KR20150077346A

KR20150077346A - 주석 도금 구리 합금 단자재

Info

Publication number: KR20150077346A
Application number: KR1020140187925A
Authority: KR
Inventors: 유키 이노우에; 나오키 가토; 기요타카 나카야
Original assignee: 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2014-12-24
Publication date: 2015-07-07
Also published as: JP2015143385A; EP2896724A1; CN104752865A; EP2896724B1; US20150184302A1; TW201527596A

Abstract

(과제) 범용의 주석 도금 단자재를 사용한 단자에 대해서도 끼워 맞춤시의 삽입력을 저감시킬 수 있는 주석 도금 구리 합금 단자재를 제공한다.
(해결 수단) 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 기재 상의 표면에 주석계 표면층이 형성되고, 그 주석계 표면층과 기재 사이에, 주석계 표면층으로부터 순서대로 구리주석 합금층/니켈주석 합금층/니켈 또는 니켈 합금층이 형성된 주석 도금 구리 합금 단자재로서, 구리주석 합금층은, Cu₆Sn₅ 를 주성분으로 하고, 그 Cu₆Sn₅ 의 구리의 일부가 니켈로 치환된 화합물 합금층이며, 니켈주석 합금층은, Ni₃Sn₄ 를 주성분으로 하고, 그 Ni₃Sn₄ 의 니켈의 일부가 구리로 치환된 화합물 합금층이며, 구리주석 합금층의 국부 산정의 평균 간격 (S) 이 0.8 ㎛ 이상 2.0 ㎛ 이하이며, 또한 주석계 표면층의 평균 두께가 0.2 ㎛ 이상 0.6 ㎛ 이하이고, 주석계 표면층의 최표면에 0.005 ㎛ 이상 0.05 ㎛ 이하의 막두께의 니켈계 피복층 또는 코발트계 피복층이 형성되어 이루어지고, 표면의 동마찰 계수가 0.3 이하이다.

Description

주석 도금 구리 합금 단자재{TIN-PLATED COPPER ALLOY TERMINAL MEMBER}

본 발명은, 자동차나 민생 기기 등의 전기 배선의 접속에 사용되는 커넥터용 단자, 특히 다핀 커넥터용 단자로서 유용한 주석 도금 구리 합금 단자재에 관한 것이다.

주석 도금 구리 합금 단자재는, 구리 합금으로 이루어지는 기재 상에 구리 (Cu) 도금 및 주석 (Sn) 도금을 실시한 후에 리플로우 처리함으로써, 표층의 주석계 표면층의 하층에 구리주석 (CuSn) 합금층이 형성된 것으로, 단자재로서 널리 사용되고 있다.

최근, 예를 들어 자동차에 있어서는 급속히 전장화가 진행되고, 이것에 수반하여 전기 기기의 회로수가 증가하기 때문에, 사용하는 커넥터의 소형·다핀화가 현저해졌다. 커넥터가 다핀화되면, 단핀당 삽입력은 작아도, 커넥터를 삽입 탈착할 때에 커넥터 전체로는 큰 힘이 필요해져, 생산성의 저하가 우려되고 있다. 그래서, 주석 도금 구리 합금재의 마찰 계수를 작게 하여 단핀당 삽입력을 저감시키는 것이 시도되고 있다.

예를 들어, 주석 도금 구리 합금재의 최표면에 주석과는 상이한 결정 구조를 갖는 금속층을 형성함으로써 삽입력을 저감시키는 것 (특허문헌 1) 이 있지만, 접촉 저항이 증대하고, 땜납 젖음성이 저하된다는 문제가 있었다.

특허문헌 2 에서는, 표면 도금층을, 주석 도금층과 은 (Ag) 또는 인듐 (In) 을 함유하는 도금층이 리플로우 처리 또는 열 확산 처리된 층으로 하고 있다.

또, 특허문헌 3 에서는, 주석 도금층 상에 은 도금층을 형성하고 열 처리함으로써, 은주석 (Sn-Ag) 합금층을 형성하는 것이 나타내어져 있다.

이들 특허문헌 2, 3 에 기재된 기술은, 모두 전체면에 은주석 합금 도금 혹은 은 도금 등을 실시한 것으로, 비용이 높아진다.

여기서, 커넥터의 삽입력 F 는, 암단자가 수단자를 가압하는 힘 (접압) 을 P, 동마찰 계수를 μ 로 하면, 통상 수단자는 상하 2 방향으로부터 암단자 사이에 끼워지므로, F ＝ 2 × μ × P 가 된다. 이 F 를 작게 하려면 P 를 작게 하는 것이 유효하지만, 커넥터 끼워 맞춤시의 수·암단자의 전기적 접속 신뢰성을 확보하기 위해 공연히 접압을 작게 할 수 없어, 3 N 정도는 필요시된다. 다핀 커넥터에서는, 50 핀/커넥터를 초과하는 것도 있지만, 커넥터 전체의 삽입력은 100 N 이하, 가능하면 80 N 이하, 혹은 70 N 이하가 바람직하기 때문에, 동마찰 계수 μ 로는 0.3 이하가 필요시된다.

일본 공개특허공보 평11-102739호 일본 공개특허공보 2007-177329호 일본 공개특허공보 2004-225070호

종래, 표층의 마찰 저항을 낮춘 주석 도금재가 개발되어 있지만, 그 대부분은 동종의 주석 도금재끼리에서의 마찰 저항 저감에 유효하다. 그러나 실제로는, 수, 암단자를 끼워 맞추는 접속 단자의 경우, 양자에 동일한 재종을 사용하는 경우가 적고, 특히 수단자는 황동을 기재로 한 범용의 주석 도금 형성 단자재가 널리 사용되고 있다. 그 때문에, 암단자에만 저삽입력 단자재를 사용해도, 삽입력 저감의 효과가 작다는 문제가 있었다.

본 발명은, 전술한 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 범용의 주석 도금 단자재를 사용한 단자에 대해서도 끼워 맞춤시의 삽입력을 저감시킬 수 있는 주석 도금 구리 합금 단자재의 제공을 목적으로 한다.

발명자들은, 단자재 표층의 마찰 저항을 낮추는 수단으로서, 구리주석 합금층과 주석계 표면층의 계면의 형상을 제어하여, 주석계 표면층의 바로 아래에 급준한 요철 형상의 구리주석 합금층을 배치함으로써 마찰 계수가 작아지는 것을 알아냈다. 단, 이 저삽입력 단자재를 단자의 일방에만 사용하고, 타방을 범용의 주석 도금재로 한 경우, 마찰 계수 저감의 효과가 반감되었다.

