專利名稱：導(dǎo)電部件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電連接用連接器等，且在由Cu或Cu合金構(gòu)成的基材表面形成多個(gè)鍍層的導(dǎo)電部件及其制造方法。本申請(qǐng)基于2009年1月20日在日本申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)2009-9752號(hào)及2009 年2月23日在日本申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)2009-39303號(hào)主張優(yōu)先權(quán)，將其內(nèi)容援用于此。
背景技術(shù)：
作為用于汽車的電連接用連接器或印刷基板的連接端子等的導(dǎo)電部件，為了提高電連接特性等，多使用在由Cu或Cu合金構(gòu)成的Cu系基材的表面施以鍍Sn系金屬的導(dǎo)電部件。作為那樣的導(dǎo)電部件，例如有專利文獻(xiàn)1至專利文獻(xiàn)4所記載的導(dǎo)電部件。專利文獻(xiàn)1至專利文獻(xiàn)3所記載的導(dǎo)電部件為如下構(gòu)成在由Cu或Cu合金構(gòu)成的基材表面依次鍍Ni、Cu、Sn而形成3層鍍層之后加熱并進(jìn)行回流處理，從而在最表面層形成Sn層，且在 Ni層與Sn層之間形成Cu-Sn金屬間化合物層(例如Cu6Sn5)。并且，專利文獻(xiàn)4所記載有如下技術(shù)例如由Ni-Fe或!^e等構(gòu)成基底鍍層，且在其上依次鍍Cu、Sn，進(jìn)行回流處理。專利文獻(xiàn)1 日本專利第3880877號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本專利第4090488號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本專利公開2004-680 號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4 日本專利公開2003-171790號(hào)公報(bào)但是，在如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)周圍那樣例如高達(dá)150°C左右的高溫環(huán)境下使用這種連接器或端子時(shí)，由于長時(shí)間暴露于其高溫下，導(dǎo)致Sn與Cu相互熱擴(kuò)散而表面狀態(tài)容易經(jīng)時(shí)變化，且存在接觸電阻上升的傾向。另外，也存在于Cu系基材的表面因Cu的擴(kuò)散發(fā)生柯肯德爾空隙而發(fā)生剝離的危險(xiǎn)，期望解決這些問題。另一方面，專利文獻(xiàn)4所記載的導(dǎo)電部件存在!^e-Ni或!^e的基底鍍層與Cu的粘附性差且容易剝離的問題。另外，用于連接器時(shí)，隨著電路的高密度化，連接器也變多極化，汽車配線組裝時(shí)的插入力變大，因此要求能夠減小插拔力的導(dǎo)電部件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于這樣的情況而完成的，其目的在于提供一種具有穩(wěn)定的接觸電阻且不易剝離，并且作為連接器使用時(shí)能夠減小插拔力且使之穩(wěn)定的導(dǎo)電部件及其制造方法。本發(fā)明人為了解決這種課題而分析了以往鍍表面的結(jié)果，確認(rèn)了以往技術(shù)的鍍材料的截面為基底銅合金、Ni層、Cu6Sn5層、Sn系表面層的3層結(jié)構(gòu)，但在M層上的極少一部分存在Cu3Sn層。并且發(fā)現(xiàn)了該Cu6Sn5層和Cu3Sn層在Ni層上以預(yù)定的狀態(tài)混合的現(xiàn)象會(huì)影響高溫時(shí)的接觸電阻、柯肯德爾空隙的發(fā)生、在連接器使用時(shí)的插拔力。