TW201413068A - 插拔性優良之鍍錫銅合金端子材料及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供一種可發揮優異的電連接特性，同時可使動摩擦係數減低至0.3以下，且插拔性優良的鍍錫銅合金端子材料及其製造方法。本發明係在Sn系表面層與由Cu或Cu合金所形成的基材之間形成有CuSn合金層/NiSn合金層/Ni或Ni合金層；CuSn合金層係以Cu6Sn5為主成分，且Cu6Sn5之Cu的一部分取代為Ni的化合物合金層；NiSn合金層係以Ni3Sn4為主成分，且Ni3Sn4之Ni的一部份取代為Cu的化合物合金層；CuSn合金層之局部波峰的平均間隔S為0.8μm以上2.0μm以下，且Sn系表面層之平均厚度為0.2μm以上0.6μm以下，露出於Sn系表面層之表面的CuSn合金層之面積率為1%以上40%以下，該露出部分之圓等效直徑的平均值為0.1μm以上1.5μm以下，動摩擦係數為0.3以下。

Description

插拔性優良之鍍錫銅合金端子材料及其製造方法
本發明係有關一種使用於連接汽車或民生用機器等之電氣配線時之連接器用端子，特別是作為多針型連接器用端子極有用的鍍錫銅合金端子材料及其製造方法。
本發明依照2012年7月2日於日本所提出申請的特願2012-148575號為基準主張優先權，於此處援用其內容。
鍍錫銅合金端子材料，係藉由在由銅合金所構成的基材上實施鍍銅及鍍錫後進行迴焊處理，使CuSn合金層形成於表層之Sn系表面層的下層者，被廣泛使用作為端子材料。
近年來，例如由於汽車中急速進行電裝化，且伴隨於此而增加電子機器之電路數，使得所使用的連接器顯著地被小型‧多針化。連接器變為多針化時，即使單針之插入力小，於插裝連接器時連接器全體之插入力仍必須很大，故恐會降低生產性。因而，係嘗試減小鍍錫銅合金材料之摩擦係數，以減低每一單針之插入力。
例如有使基材變粗且規定CuSn合金層之表面露出度者(專利文獻1)，會有接觸電阻增大，焊接濕潤性降低的問題。另外，雖有規定CuSn合金層之平均粗糙度者(專利文獻2)，惟為更進一步提高插拔性時，會有例如無法使動摩擦係數為0.3以下的問題。
此外，例如有在基材上進行Ni/Cu/Sn電鍍‧迴焊處理，形成基材/Ni/CuSn/Sn的構造，且控制CuSn合金層與Sn層之厚度，以降低動摩擦係數者(專利文獻3)，惟必須將Sn層控制於極薄的厚度，會有接觸電阻增大，焊接濕潤性降低的問題。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2007-100220號公報
[專利文獻2]日本特開2007-63624號公報
[專利文獻3]日本特開2005-350774號公報
為減低鍍錫銅合金端子材料之摩擦係數時，使表層之Sn層變薄，且使對Sn而言硬的CuSn合金層之一部分露出於表層時，可使摩擦係數變得極小。然而，在表層上露出CuSn合金層時，會在表層上形成Cu氧化物，結果會引起接觸電阻增大、焊接濕潤性降低。此外，即使控制CuSn合金層之平均粗糙度等，仍會有無法使動摩擦係數減低至0.3以下的問題。
本發明係有鑑於前述課題而為者，其目的為提供可發揮優異的電連接特性且同時將動摩擦係數減低至0.3以下，插拔性優良的鍍錫銅合金端子材料及其製造方法。