모두 최표면이 주석 도금이기 때문에, 동종의 주석끼리가 접촉됨으로써 주석의 응착이 발생하여 마찰 계수 저감의 효과가 반감된다. 특히, 저삽입력 단자재는, 주석계 표면층의 바로 아래에 단단한 구리주석 합금층이 배치되어 있기 때문에, 범용의 주석 도금 단자재의 부드러운 주석 도금층의 주석이 깎여 응착되는 것으로 생각된다.

발명자들은 예의 연구한 결과, 최표면에 얇게 니켈 (Ni) 도금 또는 코발트 (Co) 도금을 실시함으로써, 저삽입력 단자재의 마찰 계수 저감 효과를 확보하면서, 추가로 주석의 응착을 억제하여, 타방의 단자에 범용재를 사용해도 마찰 저항의 저감이 가능해지는 것을 알아냈다.

즉, 본 발명의 주석 도금 구리 합금 단자재는, 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 기재 상의 표면에 주석계 표면층이 형성되고, 그 주석계 표면층과 상기 기재 사이에, 상기 주석계 표면층으로부터 순서대로 구리주석 합금층/니켈주석 합금층/니켈 또는 니켈 합금층이 형성된 주석 도금 구리 합금 단자재로서, 상기 구리주석 합금층은, Cu₆Sn₅ 를 주성분으로 하고, 그 Cu₆Sn₅ 의 구리의 일부가 니켈로 치환된 화합물 합금층이며, 상기 니켈주석 합금층은, Ni₃Sn₄ 를 주성분으로 하고, 그 Ni₃Sn₄ 의 니켈의 일부가 구리로 치환된 화합물 합금층이며, 상기 구리주석 합금층의 국부 산정 (山頂) 의 평균 간격 (S) 이 0.8 ㎛ 이상 2.0 ㎛ 이하이며, 또한 상기 주석계 표면층의 평균 두께가 0.2 ㎛ 이상 0.6 ㎛ 이하이고, 상기 주석계 표면층의 최표면에 0.005 ㎛ 이상 0.05 ㎛ 이하의 막두께의 니켈계 피복층 또는 코발트계 피복층이 형성되어 이루어지고, 표면의 동마찰 계수가 0.3 이하인 것을 특징으로 한다.

구리주석 합금층의 국부 산정의 평균 간격 (S) 을 0.8 ㎛ 이상 2.0 ㎛ 이하, 주석계 표면층의 평균 두께를 0.2 ㎛ 이상 0.6 ㎛ 이하로 하고, 주석계 표면층의 최표면에 0.005 ㎛ 이상 0.05 ㎛ 이하의 니켈계 피복층 또는 코발트계 피복층을 형성함으로써, 범용의 주석 도금 단자재에 대해서도 동마찰 계수를 0.3 이하로 할 수 있다. 이 경우, 구리의 일부가 니켈로 치환된 (Cu,Ni)₆Sn₅ 층 (구리주석 합금층) 및 니켈의 일부가 구리로 치환된 (Ni,Cu)₃Sn₄ 층 (니켈주석 합금층) 의 존재에 의해, 구리주석 합금층의 국부 산정의 평균 간격 (S) 이 0.8 이상 2.0 ㎛ 이하인 급준한 요철 형상이 된다. 또, 주석계 표면층의 평균 두께를 0.2 ㎛ 이상 0.6 ㎛ 이하로 한 것은, 0.2 ㎛ 미만에서는 땜납 젖음성의 저하, 전기적 접속 신뢰성의 저하를 초래하고, 0.6 ㎛ 를 초과하면, 표층을 주석과 구리주석 합금의 복합 구조로 할 수 없고, 주석에 의해서만 점유되므로 동마찰 계수가 증대되기 때문이다. 보다 바람직한 주석계 표면층의 평균 두께는 0.3 ㎛ 이상 0.5 ㎛ 이하이다.

최표면의 니켈계 피복층 또는 코발트계 피복층은, 모두 주석과의 응착이 잘 발생하지 않는 층이기 때문에, 구리주석 합금층 이상의 마찰 계수의 저감 효과가 얻어진다. 이 경우, 니켈계 피복층 또는 코발트계 피복층의 막두께가 0.05 ㎛ 를 초과하면, 주석계 표면층과 구리주석 합금층의 특수한 계면 형상에 의한 마찰 계수 저감 효과와 니켈계 피복층 또는 코발트계 피복층에 의한 주석 응착 억제 효과를 동시에 얻을 수 없고, 니켈계 피복층 또는 코발트계 피복층에 의한 응착 억제 효과만이 되기 때문에 충분한 마찰 계수 저감 효과가 얻어지지 않고, 또, 땜납 젖음성의 저하를 초래한다. 이 니켈계 피복층 또는 코발트계 피복층의 막두께는 0.005 ㎛ 미만에서는 효과가 얻어지지 않는다.

여기서, 표면의 동마찰 계수는, 본 발명의 주석 도금 구리 합금 단자재끼리의 사이에서는 물론이거니와, 최표면에 주석 도금층을 갖는 범용의 주석 도금 단자재에 대해서도 0.3 이하가 된다. 최표면에 주석 도금층을 갖는 범용의 주석 도금 단자재란, 기재에 구리 도금, 주석 도금을 실시하고 리플로우 처리함으로써 얻어지는데, 구리주석 합금층의 국부 산정의 평균 간격 (S) 이 0.8 ㎛ 미만 혹은 2.0 ㎛ 를 초과하고, 평균 두께 0.2 ㎛ 이상 3 ㎛ 이하의 주석 도금층을 최표면에 갖는 주석 도금 단자재, 혹은, 리플로우 처리하지 않고, 기재에 두께 0.5 ㎛ 이상 3 ㎛ 이하의 주석 도금층을 형성한 주석 도금 단자재를 말한다.

본 발명의 주석 도금 구리 합금 단자재에 있어서, 상기 주석계 표면층에 상기 구리주석 합금층의 일부가 노출되어 있고, 상기 니켈계 피복층 또는 코발트계 피복층은, 상기 주석계 표면층으로부터 노출되어 있는 상기 구리주석 합금층 상에 형성되어 있으면 된다.

니켈계 피복층 또는 코발트계 피복층을 구리주석 합금층 상에 형성하는 것으로 한 것은, 주석계 표면층의 표면에 노출된 단단한 구리주석 합금층이 니켈계 피복층 또는 코발트계 피복층을 유지하기 때문이고, 구리주석 합금층 상에 형성하지 않고, 주석계 표면층 상에만 형성하면, 단자재끼리의 마찰시에 니켈계 피복층 또는 코발트계 피복층이 갈라지고, 그 결과, 동종의 주석끼리가 접촉됨으로써 주석의 응착이 발생하여, 마찰 계수 저감 효과가 얻어지지 않는다. 이 니켈계 피복층 또는 코발트계 피복층은, 주석계 표면층 상에 형성되어 있어도 되지만, 적어도 구리주석 합금층 상에 형성되어 있는 것이 필요하다.