即，本發(fā)明的導(dǎo)電部件的特征在于，在Cu系基材的表面通過M系基底層依次形成Cu-Sn金屬間化合物層、Sn系表面層，并且Cu-Sn金屬間化合物層進(jìn)一步由配置于所述Ni 系基底層上的Cu3Sn層和配置于該Cu3Sn層上的Cu6Sn5層構(gòu)成，結(jié)合這些Cu3Sn層及Cu6Sn5 層而得到的所述Cu-Sn金屬間化合物層在與所述Sn系表面層接觸的面具有凹凸，其凹部的厚度為0. 05 1. 5 μ m,并且Cu3Sn層相對(duì)于所述Ni系基底層的面積包覆率為60%以上， 所述Cu-Sn金屬間化合物層的凸部相對(duì)于所述凹部的厚度比率為1.2 5，所述Cu3Sn層的平均厚度為0. 01 0. 5 μ m。該導(dǎo)電部件中，M系基底層與Sn系表面層之間的Cu-Sn金屬間化合物層為Cu3Sn 層和Cu6Sn5層的雙層結(jié)構(gòu)，其下層的Cu3Sn層覆蓋Ni系基底層，Cu6Sn5層以從其上覆蓋的方式存在。結(jié)合該Cu3Sn合金層和Cu6Sn5層而得到的Cu-Sn金屬間化合物層其膜厚并不一定相同而是具有凹凸，但重要的是其凹部的厚度為0. 05 1. 5 μ m。不到0. 05 μ m時(shí)，存在高溫時(shí)Sn從凹部向M系基底層擴(kuò)散而在M系基底層發(fā)生缺損的危險(xiǎn)，基材的Cu因其缺損擴(kuò)散而Cu6Sn5層到達(dá)表面，在表面形成Cu氧化物而導(dǎo)致接觸電阻增大。并且，此時(shí)通過來自M系基底層的缺損部的Cu擴(kuò)散，容易發(fā)生柯肯德爾空隙。另一方面，若凹部的厚度超過1.5μπι，則Cu-Sn合金層變得脆弱，在彎曲加工時(shí)易發(fā)生鍍薄膜的剝離。由此，Cu-Sn金屬間化合物層的凹部的厚度優(yōu)選為0. 05 1. 5 μ m。并且，如此預(yù)定厚度的Cu-Sn金屬間化合物層配置于Sn系表面層的下層，從而使柔軟的Sn基底變硬，而能夠謀求降低在多極連接器等中使用時(shí)的插拔力及抑制其偏差。并且，Cu3Sn層相對(duì)于Ni系基底層的面積包覆率設(shè)為60%以上是因?yàn)?，若其包覆率低，則在高溫時(shí)M系基底層的M原子從未被包覆的部分向Cu6Sn5層擴(kuò)散而在M系基底層發(fā)生缺損，基材的Cu從該缺損部分?jǐn)U散，從而與上述情況相同地導(dǎo)致接觸電阻的增大或柯肯德爾空隙的發(fā)生。為了防止其高溫時(shí)的接觸電阻的增大或柯肯德爾空隙的發(fā)生而實(shí)現(xiàn)以往技術(shù)以上的耐熱性，需要Ni系基底層被包覆至少60%以上，更優(yōu)選設(shè)為80%以上的面積包覆率。并且，若Cu-Sn金屬間化合物層的凸部相對(duì)于凹部的厚度比率變小而Cu-Sn金屬間化合物層的凹凸變少，則使用連接器時(shí)的插拔力下降而優(yōu)選，但若其不到1. 2，則Cu-Sn 金屬間化合物層的凹凸大部分消失而Cu-Sn金屬間化合物層明顯變脆弱，在彎曲加工時(shí)易發(fā)生薄膜的剝離，所以不優(yōu)選。并且，若超過5且增大Cu-Sn金屬間化合物層的凹凸，則作為連接器使用的情況下在插拔時(shí)Cu-Sn金屬間化合物層的凹凸成為阻礙，因此缺乏降低插拔力的效果。另外，若包覆Ni系基底層的Cu3Sn層的平均厚度不到0. 01 μ m，則缺乏抑制Ni系基底層擴(kuò)散的效果。并且，若Cu3Sn層的厚度超過0. 5 μ m，則在高溫時(shí)Cu3Sn層變化為Cu6Sn5 層且減少Sn系表面層，并且接觸電阻變高，因此不優(yōu)選。該平均厚度為在Cu3Sn層部分多處測(cè)定其厚度時(shí)的平均值。 在本發(fā)明的導(dǎo)電部件中，若在所述Cu系基材與所述M系基底層之間介入有系基底層則更佳，所述狗系基底層的厚度為0. 1 1. 0 μ m即可。 該導(dǎo)電部件中，由于!^e向Cu6Sn5的擴(kuò)散速度比Ni慢，因此在高溫時(shí)!