KR20180084118A

KR20180084118A - 접속 부품용 도전 재료

Info

Publication number: KR20180084118A
Application number: KR1020187017321A
Authority: KR
Inventors: 마사히로 쓰루; 신야 가쓰라
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2018-07-24
Also published as: CN108368630A; US10597792B2; JP6113822B1; CN108368630B; JP2017115210A; EP3396027A4; WO2017110859A1; US20180371633A1; KR102156016B1; EP3396027A1

Abstract

구리 또는 구리 합금 판조로 이루어지는 모재의 표면에, Cu 함유량이 55∼70at%이고 평균 두께가 0.1∼3.0μm인 Cu-Sn 합금 피복층(5)과, 평균 두께가 0.2∼5.0μm인 Sn 피복층(6)이 이 순서로 형성된 접속 부품용 도전 재료. 주사형 전자 현미경에 의한 배율 100배의 반사 전자상으로 관찰했을 때, 재료 표면에, A 영역과, A 영역보다도 명도가 높고 Cu-Sn 합금 피복층이 노출되어 있지 않은 B 영역이 혼재하고, A 영역의 면적률이 2∼65%이다. 또한, 주사형 전자 현미경에 의해 배율 10,000배로 A 영역을 관찰했을 때, Sn 피복층으로 피복된 C 영역과 Sn 피복층으로 피복되어 있지 않은 D 영역이 혼재하고, A 영역 내에서의 C 영역의 면적률이 20∼70%이다.

Description

접속 부품용 도전 재료

본 개시는 주로 자동차 및 민생 기기 등의 전기 배선에 사용되는 단자 및 버스 바 등의 접속 부품용 도전 재료에 관한 것으로, 특히 감합에 있어서의 삽입력의 저감, 및 납땜 접합 신뢰성의 겸비가 요구되는 접속 부품용 도전 재료에 관한 것이다.

자동차 및 민생 기기의 전기 배선의 접속에 사용되는 감합 단자에는, 내식성 확보, 및 접촉부에 있어서의 접촉 저항 저감 등을 위해, 구리 또는 구리 합금 모재의 표면에 Sn층(리플로 Sn 도금 등)을 설치한 단자가 이용된다. Sn층을 형성한 수컷/암컷 단자를 감합시킬 때, 연질인 Sn층이 소성 변형되는 것에 수반하는 변형 저항, 및 수컷/암컷 단자 사이에 생긴 Sn과 Sn의 응착부가 전단되는 것에 수반하는 전단 저항이 생겨, 그 변형 저항 및 전단 저항을 극복해내는 삽입력이 필요해진다. 그리고 근년에는, 전자 기기의 고기능화·다기능화에 수반하여 커넥터에 사용되는 단자의 극수가 증가하고, 그에 수반하여 단자의 삽입력이 커지고 있다. 이 때문에, 작업자의 부하의 경감 및 감합 오류 방지의 관점에서, 감합 단자에 있어서 삽입력의 저감이 요구되고 있다.

한편, 프린트 회로 기판과 단자의 접합을 납땜으로 행하는 경우, 근년의 환경 부하 물질 규제에 대한 대응 때문에 Pb 프리 땜납이 이용되게 되었다. 그러나, Pb 프리 땜납은 종래의 Sn-Pb계 땜납보다 융점이 높아, 땜납이 젖기 어려워, 종래의 Sn 도금 단자에서는 접합 신뢰성이 낮다. 이 때문에, 땜납 젖음성이 우수한 단자가 요구되고 있다.

특허문헌 1에는, 구리 또는 구리 합금 모재 표면에, Ni층, Cu-Sn 합금층 및 Sn층으로 이루어지는 피복층이 이 순서로 형성된 접속 부품용 도전 재료가 기재되어 있다. 이 접속 부품용 도전 재료는, Sn층의 두께를 0.5μm 이하로 하는 것에 의해, 마찰 계수를 저하시켜, 삽입력을 낮게 억제할 수 있다. 특허문헌 2에는, 표면 거칠기를 크게 한 구리 또는 구리 합금 모재 표면에, Ni층(필요에 따라서), Cu-Sn 합금층 및 Sn층으로 이루어지는 피복층이 이 순서로 형성된 접속 부품용 도전 재료가 기재되어 있다. Cu-Sn 합금층은, Cu 함유량이 20∼70at%, 평균 두께가 0.2∼3.0μm이고, Sn층은 평균 두께가 0.2∼5.0μm이다. 재료 표면은, 적어도 한 방향에서의 산술 평균 거칠기 Ra가 1.5μm 이상이고, 모든 방향에서의 산술 평균 거칠기가 3.0μm 이하이며, 최표면의 Sn층 사이로부터 Cu-Sn 합금층의 일부가 노출되고, 그 노출 면적률이 3∼75%이다. 이 접속 부품용 도전 재료는 마찰 계수가 작아, 커넥터의 삽입력을 저감할 수 있다.

특허문헌 3에는, 구리 또는 구리 합금 모재 표면에, Ni층(필요에 따라서), Cu-Sn 합금층 및 Sn층으로 이루어지는 피복층이 이 순서로 형성된 접속 부품용 도전 재료가 기재되어 있다. Cu-Sn 합금층은 평균 두께가 0.2∼3.0μm이고, Sn층의 일부로서 균일한 두께의 광택 또는 반광택 Sn 도금층이 최표층에 형성되어 있다. 이 재료의 표면에 대한 수직 단면을 보았을 때, Sn층의 최소 내접원의 직경[D1]이 0.2μm 이하, Sn층의 최대 내접원의 직경[D2]가 1.2∼20μm, 재료의 최표점과 Cu-Sn 합금층의 최표점의 고도차[y]가 0.2μm 이하이다. 이 접속 부품용 도전 재료는 마찰 계수가 작아, 커넥터의 삽입력을 저감할 수 있고, 또한 땜납 젖음성도 우수하다.

일본 특허공개 2004-68026호 공보 일본 특허공개 2006-183068호 공보 일본 특허공개 2009-52076호 공보

특허문헌 1에 기재된 접속 부품용 도전 재료는, 종래재에 비해 동마찰 계수가 낮아, 단자의 삽입력을 저하시킬 수 있지만, 더한층의 동마찰 계수의 저감이 요구되고 있다. 특허문헌 2에 기재된 접속 부품용 도전 재료는, 표면에 Cu-Sn 합금층의 일부가 노출되어 있기 때문에, 특허문헌 1에 기재된 접속 부품용 도전 재료에 비해, 동마찰 계수를 더 저감할 수 있지만, 표면에 노출된 Cu-Sn 합금층에 의해 땜납 젖음성이 저하된다. 특허문헌 3에 기재된 접속 부품용 재료는, Sn층에 얇은 부분이 있음으로써 동마찰 계수가 저감되고, 또한 최표층에 균일한 Sn 도금층을 가짐으로써 젖음성이 향상된다. 그러나, 표면 전체가 Sn층으로 덮임으로써 단자 삽입 시에 Sn의 응착을 생기게 해, 동마찰 계수의 저감 효과가 작다.