本發明人等再三深入研究檢討的結果，發現表層之Sn層薄，在其表面上僅稍為露出下層之CuSn合金層，對降低動摩擦係數有利之認知之下，為了藉由使Sn層變薄以抑制電連接特性降低時，必須控制CuSn合金層之表面露出在限制的範圍內，遂而達到Sn層與其下層之CuSn層之界面形狀係為重要的見解。換言之，自表面至數百nm深度之範圍的構造對動摩擦係數之影響甚大，研究結果發現在使表層附近形成Sn與CuSn合金之複合構造時，於硬的CuSn合金層之間具有的柔軟的Sn可達成潤滑劑之作用且降低動摩擦係數。此時，發現使Sn層與CuSn合金層之界面為陡峻的凹凸形狀係為重要，為了得到較佳的形狀時，有Ni存在亦極為重要。就此等見解而言，有下述之解決手段。
亦即，本發明之鍍錫銅合金端子材料，其係在由Cu或Cu合金所形成的基材之表面上形成有Sn系表面層，且在該Sn系表面層與前述基材之間自前述Sn系表面層起依序形成有CuSn合金層/NiSn合金層/Ni或Ni合金層之鍍錫銅合金端子材料，其特徵為前述CuSn合金層係以Cu6Sn5為主成分，且該Cu6Sn5之Cu的一部分取代為Ni的化合物合金層；前述NiSn合金層係以Ni3Sn4為主成分，且該Ni3Sn4之Ni的一部分取代為Cu的化合物合金 層；前述CuSn合金層之局部波峰的平均間隔S為0.8μm以上、2.0μm以下，且前述Sn系表面層之平均厚度為0.2μm以上、0.6μm以下，露出於前述Sn系表面層之表面的前述CuSn合金層之露出面積率為1%以上、40%以下，露出於前述Sn系表面層的表面之前述CuSn合金層的各露出部分之圓等效直徑的平均值為0.1μm以上1.5μm以下，動摩擦係數為0.3以下。
藉由使Sn系表面層之平均厚度為0.2μm以上、0.6μm以下，露出於前述Sn系表面層之表面的CuSn合金層之露出面積率為1~40%，露出於Sn系表面層之表面的CuSn合金層的各露出部分之圓等效直徑的平均值為0.1μm以上、1.5μm以下，可實現動摩擦係數為0.3以下，此時，藉由Cu的一部分取代為Ni的(Cu,Ni)6Sn5合金層及Ni的一部分取代為Cu的(Ni,Cu)3Sn4合金層的存在，係形成CuSn合金層之局部波峰的平均間隔S為0.8μm以上、2.0μm以下之陡峻凹凸形狀，可抑制露出於表面之露出面積率及粒徑在限制的範圍內。
Sn系表面層之平均厚度為0.2μm以上、0.6μm以下，係因未達0.2μm時，會導致焊接濕潤性降低，電連接信賴性降低，而超過0.6μm時，無法使表層形成Sn與CuSn合金之複合構造，僅以Sn佔有時，會有動摩擦係數增大的情形。更佳的Sn系表面層之平均厚度0.3μm~0.5μm。
Sn系表面層之表面的CuSn合金層之露出面積率未達1%時，無法使動摩擦係數為0.3以下，而若超過40%時， 會使焊接濕潤性等之電連接特性降低。更佳的露出面積率為2%~20%。
露出於Sn系表面層之表面的CuSn合金層之各露出部分的圓等效直徑之平均值未達0.1μm時，無法使CuSn合金層之露出面積率為1%以上，而超過1.5μm時，在硬的CuSn合金層之間具有的柔軟的Sn無法充分達到作為潤滑劑之作用，動摩擦係數無法為0.3以下。更佳的圓等效直徑為0.2μm~1.0μm。
此外，已知Sn系表面層於測定動摩擦係數時之垂直荷重變小時，動摩擦係數增大，惟本發明品即使於垂直荷重降低時，動摩擦係數仍然幾乎完全沒有變化，使用於小型端子時亦可發揮效果。