^e系基底層作為耐熱性高的阻擋層有效地發(fā)揮功能，能夠穩(wěn)定且較低地維持表面的接觸電阻。另外，由于狗較硬，所以在連接器端子等的使用中發(fā)揮高耐磨性。并且，在該狗系基底層與Cu-Sn 金屬間化合物層之間介入有M系基底層，從而能夠良好地維持狗系基底層與Cu-Sn金屬間化合物層的粘附。即，狗和Cu并不固溶且也不形成金屬間化合物，所以在層的界面不發(fā)生原子的相互擴(kuò)散且不能得到它們的粘附性，但通過在兩者之間介入能夠與狗和Cu雙方固溶的M元素作為粘合劑，能夠提高它們的粘附性。另外，在因外部環(huán)境而腐蝕并易形成氧化物的狗上包覆Ni系基底層，從而有防止 Fe從Sn鍍?nèi)睋p部向表面移動(dòng)而形成！^氧化物的效果。這是因?yàn)?，此時(shí)若!^e系基底層為不到0. Ιμπι的少量，則Cu系基材1中的Cu擴(kuò)散防止功能不充分，另外，若超過ι. ο μ m，則彎曲加工時(shí)在狗系基底層易發(fā)生裂紋，并不優(yōu)選。并且，本發(fā)明的導(dǎo)電部件的制造方法，其在Cu系基材的表面依次鍍M或M合金、 Cu或Cu合金、Sn或Sn合金而形成各自的鍍層之后，加熱并進(jìn)行回流處理，從而制造在所述 Cu系基材上依次形成M系基底層、Cu-Sn金屬間化合物層、Sn系表面層的導(dǎo)電部件，其特征在于，通過電流密度為20 50A/dm2的電鍍形成基于所述Ni或Ni合金的鍍層，通過電流密度為20 60A/dm2的電鍍形成基于所述Cu或Cu合金的鍍層，通過電流密度為10 30A/ dm2的電鍍形成基于所述Sn或Sn合金的鍍層，所述回流處理具有加熱工序，形成所述鍍層之后經(jīng)過1 15分鐘后，以20 75°C /秒的升溫速度加熱鍍層至240 300°C的峰值溫度；一次冷卻工序，到達(dá)所述峰值溫度之后，以30°C /秒以下的冷卻速度冷卻2 10秒；及二次冷卻工序，一次冷卻后以100 250°C /秒的冷卻速度進(jìn)行冷卻。高電流密度下的鍍Cu使晶粒邊界密度增加，有助于形成均勻的合金層的同時(shí)能夠形成包覆率高的Cu3Sn層。將鍍Cu的電流密度設(shè)為20 60A/dm2是因?yàn)?，電流密度不?0A/dm2時(shí)由于缺乏鍍Cu結(jié)晶的反應(yīng)活性，所以合金化時(shí)缺乏形成平滑的金屬間化合物的效果，另一方面，若電流密度超過60A/dm2，則鍍Cu層的平滑性降低，所以無法形成平滑的 Cu-Sn金屬間化合物層。另外，將鍍Sn的電流密度設(shè)為10 30A/dm2是因?yàn)?，電流密度不到ΙΟ?dm時(shí)Sn 的晶粒邊界密度降低，合金化時(shí)缺乏形成平滑的Cu-Sn金屬間化合物層的效果，另一方面， 若電流密度超過30A/dm2，則電流效率明顯下降，故而不優(yōu)選。另外，通過將鍍Ni的電流密度設(shè)為20A/dm2以上，在晶粒被微細(xì)化并回流或成品化之后的加熱時(shí)M原子難以向Sn或金屬間化合物擴(kuò)散，鍍M缺損減少，能夠防止柯肯德爾空隙的發(fā)生。另一方面，若電流密度超過50A/dm2，則在電解時(shí)鍍表面的氫的發(fā)生變得劇烈，因氣泡附著而在薄膜上發(fā)生針孔，基底的Cu系基材以此為起點(diǎn)擴(kuò)散并容易發(fā)生柯肯德爾空隙。因此優(yōu)選將鍍Ni的電流密度設(shè)為20 50A/dm2。另外，以高電流密度進(jìn)行電沉積的Cu和Sn穩(wěn)定性低，即使在室溫中也發(fā)生合金化或晶粒膨脹化，難以以回流處理制作所希望的金屬間化合物結(jié)構(gòu)。因此，優(yōu)選在鍍處理之后迅速進(jìn)行回流處理。具體而言，在15分鐘以內(nèi)，優(yōu)選在5分鐘以內(nèi)進(jìn)行回流處理即可。以比以往技術(shù)高的電流密度進(jìn)行Cu或Cu合金和Sn或Sn合金的鍍處理，并且在鍍后迅速進(jìn)行回流處理，從而Cu和Sn在回流時(shí)反應(yīng)活躍，通過Cu3Sn層多包覆Ni基底層， 生成均勻的Cu6Sn5層。