KR102060947B1

KR102060947B1 - 접속 부품용 도전 재료

Info

Publication number: KR102060947B1
Application number: KR1020177030146A
Authority: KR
Inventors: 고야 노무라
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2015-03-23
Filing date: 2016-03-08
Publication date: 2019-12-31
Also published as: KR20170129880A; CN107429416B; WO2016152495A1; JP6000392B1; EP3276048A1; EP3276048A4; US20180044807A1; JP2016180128A; CN107429416A

Abstract

표면에 Cu-Sn 합금 피복층 및 리플로 Sn 피복층이 모재측으로부터 순차로 배치되고, Cu-Sn 합금 피복층의 일부가 표면에 노출된 접속 부품용 도전 재료에 있어서, 구리 합금 모재의 압연 방향에 대해 수직 방향 및 45° 경사진 방향의 마찰 계수를, 구리 합금 모재의 압연 방향의 마찰 계수보다 저감시킨다. 접속 부품용 도전 재료의 표면은 리플로 처리되고, 적어도 1방향에 있어서의 산술 평균 거칠기 Ra가 0.15μm 이상이고, 모든 방향에 있어서의 산술 평균 거칠기 Ra가 3.0μm 이하로 되며, Cu-Sn 합금 피복층의 재료 표면 노출 면적률이 3∼75%, 적어도 1방향에 있어서의 평균 재료 표면 노출 간격이 0.01∼0.5mm이다. 비커스 경도 시험으로 구리 합금 모재의 표면에 남은 오목부의 압연 방향에 평행한 대각선의 길이 DL로부터 구한 비커스 경도를 VL, 압연 방향에 수직한 대각선의 길이 DT로부터 구한 비커스 경도를 VT로 했을 때, VT-VL≥4이다.

Description

접속 부품용 도전 재료

자동차, 일반 민생용으로 이용하는 감합형 단자에 이용하는 접속 부품용 도전 재료에 있어서, 숫단자와 암단자의 삽발 시의 마찰 계수 저감, 및 미접동(微摺動) 마모 저감을 달성할 수 있는 접속 부품용 도전 재료에 관한 것이다.

특허문헌 1에, 조면화한 구리 합금 판조로 이루어지는 모재의 표면에, 필요에 따라서 Ni 도금을 행한 후, Cu 도금, Sn 도금을 행하고, 그 다음에 리플로 처리하여 얻어진 접속 부품용 도전 재료가 기재되어 있다. 이 접속 부품용 도전 재료는, 모재 표면에 두께 0.2∼3.0μm의 Cu-Sn 합금 피복층과 두께 0.2∼5.0μm의 Sn 피복층이 이 순서로 형성되어 있다. 이 접속 부품용 도전 재료의 표면은, 적어도 1방향에 있어서의 산술 평균 거칠기 Ra가 0.15μm 이상이고, 모든 방향에 있어서의 산술 평균 거칠기 Ra가 3.0μm 이하이다. 또한, 최표면에 Cu-Sn 합금 피복층의 일부가 노출되고, 그 노출 면적률이 3∼75%이며, 적어도 1방향에 있어서의 Cu-Sn 합금 피복층의 평균의 재료 표면 노출 간격이 0.01∼0.5mm이다.

특허문헌 1에 기재된 접속 부품용 도전 재료를 이용하여 제조한 단자는, 표면에 노출된(표면의 볼록부에 존재하는) 경질의 Cu-Sn 합금 피복층이 하중을 맡는다. 이 때문에, 이 단자는, 일반적인 리플로 Sn 도금재(조면화하지 않은 구리 합금 판조를 모재로 하고, 표면에 Cu-Sn 합금 피복층이 노출되어 있지 않는 것)를 이용하여 제조한 단자에 비해, 단자를 감합할 때의 마찰 계수가 큰폭으로 저감되고, 또한, 내미접동 마모 특성이 향상된다.

특허문헌 2에는, 기본적으로 특허문헌 1에 기재된 접속 부품용 도전 재료와 동일한 표면 피복층 구조를 갖고, 표면에 노출된 Cu-Sn 합금 피복층이, 불규칙적으로 분포하는 랜덤 조직과 모재의 압연 방향에 평행하게 연장되는 선상 조직으로 이루어지는 접속 부품용 도전 재료가 기재되어 있다. 이 접속 부품용 도전 재료에 있어서, 상기 선상 조직으로서, 길이 50μm 이상, 폭 10μm 이하의 것이 1mm²당 35개 이상 포함된다.

특허문헌 2에 기재된 접속 부품용 도전 재료는, 표면에 노출된 Cu-Sn 합금 피복층이 랜덤 조직과 선상 조직으로 이루어지는 것에 의해, 특허문헌 1에 기재된 접속 부품용 도전 재료에 비해, 마찰 계수가 더욱 저감된다. 또한, 상기 선상 조직이 모재의 압연 방향에 평행하게 연장되기 때문에, 모재의 압연 방향에 평행 방향의 마찰 계수에 비해, 모재의 압연 방향에 대해 수직 방향의 마찰 계수가 상대적으로 낮다.

접속 부품용 도전 재료를 타발(打拔)하여, 또는 타발 후 굽힘 가공하여 제조되는 단자는, 단자의 삽입 방향을 모재의 압연 방향에 대해 평행 방향 또는 직각 방향으로 설정한 것이 많다. 한편, 특허문헌 3에는, 단자의 삽입 방향을 모재의 압연 방향에 대해 10∼80°, 바람직하게는 30∼60° 경사시키는 것이 제안되어 있다.

일본 특허공개 2006-183068호 공보 일본 특허공개 2013-209680호 공보 일본 특허공개 2010-75988호 공보

본 발명은, 특허문헌 1에 기재된 접속 부품용 도전 재료를 개량하여, 모재의 압연 방향에 대해 직각 방향의 마찰 계수 및 모재의 압연 방향으로부터 소정 각도 경사진 방향의 마찰 계수를, 모재의 압연 방향의 마찰 계수보다 저감시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 접속 부품용 도전 재료는, 구리 합금 판조로 이루어지는 모재의 표면에, Cu 함유량이 20∼70at%이고 평균 두께가 0.2∼3.0μm인 Cu-Sn 합금 피복층과 평균 두께가 0.2∼5.0μm인 리플로 Sn 피복층이 모재측으로부터 순차로 배치되고, 적어도 1방향에 있어서의 산술 평균 거칠기 Ra가 0.15μm 이상이고, 모든 방향에 있어서의 산술 평균 거칠기 Ra가 3.0μm 이하이며, 상기 리플로 Sn 피복층의 표면에 상기 Cu-Sn 합금 피복층의 일부가 노출되어 형성되고, 상기 Cu-Sn 합금 피복층의 재료 표면 노출 면적률이 3∼75%이며, 적어도 1방향에 있어서의 평균의 재료 표면 노출 간격이 0.01∼0.5mm이고, 또한, 비커스 경도 시험으로 모재 표면에 남은 오목부의 압연 방향에 평행한 대각선의 길이로부터 구한 비커스 경도를 VL, 압연 방향에 수직한 대각선의 길이로부터 구한 비커스 경도를 VT로 했을 때, VT-VL≥4인 것을 특징으로 한다.

