KR20180130484A - 접속 부품용 재료 - Google Patents

Abstract

전기기기, 전자기기 등에 사용되는 커넥터, 리드프레임, 하니스플러그 등의 전기 접점 부품 등에 사용할 수 있는 접속 부품용 재료로서, 스테인리스강판의 표면 상에 Cu 도금층이 형성되고, 상기 Cu 도금층 상에 Sn 도금층이 형성되어서 이루어지고, 상기 Cu 도금층의 부착량이 1.5~45g/㎡이며, 상기 Sn 도금층의 부착량이 1.5~15g/㎡이며, 상기 스테인리스강판의 표면 경도가 200~400HV인 것을 특징으로 하는 접속 부품용 재료.

Description

접속 부품용 재료

본 발명은 접속 부품용 재료에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 예를 들면 전기기기, 전자기기 등에 사용되는 커넥터, 리드프레임, 하니스플러그 등의 전기 접점 부품 등에 바람직하게 사용할 수 있는 접속 부품용 재료에 관한 것이다. 본 발명의 접속 부품용 재료에 의하면 예를 들면, 전기적인 접속 단자 등의 접속 부품을 감합시킨 후, 상기 접속 부품의 미세슬라이딩이 반복되었을 경우이어도 접촉 저항의 상승을 억제할 수 있고, 나아가서는 전기적 접속의 신뢰성을 높일 수 있다.

자동차, 휴대전화 등에 사용되는 접속 단자의 수는 그들에 사용되는 전자 제어 기기의 증가에 따라 증가하는 경향이 있다. 자동차의 연비의 향상, 공간 절약화, 휴대전화의 휴대의 편의성 등의 관점으로부터 접속 단자의 소형화 및 경량화가 요구되고 있다. 이들의 요구에 따르기 위해서는 접속 단자끼리를 감합할 때에 가해지는 힘(삽입력)에 의해 단자가 변형되는 것을 방지함과 아울러 상기 접속 단자를 작게 하고, 또한 접속 단자의 접속부에 있어서의 접촉압을 유지하는 것이 필요하다. 따라서, 접속 단자에는 지금까지 사용되고 있는 구리 합금보다 고강도를 갖는 재료를 사용하는 것이 요구되고 있다.

구리 합금보다 고강도를 갖는 재료로서 스테인리스강판을 사용하는 것이 고려된다. 스테인리스강판은 구리 합금보다 기계적 강도가 높고, 비중이 작고, 염가인 점에서 소형화, 경량화, 재료 비용의 저감 등에 적합한 재료이다.

전기 접점 부품용 재료로서 스테인리스강판의 표면의 접촉 저항을 낮추기 위해서 이종 금속을 도금한 스테인리스강판이 개발되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1~3 참조). 그러나, 이들의 스테인리스강판이 사용된 접속 단자에 진동이 가해지고, 접점부의 미세슬라이딩이 반복되었을 때, 도금층이 조기에 마모되어 모재의 스테인리스강이 노출되기 때문에 접점부에 있어서의 접촉 저항이 높아지는 점에서 접점부의 미세슬라이딩이 반복되었을 경우이어도 접촉 저항의 상승을 억제할 수 있는 접속 부품용 재료의 개발이 요망되고 있다.

일본특허공개 2004-300489호 공보 일본특허공개 2007-262458호 공보 일본특허공개 2015-028208호 공보

본 발명은 상기 종래 기술을 감안하여 이루어진 것이며, 접속 부품의 소재로서 사용되는 접속 부품용 재료이며, 접속 부품의 미세슬라이딩이 반복되었을 경우이어도 접촉 저항의 상승을 억제할 수 있는 접속 부품용 재료를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명은,

(1) 접속 부품의 소재로서 사용되는 접속 부품용 재료로서, 스테인리스강판의 표면 상에 Cu 도금층이 형성되고, 상기 Cu 도금층 상에 Sn 도금층이 형성되어서 이루어지고, 상기 Cu 도금층의 부착량이 1.5~45g/㎡이며, 상기 Sn 도금층의 부착량이 1.5~15g/㎡이며, 상기 스테인리스강판의 표면 경도가 200~400HV인 것을 특징으로 하는 접속 부품용 재료, 및

(2) 접속 부품의 소재로서 사용되는 접속 부품용 재료를 제조하는 방법으로서, 표면 경도가 200~400HV인 스테인리스강판의 표면 상에 Cu 도금층을 부착량이 1.5~45g/㎡가 되도록 형성시킨 후, Sn 도금층을 부착량이 1.5~15g/㎡가 되도록 형성시키는 것을 특징으로 하는 접속 부품용 재료의 제조 방법에 관한 것이다.