본 발명의 주석 도금 구리 합금 단자재에 있어서, 상기 구리주석 합금층은, 상기 Cu₆Sn₅ 중에 니켈이 1 at％ 이상 25 at％ 이하 함유되어 있으면 된다.

니켈 함유량을 1 at％ 이상으로 규정한 것은, 1 at％ 미만에서는 Cu₆Sn₅ 의 구리의 일부가 니켈로 치환된 화합물 합금층이 형성되지 않아, 급준한 요철 형상이 되지 않기 때문이고, 25 at％ 이하로 규정한 것은, 25 at％ 를 초과하면 구리주석 합금층의 형상이 지나치게 미세해지는 경향이 있고, 구리주석 합금층이 지나치게 미세해지면 동마찰 계수를 0.3 이하로 할 수 없는 경우가 있기 때문이다.

본 발명에 의하면, 구리주석 합금층과 주석계 표면층의 계면의 요철 형상을 제어한 저삽입력 단자재의 주석계 표면층의 최표면에 0.005 ㎛ 이상 0.05 ㎛ 이하의 막두께의 니켈계 피복층 또는 코발트계 피복층을 형성한 것에 의해, 범용의 주석 도금 단자재와의 조합으로 사용하는 경우에도 끼워 맞춤시의 삽입력을 저감시키는 것이 가능해진다.

도 1 은, 본 발명의 주석 도금 구리 합금 단자재를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 2 는, 본 발명의 단자재가 적용되는 끼워 맞춤형 접속 단자의 예를 나타내는 끼워 맞춤부의 단면도이다.
도 3 은, 수단자에 사용되는 단자재를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 4 는, 동마찰 계수를 측정하기 위한 장치를 개념적으로 나타내는 정면도이다.
도 5 는, 실시예 6 의 구리 합금 단자재의 단면의 STEM 이미지이다.
도 6 은, 도 5 의 백색 선 부분을 따른 EDS 분석도이다.
도 7 은, 비교예 7 의 구리 합금 단자재의 단면의 STEM 이미지이다.
도 8 은, 도 7 의 백색 선 부분을 따른 EDS 분석도이다.
도 9 는, 동마찰 계수 측정 후의 실시예 2 의 수단자 시험편 표면의 현미경 사진이다.
도 10 은, 동마찰 계수 측정 후의 비교예 1 의 수단자 시험편 표면의 현미경 사진이다.
도 11 은, 동마찰 계수 측정 후의 비교예 3 의 수단자 시험편 표면의 현미경 사진이다.
도 12 는, 동마찰 계수 측정 후의 실시예 24 의 수단자 시험편 표면의 현미경 사진이다.
도 13 은, 동마찰 계수 측정 후의 비교예 13 의 수단자 시험편 표면의 현미경 사진이다.

본 발명의 실시형태의 주석 도금 구리 합금 단자재를 설명한다.

본 실시형태의 주석 도금 구리 합금 단자재는, 도 1 에 모식적으로 나타낸 바와 같이, 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 기재 (5) 상의 표면에 주석계 표면층 (6) 이 형성되고, 주석계 표면층 (6) 과 기재 (5) 사이에, 구리주석 합금층 (7)/니켈주석 합금층 (8)/니켈 또는 니켈 합금층 (9) 이 주석계 표면층 (6) 으로부터 순서대로 형성되고, 주석계 표면층 (6) 상에 0.005 ㎛ 이상 0.05 ㎛ 이하의 니켈계 피복층 (10) 이 형성되어 있고, 표면의 동마찰 계수가 0.3 이하이다.

이 경우, 주석계 표면층 (6) 에 구리주석 합금층 (7) 의 일부가 노출되어 있고, 주석계 표면층 (6) 으로부터 노출되어 있는 구리주석 합금층 (7) 의 노출 부분, 또는 이 구리주석 합금층 (7) 의 노출 부분과 그 주위의 주석계 표면층 (6) 에 걸친 영역에, 니켈계 피복층 (10) 이 형성된다.

기재는, 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 것이면 특별히 그 조성이 한정되는 것은 아니다.

니켈 또는 니켈 합금층은, 순니켈, 니켈코발트 (Ni-Co) 나 니켈텅스텐 (Ni-W) 등의 니켈 합금으로 이루어지는 층이다.

구리주석 합금층은, Cu₆Sn₅ 를 주성분으로 하고, Cu₆Sn₅ 의 구리의 일부가 니켈로 치환된 화합물 합금층이며, 니켈주석 합금층은, Ni₃Sn₄ 를 주성분으로 하고, Ni₃Sn₄ 의 니켈의 일부가 구리로 치환된 화합물 합금층이다. 이들 화합물층은, 후술하는 바와 같이 기재 상에 니켈 도금층, 구리 도금층, 주석 도금층을 순서대로 형성하고 리플로우 처리함으로써 형성된 것으로, 니켈 또는 니켈 합금층 상에, 니켈주석 합금층, 구리주석 합금층의 순으로 형성된다.

또, 구리주석 합금층과 주석계 표면층의 계면은, 급준한 요철상으로 형성되고, 구리주석 합금층의 국부 산정의 평균 간격 (S) 이 0.8 ㎛ 이상 2.0 ㎛ 이하로 된다. 국부 산정의 평균 간격 (S) 은, 조도 곡선으로부터, 그 평균선 방향으로 기준 길이만큼 빼내, 이웃하는 국부 산정간에 대응하는 평균선의 길이를 구하고, 그 기준 길이의 범위 내에서 구한 다수의 국부 산정간의 평균치이다. 니켈계 피복층 및 주석계 표면층을 에칭액으로 제거한 후의 구리주석 합금층의 표면을 측정함으로써 구해진다.

또, 주석계 표면층의 평균 두께는 0.2 ㎛ 이상 0.6 ㎛ 이하이며, 이 주석계 표면층의 최표면에 0.005 ㎛ 이상 0.05 ㎛ 이하의 두께의 니켈계 피복층이 형성되어 있다.

이와 같은 구조의 단자재는, 구리의 일부가 니켈로 치환된 (Cu,Ni)₆Sn₅ 층 (구리주석 합금층) 아래에 니켈의 일부가 구리로 치환된 (Ni,Cu)₃Sn₄ 층 (니켈주석 합금층) 이 존재함으로써, 구리주석 합금층의 국부 산정의 평균 간격 (S) 이 0.8 ㎛ 이상 2.0 ㎛ 이하인 급준한 요철 형상이 되고, 주석계 표면층의 표면으로부터 수백 ㎚ 깊이의 범위에서, 단단한 구리주석 합금층과 주석계 표면층의 복합 구조가 된다.

