균 높이 (Ra) 가 0.1 ㎛ 이하이면 비교적 부식하기 쉬운 볼록부가 적어지고 평활해지기 때문에, 내가스 부식성이 향상된다.

상층 (13) 의 표면의 최대 높이 (Rz) 는 1 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 상층 (13) 의 표면의 최대 높이 (Rz) 가 1 ㎛ 이하이면 비교적 부식하기 쉬운 볼록부가 적어지고 평활해지기 때문에, 내가스 부식성이 향상된다.

상층 (13) 의 표면의 반사 농도가 0.3 이상인 것이 바람직하다. 상층 (13) 의 표면의 반사 농도가 0.3 이상이면 비교적 부식하기 쉬운 볼록부가 적어지고 평활해지기 때문에, 내가스 부식성이 향상된다.

하층 (12) 의 비커스 경도는 Hv300 이상인 것이 바람직하다. 하층 (12) 의 비커스 경도가 Hv300 이상이면, 하층이 보다 경화함으로써 더욱 박막 윤활 효과가 향상되어 저삽발성이 향상된다. 또한 한편으로, 하층 (12) 의 비커스 경도가 Hv1000 이하인 것이 바람직하다. 하층 (12) 의 비커스 경도가 Hv1000 이하이면, 굽힘 가공성이 향상되고, 본 발명의 전자 부품용 금속 재료를 프레스 성형한 경우에, 성형한 부분에 크랙이 잘 발생하지 않아, 내가스 부식성 (내구성) 저하를 억제한다.

하층 (12) 의 압입 경도는 2500 ㎫ 이상인 것이 바람직하다. 하층 (12) 의 압입 경도가 2500 ㎫ 이상이면, 하층이 보다 경화함으로써 더욱 박막 윤활 효과가 향상되어 저삽발성이 향상된다. 또한 한편으로, 하층 (12) 의 압입 경도가 10000 ㎫ 이하인 것이 바람직하다. 하층 (12) 의 압입 경도가 10000 ㎫ 이하이면, 굽힘 가공성이 향상되고, 본 발명의 전자 부품용 금속 재료를 프레스 성형한 경우에, 성형한 부분에 크랙이 잘 발생하지 않아, 내가스 부식성 (내구성) 저하를 억제한다.

XPS (X 선 광 전자 분광) 로 Depth 분석을 실시했을 때, 상층 (13) 의 A 구성 원소의 Sn 또는 In 의 원자 농도 (at％) 의 최고치를 나타내는 위치 (D₁), 상층 (13) 의 B 구성 원소의 Ag, Au, Pt, Pd, Ru, Rh, Os 또는 Ir 의 원자 농도 (at％) 의 최고치를 나타내는 위치 (D₂), 하층 (12) 의 Ni, Cr, Mn, Fe, Co 또는 Cu 의 원자 농도 (at％) 의 최고치를 나타내는 위치 (D₃) 이 최표면으로부터 D₁, D₂, D₃ 의 순서로 존재하는 것이 바람직하다. 최표면으로부터 D₁, D₂, D₃ 의 순서로 존재하지 않는 경우, 충분한 내가스 부식성이 얻어지지 않아, 전자 부품용 금속 재료를 염소 가스, 아황산 가스, 황화수소 가스 등의 가스 부식 시험을 실시하면 부식되어, 가스 부식 시험 전과 비교하여 크게 접촉 저항이 증가하게 될 우려가 있다.