상기 비커스 경도 시험은, 시험력을 가하는 방향에 평행한 면으로서 정사각뿔의 압자의 능선 중 1개를 포함하는 면을 상기 모재의 압연 방향에 평행하게 향하게 하고(압자의 능선의 하나를 평면시(平面視)로 상기 모재의 압연 방향에 평행하게 향하게 한다), 4.903N(500g)의 시험력을 상기 모재 표면에 가하여 10초간 유지한 후, 시험력을 해제하는 것으로 한다.

이 비커스 경도 시험으로 모재 표면에 남은 오목부의 2개의 대각선은, 압연 방향에 평행 및 수직으로 향한다. 비커스 경도 시험의 시험력을 F(N), 오목부의 압연 방향에 평행한 대각선의 길이를 DL(mm), 압연 방향에 수직한 대각선의 길이를 DT(mm)로 했을 때, 본 발명에서 말하는 비커스 경도 VL은 0.1891×(F/DL²), 비커스 경도 VT는 0.1891×(F/DT²)로 계산된다.

상기 접속 부품용 도전 재료는, 예를 들면 이하에 드는 실시형태를 갖는다.

재료 표면에 노출되는 상기 Cu-Sn 합금 피복층의 두께가, 바람직하게는 0.2μm 이상이다.

상기 모재의 표면과 상기 Cu-Sn 합금 피복층 사이에 추가로 Cu 피복층을 갖는다.

상기 모재의 표면과 상기 Cu-Sn 합금 피복층 사이에 추가로 Ni 피복층, Co 피복층, Fe 피복층 중 어느 1개로 이루어지는 하지층이 형성되고, 동 하지층의 평균 두께가 0.1∼3.0μm이다.

상기 모재의 표면과 상기 Cu-Sn 합금 피복층 사이에 추가로 Ni 피복층, Co 피복층, Fe 피복층 중 어느 2개로 이루어지는 하지층이 형성되고, 상기 하지층의 합계의 평균 두께가 0.1∼3.0μm이다.

상기 하지층과 Cu-Sn 합금 피복층 사이에 추가로 Cu 피복층을 갖는다.

상기 모재의 표면은, 적어도 1방향에 있어서의 산술 평균 거칠기 Ra가 0.3μm 이상이고, 모든 방향에 있어서의 산술 평균 거칠기 Ra가 4.0μm 이하이다.

상기 모재의 표면은, 적어도 1방향에 있어서의 요철의 평균 간격 Sm이 0.01∼0.5mm이다.

상기 리플로 Sn 피복층, Cu 피복층, Ni 피복층, Co 피복층 및 Fe 피복층은, 각각 Sn, Cu, Ni, Co, Fe 금속 외, Sn 합금, Cu 합금, Ni 합금, Co 합금, Fe 합금을 포함한다. 또한, 상기 Sn 도금층은, Sn 금속 외, Sn 합금을 포함한다.

우선, 본 발명에 따른 접속 부품용 도전 재료는, 특허문헌 1, 2에 기재된 접속 부품용 도전 재료를 개량한 것으로, 특허문헌 1, 2에 기재된 접속 부품용 도전 재료와 마찬가지로, 마찰 계수가 낮아, 단자의 삽입력을 저하시켜, 단자의 내미접동 마모성을 개선할 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 접속 부품용 도전 재료는, 구리 합금 모재의 비커스 경도차가 VT-VL≥4인 것에 의해, 압연 방향에 대해 수직 방향의 마찰 계수가, 압연 방향에 대해 평행 방향의 마찰 계수보다 작고, 압연 방향에 대해 45° 경사진 방향의 마찰 계수는 더욱 작다. 본 발명에 따른 접속 부품용 도전 재료를 타발하여, 또는 타발 후 굽힘 가공하여 제조되는 단자에 있어서, 단자의 삽입 방향을 모재의 압연 방향에 대해 직각 방향으로 설정한 경우, 또는 모재의 압연 방향에 대해 경사(전형적으로는 45°)시켜 설정한 경우, 모재의 압연 방향으로 설정한 경우보다, 더욱 단자의 삽입력을 저감할 수 있고, 또한 단자의 내접동 마모 특성을 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명에 있어서의 비커스 경도(VL, VT)의 산출 방법을 설명하는 도면이다.
도 2는 마찰 계수 측정 지그의 개념도이다.

［비커스 경도차(VT-VL≥4)］

처음에, 본 발명에 따른 접속 부품용 도전 재료의 최대의 특징 부분인 구리 합금 모재의 비커스 경도차(VT-VL≥4)에 대해 설명한다.

상기 비커스 경도차를 구하는 비커스 경도 시험은, 압자의 능선 중 하나를 평면시로 상기 모재의 압연 방향에 평행하게 향하게 하고, 4.903N(500g)의 시험력을 모재 표면에 가하여 10초간 유지한 후, 시험력을 해제하는 것으로 한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 이 비커스 경도 시험에 의해 모재 표면에 남은 압흔(오목부)(1)은, 모재의 압연 방향에 평행한 대각선(2)과 압연 방향에 수직한 대각선(3)을 갖는다. 비커스 경도 시험의 시험력을 F(N), 대각선(2)의 길이를 DL(mm), 대각선(3)의 길이를 DT(mm)로 했을 때, 본 발명에서 말하는 비커스 경도 VL은 0.1891×(F/DL²), 비커스 경도 VT는 0.1891×(F/DT²)로 계산된다.

비커스 경도차의 식(VT-VL≥4)은, 모재의 압연 방향에 수직한 대각선(3)의 길이 DT로부터 구한 비커스 경도 VT가, 모재의 압연 방향에 평행한 대각선(2)의 길이 DL로부터 구한 비커스 경도 VL보다, 4 이상 크다는 것을 의미한다. 바꾸어 말하면, 비커스 경도 시험에 있어서 정사각뿔의 압자가 모재 표면에 압입되었을 때, 모재의 압연 방향에 대해 수직 방향의 변형 저항이, 모재의 압연 방향에 대해 평행 방향의 변형 저항보다 크다고 하는 것이다.

구리 합금 모재의 비커스 경도차를 4 이상(VT-VL≥4)으로 하는 것에 의해, 접속 부품용 도전 재료에 있어서, 모재의 압연 방향에 대해 수직 방향의 마찰 계수를, 압연 방향에 대해 평행 방향의 마찰 계수보다 낮게(후술하는 실시예에서는 0.04 초과) 할 수 있다. 동시에, 모재의 압연 방향에 대해 45°방향의 마찰 계수를, 수직 방향의 마찰 계수보다 더 낮게 할 수 있다. 반대로, 비커스 경도차가 4 미만(VT-VL＜4)인 경우, 모재의 압연 방향에 대해 수직 방향의 마찰 계수 및 모재의 압연 방향에 대해 45°방향의 마찰 계수를, 상기와 같이 낮게 할 수 없다. 상기 비커스 경도차(VT-VL)는 6 이상인 것이 바람직하고, 8 이상인 것이 보다 바람직하다.

접속 부품용 도전 재료에 있어서, 구리 합금 모재의 비커스 경도차를 4 이상(VT-VL≥4)으로 하는 것에 의해, 모재의 압연 방향에 대해 수직 방향 및 45°방향의 마찰 계수가, 상기와 같이 낮아지는 이유는 명확하지는 않다. 한편, 본 발명자는, 구리 합금 모재의 비커스 경도차가 4 이상이 되어, 동 모재의 변형 저항의 방향차가 커졌던 것이, 리플로 처리 후의 리플로 Sn 피복층의 변형(단자 접동 시의 발굴)의 하기 쉬움에 영향을 주어, 그 결과, 마찰 계수의 크기에 상기와 같은 방향에 따른 차이가 생겼다고 추측하고 있다.

