KR101838370B1

KR101838370B1 - 전자 부품용 Sn 도금재

Info

Publication number: KR101838370B1
Application number: KR1020160015034A
Authority: KR
Inventors: 마사유키 나가노; 히로타카 야마사키; 가츠야 나카타니
Original assignee: 제이엑스금속주식회사
Priority date: 2015-02-24
Filing date: 2016-02-05
Publication date: 2018-03-13
Also published as: JP5984980B2; JP2016156050A; KR20160103510A; TW201634706A; TWI589714B; CN105908231A; CN105908231B

Abstract

본 발명은, 커넥터나 단자 등의 도전성 스프링재로서 저삽발성이고 또한 양호한 표면 광택을 갖는 Sn 도금재를 제공하는 것을 목적으로 하고, 구리 또는 구리 합금조의 기재 상에 리플로 처리를 실시한 Sn 도금층을 갖는 Sn 도금재로서, 리플로 Sn 도금층은 상측의 Sn 층과 하측의 Cu-Sn 합금층으로 구성되고, Sn 도금층의 두께가 0.2 ∼ 0.8 ㎛ 이고, Sn 도금재의 압연 직각 방향의 표면 조도 Ra 가 0.05 ㎛ 이하, RSm 이 20 ㎛ 이하이고, 최표면에 노출된 Cu-Sn 합금층의 면적률이 5 ∼ 40 ％ 이고, 표면으로부터 관찰했을 때의 상기 노출된 Cu-Sn 합금층의 결정 입경이 3 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 Sn 도금재이다.

Description

전자 부품용 Sn 도금재{TIN-PLATED MATERIAL FOR ELECTRONIC PART}

본 발명은, 전자 부품, 특히 커넥터나 단자 등의 도전성 스프링재로서 바람직한 Sn 도금재에 관한 것이다.

단자나 커넥터 등의 도전성 스프링재로서 Sn 도금을 실시한 구리 또는 구리 합금조 (合金條) (이하, 「Sn 도금재」라고 한다) 가 사용되고 있다. 일반적으로, Sn 도금재는, 연속 도금 라인에 있어서 탈지 및 산세 후, 전기 도금법에 의해 Cu 하지 (下地) 도금층을 형성하고, 다음으로 전기 도금법에 의해 Sn 층을 형성하고, 마지막으로 리플로 처리를 실시하여 Sn 층을 용융시키는 공정으로 제조된다.

최근, 전자·전기 부품의 회로수 증대에 의해, 회로에 전기 신호를 공급하는 커넥터의 다극화가 진행되고 있다. Sn 도금재는, 그 연성으로부터 커넥터의 접점에 있어서 수와 암을 응착시키는 가스 타이트 (기밀) 구조가 채용되기 때문에, 금 도금 등으로 구성되는 커넥터에 비하여, 1 극당 커넥터의 삽입력이 높다. 이 때문에 커넥터의 다극화에 의한 커넥터 삽입력의 증대가 문제가 되고 있다.

예를 들어, 자동차 조립 라인에서는, 커넥터를 끼워맞추는 작업은, 현재 거의 인력으로 실시된다. 커넥터의 삽입력이 커지면, 조립 라인에서 작업자에게 부담이 가해져, 작업 효율의 저하로 직결된다. 이 점에서, Sn 도금재의 삽입력의 저감이 강하게 요망되고 있다.

또, 일반적으로, 단자나 커넥터의 조립 라인에서는, 표면 결함을 검출하기 위한 검출기가 설치되어 있고, 결함은 단자 표면에 광을 조사하고, 그 반사광을 검출함으로써 기능한다. 따라서, 고정밀도로 결함을 검출하기 위해서는 단자에 표면 광택이 높을 것, 요컨대 도전성 스프링재의 표면 광택이 높을 것이 요구된다.

일반적인 Sn 도금재는, 구리 합금에 Cu, Sn 을 순서대로 전기 도금한 후, 리플로 처리를 실시함으로써 Sn 층이 용융되어, 모재로부터 표면에 걸쳐 Cu 층, Cu-Sn 합금층, Sn 층의 순서의 구조가 되고, 높은 표면 광택이 얻어진다.