(발명의 효과)

본 발명에 의하면 접속 부품의 미세슬라이딩이 반복되었을 경우이어도 접촉 저항의 상승을 억제할 수 있는 접속 부품용 재료가 제공된다.

도 1은 각 실시예 및 각 비교예에 있어서 내미세슬라이딩 마모성을 조사할 때에 사용되는 장치의 개략 설명도이다.
도 2(a)는 실시예 1에서 얻어진 접속 부품용 재료의 도금층의 X선 회절도, (b)는 실시예 3에서 얻어진 접속 부품용 재료의 도금층의 X선 회절도이다.

본 발명의 접속 부품용 재료는 상기한 바와 같이 접속 부품의 소재로서 사용되는 접속 부품용 재료이며, 스테인리스강판의 표면 상에 Cu 도금층이 형성되고, 상기 Cu 도금층 상에 Sn 도금층이 형성되고, 상기 Cu 도금층의 부착량이 1.5~45g/㎡이며, 상기 Sn 도금층의 부착량이 1.5~15g/㎡이며, 상기 스테인리스강판의 표면 경도가 200~400HV인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 접속 부품용 재료는 상기 구성 요건을 갖는 점에서 접속 부품의 미세슬라이딩이 반복되었을 경우이어도 접촉 저항의 상승을 억제하는 성질(이하, 내미세슬라이딩 마모성이라고 한다)이 우수하다.

본 발명의 접속 부품용 재료는 예를 들면, 표면 경도가 200~400HV인 스테인리스강판의 표면 상에 Cu 도금층을 부착량이 1.5~45g/㎡가 되도록 형성시킨 후, Sn 도금층을 부착량이 1.5~15g/㎡가 되도록 형성시킴으로써 제조할 수 있다.

스테인리스강판으로서는 예를 들면, JIS에 규정되어 있는 SUS301, SUS304, SUS316 등의 오스테나이트계 스테인리스강판; SUS430, SUS430LX, SUS444 등의 페라이트계 스테인리스강판; SUS410, SUS420 등의 마텐자이트계 스테인리스강판 등을 들 수 있지만 본 발명은 이러한 예시에만 한정되는 것은 아니다.

스테인리스강판의 판 두께, 길이 및 폭은 모두 특별히 한정되지 않고 스테인리스강판의 종류, 접속 부품용 재료의 용도 등에 따라 적당히 설정하는 것이 바람직하다. 그 일례로서 50㎛~0.5mm 정도의 판 두께를 들 수 있다.

스테인리스강판의 표면 경도는 Cu 도금층 및 스테인리스강판이 슬라이딩 시의 전단력에 의해 소성 유동하고, 스테인리스강판이 표면에 노출됨으로써 산화되고, 접촉 저항이 상승하고, 내미세슬라이딩 마모성이 저하하는 것을 억제하는 관점으로부터 200HV 이상이며, 슬라이딩 시의 전단력에 의해 스테인리스강판이 약간 소성 변형되고, 슬라이딩 시에 Cu 도금층이 소성 유동됨으로써 마모를 억제하고, 스테인리스강판이 표면에 노출되는 것에 의해 내미세슬라이딩 마모성이 저하하는 것을 억제하는 관점으로부터 400HV 이하이다. 스테인리스강판의 표면 경도는 예를 들면 소둔, 냉간 압연 등을 상기 스테인리스강판에 실시함으로써 용이하게 조절할 수 있다.