구리 합금 모재의 비커스 경도차를 4 이상(VT-VL≥4)으로 하는 방법에 대해서는 후술한다.

한편, 구리 합금 모재의 표면에, 리플로 Sn 피복층, Cu-Sn 합금 피복층, Ni 피복층 및 하지층 등이 배치되어 있는 경우, 구리 합금 모재의 비커스 경도 VT 및 VL은, 모재의 표면에 배치되어 있는 리플로 Sn 피복층, Cu-Sn 합금 피복층, Ni 피복층 및 하지층 등을, 에칭 등에 의해 제거하는 것에 의해 구리 합금 모재의 표면을 노출시키고, 당해 구리 합금 모재 표면에 대해서 전술한 비커스 경도 시험을 행하는 것에 의해 측정할 수 있다.

［표면 피복층 구성］

계속하여, 본 발명에 따른 접속 부품용 도전 재료의 표면 피복층 구성에 대해 설명한다. 한편, 본 발명에 따른 접속 부품용 도전 재료에 있어서, Cu-Sn 합금 피복층 중의 Cu 함유량, Cu-Sn 합금 피복층의 평균 두께, 리플로 Sn 피복층의 평균 두께, 재료 표면의 산술 평균 거칠기 Ra, Cu-Sn 합금 피복층의 재료 표면 노출 면적률, 재료 표면에 노출된 Cu-Sn 합금 피복층의 노출 간격, Cu 피복층의 평균 두께, Ni 피복층의 평균 두께, 모재 표면의 산술 평균 거칠기, 및 모재 표면의 요철의 평균 간격 Sm의 각 규정은, 기본적으로 특허문헌 1, 2와 동일하다.

(1) Cu-Sn 합금 피복층 중의 Cu 함유량

Cu 함유량이 20∼70at%인 Cu-Sn 합금 피복층은, Cu₆Sn₅상을 주체로 하는 금속간 화합물로 이루어진다. Cu₆Sn₅상은 리플로 Sn 피복층을 형성하는 Sn 또는 Sn 합금에 비해 매우 딱딱하여, 그것을 재료의 최표면에 부분적으로 노출 형성하면, 단자 삽발 시에 리플로 Sn 피복층의 발굴에 의한 변형 저항이나 응착을 전단하는 전단 저항을 억제할 수 있어, 마찰 계수를 매우 낮게 할 수 있다. 더욱이, 본 발명에서는 Cu₆Sn₅상이 리플로 Sn 피복층의 표면에 부분적으로 돌출하고 있기 때문에, 단자 삽발이나 진동 환경하 등에 있어서의 전기 접점부의 접동·미접동 시에 접압력을 딱딱한 Cu₆Sn₅상으로 받아 리플로 Sn 피복층끼리의 접촉 면적을 한층 더 저감할 수 있다. 이 때문에, 마찰 계수를 더욱 낮게 할 수 있어, 미접동에 의한 리플로 Sn 피복층의 마모나 산화도 감소된다. 한편, Cu₃Sn상은 더욱 딱딱하지만, Cu₆Sn₅상에 비해 Cu 함유량이 많기 때문에, 이것을 리플로 Sn 피복층의 표면에 부분적으로 노출시켰을 경우에는, 경시나 부식 등에 의한 재료 표면의 Cu의 산화물량 등이 많아진다. 이 때문에, Cu₃Sn상은 접촉 저항을 증가시키기 쉬워, 전기적 접속의 신뢰성을 유지하는 것이 곤란해진다. 또한, Cu₃Sn상은 Cu₆Sn₅상에 비해 취성이기 때문에, 성형 가공성 등이 뒤떨어진다고 하는 문제점이 있다. 따라서, Cu-Sn 합금 피복층의 구성 성분을, Cu 함유량이 20∼70at%인 Cu-Sn 합금으로 규정한다. 이 Cu-Sn 합금 피복층에는, Cu₃Sn상이 일부 포함되어 있어도 되고, 하지 도금층, 모재 및 Sn 도금 중의 성분 원소 등이 포함되어 있어도 된다. 그러나, Cu-Sn 합금 피복층의 Cu 함유량이 20at% 미만이면 응착력이 늘어나 마찰 계수를 낮게 하는 것이 곤란해질 뿐만 아니라, 내미접동 마모성도 저하된다. 한편, Cu 함유량이 70at%를 초과하면 경시나 부식 등에 의한 전기적 접속의 신뢰성을 유지하는 것이 곤란해지고, 성형 가공성 등도 나빠진다. 따라서, Cu-Sn 합금 피복층 중의 Cu 함유량을 20∼70at%로 규정한다. 보다 바람직하게는 45∼65at%이다.

(2) Cu-Sn 합금 피복층의 평균 두께

본 발명에서는, Cu-Sn 합금 피복층의 평균 두께를, Cu-Sn 합금 피복층에 함유되는 Sn의 면밀도(단위: g/mm²)를 Sn의 밀도(단위: g/mm³)로 나눈 값으로 정의한다. 하기 실시예에 기재한 Cu-Sn 합금 피복층의 평균 두께의 측정 방법은, 이 정의에 준거하는 것이다. Cu-Sn 합금 피복층의 평균 두께가 0.2μm 미만이면, 특히 본 발명과 같이 Cu-Sn 합금 피복층을 재료 표면에 부분적으로 노출 형성시키는 경우에는, 고온 산화 등의 열 확산에 의한 재료 표면의 Cu의 산화물량이 많아진다. 그 결과, 접촉 저항을 증가시키기 쉬워, 전기적 접속의 신뢰성을 유지하는 것이 곤란해진다. 한편, 평균 두께가 3.0μm를 초과하는 경우에는, 경제적으로 불리하고, 생산성도 나쁘고, 딱딱한 층이 두껍게 형성되기 때문에 성형 가공성 등도 나빠진다. 따라서, Cu-Sn 합금 피복층의 평균 두께를 0.2∼3.0μm로 규정한다. 보다 바람직하게는 0.3∼1.0μm이다.

(3) 리플로 Sn 피복층의 평균 두께

본 발명에서는, 리플로 Sn 피복층의 평균 두께를, 리플로 Sn 피복층에 함유되는 Sn의 면밀도(단위: g/mm²)를 Sn의 밀도(단위: g/mm³)로 나눈 값으로 정의한다. 하기 실시예에 기재한 리플로 Sn 피복층의 평균 두께 측정 방법은, 이 정의에 준거하는 것이다. 리플로 Sn 피복층의 평균 두께가 0.2μm 미만이면, 열 확산에 의해 리플로 Sn 피복층 표면에 확산하는 Cu의 양이 많아지므로, 리플로 Sn 피복층 표면의 Cu의 산화물량이 많아져, 접촉 저항을 증가시키기 쉽다. 또한 내식성도 나빠지므로, 전기적 접속의 신뢰성을 유지하는 것이 곤란해진다. 한편, 평균 두께가 5.0μm를 초과하는 경우에는, 경제적으로 불리하고, 생산성도 나빠진다. 따라서, 리플로 Sn 피복층의 평균 두께를 0.2∼5.0μm로 규정한다. 보다 바람직하게는 0.5∼3.0μm이다.