커넥터의 삽입력을 저감시키기 위한 방법으로서 특허문헌 1 에는, Cu-Ni-Si 계 구리 합금에 미리 조화 (粗化) 처리를 실시하고, 그 후, Cu, Sn 을 순서대로 전기 도금, 240 ∼ 360 ℃, 1 ∼ 12 초의 리플로 처리를 실시함으로써, Sn 계 표면층의 평균 두께를 0.4 ∼ 1.0 ㎛ 이하로 하고, Cu-Sn 합금층의 일부를 최표면에 노출시켜, Cu 의 일부를 Ni 및 Si 로 치환함으로써 Cu-Sn 합금층의 표면 조도 Ra 를 0.3 ㎛ 이상, Rvk 를 0.5 ㎛ 이상으로 함으로써, 저삽발성 (低揷拔性) 을 실현하는 기술이 개시되어 있다.

특허문헌 2 에는, Cu-Ni-Si 계 구리 합금에 Cu, Sn 을 순서대로 전기 도금, 240 ∼ 360 ℃, 1 ∼ 12 초의 리플로 처리를 실시함으로써, Cu-Sn 합금층의 Cu 의 일부를 Ni 및 Si 로 치환함으로써 Cu-Sn 합금층의 표면 조도 Rvk 가 0.2 ㎛ 를 초과하고, Cu-Sn 합금층을 최표면에 노출시켜, 그 면적률을 10 ∼ 40 ％, Sn 계 표면층의 평균 두께를 0.2 ∼ 0.6 ㎛ 로 함으로써 저삽발성을 실현하는 기술이 개시되어 있다.

특허문헌 3 에는, Cu, Sn 의 순서대로 전기 도금을 실시한 구리 합금을, 300 ∼ 900 ℃ 의 리플로 노(爐) 내를 3 ∼ 20 초 통과시킴으로써, 모재로부터 표면에 걸쳐 Cu 농도를 감소시키고, Cu-Sn 합금층 중에 부분적으로 Sn 또는 Sn 합금을 분산시킴으로써 저삽발성 및 고내열성을 양립시키는 기술이 개시되어 있다.

특허문헌 4 에는, Cu-Ni-Si 계 구리 합금에 Cu, Sn 을 순서대로 전기 도금, 240 ∼ 360 ℃ 까지 승온하고, 6 ∼ 12 초 유지한 후, 급랭시키는 리플로 처리를 실시함으로써, Cu-Sn 합금층의 Cu 의 일부를 Ni 및 Si 로 치환함으로써 Cu-Sn 합금층의 첨도 (尖度) Rku 가 3 을 초과하고, Cu-Sn 합금층을 최표면에 노출시켜, 그 면적률을 10 ∼ 40 ％, Sn 계 표면층의 평균 두께를 0.2 ∼ 0.4 ㎛ 로 함으로써 저삽발성 및 고내열성을 양립시키는 기술이 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 2014-208878호 일본 특허공보 제5263435호 일본 특허공보 제5355935호 일본 공개특허공보 2013-049909호

이와 같이, 단자나 커넥터의 삽입력을 저감시키려면, Cu-Sn 합금층의 일부를 Sn 도금재의 최표면에 노출시키는 것이 유효하다. 그러나, Cu-Sn 합금층이 최표면에 노출되면, Sn 도금재의 표면 조도가 증대하여 양호한 표면 광택이 얻어지지 않기 때문에, 단자나 커넥터의 조립 라인에서 표면 결함의 검출이 곤란하다. 본 발명자들이 아는 한, 저삽발성이고 또한 양호한 표면 광택이 얻어지는 발명은 발견되지 않았다.

본 발명은, 상기 서술한 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 커넥터나 단자 등의 도전성 스프링재로서 저삽발성이고 또한 양호한 표면 광택을 갖는 Sn 도금재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자가 예의 연구한 결과, 저삽발성이고 또한 양호한 표면 광택을 얻기 위해서는, Sn 도금재의 최표면에 노출된 Cu-Sn 합금층의 결정 입경을 미세화하는 것이 유효한 것을 알아냈다.

리플로 처리에서 Cu-Sn 합금층을 Sn 도금재의 최표면에 노출시키면, Cu-Sn 합금층의 단면 형상은 돔 (dome) 형상이기 때문에, 리플로 처리에서 용융된 Sn 은 Cu-Sn 합금층의 형상을 따라 유동성이 발생하고, 리플로 처리 후의 Sn 도금재의 표면 조도가 증가하여 표면 광택은 열화된다.

따라서, 노출된 Cu-Sn 합금층의 결정 입경을 미세화시킴으로써, 리플로 처리에서 발생하는 Sn 층의 유동성을 경감시켜, 저삽발성이고 또한 양호한 표면 광택을 얻을 수 있다.