이 경우, Cu₆Sn₅ 중에 대한 니켈 함유량은, 1 at％ 이상 25 at％ 이하이다. 니켈 함유량을 1 at％ 이상으로 규정한 것은, 1 at％ 미만에서는 Cu₆Sn₅ 의 구리의 일부가 니켈로 치환된 화합물 합금층이 형성되지 않아, 급준한 요철 형상이 되지 않기 때문이고, 25 at％ 이하로 규정한 것은, 25 at％ 를 초과하면 구리주석 합금층의 형상이 지나치게 미세해지는 경향이 있고, 구리주석 합금층이 지나치게 미세해지면 동마찰 계수를 0.3 이하로 할 수 없는 경우가 있기 때문이다.

한편, Ni₃Sn₄ 합금층 중에 대한 구리의 함유량은, 5 at％ 이상 20 at％ 이하가 된다. 구리 함유량이 적은 조건은, 즉 Cu₆Sn₅ 중에 함유하는 니켈량도 적어지는 것을 의미하고 (Ni₃Sn₄ 중에 구리가 치환되지 않는 조건에서는, Cu₆Sn₅ 중에 니켈이 치환되는 경우가 적다), 급준한 요철 형상이 되지 않는다. 상한을 형성한 것은, 사실상 20 ％ 를 초과하는 구리는 Ni₃Sn₄ 중에는 들어가지 않기 때문이다.

또한, 이 구리주석 합금층의 일부 (Cu₆Sn₅) 가 주석계 표면층에 노출되어 있다. 그 경우, 각 노출부의 원 상당 직경이 0.6 ㎛ 이상 2.0 ㎛ 이하이고, 노출 면적률은 10 ％ 이상 40 ％ 이하로 되고, 그 한정된 범위이면, 주석계 표면층이 갖는 우수한 전기 접속 특성을 저해하는 경우는 없다.

주석계 표면층의 평균 두께를 0.2 ㎛ 이상 0.6 ㎛ 이하로 한 것은, 0.2 ㎛ 미만에서는 땜납 젖음성의 저하, 전기적 접속 신뢰성의 저하를 초래하고, 0.6 ㎛ 를 초과하면 표층을 주석과 구리주석 합금의 복합 구조로 할 수 없어, 주석에 의해서만 점유되므로 동마찰 계수가 증대하기 때문이다. 보다 바람직한 주석계 표면층의 평균 두께는 0.3 ㎛ 이상 0.5 ㎛ 이하이다.

니켈계 피복층은, 니켈 또는 니켈 합금 (니켈주석 합금) 으로 이루어지는 피복층이며, 후술하는 바와 같이, 리플로우 처리한 후의 주석계 표면층 상에 형성되고, 막두께가 0.005 ㎛ 이상 0.05 ㎛ 이하로 된다.

단, 최표면의 전체면에 니켈계 피복층이 형성되는 것이 아니라, 주석계 표면층으로부터 노출된 구리주석 합금층의 노출 부분 상에 주로 형성된다. 따라서, 최표면은, 주석계 표면층과 니켈계 피복층이 혼재된 표면이 된다. 이 경우, 주석계 표면층에 점재하고 있는 구리주석 합금층의 노출 부분은, 그 대부분이 니켈계 피복층에 의해 피복되지만, 그 노출 부분 전부가 니켈계 피복층에 의해 완전하게 피복되는 것까지 요구되는 것이 아니고, 니켈계 피복층에 피복되지 않고 노출된 상태로 약간 남아 있는 부분이 있어도 된다.

또, 이 니켈계 피복층이 구리주석 합금층의 노출 부분 상에 형성되지 않고 주석계 표면층에만 형성되면, 커넥터로서 사용 초기의 단계에서, 단자재끼리의 마찰시에 니켈계 피복층이 갈라져, 동종의 주석끼리가 접촉됨으로써 주석의 응착이 발생하기 쉬워, 마찰 계수 저감 효과가 잘 지속되지 않는다.

이 니켈계 피복층이 0.05 ㎛ 를 초과하는 막두께에서는, 주석계 표면층과 구리주석 합금층의 특수한 계면 형상에 의한 마찰 계수 저감 효과와 니켈계 피복층에 의한 주석 응착 억제 효과를 동시에 얻을 수 없고, 니켈계 피복층에 의한 응착 억제 효과만이 되기 때문에 충분한 마찰 계수 저감 효과가 얻어지지 않고, 또, 땜납 젖음성의 저하를 초래한다. 이 니켈계 피복층의 막두께는 0.005 ㎛ 미만에서는 효과가 얻어지지 않는다.

다음으로, 이 단자재의 제조 방법에 대해 설명한다.

기재로서, 구리 또는 구리니켈실리콘 (Cu-Ni-Si) 계 등의 구리 합금으로 이루어지는 판재를 준비한다. 이 판재에 탈지, 산세 등의 처리를 함으로써 표면을 청정하게 한 후, 하지 니켈 도금, 구리 도금, 주석 도금을 이 순서로 실시한다.

하지 니켈 도금은 일반적인 니켈 도금욕을 사용하면 되고, 예를 들어 황산 (H₂SO₄) 과 황산니켈 (NiSO₄) 을 주성분으로 한 황산욕을 사용할 수 있다. 도금욕의 온도는 20 ℃ 이상 50 ℃ 이하, 전류 밀도는 1 ∼ 30 A/dm² 이하로 된다. 이 하지 니켈 도금층의 막두께는 0.05 ㎛ 이상 1.0 ㎛ 이하로 된다. 0.05 ㎛ 미만에서는, (Cu,Ni)₆Sn₅ 합금에 함유하는 니켈 함유량이 적어져, 급준한 요철 형상의 구리주석 합금층이 형성되지 않게 되고, 1.0 ㎛ 를 초과하면 굽힘 가공 등이 곤란해지기 때문이다.