스테인리스강판의 표면 경도는 스테인리스강판의 표면의 비커스 경도(HV)를 의미하고, 마이크로비커스 경도 시험기〔Mitutoyo Corporation 제작, 품번: HM-221〕를 사용하여 측정했을 때의 값이다. 상기 스테인리스강판의 표면 경도의 구체적인 측정 방법은 이하의 실시예에 기재한다.

또한, 스테인리스강판의 표면 상에는 스테인리스강판과 Cu 도금층의 밀착성을 향상시키는 관점으로부터 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위 내에서 Ni 도금층이 형성되어 있어도 좋다. Ni 도금층은 예를 들면, Ni 도금, Ni 스트라이크 도금 등에 의해 형성시킬 수 있다. Ni 도금 및 Ni 스트라이크 도금은 모두 전기 도금법 또는 무전해 도금법에 의해 행할 수 있다. 전기 도금법으로서는 예를 들면 우드욕을 사용한 전기 도금법, 와트욕을 사용한 전기 도금법, 술파민욕을 사용한 전기 도금법 등을 들 수 있지만 본 발명은 이러한 예시에만 한정되는 것은 아니다. 스테인리스강판 상에 Ni 도금층을 형성시키는 경우, Ni 도금층의 부착량은 스테인리스강판과 Cu 도금층의 밀착성을 향상시키는 관점으로부터 바람직하게는 0.4g/㎡ 이상, 보다 바람직하게는 0.9g/㎡ 이상이며, 스테인리스강판과 Cu 도금층의 밀착성을 향상시키는 관점으로부터 바람직하게는 4g/㎡ 이하, 보다 바람직하게는 3g/㎡ 이하이다.

스테인리스강판 상에 Cu 도금층을 형성시키는 방법으로서는 전기 도금법 및 무전해 도금법이 있지만 본 발명에 있어서는 어느 방법에 의해 Cu 도금층이 형성되어도 좋다. 전기 도금법으로서는 예를 들면, 황산 구리 및 황산을 함유하고, 필요에 따라 염소 이온, 도금 억제제, 도금 촉진제 등을 함유하는 황산 구리 도금욕 등을 사용한 전기 도금법 등을 들 수 있지만 본 발명은 이러한 예시에만 한정되는 것은 아니다. Cu 도금층의 부착량은 내미세슬라이딩 마모성을 향상시키는 관점으로부터 1.5~45g/㎡이다.

스테인리스강판 상에 형성된 Cu 도금층 상에 Sn 도금층을 형성시키는 방법으로서는 전기 도금법 및 무전해 도금법을 들 수 있고, 본 발명에 있어서는 어느 방법에 의해 Sn 도금층이 형성되어도 좋다. 전기 도금법으로서는 예를 들면 메탄술폰산욕, 페로스탄욕, 할로겐욕 등의 Sn 도금욕을 사용한 전기 도금법 등을 들 수 있지만 본 발명은 이러한 예시에만 한정되는 것은 아니다. Cu 도금층 상에 형성되는 Sn 도금층의 부착량은 내미세슬라이딩 마모성을 향상시키는 관점으로부터 1.5~15g/㎡이다.

또한, 본 발명에 있어서는 Cu 도금층 및 Sn 도금층으로 이루어지는 도금층은 스테인리스강판의 한쪽 표면에만 형성되어 있어도 좋고, 스테인리스강판의 양 표면에 형성되어 있어도 좋다. 상기 도금층에 있어서 Sn 도금층은 본 발명의 접속 부품용 재료에 형성되어 있는 도금층의 최표면층을 형성한다.

Sn 도금층을 스테인리스강판에 형성시킨 후에는 Sn 도금층에 위스커가 생성되는 것을 억제하기 위해서 상기 스테인리스강판을 Sn의 융점 이상의 온도에서 가열함으로써 상기 스테인리스강판에 리플로우 처리를 실시하는 것이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 접속 부품용 재료는 스테인리스강판의 표면 상에 Cu 도금층을 형성시킨 후, Sn 도금층을 형성시킴으로써 제조할 수 있다. 본 발명의 접속 부품용 재료는 내미세슬라이딩 마모성이 우수한 점에서 예를 들면 전기기기, 전자기기 등에 사용되는 커넥터, 리드프레임, 하니스플러그 등의 전기 접점 부품 등에 바람직하게 사용할 수 있다.