본 개시는, 동마찰 계수가 낮아 단자의 삽입력을 저하시킬 수 있고, 동시에 양호한 땜납 젖음성을 구비하는 접속 부품용 도전 재료를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 개시에 따른 접속 부품용 도전 재료는, 구리 또는 구리 합금 판조로 이루어지는 모재의 표면에, Cu-Sn 합금 피복층과 Sn 피복층으로 이루어지는 피복층이 이 순서로 형성되고, Cu-Sn 합금 피복층의 Cu 함유량이 55∼70at%, Cu-Sn 합금 피복층의 평균 두께가 0.1∼3.0μm, Sn 피복층의 평균 두께가 0.2∼5.0μm이고, 재료 표면은 적어도 한 방향의 산술 평균 거칠기 Ra가 0.15μm 이상이고, 모든 방향에서의 산술 평균 거칠기 Ra가 3.0μm 이하이며, 주사형 전자 현미경에 의한 배율 100배의 반사 전자상(像)으로 관찰했을 때, 재료 표면에, A 영역과, A 영역보다도 명도가 높고 Cu-Sn 합금 피복층이 노출되어 있지 않은 B 영역이 혼재하고, A 영역의 면적률이 2∼65%이며, 주사형 전자 현미경에 의해 배율 10,000배로 상기 A 영역을 관찰했을 때, Sn 피복층으로 피복된 C 영역과 Sn 피복층으로 피복되어 있지 않은 D 영역이 혼재하고, A 영역 내에서의 C 영역의 면적률이 20∼70%인 것을 특징으로 한다.

상기 접속 부품용 도전 재료에서는, 재료 표면에 있어서 상기 A 영역끼리의 간격의 평균값이 0.01∼0.5mm인 것이 바람직하다. 상기 접속 부품용 도전 재료에서는, 상기 A 영역에서의 Cu-Sn 합금 피복층의 두께가 0.2μm 이상인 것이 바람직하다. 상기 접속 부품용 도전 재료는, 상기 모재의 표면과 Cu-Sn 합금 피복층 사이에 추가로 Ni 피복층, Co 피복층 및 Fe 피복층으로부터 선택한 1종 또는 2종으로 이루어지는 하지(下地)층을 갖고, 상기 하지층의 평균 두께(2종인 경우는 합계 두께)가 0.1∼3.0μm인 것이 바람직하다.

상기 접속 부품용 도전 재료는, 상기 모재의 표면과 Cu-Sn 합금 피복층 사이, 또는 상기 하지층과 Cu-Sn 합금 피복층 사이에 추가로 Cu 피복층을 갖고 있어도 된다.

본 개시에 따른 접속 부품용 도전 재료는 동마찰 계수가 낮고, 양호한 땜납 젖음성을 갖는다. 이 때문에, 삽입력이 낮고, 땜납 접합 신뢰성이 높은 감합형 단자, 및 동 감합형 단자를 이용한 커넥터를 제공할 수 있다.

도 1a는 본 발명의 실시형태에 따른 접속 부품용 도전 재료의 제조 방법의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 1b는 본 발명의 실시형태에 따른 접속 부품용 도전 재료의 제조 방법의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 1c는 본 발명의 실시형태에 따른 접속 부품용 도전 재료의 제조 방법의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 1d는 본 발명의 실시형태에 따른 접속 부품용 도전 재료의 제조 방법의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 2a는 본 발명의 실시형태에 따른 접속 부품용 도전 재료의 제조 방법의 다른 예를 나타내는 모식도이다.
도 2b는 본 발명의 실시형태에 따른 접속 부품용 도전 재료의 제조 방법의 다른 예를 나타내는 모식도이다.
도 2c는 본 발명의 실시형태에 따른 접속 부품용 도전 재료의 제조 방법의 다른 예를 나타내는 모식도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 접속 부품용 도전 재료의 제조 방법의 또 다른 예를 나타내는 모식도이다.
도 3b는 본 발명의 실시형태에 따른 접속 부품용 도전 재료의 제조 방법의 또 다른 예를 나타내는 모식도이다.
도 3c는 본 발명의 실시형태에 따른 접속 부품용 도전 재료의 제조 방법의 또 다른 예를 나타내는 모식도이다.
도 3d는 본 발명의 실시형태에 따른 접속 부품용 도전 재료의 제조 방법의 또 다른 예를 나타내는 모식도이다.
도 4는 실시예 No. 1의 표면을 주사형 전자 현미경에 의해 배율 100배로 관찰했을 때의 반사 전자상을 도 4의 (a)에, 도 4의 (a)의 A 영역(□로 둘러싼 범위)을 주사형 전자 현미경에 의해 배율 10,000배로 관찰했을 때의 반사 전자상을 도 4의 (b)에 나타낸다.
도 5는 마찰 계수 측정 장치의 모식도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 따른 접속 부품용 도전 재료에 대하여 구체적으로 설명한다.

(1) Cu-Sn 합금 피복층 중의 Cu 함유량

Cu-Sn 합금 피복층 중의 Cu 함유량은 특허문헌 2에 기재된 범위 내의 55∼70at%로 한다. Cu 함유량이 55∼70at%인 Cu-Sn 합금 피복층은 Cu₆Sn₅상을 주체로 하는 금속간 화합물로 이루어진다. 본 발명의 실시형태에서는 Cu₆Sn₅상이 Sn 피복층의 표면에 부분적으로 돌출되어 있기 때문에, 전기 접점부의 접동(摺動) 시에 접압(接壓)력을 단단한 Cu₆Sn₅상에서 받아 Sn 피복층끼리의 접촉 면적을 저감할 수 있고, 이에 의해 Sn 피복층의 마모 및 산화도 감소한다. 한편, Cu₃Sn상은 Cu₆Sn₅상에 비해 Cu 함유량이 많기 때문에, 이것을 Sn 피복층의 표면에 부분적으로 노출시킨 경우에는, 경시(經時) 및 부식 등에 의한 재료 표면의 Cu의 산화물량 등이 많아져, 접촉 저항을 증가시키기 쉽고, 전기적 접속의 신뢰성을 유지하는 것이 곤란해진다. 또한, Cu₃Sn상은 Cu₆Sn₅상에 비해 취성이기 때문에, 성형 가공성 등이 뒤떨어진다는 문제점이 있다. Cu-Sn 합금 피복층이 전부 Cu₆Sn₅상으로 이루어질 때, Cu-Sn 합금 피복층의 Cu 함유량은 55at%이다. 이 Cu-Sn 합금 피복층에는, Cu₃Sn상이 일부 포함되어 있어도 되고, 모재 및 Sn 도금 중의 성분 원소 등이 포함되어 있어도 된다. Cu 함유량이 70at%를 초과하면 경시 및 부식 등에 의한 전기적 접속의 신뢰성을 유지하는 것이 곤란해지고, 성형 가공성 등도 나빠진다. 따라서, Cu-Sn 합금 피복층 중의 Cu 함유량을 55∼70at%로 규정한다. Cu-Sn 합금 피복층 중의 Cu 함유량의 상한은, 바람직하게는 65at%이다.