구리 도금은 일반적인 구리 도금욕을 사용하면 되고, 예를 들어 황산구리 (CuSO₄) 및 황산 (H₂SO₄) 을 주성분으로 한 황산구리욕 등을 사용할 수 있다. 도금욕의 온도는 20 ∼ 50 ℃, 전류 밀도는 1 ∼ 30 A/dm² 으로 된다. 이 구리 도금에 의해 형성되는 구리 도금층의 막두께는 0.05 ㎛ 이상 0.20 ㎛ 이하로 된다. 0.05 ㎛ 미만에서는, (Cu,Ni)₆Sn₅ 합금에 함유하는 니켈 함유량이 커져, 구리주석 합금층의 형상이 지나치게 미세해지고, 0.20 ㎛ 를 초과하면, (Cu,Ni)₆Sn₅ 합금에 함유하는 니켈 함유량이 적어져, 급준한 요철 형상의 구리주석 합금층이 형성되지 않게 되기 때문이다.

주석 도금층 형성을 위한 도금욕으로는, 일반적인 주석 도금욕을 사용하면 되고, 예를 들어 황산 (H₂SO₄) 과 황산 제 1 주석 (SnSO₄) 을 주성분으로 한 황산욕을 사용할 수 있다. 도금욕의 온도는 15 ∼ 35 ℃, 전류 밀도는 1 ∼ 30 A/dm² 으로 된다. 이 주석 도금층의 막두께는 0.5 ㎛ 이상 1.0 ㎛ 이하로 된다. 주석 도금층의 두께가 0.5 ㎛ 미만이면, 리플로우 후의 주석계 표면층이 얇아져 전기 접속 특성이 저해되고, 1.0 ㎛ 를 초과하면, 표층부를 주석과 구리주석 합금의 복합 구조로 할 수 없어, 마찰 계수를 0.3 이하로 하는 것이 어렵다.

리플로우 처리 조건으로는, 환원 분위기 중에서 기재의 표면 온도가 240 ℃ 이상 360 ℃ 이하가 되는 조건에서 1 초 이상 12 초 이하의 시간 가열하고, 급랭된다. 더욱 바람직하게는 260 ℃ 이상 300 ℃ 이하에서 5 초 이상 10 초 이하의 가열 후 급랭이다. 이 경우, 유지 시간은 이하에 나타내는 바와 같이 구리 도금층 및 주석 도금층의 각각의 두께에 따라 1 초 이상 12 초 이하의 범위에서 적절한 시간이 있고, 도금 두께가 얇을수록 유지 시간은 적고, 두꺼워지면 긴 유지 시간이 필요해진다.

＜기재 온도를 240 ℃ 이상 360 ℃ 이하까지 승온 후의 유지 시간＞

(1) 주석 도금층의 두께가 0.5 ㎛ 이상 0.7 ㎛ 미만에 대해, 구리 도금층의 두께가 0.05 ㎛ 이상 0.16 ㎛ 미만인 경우에는 1 초 이상 6 초 이하, 구리 도금층의 두께가 0.16 ㎛ 이상 0.20 ㎛ 이하인 경우에는 3 초 이상 9 초 이하

(2) 주석 도금층의 두께가 0.7 ㎛ 이상 1.0 ㎛ 이하에 대해, 구리 도금층의 두께가 0.05 ㎛ 이상 0.16 ㎛ 미만인 경우에는 3 초 이상 9 초 이하, 구리 도금층의 두께가 0.16 ㎛ 이상 0.20 ㎛ 이하인 경우에는 6 초 이상 12 초 이하

240 ℃ 미만의 온도, 유지 시간이 이들 (1) (2) 에 나타내는 시간 미만의 가열에서는 주석의 용해가 진행되지 않고, 360 ℃ 를 초과하는 온도, 유지 시간이 (1) (2) 에 나타내는 시간을 초과하는 가열에서는 구리주석 합금층 중의 결정이 크게 성장해 버려 원하는 형상이 얻어지지 않고, 또 구리주석 합금층이 표층까지 도달하여 주석계 표면층이 잔류하지 않게 되기 때문이다. 또, 가열 조건이 높으면 주석계 표면층의 산화가 진행되어 바람직하지 않다.

리플로우 처리 후의 소재에 탈지, 산세 등의 처리를 실시하여, 표면을 세정한 후, 피복층용 니켈 도금을 실시한다. 이 니켈 도금은 일반적인 니켈 도금욕을 사용하면 되고, 예를 들어 염산 (HCl) 과 염화니켈 (NiCl₂) 을 주성분으로 한 염화니켈욕을 사용할 수 있다. 니켈 도금욕의 온도는 15 ℃ 이상 35 ℃ 이하, 전류 밀도는 1 A/dm² 이상 10 A/dm² 이하로 된다. 얻어지는 니켈계 피복층의 막두께는 전술한 바와 같이 0.005 ㎛ 이상 0.05 ㎛ 이하로 된다.

그리고, 이 단자재는, 예를 들어 도 2 에 나타내는 바와 같은 형상의 암단자 (2) 로 성형된다.

이 암단자 (2) 는, 도 2 에 나타내는 예에서는, 전체적으로는 각통상 (角筒狀) 으로 형성되고, 그 일방단의 개구부 (15) 로부터 수단자 (1) 를 끼워 맞춤으로써, 이 수단자 (1) 를 양측에서부터 협지한 상태로 유지하여 접속된다. 암단자 (2) 의 내부에는, 끼워 맞춰지는 수단자 (1) 의 일방의 면에 접촉되는 탄성 변형 가능한 접촉편 (16) 이 형성됨과 함께, 이 접촉편 (16) 에 대향하고 있는 측벽 (17) 에, 수단자 (1) 의 타방의 면에 접촉하는 반구상의 볼록부 (18) 가 엠보싱 가공에 의해 내방으로 돌출된 상태로 형성되어 있다. 접촉편 (16) 에도, 볼록부 (18) 에 대향하도록 산접기한 형상의 절곡부 (19) 가 형성되어 있다. 이들 볼록부 (18) 및 절곡부 (19) 는, 수단자 (1) 를 끼워 맞췄을 때에 수단자 (1) 를 향해 볼록해지도록 돌출되어 있고, 그 수단자 (1) 에 대한 슬라이딩부 (11) 가 된다.

또한, 수단자 (1) 에 사용되는 단자재는, 도 3 에 모식적에 나타내는 바와 같이, 구리 합금으로 이루어지는 기재 (21) 상표면에 주석 도금층 (22) 이 형성되고, 주석 도금층 (22) 과 구리 합금 기재 (21) 사이에 구리주석 합금층 (23) 이 형성된, 일반적인 리플로우 처리재로 구성된다. 이 수단자 (1) 에 있어서, 주석 도금층 (22) 을 용해 제거하여, 구리주석 합금층 (23) 을 표면에 현출 (現出) 시켰을 때에 측정되는 구리주석 합금층 (23) 의 국부 산정의 평균 간격 (S) 은 0.8 ㎛ 미만 혹은 2.0 ㎛ 를 초과하고 있으며, 또한 주석 도금층 (22) 의 평균 두께는 0.2 ㎛ 이상 3 ㎛ 이하이다.