於本發明之鍍錫銅合金端子材料中，前述CuSn合金層中含有1at%以上25at%以下之Ni即可。將Ni含量規定為1at%以上係因未達1at%時，無法形成Cu6Sn5之Cu的一部分取代為Ni的化合物合金層，且無法形成陡峻的凹凸形狀；而規定為25%以下係因超過25%時，會有CuSn合金層之形狀過於微細的傾向；CuSn合金層變得過於微細時，可能無法使動摩擦係數成為0.3以下。
本發明之鍍錫銅合金端子材料之製造方法，其係在由Cu或Cu合金所形成的基材上依序形成有Ni或鍍Ni合金層、鍍Cu層及鍍Sn層後，藉由迴焊(reflow)處理製造在前述基材上形成有Ni或Ni合金層/NiSn合金層/CuSn合金層/Sn系表面層之鍍錫銅合金端子材料之方法，其特徵 為藉由使前述Ni或Ni合金層之厚度為0.05μm以上1.0μm以下，前述鍍Cu層之厚度為0.05μm以上0.20μm以下，前述鍍Sn層之厚度為0.5μm以上1.0μm以下，且使前述迴焊處理在基材之表面溫度昇溫至240℃以上360℃以下之溫度後，以如以下之(1)或(2)規定的時間保持該溫度後，急冷而進行。
(1)相對於鍍Sn層之厚度為0.5μm以上、未達0.7μm而言，鍍Cu層之厚度為0.05μm以上、未達0.16μm時為1秒以上6秒以下，鍍Cu層之厚度為0.16μm以上、0.20μm以下時為3秒以上、9秒以下， (2)相對於鍍Sn層之厚度為0.7μm以上、1.0μm以下而言，鍍Cu層之厚度為0.05μm以上、未達0.16μm時為3秒以上、9秒以下，鍍Cu層之厚度為0.16μm以上、0.20μm以下時為6秒以上、12秒以下。
如前所述藉由在基材上進行Ni或鍍Ni合金，於迴焊處理後形成(Ni,Cu)3Sn4合金、(Cu,Ni)6Sn5合金，藉此可形成陡峻的CuSn合金層之凹凸，而使動摩擦係數為0.3以下。
Ni或鍍Ni層之厚度未達0.05μm時，(Cu,Ni)6Sn5合金中所含有的Ni含量變少，變得無法形成陡峻凹凸形狀的CuSn合金；而超過1.0μm時，變得不易進行彎曲加工等。而且，使具有作為防止來自基材之Cu擴散於Ni或Ni合金層之障壁層之機能而提高耐熱性時，以0.1μm以上為宜。電鍍層不限於Ni，亦可為Ni-Co或Ni-W等之 Ni合金。
鍍Cu層之厚度未達0.05μm時，(Cu,Ni)6Sn5合金中所含有的Ni含量變大，CuSn合金之形狀變得過於微細，而若超過0.20μm時，(Cu,Ni)6Sn5合金中所含有的Ni含量變少，變得無法形成陡峻凹凸形狀的CuSn合金。
鍍Sn層之厚度未達0.5μm時，迴焊後之Sn系表面層變薄而損害電連接特性；而若超過1.0μm時，露出於表面之CuSn合金層變少，不易使動摩擦係數為0.3以下。
於迴焊處理時，使基材之表面溫度昇溫至240℃以上、360℃以下之溫度後，在該溫度下保持1秒以上、12秒以下之時間後，進行急冷係為重要。此時，保持時間視如下述之鍍Cu層及鍍Sn層各自的厚度而定，以1~12秒之範圍為適當的時間，電鍍厚度愈薄時，保持時間必須愈少，而厚度愈厚時，保持時間必須為長。未達240℃或保持時間過短時，無法進行Sn之熔解而無法得到企求的CuSn合金層，而若超過360℃或保持時間過長時，CuSn合金過於成長，露出表面之露出面機率變得過大，且Sn系表面層進行氧化，故不佳。