另外，在回流處理中，若加熱工序中的升溫速度不到20°C/秒，則到鍍Sn熔融為止的期間Cu原子優(yōu)先在Sn的晶粒邊界中擴(kuò)散，金屬間化合物在晶粒邊界附近異常成長，因此難以形成包覆率高的Cu3Sn層。另一方面，若升溫速度超過75°C /秒，則金屬間化合物的成長不充分且鍍Cu過量殘留，在之后的冷卻中無法得到所希望的金屬間化合物層。并且，在加熱工序中，若峰值溫度不到240°C，則Sn無法均勻地熔融，若峰值溫度超過300°C，則金屬間化合物急劇成長且Cu-Sn金屬間化合物層的凹凸變大，故而不優(yōu)選。另外，在冷卻工序中，通過設(shè)定冷卻速度較小的一次冷卻工序，Cu原子平穩(wěn)地?cái)U(kuò)散至Sn粒內(nèi)，以所希望的金屬間化合物結(jié)構(gòu)成長。若該一次冷卻工序的冷卻速度超過30°C / 秒，則由于急劇冷卻的影響金屬間化合物無法成長為光滑的形狀，且凹凸變大。即使冷卻時(shí)間不到2秒，金屬間化合物也同樣無法成長為光滑的形狀。若冷卻時(shí)間超過10秒，則Cu6Sn5 層的成長過度進(jìn)展，且Cu3Sn層的包覆率下降。該一次冷卻工序適合為氣冷。而且，該一次冷卻工序之后，通過二次冷卻工序快速冷卻使金屬間化合物層的成長在所希望的結(jié)構(gòu)終止。若該二次冷卻工序的冷卻速度不到100°c /秒，則金屬間化合物進(jìn)一步進(jìn)行，無法得到所希望的金屬間化合物形狀。這樣通過縝密控制鍍的電沉積條件和回流條件，能夠得到雙層結(jié)構(gòu)且凹凸少，基于Cu3Sn的包覆率高的Cu-Sn金屬間化合物層。另外，本發(fā)明的導(dǎo)電部件的制造方法，其在Cu系基材的表面依次鍍狗或狗合金、 Ni或Ni合金、Cu或Cu合金、Sn或Sn合金而形成各自的鍍層之后，加熱并進(jìn)行回流處理，從而制造在所述Cu系基材上依次形成！^系基底層、Ni系基底層、Cu-Sn金屬間化合物層、Sn 系表面層的導(dǎo)電部件，其特征在于，通過電流密度為5 25A/dm2的電鍍形成基于所述狗或 Fe合金的鍍層，通過電流密度為20 50A/dm2的電鍍形成基于所述Ni或Ni合金的鍍層， 通過電流密度為20 60A/dm2的電鍍形成基于所述Cu或Cu合金的鍍層，通過電流密度為 10 30A/dm2的電鍍形成基于所述Sn或Sn合金的鍍層，所述回流處理具有加熱工序，形成所述鍍層之后經(jīng)過1 15分鐘后，以20 75°C /秒的升溫速度加熱鍍層至240 300°C 的峰值溫度；一次冷卻工序，到達(dá)所述峰值溫度之后，以30°C /秒以下的冷卻速度冷卻2 10秒；及二次冷卻工序，一次冷卻后以100 250°C /秒的冷卻速度進(jìn)行冷卻。鍍！^的電流密度不到5A/dm2時(shí)，鍍！^顆粒膨脹化，缺乏抑制Sn擴(kuò)散的效果，另一方面，若電流密度超過25A/dm2，則會(huì)容易產(chǎn)生由氫的發(fā)生引起的針孔，故而不優(yōu)選。根據(jù)本發(fā)明，在雙層結(jié)構(gòu)的Cu-Sn金屬間化合物層中，構(gòu)成下層的Cu3Sn層適當(dāng)?shù)匕睳i系基底層，并且在其上還形成Cu6Sn5層，從而防止高溫時(shí)Cu的擴(kuò)散，能夠良好地維持表面狀態(tài)而抑制接觸電阻的增大，并且防止鍍薄膜的剝離或柯肯德爾空隙的發(fā)生，還能夠降低使用連接器時(shí)的插拔力并抑制其偏差。


圖1是將本發(fā)明所涉及的導(dǎo)電部件的第1實(shí)施方式的表層部分模型化表示的截面圖。圖2是將本發(fā)明的制造方法所涉及的回流條件的溫度與時(shí)間的關(guān)系作成圖表的溫度曲線。圖3是關(guān)于第1實(shí)施方式的導(dǎo)電部件的實(shí)施例的表層部分處的截面顯微鏡照片。圖4是比較例的導(dǎo)電部件的表層部分處的截面顯微鏡照片。圖5是將用于測(cè)定導(dǎo)電部件的動(dòng)摩擦系數(shù)的裝置簡(jiǎn)要表示的主視圖。圖6是表示本實(shí)施例及比較例的各導(dǎo)電部件中的接觸電阻的經(jīng)時(shí)變化的圖表。