(2) Cu-Sn 합금 피복층의 평균 두께

Cu-Sn 합금 피복층의 평균 두께는 특허문헌 2에 기재된 접속 부품용 도전 재료와 거의 동일하게 0.1∼3.0μm로 한다. 본 발명의 실시형태에서는, 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 두께 측정 방법은 이 정의에 준거하는 것이다. Cu-Sn 합금 피복층의 평균 두께가 0.1μm 미만이면, 본 발명의 실시형태와 같이 Cu-Sn 합금 피복층을 재료 표면에 부분적으로 노출 형성시키는 경우에는, 고온 산화 등의 열확산에 의한 재료 표면의 Cu의 산화물량이 많아진다. 재료 표면의 Cu의 산화물량이 많아지면, 접촉 저항이 증가하기 쉽고, 전기적 접속의 신뢰성을 유지하는 것이 곤란해진다. 한편, 3.0μm를 초과하는 경우에는, 경제적으로 불리하고, 생산성도 나쁘며, 단단한 층이 두껍게 형성되기 때문에 성형 가공성 등도 나빠진다. 따라서, Cu-Sn 합금 피복층의 평균 두께를 0.1∼3.0μm로 규정한다. Cu-Sn 합금 피복층의 평균 두께의 하한은 바람직하게는 0.3μm이며, 상한은 바람직하게는 1.0μm이다.

(3) Sn 피복층의 평균 두께

Sn 피복층의 평균 두께는 특허문헌 2에 기재된 접속 부품용 도전 재료와 동일하게 0.2∼5.0μm로 한다. 본 발명의 실시형태에서는, Sn 피복층의 평균 두께를, Sn 피복층에 함유되는 Sn의 면밀도(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 0.2μm 미만이면, 특허문헌 2에 기재되어 있는 대로, 고온 산화 등의 열확산에 의한 재료 표면의 Cu의 산화물량이 많아져, 접촉 저항을 증가시키기 쉽고, 내식성도 나빠진다. 또한, 땜납 젖음성의 확보가 어려워진다. 한편, Sn 피복층의 평균 두께가 5.0μm를 초과하는 경우에는, Sn의 응착에 의해 마찰 계수가 상승할 뿐만 아니라, 경제적으로 불리하고, 생산성도 나빠진다. 따라서, Sn 피복층의 평균 두께를 0.2∼5.0μm로 규정한다.

Sn 피복층이 Sn 합금으로 이루어지는 경우, Sn 합금의 Sn 이외의 구성 성분으로서는, Pb, Bi, Zn, Ag, Cu 등을 들 수 있다. Pb에 대해서는 50질량% 미만, 다른 원소에 대해서는 10질량% 미만이 바람직하다.

(4) 재료 표면의 산술 평균 거칠기 Ra

재료 표면의 산술 평균 거칠기 Ra는 적어도 한 방향에서 0.15μm 이상이고, 모든 방향에서 3.0μm 이하로 한다. 산술 평균 거칠기 Ra가 모든 방향에서 0.15μm 미만인 경우, Cu-Sn 합금 피복층의 돌출 높이가 전체적으로 낮아, 전기 접점부의 접동·미세접동 시에 접압력을 단단한 Cu₆Sn₅상에서 받는 비율이 작아지고, 특히 미세접동에 의한 Sn 피복층의 마모량을 저감하는 것이 곤란해진다. 한편, 어느 한 방향에서 산술 평균 거칠기 Ra가 3.0μm를 초과하는 경우, 고온 산화 등의 열확산에 의한 재료 표면의 Cu의 산화물량이 많아져, 접촉 저항을 증가시키기 쉽고, 또한 내식성도 나빠지기 때문에, 전기적 접속의 신뢰성을 유지하는 것이 곤란해진다. 따라서, 재료 표면의 산술 평균 거칠기 Ra는 적어도 한 방향에서 0.15μm 이상 또한 모든 방향에서 3.0μm 이하로 규정한다. 바람직하게는, 적어도 한 방향에서 0.2μm 이상, 모든 방향에서 2.0μm 이하이다.

(5) A 영역의 면적률

재료 표면을 주사형 전자 현미경에 의한 배율 100배의 반사 전자상으로 관찰하면, 다수의 짙은 회색부와 옅은 회색부가 혼재하여 관찰된다. 짙은 회색부는 Sn 피복층으로 피복된 부분과 Sn 피복층으로 피복되지 않고서 Cu-Sn 합금 피복층이 노출된 부분(노출 형태에 대해서는 후술)이 혼재한 영역이고, 본 발명의 실시형태에서는 이를 A 영역이라고 한다. 또한, 옅은 회색부는 Cu-Sn 합금 피복층이 노출되어 있지 않은(Sn 피복층으로 덮여 있는) 영역이고, 본 발명의 실시형태에서는 이를 B 영역이라고 한다. A 영역의 면적률은 2∼65%로 한다. 한편, A 영역의 면적률은 관찰 범위 전체의 면적(A 영역의 면적+B 영역의 면적)에 대한 A 영역의 면적의 비율(퍼센트 표시)이다. A 영역의 면적률은 대략 특허문헌 2에 기재된 「Cu-Sn 합금 피복층의 재료 표면 노출 면적률」에 상당한다.

한편, 짙은 회색부(A 영역)는 바꾸어 말하면 명도가 낮고, 옅은 회색부(B 영역)는 명도가 높다. 관찰하는 재료 표면에 존재하는 원소의 원자번호가 클수록, 반사 전자상에 있어서 명도는 높아진다. 따라서, Sn이 존재하는 부분은 Sn보다 원자번호가 작은 Cu에 비해 명도는 높아진다(즉, 희어진다). B 영역은 전체가 Sn 피복층으로 덮여 있기 때문에, Sn으로 피복되는 면적률은 실질적으로 100%이다. 한편, A 영역은 Sn 피복층과 Cu-Sn 합금 피복층이 혼재하고 있기 때문에, Sn으로 피복되는 면적률은 B 영역보다 낮다. 따라서, B 영역의 명도는 A 영역보다도 높아진다. 이에 의해, A 영역과 B 영역은, 반사 전자상에서는, 명도가 상이한 영역으로서 구별할 수 있다. 한편, 복수 존재하는 A 영역에서 Sn의 면적률에 격차가 생길 수 있기 때문에, A 영역의 전부가 동일한 명도라고는 할 수 없고, 각각의 A 영역의 명도가 상이한 경우도 있다. 그러나, A 영역과 다른 A 영역의 명도차는 작고, A 영역과 B 영역의 명도차는 크다. 따라서, 당업자이면, A 영역의 명도의 격차가 있었다고 하더라도, A 영역과 B 영역을 확실히 식별하는 것은 가능하다.

A 영역의 면적률이 2% 미만(B 영역의 면적률이 98% 이상)이면, Sn 피복층끼리의 응착량이 늘어나, 동마찰 계수가 증가한다. 한편, A 영역의 면적률이 65%를 초과하면(B 영역의 면적률이 35% 미만이면), Sn 피복층으로 피복되어 있지 않은 Cu-Sn 합금 피복층의 면적이 늘어, 땜납 젖음성을 확보할 수 없다. 또한, 경시 및 부식 등에 의한 재료 표면의 Cu의 산화물량 등이 많아져, 접촉 저항을 증가시키기 쉽고, 전기적 접속의 신뢰성을 유지하는 것이 곤란해진다. 따라서, 이 A 영역의 면적률은 2∼65%로 규정한다.