XPS (X 선 광 전자 분광) 로 Depth 분석을 실시했을 때, 상층 (13) 의 A 구성 원소의 Sn 또는 In 의 원자 농도 (at％) 의 최고치, 및, 상층 (13) 의 B 구성 원소의 Ag, Au, Pt, Pd, Ru, Rh, Os 또는 Ir 의 원자 농도 (at％) 의 최고치가 각각 10 at％ 이상이고, 하층 (12) 의 Ni, Cr, Mn, Fe, Co 또는 Cu 의 원자 농도 (at％) 가 25 ％ 이상인 깊이가 50 ㎚ 이상인 것이 바람직하다. 상층 (13) 의 A 구성 원소의 Sn 또는 In 의 원자 농도 (at％) 의 최고치, 및, 상층 (13) 의 B 구성 원소의 Ag, Au, Pt, Pd, Ru, Rh, Os 또는 Ir 의 원자 농도 (at％) 의 최고치가 각각 10 at％ 미만이고, 하층 (12) 의 Ni, Cr, Mn, Fe, Co 또는 Cu 의 원자 농도 (at％) 가 25 at％ 이상인 깊이가 50 ㎚ 미만인 경우, 저삽발성이나 내구성 (내열성, 내가스 부식성, 땜납 젖음성 등) 은, 기재 성분이 상층 (13) 으로 확산되어 나빠질 우려가 있다.

XPS (X 선 광 전자 분광) 로 Depth 분석을 실시했을 때, 최표면으로부터 0.02 ㎛ 의 범위에 있어서의 원자 농도 (at％) 의 비에 대하여, A 구성 원소/(A ＋ B) 구성 원소가 0.1 이상인 것이 바람직하다. 0.1 미만이면 염소 가스, 아황산 가스, 황화수소 가스 등의 가스 부식 시험을 실시하면 부식되어, 가스 부식 시험 전과 비교하여 크게 외관이 변색될 우려가 있다.

＜전자 부품용 금속 재료의 용도＞

본 발명의 전자 부품용 금속 재료의 용도는 특별히 한정하지 않지만, 예를 들어 전자 부품용 금속 재료를 접점 부분에 사용한 커넥터 단자, 전자 부품용 금속 재료를 접점 부분에 사용한 FFC 단자 또는 FPC 단자, 전자 부품용 금속 재료를 외부 접속용 전극에 사용한 전자 부품 등을 들 수 있다. 또한, 단자에 대해서는, 압착 단자, 납땜 단자, 프레스 피트 단자 등, 배선측과의 접합 방법에 관계없다. 외부 접속용 전극에는, 탭에 표면 처리를 실시한 접속 부품이나 반도체의 언더 범프 메탈용에 표면 처리를 실시한 재료 등이 있다.

또한, 이와 같이 형성된 커넥터 단자를 이용하여 커넥터를 제작해도 되고, FFC 단자 또는 FPC 단자를 이용하여 FFC 또는 FPC 를 제작해도 된다.

또한 본 발명의 전자 부품용 금속 재료는, 하우징에 장착하는 장착부의 일방측에 암단자 접속부가, 타방측에 기판 접속부가 각각 형성되고, 그 기판 접속부를 기판에 형성된 스루홀에 압입하여 그 기판에 장착하는 압입형 단자에 이용해도 된다.

커넥터는 숫단자와 암단자의 양방이 본 발명의 전자 부품용 금속 재료여도 되고, 숫단자 또는 암단자의 편방만이어도 된다. 또한 숫단자와 암단자의 양방을 본 발명의 전자 부품용 금속 재료로 함으로써, 더욱 저삽발성이 향상된다.

＜전자 부품용 금속 재료의 제조 방법＞

본 발명의 전자 부품용 금속 재료의 제조 방법으로는, 습식 (전기, 무전해) 도금, 건식 (스퍼터, 이온 플레이팅 등) 도금 등을 사용할 수 있다.

실시예

이하, 본 발명의 실시예를 비교예와 함께 나타내지만, 이들은 본 발명을 보다 바람직하게 이해하기 위해서 제공하는 것으로, 본 발명이 한정되는 것을 의도하는 것은 아니다.

실시예 및 비교예로서, 기재, 하층, 상층을 이 순서로 형성하여 열처리를 실시함으로써 형성한 시료를, 이하의 표 1 ∼ 6 에 나타내는 조건으로 각각 제작하였다.