圖7是將本發(fā)明所涉及的導(dǎo)電部件的第2實(shí)施方式的表層部分模型化表示的截面圖。
具體實(shí)施例方式以下，說明本發(fā)明的實(shí)施方式。(第1實(shí)施方式)首先，對(duì)第1實(shí)施方式進(jìn)行說明。該第1實(shí)施方式的導(dǎo)電部件10例如是用于汽車的車載用連接器的端子中的導(dǎo)電部件，如圖1所示，在Cu系基材1的表面通過M系基底層 2依次形成Cu-Sn金屬間化合物層3和Sn系表面層4，并且Cu-Sn金屬間化合物層3進(jìn)一步由Cu3Sn層5和Cu6Sn5層6構(gòu)成。Cu系基材1為由Cu或Cu合金構(gòu)成的例如為板狀的基材。作為Cu合金，并不一定限定其材質(zhì)，但適合為Cu-Si系合金、Cu-Ni-Si系(科爾森系)合金、Cu-Cr-^ 系合金、Cu-Mg-P系合金、Cu-Fe-P系合金、Cu-Sn-P系合金，例如適合使用三菱伸銅株式會(huì)社制 MSPl、MZCl、MAX251C、MAX375、MAX126。Ni系基底層2由電鍍Ni或Ni合金而形成，例如以0. 1 0. 5 μ m的厚度形成于 Cu系基材1的表面。若該Ni系基底層2不到0. 1 μ m，則Cu系基材1的Cu擴(kuò)散防止功能不充分，并且，若超過0. 5 μ m，則歪曲變大而容易剝離且在彎曲加工時(shí)易發(fā)生破裂。如后述，Cu-Sn金屬間化合物層3是鍍?cè)贜i系基底層2上的Cu和表面的Sn通過回流處理擴(kuò)散而形成的合金層。該Cu-Sn金屬間化合物層3進(jìn)一步由配置于Ni系基底層 2上的Cu3Sn層5和配置于該Cu3Sn層5上的Cu6Sn5層6構(gòu)成。此時(shí)，作為Cu-Sn金屬間化合物層3整體形成有凹凸，其凹部7處的結(jié)合Cu3Sn層5和Cu6Sn5層6的厚度X為0. 05 1. 5 μ m。該凹部7的厚度X不到0. 05 μ m時(shí)，Sn在高溫時(shí)從凹部7向Ni系基底層2擴(kuò)散， 存在于Ni系基底層2發(fā)生缺損的危險(xiǎn)。形成表面層4的Sn較低地維持端子的接觸電阻， 但若在Ni系基底層2發(fā)生缺損，則Cu系基材1的Cu擴(kuò)散而Cu-Sn合金層3成長，其Cu6Sn5 層6到達(dá)至導(dǎo)電部件10的表面，由此在表面形成Cu氧化物，導(dǎo)致接觸電阻增大。另外，此時(shí)通過來自M系基底層2的缺損部的Cu擴(kuò)散，在它們的界面易發(fā)生柯肯德爾空隙。因此， 凹部 的厚度X需最低為0. 05 μ m,更優(yōu)選為0. 1 μ m。另一方面，若凹部7處的結(jié)合Cu3Sn層5和Cu6Sn5合金層6的厚度X超過1. 5 μ m， 則Cu-Sn金屬間化合物層3變脆弱，在彎曲加工時(shí)易發(fā)生鍍薄膜的剝離。另外，該Cu-Sn金屬間化合物層3的凸部8相對(duì)于凹部7的厚度比率為1. 2 5。 若該比率變小而Cu-Sn金屬間化合物層3的凹凸變少，則使用連接器時(shí)的插拔力下降而優(yōu)選，但若其不到1. 2，則Cu-Sn金屬間化合物層3的凹凸大部分消失而Cu-Sn金屬間化合物層3明顯變脆弱，在彎曲加工時(shí)易發(fā)生薄膜的剝離。并且，若凸部8相對(duì)于凹部7的厚度比率越超過5凹凸越變大，則作為連接器使用的情況下在插拔時(shí)Cu-Sn金屬間化合物層3的凹凸成為阻礙，因此缺乏降低插拔力的效果。若凸部8相對(duì)于該凹部7的比率，例如凹部7的厚度X為0. 3 μ m且凸部8的厚度 Y為0. 5 μ m，則其比率(Y/X)為1.67。此時(shí)，結(jié)合Cu3Sn層5和Cu6Sn5層6而得到的Cu-Sn 金屬間化合物層3的厚度優(yōu)選最大設(shè)為2 μ m。