(6) C 영역의 면적률

Sn 피복층으로 피복된 부분과 Sn 피복층으로 피복되지 않고서 Cu-Sn 합금 피복층이 노출된 부분이 혼재한 A 영역을 주사형 전자 현미경에 의해 배율 10,000배로 관찰하면, 다수의 회색부와 백색부가 혼재하여 관찰된다. 백색부는 Cu-Sn 합금 피복층이 Sn 피복층으로 덮인 영역이고, 본 발명의 실시형태에서는 이를 C 영역이라고 한다. 또한, 회색부는 Cu-Sn 합금 피복층이 Sn 피복층으로 덮여 있지 않은 영역이고, 본 발명의 실시형태에서는 이를 D 영역이라고 한다. 이와 같이, 10,000배의 반사 전자상으로 보면, 100배의 반사 전자상에서는 Sn 피복층으로 덮여 있지 않다고 생각된 A 영역에도, Sn 피복층으로 덮인(Cu-Sn 합금층이 노출되어 있지 않은) C 영역이 포함되어 있다. 이 특수한 표면 피복층 구조에 의해, 본 발명의 실시형태에 따른 도전 재료는 동마찰 계수가 낮고, 또한 양호한 땜납 젖음성을 갖게 된다.

한편, C 영역은 전술한 B 영역과 마찬가지로 Sn 피복층으로 피복된 피복 영역이지만, C 영역의 면적은 B 영역의 면적보다 현저히 작다. C 영역은 주사형 전자 현미경의 배율 100배로는 D 영역과 구별할 수 없고, 배율 10,000배로 D 영역과 구별 가능한 정도의 작은 면적(예를 들면, 0.05μm²∼30μm²)의 피복 영역이다. 한편, B 영역은 주사형 전자 현미경의 배율 100배로 다른 영역(예를 들면, A 영역)과 구별 가능한 정도의 큰 면적(예를 들면, 30μm² 초과, 주로 500μm² 이상, 전형적으로는 1400μm² 이상)의 피복 영역이다.

C 영역의 면적률은 20∼70%로 한다. C 영역의 면적률은 A 영역에서의 관찰 범위 전체의 면적(C 영역의 면적+D 영역의 면적)에 대한 C 영역의 면적의 비율(퍼센트 표시)이다. 또한, A 영역에서의 관찰 범위에는, A 영역만이 관찰되도록 하고, B 영역은 관찰되지 않도록 한다. C 영역의 면적률이 20% 미만이면, Cu-Sn 합금 피복층이 표면에 노출되는 비율이 많아, 땜납 젖음성이 저하된다. 한편, 70%를 초과하는 경우에는, Sn 피복층끼리의 응착량이 늘어나, 동마찰 계수가 증가한다.

(7) A 영역끼리의 평균 간격

A 영역끼리의 평균 간격(보다 정확하게는, A 영역의 평균 폭과 B 영역의 평균 폭의 합의 평균)은 적어도 한 방향에서 0.01∼0.5mm로 하는 것이 바람직하다. 이 간격은 특허문헌 2에 기재된 접속 부품용 도전 재료에 있어서의 평균 재료 표면 노출 간격에 상당한다. 한편, A 영역끼리의 평균 간격은 재료 표면에 그은 직선을 가로지르는 A 영역의 평균 폭(상기 직선을 따른 길이)과 B 영역의 평균 폭을 더한 값의 평균으로 정의한다. A 영역과 B 영역이 촘촘하게 혼재되어 있을수록, 이 평균 간격이 작아진다. A 영역끼리의 평균 간격은 대략 특허문헌 2에 기재된 「재료 표면 노출 간격」에 상당한다.

A 영역끼리의 평균 간격이 0.01mm 미만이면, 경시 및 부식 등에 의한 재료 표면의 Cu의 산화물량 등이 많아져, 접촉 저항을 증가시키기 쉽고, 전기적 접속의 신뢰성을 유지하는 것이 곤란해진다. 한편, 0.5mm를 초과하는 경우에는, 특히 소형 단자에 이용했을 때에 낮은 마찰 계수를 얻는 것이 곤란해지는 경우가 생긴다. 일반적으로 단자가 소형이 되면, 인덴트(indent) 및 리브(rib) 등의 전기 접점부(삽발(揷拔)부)의 접촉 면적이 작아지기 때문에, 삽발 시에 Sn 피복층끼리만의 접촉 확률이 증가한다. 이에 의해 응착량이 늘어나기 때문에, 낮은 마찰 계수를 얻는 것이 곤란해진다. 따라서, A 영역끼리의 평균 간격을 적어도 한 방향에서 0.01∼0.5mm로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, A 영역끼리의 평균 간격을 모든 방향에서 0.01∼0.5mm로 한다. 이에 의해, 삽발 시의 Sn 피복층끼리만의 접촉 확률이 저하된다. A 영역끼리의 평균 간격은, 바람직하게는 하한이 0.05mm, 상한이 0.3mm이다.

(8) A 영역에서의 Cu-Sn 합금 피복층의 두께

본 발명의 실시형태에 따른 접속 부품용 도전 재료에 있어서, A 영역에서의 Cu-Sn 합금 피복층의 두께는 특허문헌 2에 기재된 접속 부품용 도전 재료와 동일하게 0.2μm 이상으로 하는 것이 바람직하다. A 영역에서는 Cu-Sn 합금 피복층의 일부가 재료 표면에 노출되어 있고, 이와 같은 경우, 제조 조건에 따라 노출된 Cu-Sn 합금 피복층의 두께가 Cu-Sn 합금 피복층의 평균 두께와 비교하여 극히 얇아지는 경우가 생기기 때문이다. 한편, A 영역에서의 Cu-Sn 합금 피복층의 두께는 단면 관찰에 의해 측정한 값으로 정의한다(Cu-Sn 합금 피복층의 평균 두께의 측정 방법과는 상이하다). A 영역에서의 Cu-Sn 합금 피복층의 두께는 대략 특허문헌 2에 기재된 「Sn 피복층의 표면에 노출되는 Cu-Sn 합금 피복층의 두께」에 상당한다.

A 영역에서의 Cu-Sn 합금 피복층의 두께가 0.2μm 미만인 경우, 경시 및 부식 등에 의한 재료 표면의 Cu의 산화물량 등이 많아져, 접촉 저항을 증가시키기 쉽고, 전기적 접속의 신뢰성을 유지하는 것이 곤란해진다. 따라서, A 영역에서의 Cu-Sn 합금 피복층의 두께는 0.2μm 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.3μm 이상이 보다 바람직하다.