(4) 재료 표면의 산술 평균 거칠기 Ra

본 발명에 따른 접속 부품용 도전 재료의 표면의 모든 방향에 있어서 산술 평균 거칠기 Ra가 0.15μm 미만인 경우, Cu-Sn 합금 피복층의 재료 표면 돌출 높이가 전체적으로 낮아, 전기 접점부의 접동·미접동 시에 접압력을 딱딱한 Cu₆Sn₅상으로 받는 비율이 작아진다. 이 때문에, 특히 미접동에 의한 리플로 Sn 피복층의 마모량을 저감하는 것이 곤란해진다. 한편, 본 발명에 따른 접속 부품용 도전 재료의 표면의 어느 것인가의 방향에 있어서 산술 평균 거칠기 Ra가 3.0μm를 초과하는 경우, 고온 산화 등의 열 확산에 의한 재료 표면의 Cu의 산화물량이 많아져, 접촉 저항을 증가시키기 쉬워, 전기적 접속의 신뢰성을 유지하는 것이 곤란해진다. 따라서, 재료 표면의 표면 거칠기는, 적어도 1방향의 산술 평균 거칠기 Ra가 0.15μm 이상, 또한 모든 방향의 산술 평균 거칠기 Ra가 3.0μm 이하라고 규정한다. 보다 바람직하게는 0.2∼2.0μm이다. 한편, 본 발명에서는, 구리 합금 모재의 압연 방향에 대해 수직 방향에 있어서, 산술 평균 거칠기 Ra가 가장 커진다. 따라서, 구리 합금 모재의 압연 방향에 대해 수직 방향에 있어서의 산술 평균 거칠기 Ra가 3.0μm 이하이면, 모든 방향의 산술 평균 거칠기 Ra가 3.0μm 이하라고 간주할 수 있다.

(5) Cu-Sn 합금 피복층의 재료 표면 노출 면적률

본 발명에서는, Cu-Sn 합금 피복층의 재료 표면 노출 면적률을, 재료의 단위 표면적당 노출되는 Cu-Sn 합금 피복층의 표면적에 100을 곱한 값으로서 산출한다. Cu-Sn 합금 피복층의 재료 표면 노출 면적률이 3% 미만이면, 리플로 Sn 피복층끼리의 응착량이 늘어나, 단자 삽발 시의 접촉 면적이 더욱 증가하기 때문에 마찰 계수를 낮게 하는 것이 곤란해지고, 내미접동 마모성도 저하된다. 한편, 재료 표면 노출 면적률이 75%를 초과하는 경우에는, 경시나 부식 등에 의한 재료 표면의 Cu의 산화물량 등이 많아져, 접촉 저항을 증가시키기 쉬워, 전기적 접속의 신뢰성을 유지하는 것이 곤란해진다. 따라서, Cu-Sn 합금 피복층의 재료 표면 노출 면적률을 3∼75%로 규정한다. 보다 바람직하게는 10∼50%이다.

(6) Cu-Sn 합금 피복층의 평균의 재료 표면 노출 간격

본 발명에서는, Cu-Sn 합금 피복층의 평균 재료 표면 노출 간격을, 재료 표면에 그은 직선을 가로지르는 Cu-Sn 합금 피복층의 평균 폭(상기 직선을 따른 길이)과 리플로 Sn 피복층의 평균 폭을 더한 값으로 정의한다. Cu-Sn 합금 피복층의 평균 재료 표면 노출 간격이 0.01mm 미만이면, 고온 산화 등의 열 확산에 의한 재료 표면의 Cu의 산화물량이 많아져, 접촉 저항을 증가시키기 쉬워, 전기적 접속의 신뢰성을 유지하는 것이 곤란해진다. 한편, 평균 재료 표면 노출 간격이 0.5mm를 초과하는 경우에는, 특히 소형 단자에 이용했을 때에 낮은 마찰 계수를 얻는 것이 곤란해지는 경우가 생긴다. 일반적으로 단자가 소형으로 되면, 인덴트나 리브 등의 전기 접점부(삽발부)의 접촉 면적이 작아지기 때문에, 삽발 시에 리플로 Sn 피복층끼리만의 접촉 확률이 증가한다. 이것에 의해 응착량이 늘어나기 때문에, 낮은 마찰 계수를 얻는 것이 곤란해진다. 따라서, Cu-Sn 합금 피복층의 평균 재료 표면 노출 간격을 적어도 1방향(특히 압연 수직 방향)에 있어서 0.01∼0.5mm로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, Cu-Sn 합금 피복층의 평균 재료 표면 노출 간격을 모든 방향에 있어서 0.01∼0.5mm로 한다. 이것에 의해, 삽발 시의 리플로 Sn 피복층끼리만의 접촉 확률이 저하된다. 더욱 바람직하게는 모든 방향에 있어서 0.05∼0.3mm이다.

(7) 리플로 Sn 피복층의 표면에 노출하는 Cu-Sn 합금 피복층의 두께

본 발명과 같이 Cu-Sn 합금 피복층의 일부를 리플로 Sn 피복층의 표면에 노출시키는 경우, 제조 조건에 따라 리플로 Sn 피복층의 표면에 노출되는 Cu-Sn 합금 피복층의 두께가 상기 Cu-Sn 합금 피복층의 평균 두께와 비교하여 극히 얇아지는 경우가 생긴다. 또한 본 발명에서는, 리플로 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). 리플로 Sn 피복층의 표면에 노출되는 Cu-Sn 합금 피복층의 두께가 0.2μm 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 저하된다. 이 때문에, 접촉 저항을 증가시키기 쉬워, 전기적 접속의 신뢰성을 유지하는 것이 곤란해진다. 따라서, 리플로 Sn 피복층의 표면에 노출되는 Cu-Sn 합금 피복층의 두께를 0.2μm 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.3μm 이상이다.

(8) Cu 피복층의 평균 두께

황동이나 단동과 같은 Zn 함유 Cu 합금을 모재로서 이용하는 경우 등에는, 모재와 Cu-Sn 합금 피복층 사이에 Cu 피복층을 갖고 있어도 된다. 이 Cu 피복층은 리플로 처리 후에 Cu 도금층이 잔류한 것이다. Cu 피복층은, Zn이나 그 외의 모재 구성 원소의 재료 표면으로의 확산을 억제하는데 도움이 되어, 납땜성 등이 개선된다는 것이 널리 알려져 있다. Cu 피복층은 지나치게 두꺼워지면 성형 가공성 등이 열화되고 경제성도 나빠지므로, Cu 피복층의 두께는 3.0μm 이하가 바람직하다.