표 1 에 기재의 제작 조건을, 표 2 에 하층의 제작 조건을, 표 3 에 상층의 제작 조건을, 표 4 에 열처리 조건을 각각 나타낸다. 또한, 표 5 (표 5-1, 표 5-2, 표 5-3) 에 각 실시예에서 사용한 각층의 제작 조건 및 열처리의 조건을, 표 6 에 각 비교예에서 사용한 각층의 제작 조건 및 열처리의 조건을 각각 나타낸다.

[표1]

[표2]

[표3]

[표4]

[표5-1]

[표5-2]

[표5-3]

[표6]

(두께의 측정)

상층, 하층의 두께는, 상층, 하층의 원소를 갖지 않는 기재에 각각 표면 처리를 실시하고, 각각 형광 X 선 막두께계 (Seiko Instruments 제조 SEA5100, 콜리메이터 0.1 ㎜Φ) 로 실제의 두께를 측정하였다. 예를 들어, Sn 도금의 경우에는, 기재가 Cu-10 질량％ Sn-0.15 질량％ P 이면, 기재에 Sn 을 가지고 있고, 정확한 Sn 도금의 두께를 알 수 없기 때문에, Sn 이 기재의 조성을 가지지 않는, Cu-30 질량％ Zn 으로 두께를 측정하였다.

(부착량의 측정)

각 시료를 황산이나 질산 등으로 산 분해하고, ICP (유도 결합 플라즈마) 발광 분광 분석에 의해 각 금속의 부착량을 측정하였다. 또한 구체적으로 사용하는 산은, 각각의 샘플을 갖는 조성에 따라 상이하다.

(조성의 결정)

측정한 부착량에 기초하여, 각 금속의 조성을 산출하였다.

(층 구조의 결정)

얻어진 시료의 층 구조는, XPS (X 선 광 전자 분광) 분석에 의한 깊이 (Depth) 프로파일로 결정하였다. 분석한 원소는, 상층, 하층의 조성과, C 및 O 이다. 이들 원소를 지정 원소로 한다. 또한, 지정 원소의 합계를 100 ％ 로 하여 각 원소의 농도 (at％) 를 분석하였다. XPS (X 선 광 전자 분광) 분석에서의 두께는, 분석에 의한 차트의 횡축의 거리 (SiO₂ 환산으로의 거리) 에 대응한다.

또한, 얻어진 시료의 표면은, XPS (X 선 광 전자 분광) 분석에 의한 Survey 측정으로 정성 분석도 실시하였다. 정성 분석의 농도의 분해능은 0.1 at％ 로 하였다.

XPS 장치로는, 알박·파이 주식회사 제조 5600MC 를 이용하여, 도달 진공도 : 5.7 × 10^-9 Torr, 여기원 : 단색화 AlKα, 출력 : 210 W, 검출 면적 : 800 ㎛Φ, 입사각 : 45 도, 취출각 : 45 도, 중화총 없음으로 하고, 이하의 스퍼터 조건으로 측정하였다.

이온종 : Ar^＋

가속 전압 : 3 kV

소인 영역 : 3 ㎜ × 3 ㎜

레이트 : 2.8 ㎚/min. (SiO₂ 환산)

(평가)

각 시료에 대하여 이하의 평가를 실시하였다.

A. 삽발력

삽발력은, 시판되는 Sn 리플로우 도금 암단자 (090 형 스미토모 TS/야사키 090II 시리즈 암단자 비방수/F090-SMTS) 를 이용하여, 실시예 및 비교예에 관련된 도금한 숫단자와 삽발 시험함으로써 평가하였다.

시험에 사용한 측정 장치는, 아이코 엔지니어링 제조 1311NR 이고, 숫핀의 슬라이딩 거리 5 ㎜ 로 평가하였다. 샘플 수는 5 개로 하고, 삽발력은, 삽입력과 발거력이 동등하기 때문에, 각 샘플의 최대 삽입력의 값을 평균한 값을 채용하였다. 삽발력의 블랭크재로는, 비교예 1 의 샘플을 채용하였다.