즉, 본 발명은,

(1) 구리 또는 구리 합금조의 기재 상에 리플로 처리를 실시한 Sn 도금층을 갖는 Sn 도금재로서, 리플로 Sn 도금층은 상측의 Sn 층과 하측의 Cu-Sn 합금층으로 구성되고, Sn 도금층의 두께가 0.2 ∼ 0.8 ㎛ 이고, Sn 도금재의 압연 직각 방향의 표면 조도 Ra 가 0.05 ㎛ 이하, RSm 이 20 ㎛ 이하이고, 최표면에 노출된 Cu-Sn 합금층의 면적률이 5 ∼ 40 ％ 이고, 표면으로부터 관찰했을 때의 상기 노출된 Cu-Sn 합금층의 결정 입경이 3 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 Sn 도금재.

(2) 구리 또는 구리 합금조의 기재 상이 Cu 하지 도금층, 또는 Ni 하지 도금층, 또는 Ni 및 Cu 를 이 순서대로 적층한 Ni/Cu 2 층 하지 도금층으로 피복되어 있고, 그 위에 리플로 Sn 도금층을 갖는 (1) 의 Sn 도금재.

(3) 구리 또는 구리 합금조의 기재 상에 Sn 도금, 또는 Cu, Sn 도금층을 이 순서로 형성한 후에 리플로 처리함으로써, 기재 상에 Cu-Sn 합금층을 개재하여 Sn 층을 형성한 Sn 도금재를 제조하는 방법으로서, 상기 Cu 도금층의 두께를 0 ∼ 0.5 ㎛, 상기 Sn 도금층의 두께를 0.5 ∼ 1.5 ㎛ 로 하고, 상기 리플로 처리를 온도 400 ∼ 600 ℃ 에서 1 ∼ 30 초 가열한 후, 20 ∼ 90 ℃ 의 냉각수를 분무하고, 이어서 20 ∼ 90 ℃ 의 수조에 투입하는 것을 특징으로 하는 Sn 도금재의 제조 방법.

(4) 구리 또는 구리 합금조의 기재 상에 Ni, Cu, Sn 도금층을 이 순서로 형성한 후에 리플로 처리함으로써, 기재 상에 Ni 하지 도금층, 또는 Ni/Cu 2 층 하지 도금층으로 피복되고, Cu-Sn 합금층을 개재하여 Sn 층을 형성한 Sn 도금재를 제조하는 방법으로서, 상기 Ni 도금층을 0.05 ∼ 3 ㎛, 상기 Cu 도금층의 두께를 0.05 ∼ 0.5 ㎛, 상기 Sn 도금층의 두께를 0.5 ∼ 1.5 ㎛ 로 하고, 상기 리플로 처리를 온도 400 ∼ 600 ℃ 에서 1 ∼ 30 초 가열한 후, 20 ∼ 90 ℃ 의 냉각수를 분무하고, 이어서 20 ∼ 90 ℃ 의 수조에 투입하는 것을 특징으로 하는 Sn 도금재의 제조 방법.

(5) (1) 또는 (2) 중 어느 하나에 기재된 Sn 도금재를 구비한 전자 부품.

본 발명에 관련된 Sn 도금재에서는, 특히 자동차 및 전자 부품 등에 사용되는 단자에 있어서, 접합시의 삽입력이 낮고, 단자 조립시의 표면 검사를 높은 정밀도로 실시할 수 있다.

도 1 은 경면 반사율 측정 방법의 설명도이다.
도 2 는 동마찰 계수 측정 방법의 설명도이다.
도 3 은 접촉자 선단의 가공 방법의 설명도이다.
도 4 는 본 발명의 Sn 도금재의 SEM 반사 전자 이미지이다.

이하, 본 발명에 관련된 Sn 도금재의 일 실시형태에 대해 설명한다. 또한, 본 발명에 있어서 ％ 란, 특별히 언급하지 않는 한, 질량％ 를 나타내는 것으로 한다.

(1) 기재의 조성

Sn 도금재의 기재가 되는 구리조(條)로는, 순도 99.9 ％ 이상의 터프 피치동, 무산소동을 사용할 수 있고, 또 구리 합금조로는 요구되는 강도나 도전성에 따라 공지된 구리 합금을 사용할 수 있다. 공지된 구리 합금으로는, 예를 들어, Cu-Sn-P 계 합금, Cu-Zn 계 합금, Cu-Ti 계 합금, Cu-Ni-Si 계 합금, Cu-Sn-Zn 계 합금, Cu-Zr 계 합금 등을 들 수 있다.