Cu 피복층에는, 모재에 포함되는 성분 원소 등이 소량 혼입되어 있어도 된다. 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) 하지층(Ni 피복층 등)의 평균 두께

모재와 Cu-Sn 합금 피복층 사이(Cu 피복층이 없는 경우), 또는 모재와 Cu 피복층 사이에, Ni 피복층이 형성되어 있어도 된다. Ni 피복층은 Cu나 모재 구성 원소의 재료 표면으로의 확산을 억제하여, 고온 장시간 사용 후에도 접촉 저항의 상승을 억제함과 함께, Cu-Sn 합금 피복층의 성장을 억제하여 리플로 Sn 피복층의 소모를 방지하고, 또한 아황산 가스 내식성을 향상시킨다는 것이 알려져 있다. 그러나, Ni 피복층의 평균 두께가 0.1μm 미만인 경우, Ni 피복층 중의 피트 결함이 증가하는 것 등에 의해, 상기 효과를 충분히 발휘할 수 없게 된다. 또한, Ni 피복층 자신의 재료 표면으로의 확산은 Cu-Sn 합금 피복층이나 Cu 피복층에 의해 억제된다. 이 때문에, Ni 피복층을 형성한 접속 부품용 재료는, 내열성이 요구되는 접속 부품에 특히 적합하다. Ni 피복층은 지나치게 두꺼워지면 성형 가공성 등이 열화되고, 경제성도 나빠지므로, Ni 피복층의 두께는 3.0μm 이하가 바람직하다. 따라서, Ni 피복층의 평균 두께는, 바람직하게는 0.1∼3.0μm로 하고, 보다 바람직하게는 하한이 0.2μm, 상한이 2.0μm이다.

Ni 피복층에는, 모재에 포함되는 성분 원소 등이 소량 혼입되어 있어도 된다. 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.

Ni 피복층 대신에, 하지층으로서 Co 피복층 또는 Fe 피복층을 이용할 수 있다. Co 피복층은 Co 또는 Co 합금으로 이루어지고, Fe 피복층은 Fe 또는 Fe 합금으로 이루어진다.

Co 피복층 또는 Fe 피복층은, Ni 피복층과 마찬가지로, 모재 구성 원소의 재료 표면으로의 확산을 억제한다. 이 때문에, Cu-Sn 합금층의 성장을 억제하고 Sn층의 소모를 방지하여, 고온 장시간 사용 후에 있어서 접촉 저항의 상승을 억제함과 함께, 양호한 땜납 젖음성을 얻는데 도움이 된다. 그러나, Co 피복층 또는 Fe 피복층의 평균 두께가 0.1μm 미만인 경우, Ni 피복층과 마찬가지로, Co 피복층 또는 Fe 피복층 중의 피트 결함이 증가하는 것 등에 의해, 상기 효과를 충분히 발휘할 수 없게 된다. 또한, Co 피복층 또는 Fe 피복층의 평균 두께가 3.0μm를 초과하여 두꺼워지면, Ni 피복층과 마찬가지로, 상기 효과가 포화되고, 또한 굽힘 가공으로 균열이 발생하는 등 단자로의 성형 가공성이 저하되고, 생산성이나 경제성도 나빠진다. 따라서, Co 피복층 또는 Fe 피복층을 하지층으로서 Ni 피복층 대신에 이용하는 경우, Co 피복층 또는 Fe 피복층의 평균 두께는 0.1∼3.0μm로 한다. Co 피복층 또는 Fe 피복층의 평균 두께는, 바람직하게는 하한이 0.2μm, 상한이 2.0μm이다.

또한, Ni 피복층, Co 피복층, Fe 피복층 중 어느 2개를, 하지층으로서 이용할 수 있다. 이 경우, Co 피복층 또는 Fe 피복층을, 모재 표면과 Ni 피복층 사이, 또는 상기 Ni 피복층과 Cu-Sn 합금층 사이에 형성하는 것이 바람직하다. 2층의 하지층(Ni 피복층, Co 피복층, Fe 피복층 중 어느 2개)의 합계의 평균 두께는, 하지층을 1층만으로 했을 경우와 동일한 이유로, 0.1∼3.0μm로 한다. 이 합계의 평균 두께는, 바람직하게는 하한이 0.2μm, 상한이 2.0μm이다.

［접속 부품용 도전 재료의 제조 방법］

본 발명에 따른 접속 부품용 도전 재료는, 기본적으로 특허문헌 1, 2에 기재된 제조 방법으로 제조할 수 있다.

우선, 구리 합금 판조로 이루어지는 모재(구리 합금 모재)의 표면을 조면화하여, 적어도 1방향에 있어서의 산술 평균 거칠기 Ra가 0.3μm 이상이고, 모든 방향에 있어서의 산술 평균 거칠기 Ra가 4.0μm 이하인 표면 거칠기로 한다. 상기 모재의 표면은, 적어도 1방향에 있어서의 요철의 평균 간격 Sm이 0.01∼0.5mm인 표면 거칠기인 것이 바람직하다.

모재의 표면의 조면화에 있어서는, 최종(마무리) 냉간 압연에 있어서, 숏 블래스트 또는 기계 연마(버프 연마나 브러시 연마 등) 등에 의해 조면화한 워크 롤을 이용한다. 조면화한 워크 롤을 이용한 마무리 냉간 압연의 전 또는 후에, 모재의 표면을 기계 연마(버프 연마나 브러시 연마 등)에 의해 조면화할 수도 있다.

조면화한 워크 롤을 이용한 마무리 냉간 압연에 의해, 모재의 표면을 조면화함과 함께, 적절한 압연 조건을 선택하는 것에 의해, 모재의 비커스 경도차를 4 이상(VT-VL≥4)으로 할 수 있다. 그를 위해서는, 워크 롤의 롤 직경을 크게 하거나, 압연 윤활유의 점도를 작게 하거나, 압연 속도를 느리게 하거나, 1패스당의 압하율을 크게 하는 것이 유효하다. 또한, 모재의 표면 조도를 상기 범위 내로 거두고, 또한 표면에 기황(肌荒)이나 소부(燒付)가 발생하지 않는 범위에서, 압연 롤의 표면 거칠기를 크게 하는 것도 유효하다.

상기 압연 조건을 조합하여 마무리 냉간 압연을 행함으로써, 마무리 냉간 압연 후의 모재의 표면의 비커스 경도차를 4 이상(VT-VL≥4)으로 할 수 있는 이유는 명확하지는 않다. 그러나, 본 발명자는, 상기의 압연 조건을 조합함으로써, 마무리 냉간 압연 중의 압연 롤과 구리 합금 판조(모재) 사이의 마찰력이 커져, 이것이 마무리 냉간 압연 후의 구리 합금 모재의 표면의 비커스 경도차(VT-VL)를 크게 하는 것에 기여한 것이 아닐까라고 추측하고 있다.

계속하여, 조면화한 구리 합금 모재의 표면에 Sn 도금층을 형성하거나, 또는 Cu 도금층과 Sn 도금층을 이 순서로 형성한 후, 리플로 처리를 행하여, Cu-Sn 합금 피복층과 리플로 Sn 피복층을 이 순서로 형성(즉, 배치)한다.

모재의 표면에 Sn 도금층만을 형성하는 경우, Cu-Sn 합금 피복층은 모재와 Sn 도금층으로부터 형성되고, 모재 표면에 Cu 도금층과 Sn 도금층을 형성하는 경우, Cu-Sn 합금 피복층은 Cu 도금층과 Sn 도금층으로부터 형성된다. Cu 도금층을 형성하는 경우, 모재와 Cu 도금층 사이에, 하지층으로서 Ni 도금층, Co 도금층 및 Fe 도금층 중 1종 또는 2종을 형성할 수도 있다. 리플로 처리 후에도 잔류한 Cu 도금층이 Cu 피복층이 된다.