수단자 (1) 는 평판상으로 형성되고, 구리 합금판에 구리 도금 및 주석 도금을 이 순서대로 실시한 후, 리플로우 처리함으로써 형성된다. 이 경우, 리플로우 처리의 가열 조건으로는, 일반적으로는, 240 ℃ 이상 400 ℃ 이하의 온도에서 1 초 이상 20 초 이하의 시간 유지한 후, 급랭된다.

또한, 리플로우 처리하지 않고, 구리 합금으로 이루어지는 기재에 주석 도금에 의해 평균 두께 0.5 ㎛ 이상 3 ㎛ 이하의 주석 도금층을 형성한 단자재를 수단자재로 해도 된다.

이와 같은 암단자재 및 수단자재를 사용하여 형성한 커넥터는, 암단자 (2) 의 개구부 (15) 로부터 접촉편 (16) 과 측벽 (17) 사이에 수단자 (1) 를 삽입하면, 접촉편 (16) 은 이점쇄선으로 나타내는 위치로부터 실선으로 나타내는 위치로 탄성 변형되고, 그 절곡부 (19) 와 볼록부 (18) 사이에 수단자 (1) 를 협지한 상태 로 유지한다.

전술한 바와 같이, 암단자 (2) 는, 구리주석 합금층과 주석계 표면층의 계면이 구리주석 합금층의 국부 산정의 평균 간격 (S) 을 0.8 ㎛ 이상 2.0 ㎛ 이하로 하는 급준한 요철 형상으로 형성되며, 또한 주석계 표면층의 평균 두께가 0.1 ㎛ 이상 0.6 ㎛ 이하, 주석계 표면층의 최표면에 0.005 ㎛ 이상 0.05 ㎛ 이하의 막두께의 니켈계 피복층이 형성되어 있으므로, 암단자 (2) 의 볼록부 (18) 및 절곡부 (19) 의 표면에 주석이 응착되는 것이 억제되어, 구리주석 합금층과 주석계 표면층의 계면이 급준한 요철 형상으로 형성되어 있는 것에 의한 동마찰 계수의 저감 효과가 유효하게 발휘되고, 수단자 (1) 가 통상적인 리플로우 처리에 의한 주석계 표면층의 것이라 하더라도, 동마찰 계수를 0.3 이하로 할 수 있다.

이상의 실시형태에서는, 주석계 표면층 (6) 상에 니켈 또는 니켈 합금으로 이루어지는 니켈계 피복층 (10) 을 형성하였지만, 니켈계 피복층 대신에, 코발트 (Co) 또는 코발트 합금 (코발트주석 (CoSn) 합금) 으로 이루어지는 코발트계 피복층을 형성해도 된다.

이 코발트계 피복층도, 니켈계 피복층과 마찬가지로, 리플로우 처리한 후에 주석계 표면층으로부터 노출된 구리주석 합금층의 노출 부분 상에 주로 형성된다. 코발트계 피복층은, 니켈계 피복층의 경우보다 코발트가 합금화되기 쉽다. 이 코발트계 피복층의 막두께는 0.005 ㎛ 이상 0.05 ㎛ 이하로 되고, 0.05 ㎛ 를 초과하는 막두께에서는, 주석계 표면층과 구리주석 합금층의 특수한 계면 형상에 의한 마찰 계수 저감 효과와 코발트계 피복층에 의한 주석 응착 억제 효과를 동시에 얻을 수 없고, 코발트계 피복층에 의한 응착 억제 효과만이 되기 때문에 충분한 마찰 계수 저감 효과가 얻어지지 않고, 또, 땜납 젖음성의 저하를 초래한다. 0.005 ㎛ 미만에서는 효과가 얻어지지 않는다.

니켈계 피복층과 마찬가지로, 주석계 표면층으로부터 노출된 구리주석 합금층의 노출 부분 상에 주로 형성되지만, 구리주석 합금층의 노출 부분이 코발트계 피복층에 피복되지 않고 노출된 상태로 남아 있는 부분도 존재한다. 따라서, 최표면은, 주석계 표면층과 코발트계 피복층 및 구리주석 합금층이 혼재된 표면이 된다.

또, 이 코발트계 피복층이 구리주석 합금층의 노출 부분 상에 형성되지 않고 주석계 표면층에만 형성되면, 커넥터로서 사용 초기의 단계에서, 단자재끼리의 마찰시에 코발트계 피복층이 갈라져, 동종의 주석끼리가 접촉됨으로써 주석의 응착이 발생하기 쉬워, 마찰 계수 저감의 효과가 잘 지속되지 않는다.

이 코발트계 피복층을 형성하려면, 리플로우 처리 후의 소재에 탈지, 산세 등의 처리를 실시하여 표면을 세정한 후, 피복층용 코발트 도금을 실시한다. 이 코발트 도금은 일반적인 코발트 도금욕을 사용하면 되고, 예를 들어 황산코발트 (CoSO₄), 붕산 (H₃BO₃), 및 황산나트륨 (NaSO₄) 을 주성분으로 한 황산코발트욕 등을 사용할 수 있다. 코발트 도금욕의 온도는 15 ℃ 이상 35 ℃ 이하, 전류 밀도는 0.1 A/dm² 이상 10 A/dm² 이하로 된다. 이 코발트 도금층의 막두께는 0.005 ㎛ 이상 0.05 ㎛ 이하로 된다.

실시예

판두께 0.25 ㎜ 의 무산소 동판을 기재로 하고, 하지 니켈 도금, 구리 도금, 주석 도금을 순서대로 실시하였다. 이 경우, 구리 도금 및 주석 도금의 도금 조건은 실시예, 비교예 모두 동일하다. 도금 처리 후, 실시예, 비교예 모두 리플로우 처리하고, 환원 분위기 중에서, 기재 표면 온도가 240 ℃ 이상 360 ℃ 이하의 온도가 될 때까지 승온하여, 1 초 이상 12 초 이하의 시간 유지한 후, 수랭하였다. 리플로우 처리 후, 니켈계 피복층 또는 코발트계 피복층을 위한 도금을 실시하였다.

비교예로서, 하지 니켈 도금의 두께, 구리 도금의 두께, 주석 도금의 두께를 변량한 것, 니켈계 피복층 또는 코발트계 피복층을 위한 도금을 실시하지 않았던 것도 제작하였다.

이 경우, 각 도금의 조건은 표 1 에 나타내는 바와 같이 하였다. 표 1 중, Dk 는 캐소드의 전류 밀도, ASD 는 A/dm² 의 약칭이다.