삽발력의 목표는, 비교예 1 의 최대 삽발력과 비교하여 85 ％ 미만이다. 이것은, 비교예 2 가 비교예 1 의 최대 삽입력과 비교하여 90 ％ 이고, 이 비교예 2 보다, 더욱 큰 삽발력의 감소를 목표로 하였다.

B. 위스커

위스커는, JEITA RC-5241 의 하중 시험 (구압자법) 으로 평가하였다. 즉, 각 샘플에 대하여 하중 시험을 실시하고, 하중 시험을 끝낸 샘플을 SEM (JEOL 사 제조, 형식 JSM-5410) 으로 100 ∼ 10000 배의 배율로 관찰하여, 위스커의 발생 상황을 관찰하였다. 하중 시험 조건을 이하에 나타낸다.

구압자의 직경 : Φ 1 ㎜ ± 0.1 ㎜

시험 하중 : 2 N ± 0.2 N

시험 시간 : 120 시간

샘플 수 : 10 개

목표로 하는 특성은, 길이 20 ㎛ 이상의 위스커가 발생하지 않는 것이지만, 최대의 목표로는, 위스커가 1 개도 발생하지 않는 것으로 하였다.

C. 접촉 저항

접촉 저항은, 야마자키 정기 연구소 제조 접점 시뮬레이터 CRS-113-Au 형을 사용하고, 접점 하중 50 g 의 조건으로 4 단자법으로 측정하였다. 샘플 수는 5 개로 하고, 각 샘플의 최소치 내지 최대치의 범위를 채용하였다. 목표로 하는 특성은, 접촉 저항 10 mΩ 이하이다.

D. 내열성

내열성은, 대기 가열 (155 ℃ × 1000 h) 시험 후의 샘플의 접촉 저항을 측정하고, 평가하였다. 목표로 하는 특성은, 접촉 저항 10 mΩ 이하이지만, 최대의 목표로는, 접촉 저항이, 내열성 시험 전후로 변화가 없는 (동등한) 것으로 하였다.

E. 삽발성

삽입력에 기재된 방법으로 10 회 삽발 시험을 실시하고, 삽발 시험 후의 접촉 저항으로 평가하였다. 목표로 하는 특성은, 접촉 저항 10 mΩ 이하이다.

F. 내미세 슬라이딩 마모성

내미세 슬라이딩 마모성은, 야마자키 정기 연구소 제조 정밀 슬라이딩 시험 장치 CRS-G2050 형을 사용하고, 슬라이딩 거리 0.5 ㎜, 슬라이딩 속도 1 ㎜/s, 접촉 하중 1 N, 슬라이딩 횟수 500 왕복 조건으로 슬라이딩 횟수와 접촉 저항의 관계를 평가하였다. 샘플 수는 5 개로 하고, 각 샘플의 최소치 내지 최대치의 범위를 채용하였다. 목표로 하는 특성은, 슬라이딩 횟수 100 회시에 접촉 저항이 50 mΩ 이하이다.

G. 내가스 부식성

내가스 부식성은, 하기의 시험 환경에서 평가하였다. 내가스 부식성의 평가는, 환경 시험을 끝낸 시험 후의 샘플의 외관과 접촉 저항이다. 또한, 목표로 하는 특성은, 외관이 변색하지 않는 것과 시험 후의 접촉 저항이 10 mΩ 이하이다.

황화수소 가스 부식 시험

황화수소 농도 : 10 ppm

온도 : 40 ℃

습도 : 80 ％ RH

폭로 시간 : 96 h

샘플 수 : 5 개

H. 땜납 젖음성

땜납 젖음성은 도금 후의 샘플을 평가하였다. 솔더 체커 (레스카사 제조 SAT-5000) 를 사용하고, 플럭스로서 시판되는 25 ％ 로진메탄올 플럭스를 이용하여, 메니스코 그래프법으로 땜납 젖음 시간을 측정하였다. 땜납은 Sn-3Ag-0.5Cu (250 ℃) 를 사용하였다. 샘플 수는 5 개로 하고, 각 샘플의 최소치 내지 최대치의 범위를 채용하였다. 목표로 하는 특성은, 제로 크로스 타임 5 초 (s) 이하이다.