本發明由於減低動摩擦係數，可兼顧低接觸電阻、良好的焊接濕潤性與低插拔性，且即使為低荷重仍具效果，最適合於小型端子。特別是使用於汽車及電子零件等之端子時，在必須要求接合時之低插入力、安定的接觸電阻、 良好的焊接濕潤性的部位具有優越性。
11‧‧‧台
12‧‧‧凸狀試驗片
13‧‧‧凹狀試驗片
14‧‧‧錘子
15‧‧‧測力計
[第1圖]係表示實施例3之鍍錫銅合金端子材料之Sn系表面層的表面狀態之SIM顯微鏡照片。
[第2圖]係表示實施例3之鍍錫銅合金端子材料之截面的SIM顯微鏡照片，將縱方向擴大為2倍來表示。
[第3圖]係表示比較例4之鍍錫銅合金端子材料之Sn系表面層的表面狀態之SIM顯微鏡照片。
[第4圖]係表示比較例4之鍍錫銅合金端子材料之截面的SIM顯微鏡照片，將縱方向擴大成2倍表示。
[第5圖]係表示實施例2之鍍錫銅合金端子材料之截面的STEM像。
[第6圖]係表示沿著第5圖之白線部分的EDS分析圖。
[第7圖]係表示比較例4之鍍錫銅合金端子材料之截面的STEM像。
[第8圖]係表示沿著第7圖之白線部分的EDS分析圖。
[第9圖]係表示用於測定動摩擦係數之裝置的示意正面圖。
說明本發明之一實施形態的鍍錫銅合金端子材料。
本實施形態之鍍錫銅合金端子材料，其係在由Cu或Cu合金所形成的基材上之表面形成有Sn系表面層，且在Sn系表面層與基材之間自Sn系表面層起依序形成有CuSn合金層/NiSn合金層/Ni或Ni合金層。
基材只要是由Cu或Cu合金所形成者即可，其組成沒有特別的限制。
Ni或Ni合金層係純Ni、Ni-Co或Ni-W等之Ni合金所構成的層。
CuSn合金層係以Cu6Sn5為主成分，且該Cu6Sn5之Cu的一部分取代為Ni的化合物合金層；NiSn合金層係以Ni3Sn4為主成分，且該Ni3Sn4之Ni的一部分取代為Cu的化合物合金層。此等之化合物層係如下述，在基材上依序形成鍍Ni層、鍍Cu層、鍍Sn層，藉由迴焊處理而形成者，在Ni或Ni合金層上依序形成有NiSn合金層、CuSn合金層。
此外，CuSn合金層與Sn系表面層之界面，形成陡峻的凹凸狀，CuSn合金層之局部波峰的平均間隔S為0.8μm以上2.0μm以下。局部波峰之平均間隔S係自粗曲線朝其平均線方向為僅取出基準長度，求取對應於相鄰的局部波峰間之平均線的長度，在該基準長度之範圍內所求取的多數的局部波峰間之平均值。藉由測定以蝕刻液除去Sn系表面層後之CuSn合金層表面，予以求取。
另外，Sn系表面層之平均厚度為0.2μm以上、0.6μm以下，於該Sn系表面層之表面上露出一部分的CuSn合 金層。其次，其露出面積率為1%以上、40%以下，CuSn合金層之各露出部的圓等效直徑之平均值為0.1μm以上、1.5μm以下。
如此構造之端子材料，藉由在Cu的一部分取代為Ni的(Cu,Ni)6Sn5合金層之下方存在有Ni的一部分取代為Cu的(Ni,Cu)3Sn4合金層，形成CuSn合金層之局部波峰的平均間隔S為0.8μm以上、2.0μm以下之陡峻凹凸形狀，在自Sn系表面層之表面至數百nm深度的範圍內，形成硬的CuSn合金層與Sn系表面層之複合構造，形成該硬的CuSn合金層的一部分僅稍微露出於Sn系表面層的狀態，存在於其周圍的柔軟Sn可達成潤滑劑作用，且實現0.3以下之低的動摩擦係數。由於該CuSn合金層之露出面積率為1%以上、40%以下之受限制的範圍內，故不會損害Sn系表面層所具有的優良的電連接特性。