조면화한 구리 합금 모재의 표면의 산술 평균 거칠기 Ra가, 동 모재의 표면의 모든 방향에 있어서 0.3μm 미만인 경우, 본 발명에 따른 접속 부품용 도전 재료의 제조가 매우 곤란해진다. 구체적으로 말하면, 리플로 처리 후의 재료 표면의 적어도 1방향에 있어서의 산술 평균 거칠기 Ra를 0.15μm 이상으로 하고, 또한 Cu-Sn 합금 피복층의 재료 표면 노출 면적률을 3∼75%로 하며, 동시에 리플로 Sn 피복층의 평균 두께를 0.2∼5.0μm로 하는 것이 매우 곤란해진다. 한편, 어느 것인가의 방향에 있어서 산술 평균 거칠기 Ra가 4.0μm를 초과하는 경우, 용융 Sn 또는 Sn 합금의 유동 작용에 의한 리플로 Sn 피복층 표면의 평활화가 곤란해진다. 따라서, 모재의 표면 거칠기는, 적어도 1방향의 산술 평균 거칠기 Ra가 0.3μm 이상, 또한 모든 방향의 산술 평균 거칠기 Ra가 4.0μm 이하로 한다. 모재의 표면을 이 표면 거칠기로 한 것에 의해, 용융 Sn 또는 Sn 합금의 유동 작용(리플로 Sn 피복층의 평활화)에 수반하여, 리플로 처리로 성장한 Cu-Sn 합금 피복층의 일부가 재료 표면에 노출된다. 모재의 표면 거칠기에 대해서는, 보다 바람직하게는, 적어도 1방향의 산술 평균 거칠기 Ra가 0.4μm 이상이고 또한 모든 방향의 산술 평균 거칠기 Ra가 3.0μm 이하이다.

앞서 기술한 바와 같이, 리플로 처리 후의 재료 표면에 노출되는 Cu-Sn 합금 피복층은, 적어도 1방향(특히 압연 수직 방향)에 있어서의 평균 노출 간격이 0.01∼0.5mm인 것이 바람직하다. 리플로 처리로 형성되는 Cu-Sn 합금 피복층은, 통상, 모재의 표면 형태를 반영하여 성장하기 때문에, 리플로 처리 후의 재료 표면의 Cu-Sn 합금 피복층의 노출 간격은, 모재 표면의 요철의 평균 간격 Sm을 대략 반영한다. 따라서, 상기 1방향에 있어서 산출된 모재 표면의 요철의 평균 간격 Sm이, 0.01∼0.5mm인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 0.05∼0.3mm이다. 이것에 의해, 리플로 처리 후의 재료 표면에 노출되는 Cu-Sn 합금 피복층의 노출 형태를 제어하는 것이 가능해진다.

리플로 처리의 조건은, Sn 도금층의 용융 온도∼600℃×3∼30초간으로 한다. Sn 금속의 경우, 가열 온도가 230℃ 미만이면 용융되지 않아, 지나치게 낮지 않은 Cu 함유량의 Cu-Sn 합금 피복층을 얻으려면, 가열 온도는 바람직하게는 240℃ 이상이다. 한편, 가열 온도가 600℃를 초과하면 구리 합금 모재가 연화되어, 변형이 발생함과 함께, 너무 높은 Cu 함유량의 Cu-Sn 합금 피복층이 형성되어 접촉 저항을 낮게 유지할 수 없다. 가열 시간이 3초 미만이면 열 전달이 불균일해져, 충분한 두께의 Cu-Sn 합금 피복층을 형성하지 못하고, 30초를 초과하는 경우에는, 재료 표면의 산화가 진행되기 때문에, 접촉 저항이 증가하고, 내미접동 마모성도 열화된다.

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

실시예

Zn: 30 질량%, 잔부 Cu로 이루어지는 두께 45mm의 구리 합금(황동)의 주괴를, 850℃×3시간 균열 후, 열간 압연하여 15mm의 판두께로 하고, 600℃ 이상에서 담금질하고, 계속하여 냉간 조압연, 재결정 소둔, 마무리 냉간 압연을 행했다. 마무리 냉간 압연은, 표면을 조화시킨 워크 롤을 사용하여, 표 1에 나타내는 압연 조건에서 1패스만의 압연을 실시하여, 판두께 0.25mm로 마무리했다.

얻어진 구리 합금조(구리 합금 모재)의 비커스 경도(VT, VL)를 상기 요령으로 측정하여, 비커스 경도차(VT-VL)를 구했다. 단, 비커스 경도 시험에 있어서, 측정 개소는 각 모재 A∼H마다 30개소씩으로 하고, 30점의 평균치를 산출하여 상기 비커스 경도(VT, VL)로 했다. 또한, 모재의 표면 거칠기를 하기 요령으로 측정했다. 이들 결과를 표 2에 나타낸다.

［모재의 표면 거칠기 측정］

접촉식 표면 거칠기계(주식회사도쿄정밀; 서프콤 1400)를 이용하여, JIS B0601-1994에 기초하여 측정했다. 표면 거칠기 측정 조건은, 컷오프치를 0.8mm, 기준 길이를 0.8mm, 평가 길이를 4.0mm, 측정 속도를 0.3mm/s, 및 촉침 선단 반경을 5μmR로 했다. 표면 거칠기의 측정 방향은, 압연 방향에 수직한 방향(산술 평균 거칠기 Ra가 가장 크게 나오는 방향)으로 했다.

표 2에 나타내는 구리 합금 모재(A∼H)에, 각각의 두께의 Ni 도금, Cu 도금 및 Sn 도금을 실시한 후, 280℃에서 10초간의 리플로 처리를 행하여, 표 3에 나타내는 시험재 No. 1∼8을 얻었다.

도금 후(리플로 처리 전)의 시험재 No. 1∼8에 대해, Ni 도금층, Cu 도금층 및 Sn 도금층의 평균 두께를, 특허문헌 1, 2의 실시예와 동일하게, 하기 요령으로 측정했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.

［Ni 도금층의 평균 두께의 측정］

형광 X선 막후계(세이코인스트루먼트주식회사; SFT3200)를 이용하여, 리플로 처리 전의 시험재의 Ni 도금층의 평균 두께를 산출했다. 측정 조건은, 검량선에 Sn/Ni/모재의 2층 검량선을 이용하고, 콜리메이터 직경을 φ0.5mm로 했다. 한편, Ni 도금층의 평균 두께는 리플로 처리의 전후에서 거의 변화하지 않는다.

［Cu 도금층의 평균 두께의 측정］

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

［Sn 도금층의 평균 두께의 측정］

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

리플로 처리 후의 시험재 No. 1∼8에 대해, Cu-Sn 합금 피복층 및 리플로 Sn 피복층의 평균 두께, 및 표면 거칠기를, 특허문헌 1, 2의 실시예와 동일하게, 하기 요령으로 측정했다. 또한, Cu-Sn 합금 피복층에 대하여, 그 Cu 함유량, 표면 노출 면적률, 평균 표면 노출 간격, 및 재료 표면에 노출된 Cu-Sn 합금 피복층의 두께를, 특허문헌 1, 2의 실시예와 동일하게, 하기 요령으로 측정했다. 이상의 측정 결과를 함께 표 3에 나타낸다. 한편, 표 3에 있어서, Ni 피복층의 평균 두께의 난에는, 도금 후(리플로 처리 전)의 시험재의 Ni 도금층의 평균 두께를 그대로 기재했다.