실시예

이어서 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하지만 본 발명은 이러한 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

이하의 실시예 및 비교예에서는 3종류의 스테인리스강판(판 두께: 0.2mm)을 사용했다. 각 스테인리스강판의 화학 성분을 표 1에 나타낸다.

실시예 1~12 및 비교예 1~10

스테인리스강판 A, B 및 C에 다양한 조건에서 소둔산세 및 냉간 압연을 반복하여 행함으로써 표 2에 나타내는 표면 경도를 갖는 스테인리스강판을 얻었다. 또한, 스테인리스강판의 표면 경도는 접속 부품용 재료를 제조한 후에 이하의 방법 에 의거하여 측정했다.

각 스테인리스강판을 세로 110mm, 가로 300mm의 크기로 잘라내고, 상기 스테인리스강판에 상법에 의해 알칼리 탈지 및 산세를 실시했다.

또한, 상기 스테인리스강판에 Ni 스트라이크 도금층을 형성시키는 경우에는 이하에 나타내는 Ni 스트라이크 도금의 조건에서 상기 스테인리스강판을 우드욕에 침지하고, Ni층의 부착량이 0.9g/㎡가 되도록 통전함으로써 Ni 스트라이크 도금을 실시했다.

〔Ni 스트라이크 도금의 조건〕

·Ni 도금액(우드욕): 염화니켈 240g/L, 염산 125mL/L(pH: 1.2)

·도금액의 액온: 35℃

·전류 밀도: 8A/d㎡

표 2의 「Ni 스트라이크 도금의 유무」의 란에 기재된 「무」는 Ni 스트라이크 도금이 실시되어 있지 않은 것을 의미하고, 「유」는 Ni 스트라이크 도금이 실시되어 있는 것을 의미한다.

이어서, 상기 스테인리스강판을 황산 도금욕에 침지하고, 이하에 나타내는 Cu 도금의 조건에서 Cu 도금을 행함으로써 표 2에 나타내는 부착량의 Cu 도금층을 형성시킨 후, 상기 스테인리스강판을 메탄술폰산욕에 침지하고, 이하에 나타내는 Sn 도금의 조건에서 Sn 도금을 행함으로써 표 2에 나타내는 부착량의 Sn 도금층을 형성시켜 접속 부품용 재료를 제작했다.

〔Cu 도금의 조건〕

·Cu 도금액(황산 구리 도금욕): 황산 구리 200g/L, 황산 45g/L

·도금액의 액온: 30℃

·전류 밀도: 15A/d㎡

〔Sn 도금의 조건〕

·Sn 도금액(메탄술폰산욕)(Sn²⁺ 50g/L, 유리산 120mL/L)(pH: 0.2)

·도금액의 액온: 30℃

·전류 밀도: 10A/d㎡

이어서, 상기에서 얻어진 접속 부품용 재료를 Sn의 융점 이상의 온도로 가열함으로써 상기 스테인리스강판에 리플로우 처리가 실시된 접속 부품용 재료를 제작했다. 도 2의 「리플로우 처리의 유무」의 란에 있어서 「유」는 리플로우 처리가 실시되어 있는 것을 의미하고, 「무」는 리플로우 처리가 실시되어 있지 않은 것을 의미한다.

상기에서 얻어진 접속 부품용 재료를 재단함으로써 접속 부품용 재료의 도금층의 부착량을 측정하기 위한 시험편, 접속 부품용 재료에 사용되고 있는 스테인리스강판의 표면 경도를 측정하기 위한 시험편 및 접속 부품용 재료의 내미세슬라이딩 마모성을 측정하기 위한 시험편 소재를 제작했다.

상기에서 얻어진 접속 부품용 재료의 Ni 도금층, Cu 도금층 및 Sn 도금층의 부착량을 이하의 도금층의 부착량의 측정 방법에 의거하여 측정했다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.