I. 굽힘 가공성

굽힘 가공성은, W 자형의 금형을 이용하여 시료의 판두께와 굽힘 반경의 비가 1 이 되는 조건에서 90°굽힘으로 평가하였다. 평가는 굽힘 가공부 표면을 광학 현미경으로 관찰하고, 크랙이 관찰되지 않은 경우의 실용상 문제 없다고 판단한 경우에는 ○ 로 하고, 크랙이 확인된 경우를 × 로 하였다.

J. 비커스 경도

상층의 비커스 경도는, 샘플 표면으로부터 하중 980.7 mN (Hv0.1), 하중 유지 시간 15 초로 타근을 쳐서 측정하였다.

또한, 하층의 비커스 경도는, 하층 단면으로부터 하중 980.7 mN (Hv0.1), 하중 유지 시간 15 초로 타근을 쳐서 측정하였다.

K. 압입 경도

상층의 압입 경도는, 초미소 경도 시험 (엘리오닉스 제조 ENT-2100) 에 의해, 샘플 표면에 하중 0.1 mN 으로 타근을 쳐서 측정하였다.

또한, 하층의 압입 경도는, 하층 단면으로부터 하중 980.7 mN (Hv0.1), 하중 유지 시간 15 초로 타근을 쳐서 측정하였다.

L. 표면 조도

표면 조도 (산술 평균 높이 (Ra) 및 최대 높이 (Rz)) 의 측정은, JIS B 0601 에 준거하여, 비접촉식 삼차원 측정 장치 (미타카 광기사 제조, 형식 NH-3) 를 이용하여 실시하였다. 컷오프는 0.25 ㎜, 측정 길이는 1.50 ㎜ 이고, 1 시료당 5 회 측정하였다.

M. 반사 농도

반사 농도는, 덴시토미터 (ND-1, 닛폰 전색 공업사 제조) 를 사용하여 측정하였다.

[표7-1]

[표7-2]

[표7-3]

[표8]

[표9]

[표10]

[표11]

[표12]

[표13]

[표14]

[표15]

실시예 1 ∼ 89 는, 저삽발성, 저위스커성 및 고내구성 모두 우수한 전자 부품 금속 재료였다.

비교예 1 은 블랭크재이다.

비교예 2 는, 비교예 1 의 블랭크재의 Sn 도금을 얇게 하여 제작한 것인데, 길이 20 ㎛ 이상의 위스커가 발생하였다. 또한 내미세 슬라이딩 마모성이 나쁘고 접촉 저항이 증가하였다.

비교예 3 은, 비교예 2 와 비교하여 열처리를 실시하지 않고 제작한 것인데, 길이 20 ㎛ 이상의 위스커가 발생하였다. 또한 내미세 슬라이딩 마모성이 나쁘고 접촉 저항이 증가하였다.

비교예 4 는, 비교예 1 과 비교하여 하층에 Cu 도금을 실시하여 제작한 것인데, 길이 20 ㎛ 이상의 위스커가 발생하였다. 또한 내미세 슬라이딩 마모성이 나쁘고 접촉 저항이 증가하였다.

비교예 5 는, 비교예 1 의 블랭크재와 비교하여 하층의 Ni 도금을 두껍게 실시하여 제작한 것인데, 비교예 1 과 특성은 변함없었다.

비교예 6 은, 상층의 Sn ＋ In 의 비율이 10 mass％ 이하였기 때문에, 내가스 부식성이 나빴다.

비교예 7 도, 비교예 6 과 동일하게 내가스 부식성이 나빴다.

비교예 8 은, 도금 두께가 8.2 × (Sn ＋ In 비율)^-0.66 보다 두꺼웠기 때문에, 삽발력이 목표보다 높고, 길이 20 ㎛ 이상의 위스커가 발생하였다.

비교예 9 는, 하층의 도금을 실시하지 않았기 때문에, 삽입력이 목표보다 높았다.