此時，Cu6Sn5合金層中之Ni含量，為1at%以上、25at%以下。將Ni含量規定為1at%以上，係因未達1at%時，無法形成Cu6Sn5之Cu的一部分取代為Ni之化合物合金層，而無法形成陡峻的凹凸形狀；而規定為25at%以下，係因超過25at%時，會有CuSn合金層之形狀變得過於微細的傾向，CuSn合金層變得過於微細時，可能無法使動摩擦係數為0.3以下。
此外，Ni3Sn4合金層中之Cu含量，以5at%以上、20at%以下為宜。Cu含量少的條件，即Cu6Sn5中所含的Ni量亦變少(Ni3Sn4中不取代為Cu的條件係指Cu6Sn5中 取代為Ni之量少)，無法形成陡峻的凹凸形狀。事實上，上限值之設定係因超過20%之Cu無法進入Ni3Sn4中之故。
Sn系表面層之平均厚度為0.2μm以上、0.6μm以下，係因未達0.2μm時，會導致焊接濕潤性降低且電連接信賴性降低的情形；而若超過0.6μm時，無法使表層形成Sn與CuSn合金之複合構造，由於僅被Sn佔有，導致動摩擦係數增大。更佳的Sn系表面層之平均厚度為0.3μm~0.5μm。
Sn系表面層之表面的CuSn合金層之露出面積率未達1%時，無法使動摩擦係數為0.3以下，而若超過40%時，會使焊接濕潤性等之電連接特性降低。更佳的露出面積率為2%~20%。
露出於Sn系表面層之表面的CuSn合金層的粒子直徑未達0.1μm時，無法使CuSn合金層之露出面積率為1%以上；而若超過1.5μm時，在硬的CuSn合金層之間所具有的柔軟的Sn無法充分地達成作為潤滑劑之作用，無法使動摩擦係數為0.3以下。更佳的圓等效直徑為0.2μm~1.0μm。
另外，已知Sn系表面層於測定動摩擦係數時之垂直荷重變小時，動摩擦係數增大，惟本發明品即使於垂直荷重降低時，動摩擦係數仍幾乎完全沒有變化，使用於小型端子時亦可發揮效果。
其次，說明有關該端子材料之製造方法。
基材係使用由Cu或Cu-Ni-Si系等之Cu合金所形成的板材。藉由在該板材上進行脫脂、酸洗等之處理，洗淨表面後，依序實施鍍Ni、鍍Cu、鍍Sn。
鍍Ni係使用一般的鍍Ni浴即可，例如可使用以硫酸(H2SO4)與硫酸鎳(NiSO4)為主成分的硫酸浴。電鍍浴之溫度為20℃以上、50℃以下，電流密度為1~30A/dm2以下。該鍍Ni層之膜厚為0.05μm以上、1.0μm以下。未達0.05μm時，(Cu,Ni)6Sn5合金中所含有的Ni含量變少，變得不會形成陡峻凹凸形狀的CuSn合金；而若超過1.0μm時，不易進行彎曲加工等之處理。
鍍Cu時可使用一般的鍍Cu浴，例如可使用以硫酸銅(CuSO4)與硫酸(H2SO4)為主成分的硫酸銅浴等。電鍍浴之溫度為20℃~50℃，電流密度為1~30A/dm2以下。藉由該鍍銅所形成的鍍Cu層之膜厚為0.05μm以上、0.20μm以下。未達0.05μm時，(Cu,Ni)6Sn5合金中所含有的Ni含量變大，CuSn合金之形狀變得過於微細，而若超過0.20μm時，(Cu,Ni)6Sn5合金中所含有的Ni含量變少，不會形成陡峻凹凸形狀的CuSn合金。
用以形成鍍Sn層之鍍敷浴，係使用一般的鍍Sn浴即可，例如可使用以硫酸(H2SO4)與硫酸錫(SnSO4)為主成分的硫酸浴。電鍍浴之溫度為15~35℃，電流密度為1~30A/dm2。該鍍Sn層之膜厚為0.5μm以上1.0μm以下。鍍Sn層之厚度未達0.5μm時，迴焊後之Sn系表面層變薄且會損害電連接特性；而若超過1.0μm時，露出於表面之 CuSn合金層變少，不易使動摩擦係數為0.3以下。