각 도금층의 두께, 리플로우 조건은, 표 2 에 나타내는 바와 같이 하였다.

이들 시료에 대해, 리플로우 후의 주석계 표면층의 두께, 구리주석 합금층의 두께, (Cu,Ni)₆Sn₅ 층 중의 니켈 함유량, (Ni,Cu)₃Sn₄ 층의 유무, 구리주석 합금층의 국부 산정의 평균 간격 (S), 니켈계 피복층 또는 코발트계 피복층의 두께, 동마찰 계수, 땜납 젖음성을 평가하였다.

니켈계 피복층 또는 코발트계 피복층의 두께, 리플로우 후의 주석계 표면층 및 구리주석 합금층의 두께는, 에스아이아이·나노테크놀로지 주식회사 제조의 형광 X 선 막후계 (SFT9400) 로 측정하였다. 리플로우 후의 주석계 표면층 및 구리주석 합금층의 두께는, 니켈계 피복층을 형성하기 전의 시료에 대해, 최초로 리플로우 후의 시료의 전체 주석계 표면층의 두께를 측정한 후, 예를 들어 레이볼드 주식회사 제조의 L80 등의, 순주석을 에칭하고 구리주석 합금을 부식시키지 않는 성분으로 이루어지는 도금 피막 박리용 에칭액에 5 분간 침지함으로써 주석계 표면층을 제거하고, 그 하층의 구리주석 합금층을 노출시켜 순주석 환산에 있어서의 구리주석 합금층의 두께를 측정한 후, (전체 주석계 표면층의 두께 － 순주석 환산에 있어서의 구리주석 합금층의 두께) 를 주석계 표면층의 두께로 정의하였다.

(Cu,Ni)₆Sn₅ 층 중의 니켈 함유량, (Ni,Cu)₃Sn₄ 층의 유무는, 단면 STEM (Scanning Transmission Electron Microscope) 이미지 및 EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) 분석에 의해 구하였다.

구리주석 합금층의 국부 산정의 평균 간격 (S) 은, 주석 도금 피막 박리용 에칭액에 침지하여 주석계 표면층을 제거하고, 그 하층의 구리주석 합금층을 노출시킨 후, 주식회사 키엔스 제조의 레이저 현미경 (VK-X200) 을 사용하여, 대물 렌즈 150 배 (측정 시야 96 ㎛ × 76 ㎛) 의 조건에서, 길이 방향에서 5 점, 폭 방향에서 5 점, 합계 10 점 측정한 S 의 평균치로부터 구하였다.

동마찰 계수에 대해서는, 끼워 맞춤형의 커넥터의 수단자와 암단자의 접점부를 모의하도록, 각 시료에 대해 판상의 수단자 시험편과 내경 1.5 ㎜ 의 반구상으로 한 암단자 시험편을 제작하고, 주식회사 트리니티라보 제조의 마찰 측정기 (μV1000) 를 사용하여, 양 시험편간의 마찰력을 측정하여 동마찰 계수를 구하였다. 도 4 에 의해 설명하면, 수평인 받침대 (31) 상에 수단자 시험편 (32) 을 고정시키고, 그 위에 암단자 시험편 (33) 의 반구 볼록면을 놓고 도금면끼리를 접촉시키고, 암단자 시험편 (33) 에 추 (34) 에 의해 100 gf 이상 500 gf 이하의 하중 (P) 을 가하여 수단자 시험편 (32) 을 누른 상태로 한다. 이 하중 (P) 을 가한 상태에서, 수단자 시험편 (32) 을 슬라이딩 속도 80 ㎜/분으로 화살표에 의해 나타낸 수평 방향으로 10 ㎜ 끌어당겼을 때의 마찰력 (F) 을 로드 셀 (35) 에 의해 측정하였다. 그 마찰력 (F) 의 평균치 (Fav) 와 하중 (P) 으로부터 동마찰 계수 (＝ Fav/P) 를 구하였다. 표 2 에는, 하중을 4.9 N (500 gf) 으로 하였을 때의 동마찰 계수를 기재하였다.

수단자 시험편으로서, 판두께 0.25 ㎜ 의 구리 합금 (C2600, 구리：70 질량％-아연：30 질량％) 을 기재로 하고, 구리 도금, 주석 도금을 순서대로 실시하고, 리플로우 처리하였다. 이 수단자재의 리플로우 조건으로는, 기재 온도 270 ℃, 유지 시간 6 초로 하고, 리플로우 후의 주석 도금층의 두께는 0.6 ㎛, 구리주석 합금층의 두께는 0.5 ㎛ 로 하였다. 이 구리주석 합금층의 국부 산정의 평균 간격 (S) 은 2.1 ㎛ 로 하였다. 이 수단자 시험편과 표 2 에 나타내는 암단자 시험편을 사용하여 동마찰 계수를 측정하였다.

땜납 젖음성에 대해서는, 시험편을 10 ㎜ 폭으로 잘라내고, 활성 플럭스를 사용하여 메니스코그래프법으로 제로 크로스 타임을 측정하였다 (땜납욕온 230 ℃ 의 주석-3 ％ 은-0.5 ％ 구리 땜납에 침지시키고, 침지 속도 2 ㎜/sec, 침지 깊이 1 ㎜, 침지 시간 10 sec 의 조건에서 측정하였다). 땜납 제로 크로스 타임이 3 초 이하를 양호로 평가하고, 3 초를 초과한 경우를 불량으로 평가하였다.

전기적 신뢰성을 평가하기 위해, 대기 중에서 150 ℃ × 500 시간 가열하고, 접촉 저항을 측정하였다. 측정 방법은 JIS-C-5402 에 준거하여, 4 단자 접촉 저항 시험기 (야마자키 정밀 기계 연구소 제조：CRS-113-AU) 에 의해, 슬라이딩식 (1 ㎜) 으로 0 부터 50 g 까지의 하중 변화-접촉 저항을 측정하고, 하중을 50 g 으로 하였을 때의 접촉 저항값으로 평가하였다.

이들의 측정 결과, 평가 결과를, 니켈계 피복층을 형성한 것에 대해 표 2 에, 코발트계 피복층을 형성한 것에 대해 표 3 에 각각 나타낸다.

이 표 2 및 표 3 으로부터 분명한 바와 같이, 실시예는 모두 동마찰 계수가 0.3 이하로 작고, 땜납 젖음성이 양호하며, 접촉 저항도 10 mΩ 이하를 나타냈다. 특히 실시예 1 내지 8 및 10 내지 19 의 니켈 도금 두께가 0.1 ㎛ 이상인 것은, 모두 4 mΩ 이하의 낮은 접촉 저항을 나타냈다.