［Cu-Sn 합금 피복층의 평균 두께의 측정］

우선, 시험재를 p-나이트로페놀 및 가성소다를 성분으로 하는 수용액에 10분간 침지하여, 리플로 Sn 피복층을 제거했다. 그 후, 형광 X선 막후계(세이코인스트루먼트주식회사; 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. 얻어진 값을 Cu-Sn 합금 피복층의 평균 두께로 정의하여 산출했다.

［리플로 Sn 피복층의 평균 두께의 측정］

우선, 형광 X선 막후계(세이코인스트루먼트주식회사; SFT3200)를 이용하여, 시험재의 리플로 Sn 피복층의 막 두께와 Cu-Sn 합금 피복층에 함유되는 Sn 성분의 막 두께의 합을 측정했다. 그 후, p-나이트로페놀 및 가성소다를 성분으로 하는 수용액에 10분간 침지하여, 리플로 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 이용하고, 콜리메이터 직경을 φ0.5mm로 했다. 얻어진 리플로 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, 리플로 Sn 피복층의 평균 두께를 산출했다.

［표면 거칠기의 측정］

표면 거칠기(산술 평균 거칠기 Ra)는, 접촉식 표면 거칠기계(주식회사도쿄정밀; 서프콤 1400)를 이용하여, JIS B0601-1994에 기초하여 측정했다. 표면 거칠기의 측정 조건은, 컷오프치를 0.8mm, 기준 길이를 0.8mm, 평가 길이를 4.0mm, 측정 속도를 0.3mm/s, 및 촉침 선단 반경을 5μmR로 했다. 한편, 표면 거칠기의 측정 방향은, 압연 방향에 수직한 방향(표면 거칠기가 가장 크게 나오는 방향)으로 했다.

［Cu-Sn 합금 피복층의 Cu 함유량의 측정］

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

［Cu-Sn 합금 피복층의 표면 노출 면적률]

시험재의 표면을, EDX(에너지 분산형 X선 분광분석기)를 탑재한 SEM(주사형 전자 현미경)을 이용하여 200배의 배율로 관찰했다. 얻어진 조성상의 농담(오염이나 흠집 등의 콘트라스트는 제외한다)으로부터 화상 해석에 의해 Cu-Sn 합금 피복층의 표면 노출 면적률을 측정했다.

［Cu-Sn 합금 피복층의 평균의 표면 노출 간격의 측정］

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

［표면에 노출된 Cu-Sn 합금 피복층의 두께의 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.

리플로 처리 후의 시험재 No. 1∼8에 대해, 구리 합금 모재의 압연 방향에 수직 방향, 45° 경사진 방향, 및 평행 방향의 마찰 계수의 평가 시험을, 하기의 요령으로 행했다. 그 결과를, 표 4에 나타낸다. 한편, 표 4에는, 각 시험재 No. 1∼8의 구리 합금 모재의 비커스 경도차(VT-VL)를 병기했다.

［마찰 계수 평가 시험］

감합형 접속 부품에 있어서의 전기 접점의 인덴트부의 형상을 모의하여, 도 2에 나타내는 바와 같은 장치를 이용하여 평가했다. 우선, 각 시험재(No. 1∼8)로부터 잘라낸 판재의 숫시험편(4)을 수평한 받침대(5)에 고정하고, 그 위에 시험재 No. 8로부터 잘라낸 반구 가공재(외경을 φ2.0mm로 했다)의 암시험편(6)을 놓아서 피복층끼리를 접촉시켰다. 계속하여, 암시험편(6)에 2.0N의 하중(추(7))을 걸어 숫시험편(4)을 누르고, 횡형 하중 측정기(아이코엔지니어링주식회사; Model-2152)를 이용하여, 숫시험편(4)을 수평 방향으로 인장하여(접동 속도를 80mm/min으로 했다), 접동 거리 5mm까지의 최대 마찰력 F(단위: N)를 측정했다. 숫시험편(4)의 접동 방향은 압연 방향에 수직 방향, 45° 경사진 방향 및 평행 방향으로 했다. 마찰 계수를 하기 식(1)에 의해 구했다. 한편, 8은 로드 셀, 화살표는 접동 방향이다.

마찰 계수=F/2.0···(1)

표 2, 3에 나타내는 바와 같이, 시험재 No. 1∼8은, 구리 합금 모재의 표면 거칠기, 각 피복층의 평균 두께 및 표면 거칠기, 더욱이, Cu-Sn 합금 피복층의 Cu 함유량, 표면 노출 면적률, 평균의 표면 노출 간격 및 표면 노출부의 두께에 대해, 본 발명의 규정을 만족시킨다. 또한, 시험편 1∼3, 5∼7은, 비커스 경도차에 대해 본 발명의 규정(VT-VL≥4)을 만족시키고, 시험편 4, 8은 동 규정을 만족시키지 않는다.

그 결과, 표 4에 나타내는 바와 같이, 시험편 No. 1∼3, 5∼7은, 압연 방향에 수직 방향의 마찰 계수가, 압연 방향에 평행 방향의 마찰 계수보다 0.04 초과로 낮고, 압연 방향으로 45° 경사진 방향의 마찰 계수는 그보다 더 낮다.

이것에 대해, 시험편 No. 4, 8은, 압연 방향에 수직 방향 및 압연 방향으로 45° 경사진 방향의 마찰 계수가, 압연 방향에 평행 방향의 마찰 계수와 크게 다르지 않다.

한편, 리플로 처리 후의 시험재 No. 1, 7의 리플로 Sn 피복층, Cu-Sn 합금 피복층 및 Ni 피복층을 에칭에 의해 제거하고, 구리 합금 모재의 비커스 경도(VT, VL)를 상기 요령으로 측정하여, 비커스 경도차(VT-VL)를 구했다. 시험재 1, 7 모두, 리플로 처리 후의 구리 합금 모재의 비커스 경도차(VT-VL)는, 도금 전의 구리 합금 모재의 비커스 경도차(VT-VL)와 동일한 값이었다.

· 태양 1

구리 합금 판조로 이루어지는 모재의 표면에, Cu 함유량이 20∼70at%이고 평균 두께가 0.2∼3.0μm인 Cu-Sn 합금 피복층과 평균 두께가 0.2∼5.0μm인 리플로 Sn 피복층이 모재측으로부터 순차로 배치되고, 적어도 1방향에 있어서의 산술 평균 거칠기 Ra가 0.15μm 이상이고, 모든 방향에 있어서의 산술 평균 거칠기 Ra가 3.0μm 이하이며, 상기 리플로 Sn 피복층의 표면에 상기 Cu-Sn 합금 피복층의 일부가 노출되어 형성되고, 상기 Cu-Sn 합금 피복층의 재료 표면 노출 면적률이 3∼75%이며, 적어도 1방향에 있어서의 평균의 재료 표면 노출 간격이 0.01∼0.5mm인 접속 부품용 도전 재료에 있어서,

시험력을 가하는 방향에 평행한 면으로서 정사각뿔의 압자의 능선 중 1개를 포함하는 면을 상기 모재의 압연 방향에 평행하게 향하게 하고, 4.903N의 시험력을 상기 모재 표면에 가하여 10초간 유지하는 비커스 경도 시험을 행하고, 상기 시험력을 해제한 후에 상기 모재 표면에 남은 오목부의 압연 방향에 평행한 대각선의 길이로부터 구한 비커스 경도를 VL, 압연 방향에 수직한 대각선의 길이로부터 구한 비커스 경도를 VT로 했을 때, VT-VL≥4인 것을 특징으로 하는 접속 부품용 도전 재료.