(2) Sn 도금층

구리 또는 구리 합금조의 표면에는, 리플로 처리를 실시한 Sn 도금층이 형성되어 있다. Sn 도금층은 기재 표면에 직접, 또는 하지 도금을 개재하여 도금 된다. 하지 도금으로는, Cu 하지 도금, 또는 Ni, Cu 의 순서대로 도금하여 Cu/Ni 2 층 하지 도금으로 해도 된다. 리플로 처리 후의 Sn 층의 도금 두께는 0.2 ∼ 0.8 ㎛ 로 한다. 바람직하게는 0.3 ∼ 0.7 ㎛, 더욱 바람직하게는 0.4 ∼ 0.6 ㎛ 로 한다. Sn 층의 도금 두께가 지나치게 작으면, 후기 Cu-Sn 합금층의 면적률이 지나치게 커서, 리플로 처리 후의 Sn 도금층의 압연 직각 방향의 표면 조도 Ra, 및/또는 RSm 이 지나치게 커져 양호한 표면 광택이 얻어지지 않는다. 반대로, Sn 층의 도금 두께가 지나치게 크면, 후기 Cu-Sn 합금층의 면적률이 지나치게 작아져 삽입력이 저감되지 않는다.

(3) Cu-Sn 계 합금층

상기 Sn 도금 후에 리플로 처리를 실시하면, 기재 및/또는 Cu 하지 도금층의 Cu 가 Sn 도금층으로 확산되고, Sn 도금층의 하측에 Cu-Sn 합금층이 형성된다. 통상적으로는 Cu₆Sn₅, 및/또는 Cu₃Sn 의 조성을 갖고 있지만, 상기한 하지 도금의 성분이나, 기재를 구리 합금으로 했을 때의 첨가 원소를 함유해도 된다.

Sn 도금재의 최표면에 노출된 Cu-Sn 합금층의 결정 입경은 3 ㎛ 이하로 한다. 바람직하게는 2.5 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 2 ㎛ 이하로 한다. 결정 입경이 지나치게 커지면, 리플로 처리 후의 Sn 도금층의 압연 직각 방향의 표면 조도 Ra, 및/또는 RSm 이 지나치게 커져 양호한 표면 광택이 얻어지지 않는다. 결정 입경의 하한은 본 발명의 효과가 발휘되는 범위에서는 특별히 제한되지 않지만, 제조상 0.1 ㎛ 미만은 곤란하다.

Sn 도금재의 최표면에 노출된 Cu-Sn 합금층의 면적률은 5 ∼ 40 ％ 로 한다. 바람직하게는 8 ∼ 35 ％, 더욱 바람직하게는 10 ∼ 30 ％ 로 한다. 면적률이 지나치게 작아지면, 삽입력이 저감되지 않는다. 반대로, 면적률이 지나치게 커지면, 리플로 처리 후의 Sn 도금층의 압연 직각 방향의 표면 조도 Ra, 및/또는 RSm 이 지나치게 커져 양호한 표면 광택이 얻어지지 않는다.

(4) 표면 조도

리플로 처리 후의 Sn 도금재의 최표면에 있어서 압연 직각 방향의 표면 조도 Ra 는 0.05 ㎛ 이하, RSm 은 20 ㎛ 이하로 한다. 바람직하게는 Ra 가 0.03 ㎛ 이하, RSm 이 15 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 Ra 가 0.02 ㎛ 이하, RSm 이 12 ㎛ 이하로 한다. 이 압연 직각 방향의 표면 조도 Ra, 및/또는 RSm 이 지나치게 커지면, 양호한 표면 광택은 얻어지지 않는다. 표면 조도의 하한은 본 발명의 효과가 발휘되는 범위에서는 특별히 제한되지 않지만, 제조상 Ra 가 0.001 ㎛ 미만, RSm 이 1 ㎛ 미만은 곤란하다.

(5) 제조 방법

본 발명의 실시형태에 관련된 Sn 도금재는, 연속 도금 라인에 있어서, 기재인 구리 또는 구리 합금조의 표면을 탈지 및 산세 후, 전기 도금법에 의해 하지 도금층을 형성하고, 다음으로 공지된 전기 도금법에 의해 Sn 층을 형성하고, 마지막에 리플로 처리를 실시하여 Sn 층을 용융시키는 공정으로 제조할 수 있다. 하지 도금층은 생략해도 된다.