另外，配置于該Cu-Sn金屬間化合物層3中的下層的Cu3Sn層5覆蓋Ni系基底層 2，其面積包覆率為60 100%。若該面積包覆率為不到60%的低值時(shí)，Ni系基底層2的 Ni原子在高溫時(shí)從未被包覆的部分向Cu6Sn5層6擴(kuò)散，存在于Ni系基底層2發(fā)生缺損的危險(xiǎn)。并且，通過Cu系基材1的Cu從該缺損部擴(kuò)散，Cu-Sn金屬間化合物層3成長而到達(dá)至導(dǎo)電部件10的表面，由此，在表面形成Cu氧化物，接觸電阻增大。并且，因來自Ni系基底層2的缺損部分的Cu擴(kuò)散，還易發(fā)生柯肯德爾空隙。通過由Cu3Sn層5包覆Ni系基底層2的至少60%以上，能夠防止高溫時(shí)的接觸電阻的增大或柯肯德爾空隙的發(fā)生。更優(yōu)選包覆80%以上。該面積包覆率可從通過聚焦離子束(FIB ；Focused Ion Beam)截面加工薄膜并用掃描離子顯微鏡(SIMJcanning Ion Microscope)觀察的表面的掃描離子像(SIM像)確認(rèn)。相對(duì)于該Ni系基底層2的面積包覆率為60%以上，也就是說在面積包覆率不滿 100%時(shí)，會(huì)在Ni系基底層2的表面局部產(chǎn)生不存在Cu3Sn層5的部分，但是即使在這種情況下，由于Cu-Sn金屬間化合物層3的凹部7處的結(jié)合Cu3Sn層5和Cu6Sn5層6的厚度仍為0. 05 1. 5 μ m，所以Cu6Sn5層6以0. 05 1. 5 μ m的厚度覆蓋Ni系基底層2。另外，對(duì)于構(gòu)成Cu-Sn金屬間化合物層3的下層的Cu3Sn層5，其平均厚度為 0. 01 0. 5 μ m。因?yàn)樵揅u3Sn層5是覆蓋Ni系基底層2的層，所以其平均厚度為不到 Ο.ΟΙμπι的低值時(shí)，缺乏抑制Ni系基底層2的擴(kuò)散的效果。另外，若超過0. 5 μ m，則Cu3Sn 層5在高溫時(shí)變化為Sn豐富的Cu6Sn5層6且使Sn系表面層4相應(yīng)地減少，接觸電阻變高， 所以不優(yōu)選。該平均厚度是在Cu3Sn層5存在的部分多處測(cè)定其厚度時(shí)的平均值。另外，該Cu-Sn金屬間化合物層3是通過鍍?cè)贜i系基底層2上的Cu和表面的Sn 擴(kuò)散而合金化的層，所以根據(jù)回流處理等條件，有成為基底的鍍Cu層的全部擴(kuò)散而成為 Cu-Sn金屬間化合物層3的情況，但也有其鍍Cu層殘留的情況。該鍍Cu層殘留時(shí)，其鍍Cu 層例如厚度為0.01 0. 1 μ m。最表面的Sn系表面層4通過電鍍Sn或Sn合金之后進(jìn)行回流處理而形成，例如以 0. 05 2. 5 μ m的厚度形成。若該Sn系表面層4的厚度不到0. 05 μ m,則由于Cu在高溫時(shí)擴(kuò)散而在表面易形成Cu的氧化物從而接觸電阻增加，并且釬焊性或耐腐蝕性下降。另一方面，若超過2. 5 μ m，則表面的基底基于在柔軟的Sn系表面層4的下層存在的Cu-Sn金屬間化合物層3變硬的效果減弱，作為連接器使用時(shí)的插拔力增大，難以謀求伴隨連接器多孔化的插拔力的降低。接著，對(duì)制造這種導(dǎo)電部件的方法進(jìn)行說明。首先，準(zhǔn)備Cu或Cu合金的板材作為Cu系基材，將其通過脫脂、酸洗等清潔表面之后，依次以鍍Ni、鍍Cu、鍍Sn的順序進(jìn)行。并且，在各鍍處理之間進(jìn)行酸洗或水洗處理。作為鍍Ni的條件，鍍?cè)±靡粤蛩徭?NiSO4)、硼酸(H3BO3)為主成分的瓦特浴、 以氨基磺酸鎳(Ni(NH2SO3)2)和硼酸(H3BO3)為主成分的氨基磺酸浴等。也有添加氯化鎳 (NiCl2)等作為容易引起氧化反應(yīng)的鹽類的情況。并且，鍍溫度為45 55°C，電流密度為 20 50A/dm2。作為鍍Cu的條件，鍍?cè)∈褂昧蛩徙~(CuSO4)及硫酸(H2SO4)為主成分的硫酸銅浴， 為了鍍平添加氯離子(Cr)。鍍溫度為35 55°C，電流密度為20 60A/dm2。