비교예 10 은, 상층의 도금을 실시하지 않았기 때문에, 내미세 슬라이딩 마모성이 나쁘고 접촉 저항이 증가하였다. 또한 내가스 부식성도 나빴다.

비교예 11 은, 하층의 도금이 극단적으로 얇기 때문에, 삽발력이 목표보다 높았다.

비교예 12 는, 상층의 도금이 극단적으로 얇기 때문에, 내미세 슬라이딩 마모성이 나쁘고 접촉 저항이 증가하였다. 또한 내가스 부식성도 나빴다.

비교예 13 은, 상층의 도금 두께가 0.6 ㎛ 를 초과하고, 도금 두께가 8.2 × (Sn ＋ In 비율)^-0.66 보다 두꺼웠기 때문에, 20 ㎛ 이상의 위스커가 발생하고, 삽발력이 목표보다 높았다.

비교예 14 는, 상층의 도금 두께가 0.6 ㎛ 를 초과하고, 도금 두께가 8.2 × (Sn ＋ In 비율)^-0.66 보다 두꺼웠기 때문에, 20 ㎛ 이상의 위스커가 발생하고, 삽발력이 목표보다 높았다.

비교예 15 는, 상층의 도금 두께가 8.2 × (Sn ＋ In 비율)^-0.66 보다 두꺼웠기 때문에, 20 ㎛ 이상의 위스커가 발생하고, 삽발력이 목표보다 높고, 내미세 슬라이딩 마모 시험 후의 접촉 저항이 높았다.

비교예 16 은, 상층의 도금 두께가 8.2 × (Sn ＋ In 비율)^-0.66 보다 두꺼웠기 때문에, 20 ㎛ 이상의 위스커가 발생하고, 삽발력이 목표보다 높고, 내미세 슬라이딩 마모 시험 후의 접촉 저항이 높았다.

비교예 17 은, 하층의 도금이 극단적으로 얇기 때문에, XPS (X 선 광 전자 분광) 로의 Depth 측정에서 하층의 Ni, Cr, Mn, Fe, Co 또는 Cu 의 원자 농도 (at％) 가 25 ％ 이상인 깊이가 목표보다 얇았기 때문에, 삽발력이 목표보다 높았다.

비교예 18 은, 실시예 17 과 비교하여, Sn 과 Ag 의 도금 순서를 반대로 하여 제작한 것인데, XPS (X 선 광 전자 분광) 로의 Depth 측정에서 상층 A 구성 원소의 Sn 또는 In 의 원자 농도 (at％) 의 최고치를 나타내는 위치 (D₁), 상층 B 구성 원소의 Ag, Au, Pt, Pd, Ru, Rh, Os 또는 Ir 의 원자 농도 (at％) 의 최고치를 나타내는 위치 (D₂) 가 D₂, D₁ 의 순서로 존재하기 때문에, 내가스 부식성이 나빴다.

비교예 19 는, 상층에 B 구성 원소가 존재하지 않고, 상층의 B 구성 원소의 Ag, Au, Pt, Pd, Ru, Rh, Os 또는 Ir 의 원자 농도 (at％) 의 최고치가 목표 이하였기 때문에, 내열성이 나빴다.

비교예 20 은, 상층의 Sn 도금을 극단적으로 얇게 하여 실시하여 제작한 것인데, XPS (X 선 광 전자 분광) 로의 Depth 측정에서, 상층의 Sn 또는 In 의 원자 농도 (at％) 의 최고치를 나타내는 위치 (D₁) 이 10 at％ 이하이고, 내가스 부식성이 나빴다.

비교예 21 은, 상층의 Sn ＋ In 의 비율이 10 mass％ 이하이고, XPS (X 선 광 전자 분광) 로의 Depth 측정에서 최표면으로부터 0.02 ㎛ 의 범위에서 A 구성 원소 [at％]/(A 층 ＋ B 층) 구성 원소 [at％] 가 0.1 미만으로, A 구성 원소의 비율이 매우 적고, Ag₃Sn 은 존재하지 않고 Ag 상이 존재하고 있었기 때문에, 내가스 부식성이 나빴다.