Cu 하지 도금은 실시하지 않아도 되지만, Cu 하지 도금을 실시하는 경우, 그 두께는 0.5 ㎛ 이하로 한다. 바람직하게는 0.4 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 0.35 ㎛ 이하로 한다. 두께가 지나치게 크면, 노출된 Cu-Sn 합금층의 결정 입경이 지나치게 커져, 리플로 처리 후의 Sn 도금층의 압연 직각 방향의 표면 조도 Ra, 및 RSm 이 지나치게 커져 양호한 표면 광택이 얻어지지 않는다.

내열성의 향상을 위하여, Cu 하지 도금 전에 Ni 하지 도금을 실시해도 된다. 이 경우, Ni 하지 도금의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 두께가 0.05 ㎛ 를 하회하면 Ni 하지 도금의 효과가 발휘되지 않고, 3 ㎛ 를 초과하면, 경제성이 나쁠 뿐만 아니라, 굽힘 가공성의 열화를 초래한다. 그 때문에 Ni 하지 도금의 두께는 0.05 ∼ 3 ㎛ 가 바람직하다. 또, Ni 하지 도금 후의 Cu 하지 도금의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 두께가 0.05 ㎛ 를 하회하거나, 또는 0.5 ㎛ 를 초과하면, Ni 하지 도금 후의 Cu 하지 도금의 효과가 발휘되지 않는다. 그 때문에 Ni 하지 도금 후의 Cu 하지 도금의 두께는 0.05 ∼ 0.5 ㎛ 가 바람직하다.

Sn 도금의 두께는 0.5 ∼ 1.5 ㎛ 로 한다. 바람직하게는 0.6 ∼ 1.2 ㎛, 더욱 바람직하게는 0.7 ∼ 1.1 ㎛ 로 한다. Sn 도금의 두께가 지나치게 작으면, 리플로 처리 후의 Sn 층의 두께가 지나치게 작아지고, 결과적으로, Cu-Sn 합금층의 면적률이 지나치게 커져, 리플로 처리 후의 Sn 도금층의 압연 직각 방향의 표면 조도 Ra 및/또는 RSm 이 지나치게 커져 양호한 표면 광택이 얻어지지 않는다. 반대로, Sn 도금의 두께가 지나치게 커지면, 리플로 처리 후의 Sn 층의 두께가 지나치게 커져, Cu-Sn 합금층의 면적률이 지나치게 작아져 삽입력이 저감되지 않는다.

리플로 처리는, Sn 도금재를 노내 온도 400 ∼ 600 ℃ 에서 1 ∼ 30 초 가열한 후, 20 ∼ 90 ℃ 의 냉각수를 Sn 도금재의 표면에 분무하고, 이어서 20 ∼ 90 ℃ 의 수조에 Sn 도금재를 투입하는 방법으로 실시한다.

가열 온도가 400 ℃, 및/또는 가열 시간이 1 초를 하회하면, 최표면에 노출된 Cu-Sn 합금층의 면적률이 5 ％ 미만이 되고, 삽입력이 저감되지 않는다. 반대로, 가열 온도가 600 ℃, 및/또는 가열 시간이 30 초를 초과하면, 최표면에 노출된 Cu-Sn 합금층의 결정 입경이 3 ㎛ 를 초과하고, 그 면적률이 40 ％ 를 초과하고, 압연 직각 방향의 표면 조도 Ra 가 0.05 ㎛, 및/또는 RSm 이 20 ㎛ 를 초과하여, 양호한 표면 광택이 얻어지지 않는다.

또한, 가열 후에 냉각수를 분무하는 이유는 다음과 같다. 가열된 도금재의 표면에 분무된 물입자가 부착되어, 그 부분은 급랭되고, Cu-Sn 합금층의 성장은 억제된다. 한편, 물입자가 부착되지 않은 부분은 급랭되지 않고, Cu-Sn 합금층의 성장은 억제되지 않는다. 따라서, 가열 후의 도금 표면에 국소적인 냉각 속도의 차를 발생시킬 수 있고, 도금재의 표면에 노출된 Cu-Sn 합금층의 결정 입경을 미세화시킬 수 있다.

실시예

이하에 실시예를 나타내는데, 이하의 실시예에 본 발명이 한정되는 것을 의도하는 것은 아니다.