(9) 하지 피복층

본 발명의 실시형태에 따른 접속 부품용 도전 재료는, 필요에 따라서, Ni 피복층, Co 피복층 및 Fe 피복층으로부터 선택한 1종 또는 2종으로 이루어지는 하지층을 갖는다. 하지층의 평균 두께(2종인 경우는 합계 두께)는 0.1∼3.0μm로 한다. 하지층은 모재 구성 원소의 재료 표면으로의 확산을 억제하는 것에 의해 Cu-Sn 합금 피복층의 성장을 억제해서 Sn 피복층의 소모를 방지하고, 고온 장시간 사용 후에 있어서 접촉 저항의 상승을 억제하는 작용을 갖는다. 그러나, 하지층의 평균 두께가 0.1μm 미만인 경우에는, 하지층 중에 핀홀 등의 도금 결함이 증가하는 것 등에 의해, 상기 효과를 충분히 발휘할 수 없다. 한편, 하지층은 어느 정도까지 두꺼워지면 상기 효과가 포화되고, 지나치게 두껍게 하면 생산성 및 경제성이 나빠진다. 또한, 두껍게 하면 굽힘 가공으로 균열이 발생하는 등, 단자에 대한 성형 가공성이 저하된다. 따라서, 하지층의 평균 두께는 0.1∼3.0μm로 한다. 하지층의 평균 두께는, 바람직하게는 하한이 0.2μm이고, 상한이 2.0μm이다.

(10) Cu 피복층

본 발명의 실시형태에 따른 접속 부품용 도전 재료가 상기 하지 피복층을 갖지 않는 경우, 모재의 표면과 Cu-Sn 합금 피복층 사이에 Cu 피복층을 갖고 있어도 된다. 이 Cu 피복층은 리플로 처리 후에 Cu 도금층이 잔류한 것이다. Cu 피복층은 Zn 및/또는 그 밖의 모재 구성 원소가 재료 표면으로 확산되는 것을 억제하는 작용이 있고, 이에 의해 접속 부품용 도전 재료의 납땜성이 개선된다. Cu 피복층은 지나치게 두꺼워지면, 성형 가공성 등이 열화되고, 경제성도 나빠지기 때문에, Cu 피복층의 평균 두께는 3.0μm 이하가 바람직하다.

또한, 본 발명의 실시형태에 따른 접속 부품용 도전 재료가 상기 하지 피복층을 갖는 경우, 상기 하지 피복층과 Cu-Sn 합금 피복층 사이에 Cu 피복층을 갖고 있어도 된다. Cu 피복층은 Cu-Sn 합금 피복층과 함께, 상기 하지 피복층 자신의 구성 원소가 재료 표면으로 확산되는 것을 억제하는 작용이 있다. 이 경우의 Cu 피복층도 리플로 처리 후에 Cu 도금층이 잔류한 것이고, 평균 두께는 3.0μm 이하가 바람직하다.

(11) 제조 방법

본 발명의 실시형태에 따른 접속 부품용 도전 재료의 제조 방법을 도 1∼3을 참조해서 구체적으로 설명한다.

(11-1) 리플로 처리 후, Sn 도금을 행하는 방법

이 방법은, 모재 표면을 조면화 처리한 뒤에, 해당 모재 표면에 대해 Ni 도금 등의 하지 도금(필요에 따라서), Cu 도금 및 Sn 도금을 이 순서로 행하고, 계속해서 리플로 처리한 후, 추가로 전기 Sn 도금을 행하는 방법이다. 이 방법의 각 공정에 대하여 도 1을 참조해서 설명한다.

도 1a에 표면을 조면화 처리한 모재(1)를 나타낸다. 모재(1)의 표면을 조면화 처리하는 방법으로서는, 압연(연마나 쇼트 블라스트 등에 의해 조면화한 워크 롤을 사용) 또는 연마를 이용할 수 있다. 또한, 모재의 표면 거칠기에 대해서는, 적어도 한 방향의 산술 평균 거칠기 Ra가 0.3μm 이상, 또한 모든 방향의 산술 평균 거칠기 Ra가 4.0μm 이하, 상기 한 방향에서 산출된 요철의 평균 간격 Sm이 0.01∼0.5mm인 것이 바람직하다. 모재의 표면 거칠기는, 보다 바람직하게는 적어도 한 방향에서 0.4μm 이상, 모든 방향에서 3.0μm 이하이다. 이 표면 거칠기는 특허문헌 2에 기재된 수치와 동일하다.

도 1b에 Ni 도금, Cu 도금 및 Sn 도금 후의 재료를 나타낸다. 모재(1)의 표면에 Ni 도금층(2), Cu 도금층(3) 및 Sn 도금층(4)이 형성되어 있다. 이 재료를 리플로 처리하면, Cu 도금층(3)의 Cu와 Sn 도금층(4)의 Sn이 상호 확산되어, 도 1c에 나타내는 바와 같이, Cu-Sn 합금 피복층(5)이 형성되고, Cu 도금층(3)이 소멸되고, Sn 도금층(4)의 일부가 잔류하여 Sn 피복층(6)이 형성된다. Cu-Sn 합금 피복층(5)의 일부는 Sn 피복층(6)의 표면에 노출된다. 한편, Ni 도금층(2)의 두께는 리플로 처리 후에도 크게 변화하지 않는다(리플로 처리 후의 Ni 도금층을 Ni 피복층(7)으로 한다).

리플로 처리의 조건은 Sn 도금층의 융점∼600℃에서 3∼30초간으로 한다. 리플로 처리의 노 내 분위기는, 예를 들면 대기 중 또는 N₂+O₂ 분위기에서 산소 농도를 10∼5%로 한다. 이 노 내 분위기에 의해, 재료 표면이 산화되고, 특히 노출된 Cu-Sn 합금 피복층(5)의 표면은 산화되기 쉽다. 리플로 처리 후의 재료에 있어서, 노출된 Cu-Sn 합금 피복층(5)의 표면에 10∼40Å의 산화막이 형성되는 것이 바람직하다.

계속해서, 재료 표면에 전기 광택 Sn 도금을 실시한다. Cu-Sn 합금 피복층(5)의 노출된 표면에 산화막이 형성되어 있기 때문에, 도 1d에 나타내는 바와 같이, Sn 도금층(8)은 Sn 피복층(6) 위에 거의 균일하게 층상으로 형성되지만, Cu-Sn 합금 피복층(5)의 표면에 균일하게 형성되지 않고, 섬상으로 분포한 상태로 형성된다. 노출된 Cu-Sn 합금 피복층(5)의 표면에 형성되는 산화막이 두꺼울수록, Cu-Sn 합금 피복층(5)의 표면에 Sn 도금층(8)이 형성되기 어렵다. 그 결과, 상기 A 영역 내에 C 영역과 D 영역이 혼재하게 된다. 리플로 처리 후의 재료 표면(도 1c 참조)에 있어서 표면에 노출된 Cu-Sn 합금 피복층(5)이 차지하는 영역이 대략 상기 A 영역에 해당한다. 또한, 전기 광택 도금 후의 재료 표면(도 1d 참조)에 있어서, Cu-Sn 합금 피복층(5) 위에서 섬상으로 분포하는 Sn 도금층(8)이 차지하는 영역이 상기 C 영역에 해당한다. 한편, Sn 도금층(8)도 본 개시에서 말하는 Sn 피복층의 일부이다.