이에 반해, 각 비교예는 이하와 같은 문제가 확인되었다. 비교예 1, 3 은 모두 니켈계 피복층이 없고, 또, 비교예 11, 13 은 코발트계 피복층이 없기 때문에, 동마찰 계수가 크다. 비교예 2 는, (Ni,Cu)₃Sn₄ 층이 없고, 니켈 도금을 실시한 것만으로는 저감 효과는 있지만 큰 효과는 얻어지지 않는다. 비교예 12 도 마찬가지로, (Ni,Cu)₃Sn₄ 층이 없고, 코발트 도금을 실시한 것만으로는 저감 효과는 있지만 큰 효과는 얻어지지 않는다. 비교예 4 는, 니켈계 피복층의 막두께가 크기 때문에, 또, 비교예 14 는, 코발트계 피복층의 막두께가 크기 때문에, 각각 땜납 젖음성이 나빠진다. 비교예 5 및 비교예 15 는 구리 도금 두께가 지나치게 얇기 때문에 구리주석 합금층의 국부 산정의 평균 간격 (S) 이 하한을 하회해 버려 동마찰 계수가 0.3 을 초과하고 있다. 비교예 6, 8, 9 및 비교예 16, 18, 19 는 구리주석 합금층이 지나치게 크게 성장해 버려, 표면에 잔류하는 주석계 표면층이 지나치게 적어지기 때문에, 땜납 젖음성이 나빠진다. 동마찰 계수가 0.3 을 초과하였다. 비교예 7 및 비교예 17 은, 구리 도금 두께가 지나치게 두껍기 때문에, (Ni,Cu)₃Sn₄ 층이 없고, Cu₆Sn₅ 중에 니켈을 함유하고 있지 않기 때문에 큰 효과가 얻어지지 않는다.

도 5, 6 은 실시예 6 의 단면 STEM 이미지와 EDS 분석 결과이고, 도 7, 8 은 비교예 7 의 단면 STEM 이미지와 EDS 선 분석 결과이다. 도 5 및 도 6 의 (i) 이 기판, (ii) 가 니켈층, (iii) 이 (Ni,Cu)₃Sn₄ 합금층, (iv) 가 (Cu,Ni)₆Sn₅ 합금층이다. 도 7 및 도 8 에서는, (i') 가 니켈층, (ii') 가 Cu₃Sn 합금층, (iii') 가 Cu₆Sn₅ 합금층이다.

이들 사진을 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 실시예의 것은, 도 6 에 나타내어지는 바와 같이 Cu₆Sn₅ 중에 니켈이 함유되어 있는 것 및 니켈층과 Cu₆Sn₅ 층의 계면에 구리를 함유하는 Ni₃Sn₄ 층이 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 실시예의 단자재에 있어서의 Ni₃Sn₄ 층 중의 구리 함유량은, 5 ∼ 20 at％ 의 범위 내로 상정된다. 예를 들어 실시예 2 에서는 11 at％ 였다.

비교예의 것은, 도 8 에 나타내어지는 바와 같이 Ni₃Sn₄ 층이 형성되지 않고, Cu₆Sn₅ 중에도 니켈을 함유하고 있지 않는 것을 알 수 있다.

도 9 는 실시예 2 의 동마찰 계수 측정 후의 수단자 시험편의 슬라이딩면의 현미경 사진이고, 도 10 은 비교예 1 의 현미경 사진이며, 도 11 은 비교예 3 의 현미경 사진이다. 이들 사진을 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 실시예의 것은, 주석의 응착이 억제되어 슬라이딩면이 매끄러운 데에 반해, 비교예는 주석의 응착 때문에 슬라이딩면이 거칠다. 암측의 국부 산정의 평균 간격 (S) 이 큰 비교예 7 은, 니켈계 피복층이 있더라도 주석의 응착이 발생하여 슬라이딩면이 거칠게 되어 있다.

도 12 는 실시예 24 의 현미경 사진이며, 도 13 은 비교예 13 의 현미경 사진이다. 이들 사진을 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 코발트계 피복층이 있는 실시예의 것은, 주석의 응착이 억제되어 슬라이딩면이 매끄러운 데에 반해, 코발트계 피복층이 없는 비교예는 주석의 응착 때문에 슬라이딩면이 거칠다.

1 : 수단자
2 : 암단자
5 : 기재
6 : 주석계 표면층
7 : 구리주석 합금층
8 : 니켈주석 합금층
9 : 니켈 또는 니켈 합금층
10 : 니켈계 피복층
11 : 슬라이딩부
15 : 개구부
16 : 접촉편
17 : 측벽
18 : 볼록부
19 : 절곡부
21 : 기재
22 : 주석 도금층
23 : 구리주석 합금층
31 : 받침대
32 : 수단자 시험편
33 : 암단자 시험편
34 : 추
35 : 로드 셀

Claims

구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 기재 상의 표면에 주석계 표면층이 형성되고, 그 주석계 표면층과 상기 기재 사이에, 상기 주석계 표면층으로부터 순서대로 구리주석 합금층/니켈주석 합금층/니켈 또는 니켈 합금층이 형성된 주석 도금 구리 합금 단자재로서, 상기 구리주석 합금층은, Cu₆Sn₅ 를 주성분으로 하고, 그 Cu₆Sn₅ 의 구리의 일부가 니켈로 치환된 화합물 합금층이며, 상기 니켈주석 합금층은, Ni₃Sn₄ 를 주성분으로 하고, 그 Ni₃Sn₄ 의 니켈의 일부가 구리로 치환된 화합물 합금층이며, 상기 구리주석 합금층의 국부 산정의 평균 간격 (S) 이 0.8 ㎛ 이상 2.0 ㎛ 이하이며, 또한 상기 주석계 표면층의 평균 두께가 0.2 ㎛ 이상 0.6 ㎛ 이하이고, 상기 주석계 표면층의 최표면에 0.005 ㎛ 이상 0.05 ㎛ 이하의 막두께의 니켈계 피복층 또는 코발트계 피복층이 형성되어 이루어지고, 표면의 동마찰 계수가 0.3 이하인 것을 특징으로 하는 주석 도금 구리 합금 단자재.
제 1 항에 있어서,
상기 주석계 표면층에 상기 구리주석 합금층의 일부가 노출되어 있고, 상기 니켈계 피복층 또는 코발트계 피복층은, 상기 주석계 표면층으로부터 노출되어 있는 상기 구리주석 합금층 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 주석 도금 구리 합금 단자재.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 구리주석 합금층은, 상기 Cu₆Sn₅ 중에 니켈이 1 at％ 이상 25 at％ 이하 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 주석 도금 구리 합금 단자재.