作為鍍Sn的條件，鍍?cè)∈褂昧蛩?H2SO4)和以硫酸錫(SnSO4)為主成分的硫酸浴， 鍍溫度為15 :35°C，電流密度為10 30A/dm2。任何鍍處理都以高于一般鍍技術(shù)的電流密度進(jìn)行。此時(shí)，鍍液的攪拌技術(shù)尤為重要，但通過設(shè)為朝向處理板高速噴涂鍍液的方法或使鍍液與處理板平行流動(dòng)的方法等，向處理板的表面迅速供給新鮮的鍍液，根據(jù)高電流密度能夠以短時(shí)間形成均質(zhì)的鍍層。作為其鍍液的流速，優(yōu)選在處理板的表面設(shè)為0. 5m/秒以上。并且，為了實(shí)現(xiàn)比以往技術(shù)高一位數(shù)的電流密度下的鍍處理，優(yōu)選在陽極使用包覆陽極極限電流密度高的氧化銥(IrO2)的Ti 板等不溶性陽極?？偨Y(jié)這些各鍍條件，如以下表1 表3所示內(nèi)容。[表 1]
鍍Ni條件組成NiSO4300g/LH3BO330g/L條件溫度45~55°C電流密度20 ~ 50A/dm2液體0.5m/秒以上陽極氧化銥包覆鈦 [表 2]
鍍Cu條件組成CuSO4250g/LH2SO460g/LCl"50mg/L條件溫度35~55°C電流密度20 ~ 60A/dm2液體^40.5m/秒以上陽極氧化銥包覆鈦 [表 3]
鍍Sn條件組成SnSO460g/LH2SO480g/L光亮劑10mg/L條件溫度15~35。C電流密度10~30A/dm2液體iiiii0.5m/秒以上陽極氧化銥包覆鈦并且，通過實(shí)施此三種鍍處理，在Cu系基材上依次形成Ni系基底層、鍍Cu層、鍍 Sn層。接著，加熱并進(jìn)行回流處理。作為其回流處理，優(yōu)選設(shè)為圖2所示的溫度曲線的條件。S卩，將回流處理設(shè)為具有如下工序的處理加熱工序，以20 75V /秒的升溫速度將在設(shè)為CO還原性氣氛的加熱爐內(nèi)鍍后的處理材料加熱2. 9 11秒至240 300°C的峰值溫度；一次冷卻工序，到達(dá)其峰值溫度之后，以30°C /秒以下的冷卻速度冷卻2 10 秒；及二次冷卻工序，在一次冷卻后以100 250°C /秒的冷卻速度冷卻0. 5 5秒。一次冷卻工序通過氣冷進(jìn)行而二次冷卻工序通過使用10 90°C水的水冷進(jìn)行。通過在還原性氣氛中進(jìn)行該回流處理防止在鍍Sn表面生成熔融溫度高的錫氧化物薄膜，并能夠以較低溫度且較短時(shí)間進(jìn)行回流處理，容易制作所希望的金屬間化合物結(jié)構(gòu)。并且，通過將冷卻工序設(shè)為兩個(gè)階段且設(shè)定冷卻速度較小的一次冷卻工序，Cu原子平穩(wěn)地向Sn顆粒內(nèi)擴(kuò)散，并以所希望的金屬間化合物結(jié)構(gòu)成長。而且，通過隨后進(jìn)行快速冷卻來防止金屬間化合物層的成長，能夠在所希望的結(jié)構(gòu)進(jìn)行固定化。但是，以高電流密度電沉積的Cu和Sn穩(wěn)定性低，即使在室溫中也發(fā)生合金化或晶粒膨脹化，難以用回流處理制作所希望的金屬間化合物結(jié)構(gòu)。因此，優(yōu)選在鍍處理后迅速進(jìn)行回流處理。具體而言需要在15分鐘以內(nèi)，優(yōu)選在5分鐘以內(nèi)進(jìn)行回流處理。鍍后的放置時(shí)間短不成問題，但在通常的處理線中在結(jié)構(gòu)上為1分鐘后左右。如以上，在Cu系基材1的表面根據(jù)表1 表3所示的鍍條件實(shí)施三層鍍之后，以圖2所示的溫度曲線條件進(jìn)行回流處理，從而如圖1所示由Cu3Sn層5覆蓋形成于Cu系基材1的表面的Ni系基底層2，在其上進(jìn)一步形成Cu6Sn5層6，在最表面形成Sn系表面層4。(實(shí)施例1)接著，說明第1實(shí)施方式的實(shí)施例。使用厚度0. 