(11-2) 리플로 처리의 열량을 제어하는 방법

이 방법은, 모재 표면을 조면화 처리한 뒤에, 해당 모재 표면에 대해 Ni 도금 등의 하지 도금(필요에 따라서), Cu 도금 및 Sn 도금을 이 순서로 행하고, 계속되는 리플로 처리에서 재료에 부여하는 열량을 제어하여, 소정의 피복층 구성을 얻는 방법이다. 리플로 처리의 노 내 분위기는 특별히 한정되지 않는다. 이 방법의 각 공정에 대하여 도 2를 참조해서 설명한다.

도 2a 및 2b에 나타내는 바와 같이, 조면화 처리한 모재 표면에 Ni 도금, Cu 도금 및 Sn 도금을 행한 후, 리플로 처리를 행한다. 리플로 처리에서는, 재료에 부여하는 열량(온도×시간)을 제어하여, 노출된 Cu-Sn 합금 피복층(5)의 표면에, 촘촘하게 섬상으로 Sn 피복층(6a를 부여)을 잔류시킨다. 보다 구체적으로 말하면, 도 2c에 나타내는 바와 같이, Cu-Sn 합금 피복층(5)의 일부가 재료 표면에 노출된 후, 또한 노출된 Cu-Sn 합금 피복층(5)의 표면에 점재하는 미세한 오목부(주상(柱狀) 결정의 입계 삼중점 등)의 Sn이 소비되어 소멸하기 전에 리플로 처리를 종료한다. 표면에 노출된 Cu-Sn 합금 피복층(5)과 Sn 피복층(6a)이 차지하는 영역이 상기 A 영역에 해당하고, 그 중에서 Sn 피복층(6a)이 차지하는 영역이 상기 C 영역에 해당한다.

(11-3) 리플로 처리 후, 용융 Sn의 일부를 제거하는 방법

이 방법은, 모재 표면을 조면화 처리한 뒤에, 해당 모재 표면에 대해 Ni 도금 등의 하지 도금(필요에 따라서), Cu 도금 및 Sn 도금을 이 순서로 행하고, 계속해서 리플로 처리를 행한 후, Sn 피복층의 일부를 기계적으로 제거하는 방법이다. 이 방법의 각 공정에 대하여 도 3을 참조해서 설명한다.

도 3a 및 3b에 나타내는 바와 같이, 조면화 처리한 모재 표면에 Ni 도금, Cu 도금 및 Sn 도금을 행한 후, 리플로 처리를 행한다. 리플로 처리 직후의 재료는, 도 3c에 나타내는 바와 같이, Cu-Sn 합금 피복층(5)의 전체면이 용융 Sn층(9)에 의해 얇게 덮인 상태이다. 계속해서, 용융 Sn층(9)의 일부를 기계적으로 얇게 제거하여, Cu-Sn 합금 피복층(5)의 일부를 표면에 노출시키고, 그 상태로 용융 Sn을 응고시킨다. 용융 Sn층(9)은 Sn 피복층(6)이 되고, 도 3d에 나타내는 바와 같이, 노출된 Cu-Sn 합금 피복층(5)의 표면에 점재하는 미세한 오목부(주상 결정의 입계 삼중점 등)에 Sn 피복층(6a를 부여)이 잔류하고 있다. 표면에 노출된 Cu-Sn 합금 피복층(5)과 Sn 피복층(6a)이 차지하는 영역이 상기 A 영역에 해당하고, Sn 피복층(6a)이 차지하는 영역이 상기 C 영역에 해당한다.

실시예

Cu-Fe-P계 구리 합금을 모재로 하고, 기계적인 방법(압연 또는 연마)으로 표면 조면화 처리를 행하여, 두께 0.64mm에서 소정의 거칠기를 갖는 구리 합금 모재(판재)로 마무리했다. 한편, 표면 조면화 처리 후의 모재의 표면 거칠기는 산술 평균 거칠기 Ra가 0.3∼4.0μm의 범위 내, 요철의 평균 간격 Sm이 0.01∼0.5mm가 되도록 했다. 모재의 표면 거칠기의 측정 방법은 전기 광택 Sn 도금 후의 재료 표면의 표면 거칠기의 측정 방법(후술)과 동일하다.

계속해서, 하지 도금(Ni 도금, Co 도금, Fe 도금), Cu 도금, Sn 도금의 순서로 도금을 실시한 뒤, 리플로 노의 분위기를 N₂+O₂로 해서 O₂ 농도를 제어하고, 표 1에 나타내는 여러 가지의 조건에서 리플로 처리를 실시했다. 리플로 처리 후의 표면에 추가로 전기 광택 Sn 도금을 실시했다(No. 10, 14 및 15를 제외함).

얻어진 시험재에 대하여, 각 피복층의 평균 두께, Cu-Sn 합금 피복층의 Cu 함유량, Cu-Sn 합금 피복층의 노출 면적률(A 영역의 면적률), Cu-Sn 합금 피복층의 Sn 피복률(C 영역의 면적률), 표면에 노출되는 Cu-Sn 합금 피복층의 두께, Cu-Sn 합금 피복층의 표면 노출 간격(A 영역끼리의 평균 간격) 및 재료 표면 거칠기를 하기 요령으로 측정했다. 측정 결과를 표 1에 나타낸다.

(Ni 피복층의 평균 두께 측정 방법)

형광 X선 막후계(세이코인스트루먼츠 주식회사; SFT3200)를 이용하여, 리플로 처리 후의 Ni 피복층의 평균 두께를 측정했다. 측정 조건은, 검량선에 Sn/Ni/모재의 2층 검량선을 이용하고, 콜리메이터 지름을 φ0.5mm로 했다.

(Co 피복층의 평균 두께 측정 방법)

형광 X선 막후계(세이코인스트루먼츠 주식회사; SFT3200)를 이용하여, 리플로 처리 후의 Co 피복층의 평균 두께를 측정했다. 측정 조건은, 검량선에 Sn/Co/모재의 2층 검량선을 이용하고, 콜리메이터 지름을 φ0.5mm로 했다.

(Fe 피복층의 평균 두께 측정 방법)

형광 X선 막후계(세이코인스트루먼츠 주식회사; SFT3200)를 이용하여, 리플로 처리 후의 Fe 피복층의 평균 두께를 측정했다. 측정 조건은, 검량선에 Sn/Fe/모재의 2층 검량선을 이용하고, 콜리메이터 지름을 φ0.5mm로 했다.

(Cu-Sn 합금 피복층의 평균 두께 측정 방법)

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

(Sn 피복층의 평균 두께 측정 방법)

우선, 형광 X선 막후계(세이코인스트루먼츠 주식회사; 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 성분을 막 두께로 환산해서 측정했다. 측정 조건은, 검량선에 Sn/모재의 단층 검량선 또는 2층 검량선을 이용하고, 콜리메이터 지름을 φ0.5mm로 했다. 얻어진 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 Cu 함유량 측정 방법)

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.