〔도금층의 부착량의 측정 방법〕

상기에서 얻어진 접속 부품용 재료의 도금층의 부착량을 측정하기 위한 시험편을 황산 중에 침지시킴으로써 각 도금층을 용해시키고, 얻어진 용액을 사용하여 고주파 유도 결합 플라즈마(ICP) 발광 분석 장치〔Shimadzu Corporation 제작, 품번: ICPS-8100〕에 의해 각 도금층에 있어서의 각 원소의 부착량을 측정했다.

또한, 상기에서 얻어진 접속 부품용 재료에 사용되고 있는 스테인리스강판의 표면 경도를 이하의 스테인리스강판의 표면 경도의 측정 방법에 의거하여 측정했다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.

〔스테인리스강판의 표면 경도의 측정 방법〕

상기에서 얻어진 스테인리스강판의 표면 경도를 측정하기 위한 시험편으로서 세로 25mm, 가로 15mm의 직사각형 형상의 시험편을 사용했다. 상기 시험편을 에폭시 수지로 포매하고, 상기 에폭시 수지를 경화시킴으로써, 포매체를 제작했다. 상기 포매체를 재단하고, 그 단면에 자동 연마 장치로 경면 가공을 실시했다.

이어서, 마이크로비커스 경도 시험기〔Mitutoyo Corporation 제작, 품번: HM-221〕를 사용하여 상기 경면 가공이 실시된 단면에 있어서 스테인리스강판의 표면으로부터 판 두께의 중심방향으로 15㎛까지의 범위의 표층의 비커스 경도를 하중 10g으로 임의의 5개소에서 측정하고, 그 평균값을 스테인리스강판의 표면 경도로 했다.

이어서, 접속 부품용 재료의 내미세슬라이딩 마모성을 이하의 내미세슬라이딩 마모성의 측정 방법에 의거하여 측정했다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.

〔내미세슬라이딩 마모성의 측정 방법〕

상기에서 얻어진 접속 부품용 재료의 내미세슬라이딩 마모성을 측정하기 위한 시험편 소재를 재단함으로써 세로 5mm, 가로 40mm의 직사각형 형상의 기재 플레이트 및 세로 5mm, 가로 10mm의 직사각형 형상의 시험편을 제작했다.

내미세슬라이딩 마모성을 측정할 때에는 슬라이딩 시험기로서 슬라이딩 시험기〔(주)야마사키정밀기계연구소 제작, 품번: CRS-G2050〕를 사용하여 도 1에 나타내는 바와 같이 기재 플레이트(1) 및 시험편(2)을 설치함으로써 내미세슬라이딩 마모성을 조사했다. 또한, 도 1은 내미세슬라이딩 마모성을 조사할 때에 사용되는 장치의 개략 설명도이다.

보다 구체적으로는 시험편(2)을 둘로 접히게 했을 때의 한쪽 면의 중앙부에 반경이 1.2mm이며, 최대 깊이가 0.3mm인 반구상의 볼록부(3)를 프레스 가공에 의해 형성시킨 후, 굽힘 각도가 120°이며 둘로 접히게 되도록 시험편(2)에 굽힘 가공을 실시했다. 기재 플레이트(1)의 표면과, 시험편(2)의 볼록부(3)의 정점을 접촉시키고, 시험편(2)을 스프링(도시하지 않음)으로 누름으로써 기재 플레이트(1)와 볼록부(3)의 접촉압을 3.0N으로 조정했다. 접촉압을 3.0N으로 유지한 상태에서 기재 플레이트(1)를 화살표 P로 나타내는 바와 같이 그 길이방향으로 왕복 시의 이동거리가 100㎛가 되도록 조정하고, 슬라이딩 시의 주파수를 1Hz로 설정하여 슬라이딩시켰다. 이 때, 슬라이딩 개시 위치로부터 1왕복할 때까지의 슬라이딩 조작을 슬라이딩 1사이클로 하고, 상기 슬라이딩 조작을 1사이클, 200사이클 및 400사이클 행한 후, 기재 플레이트(1)와 시험편(2) 사이에 전류 10mA를 통전시키고, 기재 플레이트(1)와 시험편(2) 사이의 전압의 변화를 4단자법으로 측정하고, 식:

[접촉 저항]=[측정 전압]÷[통전 전류]

에 의거하여 접촉 저항을 산출하고, 이하의 평가 기준에 의거하여 내미세슬라이딩 마모성을 평가했다.