迴焊處理條件，係在還原氣體環境中基材之表面溫度為240℃以上、360℃以下之條件，以1秒以上、12秒以下的時間加熱，之後予以急冷。更佳為260℃~300℃加熱5秒~10秒後急冷。此時，保持時間如下所述，視鍍Cu層及鍍Sn層之各厚度而定以1秒~12秒之範圍為適當的時間，電鍍厚度愈薄時，保持時間愈少，而愈厚時，必須為長的保持時間。
<使基材溫度昇溫至240℃以上、360℃以下後之保持時間>
(1)相對於鍍Sn層之厚度為0.5μm以上、未達0.7μm而言，鍍Cu層之厚度為0.05μm以上、未達0.16μm時為1秒以上、6秒以下，鍍Cu層之厚度為0.16μm以上、0.20μm以下時為3秒以上、9秒以下，(2)相對於鍍Sn層之厚度為0.7μm以上、1.0μm以下而言，鍍Cu層之厚度為0.05μm以上、未達0.16μm時為3秒以上、9秒以下，鍍Cu層之厚度為0.16μm以上、0.20μm以下時為6秒以上、12秒以下。
在未達240℃之溫度、保持時間未達此等(1)(2)所示之時間下加熱時，無法進行Sn之熔解，而在超過360℃之溫度、保持時間超過此等(1)(2)所示之時間下加熱時，CuSn合金結晶成長變大，無法得到所期望的形狀，此外，CuSn合金層到達表層，且殘留於表面上之Sn系表面層變得過少(CuSn合金層於表面上之露出面積率變得過大)。而且， 加熱條件高時，Sn系表面層會進行氧化，故不佳。
[實施例]
以板厚0.25mm之Corson系(Cu-Ni-Si系)銅合金為基材，且依序實施鍍Cu、鍍Sn。此時，鍍Cu及鍍Sn之鍍敷條件，實施例與比較例皆相同，如表1所示。於表1中，Dk係陰極之電流密度的簡稱，ASD為A/dm2之簡稱。
以表2所示厚度進行鍍敷處理後，實施例、比較例皆在還原氣體環境中，基材表面溫度昇溫至240~360℃為止，然後，依照鍍敷厚度而在前述之(1)(2)所示範圍內之時間加熱後，進行水冷作為迴焊處理。
(1)(2)之保持時間以表表示時，如表2所示。
製作變化鍍Ni厚度、鍍Cu厚度、鍍Sn厚度者作為比較例。此等試料之條件如表3所示。
有關此等之試料，測定迴焊後之Sn系表面層之厚度、(Cu,Ni)6Sn5合金層中之Ni含量、是否有(Ni,Cu)3Sn4合金層、CuSn合金層之Sn系表面層上之露出面積率、露出部之圓等效直徑，且同時評估動摩擦係數、焊接濕潤性、光澤度、電氣信賴性。
迴焊後之Sn系表面層的厚度，係以SSI‧Nanotechnology股份有限公司製螢光X光膜厚計(SFT9400)進行測定。最初測定迴焊後之試料的全部Sn系表面層的厚度後，例如藉由浸漬於由LEYBOLD股份有限公司製之L80等的蝕刻純Sn蝕刻且不會腐蝕CuSn合金之成分所構成的鍍敷被膜剝離用蝕刻液中數分鐘以除去Sn系表面層，且使其下 層的CuSn合金層露出，測定以純Sn換算的CuSn合金層之厚度後，以(全部Sn系表面層之厚度-純Sn換算的CuSn合金層之厚度)來定義為Sn系表面層之厚度。
(Cu,Ni)6Sn5合金層中之Ni含量、是否有(Ni,Cu)3Sn4合金層，係藉由截面STEM像及EDS線分析予以求取。