비교예 22 도, 비교예 21 과 동일한 이유로 내가스 부식성이 나빴다.

또한, 도 2 에 실시예 17 에 관련된 XPS (X 선 광 전자 분광) 의 Depth 측정 결과를 나타낸다. 도 2 로부터, 상층의 Sn 또는 In 의 원자 농도 (at％) 의 최고치를 나타내는 위치 (D₁), Ag, Au, Pt, Pd, Ru, Rh, Os 또는 Ir 의 원자 농도 (at％) 의 최고치를 나타내는 위치 (D₂) 가 D₁, D₂ 의 순서로 존재하고, D₁ 이 35 at％, D₂ 가 87 ％ 인 것을 알 수 있다. 또한, 최표면으로부터 0.02 ㎛ 의 범위에 있어서의 원자 농도 (at％) 의 비에 대하여, A 구성 원소/(A ＋ B) 구성 원소가 0.1 이상인 것을 알 수 있다. 즉, 이 범위에서 A 구성 원소 (Sn) 이 가장 농도가 낮은 것은 10 at％ 이고, 그 때의 B 구성 원소 (Ag) 의 농도는 90 at％ 이고, A 구성 원소/(A ＋ B) 구성 원소가 0.1 이 되어 있다.

10 ; 전자 부품용 금속 재료
11 ; 기재
12 ; 하층
13 ; 상층

Claims

기재와,
상기 기재 상에 Ni, Cr, Mn, Fe, Co 및 Cu 로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상으로 구성된 하층을 구비하고,
상기 하층 상에 Sn 및 In (A 구성 원소) 의 일방 혹은 양방 그리고 Ag, Au, Pt, Pd, Ru, Rh, Os 및 Ir (B 구성 원소) 의 1 종 혹은 2 종류 이상을 포함하는 합금으로 구성된 상층을 구비하고,
상기 하층의 두께가 0.05 ㎛ 이상이고,
상기 상층의 두께가 0.005 ㎛ 이상 0.6 ㎛ 이하이고,
상기 상층에 있어서, A 구성 원소/(A 구성 원소 ＋ B 구성 원소) [mass％] (이하, Sn ＋ In 비율이라고 한다) 와 상기 상층의 도금 두께 [㎛] 의 관계가,
상기 상층의 도금 두께 ≤ 8.2 × (Sn ＋ In 비율)^-0.66 [여기서, (Sn ＋ In 비율) ≥ 10 mass％ 이다] 이고,
저위스커성, 저삽발성, 내미세 슬라이딩 마모성 및 내가스 부식성이 우수한, 전자 부품용 금속 재료.
기재와,
상기 기재 상에 Ni, Cr, Mn, Fe, Co 및 Cu 로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상으로 구성된 하층을 구비하고,
상기 하층 상에 Sn 및 In (A 구성 원소) 의 일방 혹은 양방 그리고 Ag, Au, Pt, Pd, Ru, Rh, Os 및 Ir (B 구성 원소) 의 1 종 혹은 2 종류 이상을 포함하는 합금으로 구성된 상층을 구비하고,
상기 하층의 도금 부착량이 0.03 ㎎/㎠ 이상이고,
상기 상층의 도금 부착량이 7 ㎍/㎠ 이상 600 ㎍/㎠ 이하이고,
상기 상층에 있어서, A 구성 원소/(A 구성 원소 ＋ B 구성 원소) [mass％] (이하, Sn ＋ In 비율이라고 한다) 와 상기 상층의 도금 부착량 [㎍/㎠] 의 관계가,
상기 상층의 도금 부착량 ≤ 8200 × (Sn ＋ In 비율)^-0.66 [여기서, (Sn ＋ In 비율) ≥ 10 mass％ 이다] 이고,
저위스커성, 저삽발성, 내미세 슬라이딩 마모성 및 내가스 부식성이 우수한, 전자 부품용 금속 재료.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 상층의 도금 두께가 0.05 ㎛ 이상이고,
내삽발성이 우수한, 전자 부품용 금속 재료.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 상층의 도금 부착량이 40 ㎍/㎠ 이상이고,
내삽발성이 우수한, 전자 부품용 금속 재료.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 상층의 Sn ＋ In 비율 [mass％] 과 도금 두께 [㎛] 의 관계가,
도금 두께 ≥ 0.03 × e^{0.015 × (Sn ＋ In 비율)}이고,
내열성 및 땜납 젖음성이 우수한, 전자 부품용 금속 재료.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 상층의 Sn ＋ In 비율 [mass％] 과 도금 부착량 [㎍/㎠] 의 관계가,
도금 부착량 ≥ 27.8 × e^{0.017 × (Sn ＋ In 비율)}이고,