(표면 거칠기 측정 방법)

접촉식 표면 거칠기계(주식회사 도쿄정밀; 서프컴 1400)를 이용하여, JIS B0601-1994에 기초해서 측정했다. 표면 거칠기 측정 조건은, 컷오프값을 0.8mm, 기준 길이를 0.8mm, 평가 길이를 4.0mm, 측정 속도를 0.3mm/s 및 촉침 선단 반경을 5μmR로 했다. 표면 거칠기 측정 방향은, 표면 조면화 처리 시에 행한 압연 또는 연마 방향에 직각인 방향(표면 거칠기가 가장 크게 나오는 방향)으로 했다.

(A 영역의 면적률 측정 방법)

시험재의 표면을, EDX(에너지 분산형 X선 분광 분석기)를 탑재한 SEM(주사형 전자 현미경)을 이용하여 100배의 배율로 관찰했다. 도 4의 (a)에 100배의 배율로 관찰한 반사 전자 조성상의 일례(실시예 No. 1)를 나타낸다. 다음으로, 화상 해석 소프트웨어(프리소프트웨어인 ImageJ1.49)를 이용하여, 얻어진 반사 전자 조성상을 2치화하고, 화상 해석에 의해 A 영역(Sn 피복층으로 피복된 부분(영역 C)과 Cu-Sn 합금 피복층이 노출된 부분(영역 D)이 혼재한 영역(짙은 회색부))의 면적률을 산출했다. 반사 전자 조성상을 2치화함에 있어서는, 2치화 전의 반사 전자 조성상과 2치화 후의 화상을 대비하여, 양 화상이 시각적으로 가장 합치하도록, No. 1∼15의 각 반사 전자 조성상마다 최적인 역치를 결정했다.

(C 영역의 면적률 측정 방법)

A 영역의 면적률 측정 시의 SEM 관찰에 있어서, A 영역(Sn 피복층으로 피복된 부분(C 영역)과 Cu-Sn 합금 피복층이 노출된 부분(D 영역)이 혼재한 영역)으로 판정된 개소를 10,000배의 배율로 관찰했다. 도 4의 (b)에, 도 4의 (a)의 □로 둘러싸인 범위를 10,000배의 배율로 확대 관찰한 반사 전자 조성상을 나타낸다. 다음으로, 화상 해석 소프트웨어(프리소프트웨어인 ImageJ1.49)를 이용하여, 얻어진 반사 전자 조성상을 2치화하고, 화상 해석에 의해 C 영역(최표면이 Sn 피복층으로 덮인 영역(백색부))의 면적률을 산출했다. 한편, C 영역의 표면은 전부 또는 대부분이 전기 광택 Sn 도금에 의한 Sn 피복층에 의해 덮이고, 경우에 따라 극히 일부가 리플로 처리 후에 잔존한 Sn 피복층에 의해 덮인다. 반사 전자 조성상을 2치화함에 있어서는, 2치화 전의 반사 전자 조성상과 2치화 후의 화상을 대비하여, 양 화상이 시각적으로 가장 합치하도록, No. 1∼15의 각 화상마다 최적인 역치를 결정했다.

(재료 표면에 노출되는 Cu-Sn 합금 피복층의 두께 측정 방법)

마이크로톰법으로 가공한 시험재의 단면을, SEM(주사형 전자 현미경)을 이용하여 10,000배의 배율로 관찰했다. 얻어진 반사 전자 조성상을 이용하여, 재료 표면에 노출되는 Cu-Sn 합금 피복층의 두께의 최소값을 실측해서 구했다. 한편, 동시에 리플로 처리 후에 잔류하는 Cu 피복층의 유무를 확인했지만, No. 1∼15 모두에서 확인되지 않았다.

(A 영역끼리의 평균 간격 측정 방법)

A 영역의 면적률 측정 방법으로 얻어진 배율 100배의 SEM 반사 전자 조성상(2치화 후)을 이용하여, 재료 표면에 그은 직선을 가로지르는 A 영역(Sn 피복층으로 피복된 부분(C 영역)과 Cu-Sn 합금 피복층이 노출된 부분(D 영역)이 혼재한 영역)의 평균 폭(상기 직선을 따른 길이)과 B 영역(A 영역을 제외한 영역)의 평균 폭을 구했다. 계속해서, 2개의 값을 더한 값의 평균을 구하여, A 영역의 평균 간격으로 했다. 측정 방향(그은 직선의 방향)은 표면 조면화 처리 시에 행한 압연 또는 연마 방향에 직각인 방향으로 했다.

또한, 얻어진 시험재에 대하여, 동마찰 계수 및 땜납 젖음성의 측정 시험을 하기 요령으로 행했다. 측정 결과를 표 1에 나타낸다.

(동마찰 계수 측정 방법)

감합형 접속 부품에 있어서의 전기 접점의 인덴트부의 형상을 모의하여, 도 5에 나타내는 바와 같은 장치를 이용해서 측정했다. 우선, 각 시험재로부터 잘라낸 판재의 수컷 시험편(11)을 수평인 대(12)에 고정하고, 그 위에 No. 15의 시험재(표면에 Cu-Sn 합금층이 노출되어 있지 않음)로부터 잘라낸 반구 가공재(외경을 φ1.8mm로 했음)의 암컷 시험편(13)을 두어 표면끼리를 접촉시켰다. 계속해서, 암컷 시험편(13)에 5.0N의 하중(추(14))을 걸어 수컷 시험편(11)을 누르고, 횡형 하중 측정기를 이용해서, 수컷 시험편(11)을 수평 방향으로 인장하여(접동 속도를 80mm/min으로 했음), 접동 거리 5mm까지의 최대 마찰력 F(단위: N)를 측정했다. 마찰 계수를 하기 식(1)에 의해 구했다. 횡형 하중 측정기는 아이코엔지니어링 주식회사제의 Model-2152이다. 한편, 15는 로드 셀, 화살표는 접동 방향이고, 접동 방향은 압연 방향에 수직인 방향으로 했다.

마찰 계수=F/5.0 ···(1)

(아연 프리 땜납 젖음 시험)

각 시험재로부터 잘라낸 시험편에 대해서, 로진계 비활성 플럭스를 1초간 침지 도포한 후, 메니스코그래프법으로 제로 크로스 타임(젖음 시간)과 최대 젖음 응력을 측정했다. 시험 조건은, 땜납욕 조성을 Sn-3.0Ag-0.5Cu, 땜납욕 온도를 255℃, 시험편의 침지 속도를 25mm/sec, 침지 깊이를 12mm 및 침지 시간을 5.0sec로 했다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 각 피복층의 평균 두께, Cu-Sn 합금 피복층의 Cu 함유량, 재료 표면의 산술 평균 거칠기 Ra 외, A 영역 및 C 영역의 면적률이 본 개시의 규정 범위 내인 No. 1∼9는, 모두 마찰 계수가 낮고, 양호한 땜납 젖음성을 구비한다.