· 태양 2

압연 방향에 대해 45°방향 및 수직 방향의 마찰 계수가, 압연 방향에 대해 평행 방향의 마찰 계수보다 작은 것을 특징으로 하는 태양 1에 기재된 접속 부품용 도전 재료.

· 태양 3

상기 리플로 Sn 피복층의 표면에 노출되는 상기 Cu-Sn 합금 피복층의 두께가 0.2μm 이상인 것을 특징으로 하는 태양 1 또는 2에 기재된 접속 부품용 도전 재료.

· 태양 4

상기 모재의 표면과 상기 Cu-Sn 합금 피복층 사이에 추가로 Cu 피복층을 갖는 것을 특징으로 하는 태양 1∼3 중 어느 하나에 기재된 접속 부품용 도전 재료.

· 태양 5

상기 모재의 표면과 상기 Cu-Sn 합금 피복층 사이에 추가로 Ni 피복층, Co 피복층, Fe 피복층 중 어느 1개로 이루어지는 하지층이 형성되고, 동 하지층의 평균 두께가 0.1∼3.0μm인 것을 특징으로 하는 태양 1∼3 중 어느 하나에 기재된 접속 부품용 도전 재료.

· 태양 6

상기 모재의 표면과 상기 Cu-Sn 합금 피복층 사이에 추가로 Ni 피복층, Co 피복층, Fe 피복층 중 어느 2개로 이루어지는 하지층이 형성되고, 상기 하지층의 합계의 평균 두께가 0.1∼3.0μm인 것을 특징으로 하는 태양 1∼3 중 어느 하나에 기재된 접속 부품용 도전 재료.

· 태양 7

상기 하지층과 Cu-Sn 합금 피복층 사이에 추가로 Cu 피복층을 갖는 것을 특징으로 하는 태양 5 또는 6에 기재된 접속 부품용 도전 재료.

· 태양 8

상기 모재의 표면은, 적어도 1방향에 있어서의 산술 평균 거칠기 Ra가 0.3μm 이상이고, 모든 방향에 있어서의 산술 평균 거칠기 Ra가 4.0μm 이하인 것을 특징으로 하는 태양 1∼7 중 어느 하나에 기재된 접속 부품용 도전 재료.

· 태양 9

상기 모재의 표면은, 적어도 1방향에 있어서의 요철의 평균 간격 Sm이 0.01∼0.5mm인 것을 특징으로 하는 태양 8에 기재된 접속 부품용 도전 재료.

본 출원은, 출원일이 2015년 3월 23일인 일본 특허출원, 특원 제2015-059759호를 기초 출원으로 하는 우선권 주장을 수반하고, 특원 제2015-059759호는 참조하는 것에 의해 본 명세서에 원용된다.

1: 오목부
2, 3: 오목부의 대각선
4: 숫시험편
5: 대
6: 암시험편
7: 추
8: 로드 셀

Claims

구리 합금 판조로 이루어지는 모재의 표면에, Cu 함유량이 20∼70at%이고 평균 두께가 0.2∼3.0μm인 Cu-Sn 합금 피복층과 평균 두께가 0.2∼5.0μm인 리플로 Sn 피복층이 모재측으로부터 순차로 배치되고, 적어도 1방향에 있어서의 산술 평균 거칠기 Ra가 0.15μm 이상이고, 모든 방향에 있어서의 산술 평균 거칠기 Ra가 3.0μm 이하이며, 상기 리플로 Sn 피복층의 표면에 상기 Cu-Sn 합금 피복층의 일부가 노출되어 형성되고, 상기 Cu-Sn 합금 피복층의 재료 표면 노출 면적률이 3∼75%이며, 적어도 1방향에 있어서의 평균의 재료 표면 노출 간격이 0.01∼0.5mm인 접속 부품용 도전 재료에 있어서,
시험력을 가하는 방향에 평행한 면으로서 정사각뿔의 압자의 능선 중 1개를 포함하는 면을 상기 모재의 압연 방향에 평행하게 향하게 하고, 4.903N의 시험력을 상기 모재 표면에 가하여 10초간 유지하는 비커스 경도 시험을 행하고, 상기 시험력을 해제한 후에 상기 모재 표면에 남은 오목부의 압연 방향에 평행한 대각선의 길이로부터 구한 비커스 경도를 VL, 압연 방향에 수직한 대각선의 길이로부터 구한 비커스 경도를 VT로 했을 때, VT-VL≥4이며,
압연 방향에 대해 45°방향 및 수직 방향의 마찰 계수가, 압연 방향에 대해 평행 방향의 마찰 계수보다 작고,
압연 방향에 대해 45°방향의 마찰 계수가, 압연 방향에 대해 수직 방향의 마찰 계수보다 작으며,
상기 리플로 Sn 피복층의 표면에 노출되는 상기 Cu-Sn 합금 피복층의 두께가 0.2μm 이상인 것을 특징으로 하는 접속 부품용 도전 재료.
제 1 항에 있어서,
상기 모재의 표면과 상기 Cu-Sn 합금 피복층 사이에 추가로 Cu 피복층을 갖는 것을 특징으로 하는 접속 부품용 도전 재료.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 모재의 표면과 상기 Cu-Sn 합금 피복층 사이에 추가로 Ni 피복층, Co 피복층 및 Fe 피복층 중 어느 1개 또는 2개로 이루어지는 하지층이 형성되고, 동 하지층의 평균 두께가 0.1∼3.0μm인 것을 특징으로 하는 접속 부품용 도전 재료.
제 3 항에 있어서,
상기 하지층과 Cu-Sn 합금 피복층 사이에 추가로 Cu 피복층을 갖는 것을 특징으로 하는 접속 부품용 도전 재료.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 모재의 표면은, 적어도 1방향에 있어서의 산술 평균 거칠기 Ra가 0.3μm 이상이고, 모든 방향에 있어서의 산술 평균 거칠기 Ra가 4.0μm 이하인 것을 특징으로 하는 접속 부품용 도전 재료.
제 3 항에 있어서,
상기 모재의 표면은, 적어도 1방향에 있어서의 산술 평균 거칠기 Ra가 0.3μm 이상이고, 모든 방향에 있어서의 산술 평균 거칠기 Ra가 4.0μm 이하인 것을 특징으로 하는 접속 부품용 도전 재료.
제 4 항에 있어서,
상기 모재의 표면은, 적어도 1방향에 있어서의 산술 평균 거칠기 Ra가 0.3μm 이상이고, 모든 방향에 있어서의 산술 평균 거칠기 Ra가 4.0μm 이하인 것을 특징으로 하는 접속 부품용 도전 재료.
제 5 항에 있어서,
상기 모재의 표면은, 적어도 1방향에 있어서의 요철의 평균 간격 Sm이 0.01∼0.5mm인 것을 특징으로 하는 접속 부품용 도전 재료.
제 6 항에 있어서,
상기 모재의 표면은, 적어도 1방향에 있어서의 요철의 평균 간격 Sm이 0.01∼0.5mm인 것을 특징으로 하는 접속 부품용 도전 재료.
제 7 항에 있어서,
상기 모재의 표면은, 적어도 1방향에 있어서의 요철의 평균 간격 Sm이 0.01∼0.5mm인 것을 특징으로 하는 접속 부품용 도전 재료.