(평가 기준)

◎: 슬라이딩 1사이클째와 슬라이딩 200사이클째의 저항값의 차 및 슬라이딩 1사이클째와 슬라이딩 400사이클째의 저항값의 차가 모두 10mΩ 이하이다.

○: 슬라이딩 1사이클째와 슬라이딩 200사이클째의 저항값의 차가 10mΩ 이하이며, 슬라이딩 1사이클째와 슬라이딩 400사이클째의 저항값의 차가 10mΩ를 초과한다.

×: 슬라이딩 1사이클째와 슬라이딩 400사이클째의 저항값의 차에 관계없이 슬라이딩 1사이클째와 슬라이딩 200사이클째의 저항값의 차가 10mΩ를 초과한다.

표 2에 나타내어진 결과로부터 각 실시예에서 얻어진 접속 부품용 재료는 모두 각 비교예에서 얻어진 접속 부품용 재료와 대비해서 내미세슬라이딩 마모성이 우수한 것을 알 수 있다.

참고예 1

실시예 1에서 얻어진 접속 부품용 재료 및 실시예 3에서 얻어진 접속 부품용 재료의 각 도금층의 X선 회절을 Rigaku Corporation 제작, 형식 번호: RINT2500형〔X선원: CuKα선, 관 전압: 40kV, 관 전류: 100mA, 스텝 폭: 0.02°, 측정 속도: 4°/min〕에 의해 조사했다. 그 결과를 도 2에 나타낸다. 도 2에 있어서 (a)는 실시예 1에서 얻어진 접속 부품용 재료의 도금층의 X선 회절도, (b)는 실시예 3에서 얻어진 접속 부품용 재료의 도금층의 X선 회절도이다.

도 2에 나타내어진 결과로부터 실시예 1에서 얻어진 접속 부품용 재료에서는 리플로우 처리가 실시되어 있으므로 Cu와 Sn의 금속간 화합물이 형성되어 있는 것에 대하여 실시예 3에서 얻어진 접속 부품용 재료에서는 리플로우 처리가 실시되어 있지 않으므로 Cu와 Sn의 금속간 화합물이 형성되어 있지 않은 것을 알 수 있다.

또한, 표 2에 나타내어진 결과로부터 실시예 1 및 실시예 3에서 얻어진 접속 부품용 재료는 모두 내미세슬라이딩 마모성이 우수한 점에서 리플로우 처리에 의한 금속간 화합물의 생성에 관계없이 우수한 내미세슬라이딩 마모성이 발현되는 것을 알 수 있다.

(산업상의 이용 가능성)

본 발명의 접속 부품용 재료는 예를 들면, 전기기기, 전자기기 등에 사용되는 커넥터, 리드프레임, 하니스플러그 등의 전기 접점 부품 등에 사용하는 것이 기대되는 것이다.

1 기재 플레이트 2 시험편
3 시험편의 볼록부

Claims (2)

1. 접속 부품의 소재로서 사용되는 접속 부품용 재료로서, 스테인리스강판의 표면 상에 Cu 도금층이 형성되고, 상기 Cu 도금층 상에 Sn 도금층이 형성되어서 이루어지고, 상기 Cu 도금층의 부착량이 1.5~45g/㎡이며, 상기 Sn 도금층의 부착량이 1.5~15g/㎡이며, 상기 스테인리스강판의 표면 경도가 200~400HV인 것을 특징으로 하는 접속 부품용 재료.
2. 접속 부품의 소재로서 사용되는 접속 부품용 재료를 제조하는 방법으로서, 표면 경도가 200~400HV인 스테인리스강판의 표면 상에 Cu 도금층을 부착량이 1.5~45g/㎡가 되도록 형성시킨 후, Sn 도금층을 부착량이 1.5~15g/㎡가 되도록 형성시키는 것을 특징으로 하는 접속 부품용 재료의 제조 방법.
   

Images