CuSn合金層之露出面積率及圓等效直徑，係於除去表面氧化膜後，藉由掃描離子顯微鏡觀察100×100μm之區域。就測定原理而言，自最表面至約20nm之深度的區域中存在Cu6Sn5時，由於影像呈現白色，使用影像處理軟體，且以相對於測定區域之全部面積而言的白色區域之面積比例作為CuSn合金之露出面積率，由各白色區域計算圓等效直徑，且以其平均值作為CuSn合金之圓等效直徑。
CuSn合金層之局部波峰的平均間隔S，係藉由浸漬於鍍Sn被膜剝離用之蝕刻液中，除去Sn系表面層，且使其下層之CuSn合金層被露出後，使用KEYENCE股份有限公司製雷射顯微鏡(VK-9700)，以對物透鏡150倍(測定視野94μm×70μm)之條件，長度方向5點、寬度方向5點共計為10點之測定值的平均值予以求取。
有關動摩擦係數，係藉由模擬嵌合型連接器之凸端子與凹端子之連接部，作成有關各試料之板狀凸狀試驗片與內徑1.5mm之半球狀之凹狀試驗片，且使用TRINITY-Lab股份有限公司製之摩擦測定機(μV1000)，測定兩試驗片間之摩擦力，求取動摩擦係數。藉由第9圖說明時，將 凸狀試驗片12固定於水平台11上，且於其上放置凹狀試驗片13之半球凸面，使鍍敷面彼此間接觸，在凹狀試驗片13上藉由錘子14施予100~500gf之荷重P，形成押附有凸狀試驗片12之狀態。在施予該荷重P之狀態下，藉由測力計(load cell)15測定將凸狀試驗片12以滑動速度80mm/分鐘朝向箭頭所示之水平方向拉伸10mm時之摩擦力F。由該摩擦力F之平均值Fav與荷重P求取動摩擦係數(=Fav/P)。於表3中記載荷重為0.98N(100gf)時、與為4.9N(500gf)時的兩者。
有關焊接濕潤性，切成10mm寬之試驗片，且使用松香系活性助焊劑，且以濕潤天平法(meniscograph method)測定過零時間(zero-cross time)。(浸漬於焊接浴溫230℃之Sn-37%Pb焊劑中，以浸漬速度2mm/sec、浸漬深度2mm、浸漬時間10sec之條件進行測定。)焊接過零時間為3秒以下評估為○，超過3秒時評估為X。
光澤度係使用日本電色股份有限公司製光澤度計(型號：PG-1M)，依照JIS z8741為基準，以入射角60度進行測定。
為了評估電氣信賴性，在大氣中150℃×500時間加熱，且測定接觸電阻。測定方法依照JIS-C-5402為基準，藉由4端子接觸電阻試驗機(山崎精機研究所製：CRS-113-AU)以滑動式(1mm)測定自0至50g為止之荷重變化-接觸電阻，以荷重為50g時之接觸電阻值評估。
此等之測定結果、評估結果如表4所示。
由該表4可知，實施例中動摩擦係數皆為0.3以下之小值，焊接濕潤性良好，光澤度愈高且外觀良好，接觸電阻亦顯示為10mΩ以下。特別是實施例1~4及7,8之鍍Ni厚度為0.1μm以上者，全部呈現4mΩ以下之低接觸電 阻。相對於此，比較例1,3,5由於CuSn合金之露出面積率未達1%時，動摩擦係數超過0.3，比較例2由於露出面積率超過25%時，焊接濕潤性、光澤度不佳，於比較例4中由於Cu6Sn5中不含Ni，無法確認有(Ni,Cu)3Sn4存在，故露出部之圓等效直徑之平均值超過1.5μm，因此，動摩擦係數超過0.3。比較例6由於迴焊條件脫離表2之條件，CuSn合金之露出面積率超過40%，由於Sn厚度薄時，焊接濕潤性不佳且光澤度亦降低。