터프 피치동을 원료로 하고, 표 1 에 나타내는 비율 (질량％) 이 되도록 각 원소를 첨가한 잉곳을 주조하고, 900 ℃ 이상에서 두께 10 ㎜ 까지 열간 압연을 실시하여, 표면의 산화 스케일을 면삭 (面削) 한 후, 냉간 압연과 열처리를 반복하여, 두께 0.2 ㎜ 의 판 (기재) 으로 마무리하였다.

다음으로, 이 기재의 표면을 탈지 및 산세 후, 전기 도금법에 의해 Ni 도금층, Cu 도금층의 순서대로 하지 도금층을 형성하고, 경우에 따라서는 Ni 하지 도금 및 Cu 하지 도금을 생략하고, 다음으로 전기 도금법에 의해 Sn 도금층을 형성하였다. Ni 하지 도금을 실시하는 경우에는 황산욕 (액온 약 50 ℃, 전류 밀도 5 A/d㎡) 에서 전기 도금하고, Ni 하지 도금의 두께를 0.3 ㎛ 로 하였다. Cu 하지 도금을 실시하는 경우에는 황산욕 (액온 약 25 ℃, 전류 밀도 30 A/d㎡) 에서 전기 도금하였다. Sn 도금은, 페놀술폰산욕 (액온 약 35 ℃, 전류 밀도 12 A/d㎡) 에서 전기 도금하였다. Cu 하지 도금 및 Sn 도금의 각 도금 두께는 전착 시간을 조정함으로써 조정하였다.

다음으로, 350 ∼ 650 ℃ 로 가열한 노 중에서 1 ∼ 30 초 가열한 후, 70 ℃ 의 냉각수를 안개상으로 하여 분사한 후, 70 ℃ 의 수조에 투입하였다. 일부의 실시예에 대해서는 가열한 후, 안개상의 수랭을 실시하지 않고 70 ℃ 의 수조에 투입하였다.

이와 같이 하여 얻어진 각 Sn 도금재에 대해, 제특성의 평가를 실시하였다.

(1) Sn 도금 두께

CT-1 형 전해식 막두께계 (주식회사 덴소쿠 제조) 를 사용하여 Sn 도금층의 두께를 측정하였다.

(2) 표면 조도

콘포컬 현미경 (Lasertec (주) 사 제조 HD100) 을 사용하여, JIS B 0601 에 준거하여 Sn 도금재의 압연 직각 방향의 표면 조도 Ra 및 RSm 을 측정하였다.

(3) 표면에 노출된 Cu-Sn 합금층의 면적률

FE-SEM (닛폰 FEI (주) 제조 XL30SFEG) 을 사용하여, 750 배의 배율로 0.017 ㎟ 의 시야의 반사 전자 이미지를 관찰하였다. 표면에 노출된 Cu-Sn 합금층은, Sn 층과 비교하여 어두운 화상이 되기 때문에, 이 이미지를 2 치화하여, Cu-Sn 합금층의 면적을 구함으로써 면적률을 산출하였다. 2 치화는, 고도 레인지 255 중 170 으로 설정하여 실시하였다.

(4) 최표면에 노출된 Cu-Sn 합금층의 결정 입경

FE-SEM (닛폰 FEI (주) 제조 XL30SFEG) 을 사용하여, 2000 배의 배율로 노출한 Cu-Sn 합금층의 반사 전자 이미지를 관찰하였다. 그 후, Cu-Sn 합금층을 무작위로 10 개 선택하고, 각 Cu-Sn 합금층이 포함되는 최대원의 직경을 각각 구하고, 10 개의 최대원의 직경 평균치를 Cu-Sn 합금층의 결정 입경으로 하였다.

(5) 표면 광택

디지털 변각 광택도계 (니혼 덴소쿠 공업 (주) 제조 VG-1D) 를 사용하여, Sn 도금재의 경면 반사율을 측정하였다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 투광부로부터 입사각 30°로 광을 입사시키고, Sn 도금재에 각도 30°로 반사된 광을 수광부에서 검출함으로써 Sn 도금재의 경면 반사율을 측정하였다. 투광부로부터 직접 수광시켰을 때의 경면 반사율이 100 ％ 이기 때문에, 이 수치가 높을수록 Sn 도금재의 표면 광택은 양호해진다.