한편, C 영역의 면적률이 제로인 No. 10, 및 C 영역의 면적률이 본 개시의 규정보다 작은 No. 11은, No. 1∼9에 비해 땜납 젖음성이 뒤떨어진다. 한편, No. 11에 있어서, C 영역의 면적률이 본 개시의 규정 범위에 이르지 않았던 것은, 리플로 처리의 노 내 분위기의 O₂ 농도가 지나치게 높아, 노출된 Cu-Sn 합금 피복층의 표면에 두꺼운 산화막이 형성되었기 때문이라고 생각된다. C 영역의 면적률이 본 개시의 규정보다 큰 No. 12는, No. 1∼9에 비해 마찰 계수가 높다. 한편, No. 12에 있어서, C 영역의 면적률이 본 개시의 규정 범위를 초과한 것은, 리플로 처리의 노 내 분위기의 O₂ 농도가 지나치게 낮아, 노출된 Cu-Sn 합금 피복층의 표면에 필요한 두께의 산화막이 형성되지 않았기 때문이라고 생각된다.

A 영역의 면적률이 본 개시의 규정보다 큰 No. 13은, No. 1∼9에 비해 땜납 젖음성이 뒤떨어진다.

A 영역의 면적률이 제로(Sn 피복층이 재료 표면의 전체면을 덮고 있음)인 No. 14, 15는, No. 12와 비교하더라도 마찰 계수가 매우 크다.

본 명세서의 개시 내용은 이하의 태양을 포함한다.

태양 1:

구리 또는 구리 합금 판조로 이루어지는 모재의 표면에, Cu-Sn 합금 피복층과 Sn 피복층으로 이루어지는 피복층이 이 순서로 형성되고, Cu-Sn 합금 피복층의 Cu 함유량이 55∼70at%, Cu-Sn 합금 피복층의 평균 두께가 0.1∼3.0μm, Sn 피복층의 평균 두께가 0.2∼5.0μm이고, 재료 표면은 적어도 한 방향의 산술 평균 거칠기 Ra가 0.15μm 이상이고, 모든 방향에서의 산술 평균 거칠기 Ra가 3.0μm 이하이며,

주사형 전자 현미경에 의한 배율 100배의 반사 전자상으로 관찰했을 때, 재료 표면에, A 영역과, 상기 A 영역보다도 명도가 높고 Cu-Sn 합금 피복층이 노출되어 있지 않은 B 영역이 혼재하고, 상기 A 영역의 면적률이 2∼65%이며, 주사형 전자 현미경에 의해 배율 10,000배로 상기 A 영역을 관찰했을 때, Sn 피복층으로 피복된 C 영역과 Sn 피복층으로 피복되어 있지 않은 D 영역이 혼재하고, 상기 A 영역 내에서의 C 영역의 면적률이 20∼70%인 것을 특징으로 하는 접속 부품용 도전 재료.

태양 2:

재료 표면에 있어서 상기 A 영역끼리의 간격의 평균값이 0.01∼0.5mm인 것을 특징으로 하는 태양 1에 기재된 접속 부품용 도전 재료.

태양 3:

상기 A 영역에서의 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 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 Cu-Sn 합금 피복층 사이에 추가로 Ni 피복층, Co 피복층 및 Fe 피복층으로부터 선택한 1종 또는 2종으로 이루어지는 하지층을 갖고, 상기 하지층의 평균 두께가 0.1∼3.0μm인 것을 특징으로 하는 태양 1∼3 중 어느 하나에 기재된 접속 부품용 도전 재료.

태양 6:

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

태양 7:

태양 1∼6 중 어느 하나에 기재된 접속 부품용 도전 재료를 이용하여 제작된 감합형 단자.

태양 8:

태양 7에 기재된 감합형 단자를 이용한 감합형 커넥터.

본 출원은 출원일이 2015년 12월 24일인 일본 특허출원, 특원 제2015-252617호를 기초출원으로 하는 우선권 주장을 수반한다. 특원 제2015-252617호는 참조하는 것에 의해 본 명세서에 원용된다.

1: 모재
5: Cu-Sn 합금 피복층
6, 6a: Sn 피복층
7: Ni 피복층
8: Sn 도금층

Claims

구리 또는 구리 합금 판조로 이루어지는 모재의 표면에, Cu-Sn 합금 피복층과 Sn 피복층으로 이루어지는 피복층이 이 순서로 형성되고, Cu-Sn 합금 피복층의 Cu 함유량이 55∼70at%, Cu-Sn 합금 피복층의 평균 두께가 0.1∼3.0μm, Sn 피복층의 평균 두께가 0.2∼5.0μm이고, 재료 표면은 적어도 한 방향의 산술 평균 거칠기 Ra가 0.15μm 이상이고, 모든 방향에서의 산술 평균 거칠기 Ra가 3.0μm 이하이며,
주사형 전자 현미경에 의한 배율 100배의 반사 전자상으로 관찰했을 때, 재료 표면에, A 영역과, 상기 A 영역보다도 명도가 높고 Cu-Sn 합금 피복층이 노출되어 있지 않은 B 영역이 혼재하고, 상기 A 영역의 면적률이 2∼65%이며, 주사형 전자 현미경에 의해 배율 10,000배로 상기 A 영역을 관찰했을 때, Sn 피복층으로 피복된 C 영역과 Sn 피복층으로 피복되어 있지 않은 D 영역이 혼재하고, 상기 A 영역 내에서의 C 영역의 면적률이 20∼70%인 것을 특징으로 하는 접속 부품용 도전 재료.
제 1 항에 있어서,
재료 표면에 있어서 상기 A 영역끼리의 간격의 평균값이 0.01∼0.5mm인 것을 특징으로 하는 접속 부품용 도전 재료.
제 1 항에 있어서,
상기 A 영역에서의 Cu-Sn 합금 피복층의 두께가 0.2μm 이상인 것을 특징으로 하는 접속 부품용 도전 재료.
제 1 항에 있어서,
상기 모재의 표면과 Cu-Sn 합금 피복층 사이에 추가로 Cu 피복층을 갖는 것을 특징으로 하는 접속 부품용 도전 재료.
제 1 항에 있어서,
상기 모재의 표면과 Cu-Sn 합금 피복층 사이에 추가로 Ni 피복층, Co 피복층 및 Fe 피복층으로부터 선택한 1종 또는 2종으로 이루어지는 하지층을 갖고, 상기 하지층의 평균 두께가 0.1∼3.0μm인 것을 특징으로 하는 접속 부품용 도전 재료.
제 2 항에 있어서,
상기 모재의 표면과 Cu-Sn 합금 피복층 사이에 추가로 Ni 피복층, Co 피복층 및 Fe 피복층으로부터 선택한 1종 또는 2종으로 이루어지는 하지층을 갖고, 상기 하지층의 평균 두께가 0.1∼3.0μm인 것을 특징으로 하는 접속 부품용 도전 재료.
제 3 항에 있어서,
상기 모재의 표면과 Cu-Sn 합금 피복층 사이에 추가로 Ni 피복층, Co 피복층 및 Fe 피복층으로부터 선택한 1종 또는 2종으로 이루어지는 하지층을 갖고, 상기 하지층의 평균 두께가 0.1∼3.0μm인 것을 특징으로 하는 접속 부품용 도전 재료.
제 5 항에 있어서,
상기 하지층과 Cu-Sn 합금 피복층 사이에 추가로 Cu 피복층을 갖는 것을 특징으로 하는 접속 부품용 도전 재료.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 접속 부품용 도전 재료를 이용하여 제작된 감합형 단자.
제 9 항에 기재된 감합형 단자를 이용한 감합형 커넥터.