第1圖及第2圖為實施例3之試料的顯微鏡照片，第3圖及第4圖為比較例4之顯微鏡照片，第5,6圖為實施例2之截面STEM像與EDS線分析結果，第7,8圖為比較例4之截面STEM像與EDS線分析結果。第5圖及第6圖中(i)為基板、(ii)為Ni層、(iii)為(Ni,Cu)3Sn4合金層、(iv)為(Cu,Ni)6Sn5合金層。第7圖及第8圖中(i’)為Ni層、(ii’)為Cu3Sn合金層、(iii’)為Cu6Sn5合金層。
由比較此等之照片可知，實施例中CuSn合金層之凹凸陡峻，在Sn系表面層上有CuSn合金層之一部分分散露出，且粒徑亦小。另外，如第6圖所示，可知於Cu6Sn5中含有Ni及在Ni層與Cu6Sn5層之界面上形成含有Cu之Ni3Sn4層。估計實施例之端子材料的Ni3Sn4層中之Cu含量在5~20at%之範圍內。例如實施例2為11at%。
比較例係如第4圖所示，可知在CuSn合金層之下方確認有較厚的Cu3Sn層，形成於其上層合有Cu6Sn5層之構造，CuSn合金層之凹凸亦較粗且和緩；如第3圖所 示，可知CuSn合金層之粒徑大；如第8圖所示，可知沒有形成Ni3Sn4層，於Cu6Sn5中不含Ni。

Claims (3)

  1. 一種鍍錫銅合金端子材料，其係在由Cu或Cu合金所形成的基材上之表面形成有Sn系表面層，且在該Sn系表面層與前述基材之間自前述Sn系表面層起依序形成有CuSn合金層/NiSn合金層/Ni或Ni合金層之鍍錫銅合金端子材料，其特徵為前述CuSn合金層係以Cu6Sn5為主成分，且該Cu6Sn5之Cu的一部分取代為Ni的化合物合金層；前述NiSn合金層係以Ni3Sn4為主成分，且該Ni3Sn4之Ni的一部分取代為Cu的化合物合金層；前述CuSn合金層之局部波峰的平均間隔S為0.8μm以上2.0μm以下，且前述Sn系表面層之平均厚度為0.2μm以上0.6μm以下，露出於前述Sn系表面層之表面的前述CuSn合金層之露出面積率為1%以上40%以下，露出於前述Sn系表面層之表面的前述CuSn合金層的各露出部分之圓等效直徑的平均值為0.1μm以上1.5μm以下，動摩擦係數為0.3以下。
  2. 如請求項1之鍍錫銅合金端子材料，其中在前述CuSn合金層中含有1at%以上25at%以下之Ni。
  3. 一種鍍錫銅合金端子材料之製造方法，其係在由Cu或Cu合金所形成的基材上依序形成Ni或鍍Ni合金層、鍍Cu層及鍍Sn層後，藉由迴焊(reflow)處理製造在前述基材上形成有Ni或Ni合金層/NiSn合金層/CuSn合金層/Sn系表面層之鍍錫銅合金端子材料之方法，其特徵為藉由使前述Ni或Ni合金層之厚度為0.05μm以上1.0μm以 下，前述鍍Cu層之厚度為0.05μm以上0.20μm以下，前述鍍Sn層之厚度為0.5μm以上1.0μm以下，且使前述迴焊處理在基材之表面溫度昇溫至240℃以上360℃以下之溫度後，以如以下之(1)或(2)規定的時間保持該溫度後，急冷而進行，(1)相對於鍍Sn層之厚度為0.5μm以上、未達0.7μm而言，鍍Cu層之厚度為0.05μm以上、未達0.16μm時為1秒以上6秒以下，鍍Cu層之厚度為0.16μm以上0.20μm以下時為3秒以上9秒以下，(2)相對於鍍Sn層之厚度為0.7μm以上1.0μm以下而言，鍍Cu層之厚度為0.05μm以上、未達0.16μm時為3秒以上9秒以下，鍍Cu層之厚度為0.16μm以上0.20μm以下時為6秒以上12秒以下。
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