(6) 동마찰 계수

삽입력의 평가로서 동마찰 계수를 측정하였다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, Sn 도금재의 판 시료를 시료대 상에 고정시키고, 그 Sn 도금면에 접촉자를 하중 W 로 가압하였다. 다음으로, 이동대를 수평 방향으로 이동시키고, 이 때 접촉자에 작용하는 저항 하중 F 를 로드셀에 의해 측정하였다. 그리고, 동마찰 계수 μ 를 μ ＝ F/W 로부터 산출하였다.

W 는 4.9 N 으로 하고, 접촉자의 슬라이딩 속도 (시료대의 이동 속도) 는 50 ㎜/min 으로 하였다. 슬라이딩은 판 시료의 압연 방향에 대해 평행한 방향으로 실시하였다. 슬라이딩 거리는 100 ㎜ 로 하고, 이 사이의 F 의 평균치를 구하였다.

접촉자는, 상기 판 시료와 동일한 Sn 도금재를 사용하여, 도 3 에 나타내는 바와 같이 제작하였다. 즉, 직경 7 ㎜ 의 스테인리스구를 시료에 가압하여, 판 시료와 접촉하는 부분을 반구상으로 성형하였다.

실시예를 표 2 및 표 3 에 나타낸다. 도 4 는 발명예 4 의 Sn 도금재의 표면의 SEM 반사 전자 이미지이다. Sn 도금재의 최표면에 미세한 Cu-Sn 합금층이 노출되어 있다.

발명예 1 ∼ 35 는, 모두 리플로 후의 Sn 도금층의 두께가 0.2 ∼ 0.8 ㎛ 이고, Sn 도금재의 압연 직각 방향의 표면 조도 Ra 가 0.05 ㎛ 이하, RSm 이 20 ㎛ 이하이고, 최표면에 노출된 Cu-Sn 합금층의 면적률이 5 ∼ 40 ％ 이고, 표면으로부터 관찰했을 때의 상기 노출된 Cu-Sn 합금층의 결정 입경이 3 ㎛ 이하였다. 이들의 Sn 도금재의 경면 반사율은 70 ％ 이상으로서, 양호한 표면 광택이 얻어지고, 동마찰 계수는 0.5 이하로 낮았다. 즉, 저삽발성이고 또한 양호한 표면 광택이 양립되어 있다.

비교예 1 은 도금시의 Sn 도금 두께가 0.5 ㎛ 를 하회한 예이다. 리플로 후의 Sn 층 두께가 0.2 ㎛ 미만, 최표면에 노출된 Cu-Sn 합금층의 면적률이 40 ％ 를 초과하고, 압연 직각 방향의 Ra 가 0.05 ㎛ 를 초과하고, 경면 반사율이 70 ％ 미만이었다.

비교예 2 는 도금시의 Sn 도금 두께가 1.5 ㎛ 를 초과한 예이다. 리플로 후의 Sn 층 두께가 0.8 ㎛ 를 초과하고, 최표면에 노출된 Cu-Sn 합금층의 면적률이 0 ％, 요컨대 Cu-Sn 합금층이 노출되지 않고, 그 동마찰 계수는 0.5 를 초과하였다.

비교예 3 은 도금시의 Cu 하지 도금 두께가 0.5 ㎛ 를 초과한 예이다. 최표면에 노출된 Cu-Sn 합금층의 결정 입경이 3 ㎛ 를 초과하고, Ra 가 0.05 ㎛ 를 초과하며, RSm 이 20 ㎛ 를 초과하고, 경면 반사율이 70 ％ 미만이었다.

비교예 4 는 리플로 처리의 노온이 400 ℃ 미만, 비교예 6 은 리플로 처리의 가열 시간이 1 초를 하회한 예이다. 양방 모두 최표면에 노출된 Cu-Sn 합금층의 면적률이 5 ％ 미만이 되고, 동마찰 계수는 0.5 를 초과하였다.

비교예 5 는 리플로 처리의 노온이 600 ℃ 를 초과하고, 비교예 7 은 리플로 처리의 가열 시간이 30 초를 초과한 예이다. 양방 모두 리플로 후의 Sn 층 두께가 0.2 ㎛ 미만, 최표면에 노출된 Cu-Sn 합금층의 면적률이 40 ％ 를 초과하고, 결정 입경이 3 ㎛ 를 초과하고, 압연 직각 방향의 Ra 가 0.05 ㎛ 를 초과하며, RSm 이 20 ㎛ 를 초과하고, 경면 반사율이 70 ％ 미만이었다.