내열성 및 땜납 젖음성이 우수한, 전자 부품용 금속 재료.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 상층이, 상기 하층에 상기 B 구성 원소를 성막한 후, 상기 A 구성 원소를 성막함으로써, 상기 A 구성 원소와 B 구성 원소의 확산에 의해 형성된 전자 부품용 금속 재료.
제 7 항에 있어서,
상기 확산이 열처리에 의해 실시된 전자 부품용 금속 재료.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 상층에 있어서의 A 구성 원소가 Sn 과 In 의 합계로 50 mass％ 이상이고, 상기 상층에 있어서, As, Bi, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, W 및 Zn 으로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 금속을 추가로 합금 성분으로서 포함하는 전자 부품용 금속 재료.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 상층에 있어서의 B 구성 원소가 Ag 와 Au 와 Pt 와 Pd 와 Ru 와 Rh 와 Os 와 Ir 의 합계로 50 mass％ 이상이고, 상기 상층에 있어서, Bi, Cd, Co, Cu, Fe, In, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, W, Tl 및 Zn 으로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 금속을 추가로 합금 성분으로서 포함하는 전자 부품용 금속 재료.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 하층의 합금 조성이 Ni, Cr, Mn, Fe, Co, Cu 의 합계로 50 mass％ 이상이고, 또한 B, P, Sn 및 Zn 으로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 포함하는 전자 부품용 금속 재료.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 상층의 표면으로부터 측정한 압입 경도가 1000 ㎫ 이상인 전자 부품용 금속 재료.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 상층의 표면으로부터 측정한 압입 경도가 10000 ㎫ 이하이고,
굽힘 가공성이 향상된, 전자 부품용 금속 재료.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
XPS (X 선 광 전자 분광) 로 Depth 분석을 실시했을 때, 상기 상층의 A 구성 원소의 Sn 또는 In 의 원자 농도 (at％) 의 최고치를 나타내는 위치 (D₁), 상기 상층의 B 구성 원소의 Ag, Au, Pt, Pd, Ru, Rh, Os 또는 Ir 의 원자 농도 (at％) 의 최고치를 나타내는 위치 (D₂), 상기 하층의 Ni, Cr, Mn, Fe, Co 또는 Cu 의 원자 농도 (at％) 의 최고치를 나타내는 위치 (D₃) 이 최표면으로부터 D₁, D₂, D₃ 의 순서로 존재하는 전자 부품용 금속 재료.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 전자 부품용 금속 재료를 접점 부분에 사용한 커넥터 단자.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 전자 부품용 금속 재료를 접점 부분에 사용한 FFC 단자.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 전자 부품용 금속 재료를 접점 부분에 사용한 FPC 단자.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 전자 부품용 금속 재료를 외부 접속용 전극에 사용한 전자 부품.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 전자 부품용 금속 재료를, 하우징에 장착하는 장착부의 일방측에 암단자 접속부가, 타방측에 기판 접속부가 각각 형성되고, 상기 기판 접속부를 기판에 형성된 스루홀에 압입하여 상기 기판에 장착하는 압입형 단자에 사용한 전자 부품.
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