비교예 8 ∼ 11 은 안개상의 수랭을 실시하지 않은 예이다. 모두 최표면에 노출된 Cu-Sn 합금층의 면적률은 5 ％ 를 초과하고, 동마찰 계수는 0.5 이하로 양호하지만, 최표면에 노출된 Cu-Sn 합금층의 결정 입경이 3 ㎛ 를 초과하고, 표면 조도 Ra 가 0.05 ㎛ 를 초과하며, RSm 이 20 ㎛ 를 초과하고, 경면 반사율이 70 ％ 미만이었다. 즉, 저삽발성과 양호한 표면 광택을 양립시킬 수 없었다.

Claims

구리 또는 구리 합금조의 기재 상에 리플로 처리를 실시한 Sn 도금층을 갖는 Sn 도금재로서, 리플로 Sn 도금층은 상측의 Sn 층과 하측의 Cu-Sn 합금층으로 구성되고, Sn 도금층의 두께가 0.2 ∼ 0.8 ㎛ 이고, Sn 도금재의 압연 직각 방향의 표면 조도 Ra 가 0.05 ㎛ 이하, RSm 이 20 ㎛ 이하이고, 최표면에 노출된 Cu-Sn 합금층의 면적률이 5 ∼ 40 ％ 이고, 표면으로부터 관찰했을 때의 상기 노출된 Cu-Sn 합금층의 결정 입경이 3 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 Sn 도금재.
제 1 항에 있어서,
구리 또는 구리 합금조의 기재 상이 Cu 하지 (下地) 도금층, 또는 Ni 하지 도금층, 또는 Ni 및 Cu 를 이 순서대로 적층한 Ni/Cu 2 층 하지 도금층으로 피복되어 있고, 그 위에 리플로 Sn 도금층을 갖는, Sn 도금재.
구리 또는 구리 합금조의 기재 상에 Sn 도금, 또는 Cu, Sn 도금층을 이 순서로 형성한 후에 리플로 처리함으로써, 기재 상에 Cu-Sn 합금층을 개재하여 Sn 층을 형성한 Sn 도금재를 제조하는 방법으로서, 상기 Cu 도금층의 두께를 0 ∼ 0.5 ㎛, 상기 Sn 도금층의 두께를 0.5 ∼ 1.5 ㎛ 로 하고, 상기 리플로 처리를 온도 400 ∼ 600 ℃ 에서 1 ∼ 30 초 가열한 후, 20 ∼ 90 ℃ 의 냉각수를 분무하고, 이어서 20 ∼ 90 ℃ 의 수조에 투입하고,
상기 Sn 도금재의 압연 직각 방향의 표면 조도 Ra 가 0.05 ㎛ 이하, RSm 이 20 ㎛ 이하이고, 최표면에 노출된 Cu-Sn 합금층의 면적률이 5 ∼ 40 ％ 이고, 표면으로부터 관찰했을 때의 상기 노출된 Cu-Sn 합금층의 결정 입경이 3 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 Sn 도금재의 제조 방법.
구리 또는 구리 합금조의 기재 상에 Ni, Cu, Sn 도금층을 이 순서로 형성한 후에 리플로 처리함으로써, 기재 상에 Ni 하지 도금층, 또는 Ni/Cu 2 층 하지 도금층으로 피복되고, Cu-Sn 합금층을 개재하여 Sn 층을 형성한 Sn 도금재를 제조하는 방법으로서, 상기 Ni 도금층을 0.05 ∼ 3 ㎛, 상기 Cu 도금층의 두께를 0.05 ∼ 0.5 ㎛, 상기 Sn 도금층의 두께를 0.5 ∼ 1.5 ㎛ 로 하고, 상기 리플로 처리를 온도 400 ∼ 600 ℃ 에서 1 ∼ 30 초 가열한 후, 20 ∼ 90 ℃ 의 냉각수를 분무하고, 이어서 20 ∼ 90 ℃ 의 수조에 투입하고,
상기 Sn 도금재의 압연 직각 방향의 표면 조도 Ra 가 0.05 ㎛ 이하, RSm 이 20 ㎛ 이하이고, 최표면에 노출된 Cu-Sn 합금층의 면적률이 5 ∼ 40 ％ 이고, 표면으로부터 관찰했을 때의 상기 노출된 Cu-Sn 합금층의 결정 입경이 3 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 Sn 도금재의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 Sn 도금재를 구비한, 전자 부품.