25mm的三菱伸銅株式會(huì)社制MAX251C材料作為Cu合金板(Cu系基材)，在該材料上依次進(jìn)行Ni、Cu、Sn的各鍍處理。此時(shí)，如表4所示，改變各鍍處理的電流密度制成了多個(gè)試樣。對(duì)于各鍍層的目標(biāo)厚度，鍍M層的厚度設(shè)為0.3 μ m、鍍Cu層的厚度設(shè)為0. 3 μ m、鍍Sn層的厚度設(shè)為1. 5 μ m。另外，在這些三種的各鍍工序之間加入了用于從處理材料表面沖洗鍍液的水洗工序。在本實(shí)施例中的鍍處理中，在Cu合金板上高速噴涂鍍液，并且使用了包覆有氧化
10銥的Ti板的不溶性陽極。進(jìn)行上述三種鍍處理之后，對(duì)其處理材料進(jìn)行回流處理。在進(jìn)行最后的Sn鍍處理后的1分鐘后進(jìn)行該回流處理，用各種條件進(jìn)行了加熱工序、一次冷卻工序、二次冷卻工序。將以上的試驗(yàn)條件總結(jié)于表4。
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)電部件，其特征在于，在Cu系基材的表面通過M系基底層依次形成Cu-Sn金屬間化合物層、Sn系表面層，并且Cu-Sn金屬間化合物層進(jìn)一步由配置于所述Ni系基底層上的Cu3Sn層和配置于該Cu3Sn 層上的Cu6Sn5層構(gòu)成，結(jié)合這些Cu3Sn層及Cu6Sn5層而得到的所述Cu-Sn金屬間化合物層在與所述Sn系表面層接觸的面具有凹凸，其凹部的厚度為0. 05 1. 5 μ m,并且Cu3Sn層相對(duì)于所述Ni系基底層的面積包覆率為60%以上，所述Cu-Sn金屬間化合物層的凸部相對(duì)于所述凹部的厚度比率為1.2 5，所述Cu3Sn層的平均厚度為0. 01 0. 5 μ m。
2.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電部件，其特征在于，在所述Cu系基材與所述M系基底層之間介入有系基底層。
3.如權(quán)利要求2所述的導(dǎo)電部件，其特征在于，所述狗系基底層的厚度為0. 1 1. 0 μ m。
4.一種導(dǎo)電部件的制造方法，在Cu系基材的表面依次鍍Ni或Ni合金、Cu或Cu合金、 Sn或Sn合金而形成各自的鍍層之后，加熱并進(jìn)行回流處理，從而制造在所述Cu系基材上依次形成M系基底層、Cu-Sn金屬間化合物層、Sn系表面層的導(dǎo)電部件，其特征在于，通過電流密度為20 50A/dm2的電鍍形成基于所述Ni或Ni合金的鍍層，通過電流密度為20 60A/dm2的電鍍形成基于所述Cu或Cu合金的鍍層，通過電流密度為10 30A/dm2的電鍍形成基于所述Sn或Sn合金的鍍層，所述回流處理具有加熱工序，形成所述鍍層之后經(jīng)過1 15分鐘后，以20 75°C /秒的升溫速度加熱鍍層至240 300°C的峰值溫度；一次冷卻工序，到達(dá)所述峰值溫度之后，以30°C /秒以下的冷卻速度冷卻2 10秒；及二次冷卻工序，一次冷卻后以100 250°C /秒的冷卻速度進(jìn)行冷卻。
5.一種導(dǎo)電部件的制造方法，在Cu系基材的表面依次鍍Fe或!^e合金、Ni或Ni合金、 Cu或Cu合金、Sn或Sn合金而形成各自的鍍層之后，加熱并進(jìn)行回流處理，從而制造在所述 Cu系基材上依次形成！^系基底層、M系基底層、Cu-Sn金屬間化合物層、Sn系表面層的導(dǎo)電部件，其特征在于，通過電流密度為5 25A/dm2的電鍍形成基于所述！^或！^合金的鍍層，通過電流密度為20 50A/dm2的電鍍形成基于所述Ni或Ni合金的鍍層，通過電流密度為20 60A/dm2的電鍍形成基于所述Cu或Cu合金的鍍層，通過電流密度為10 30A/dm2的電鍍形成基于所述Sn或Sn合金的鍍層，所述回流處理具有加熱工序，形成所述鍍層之后經(jīng)過1 15分鐘后，以20 75°C /秒的升溫速度加熱鍍層至240 300°C的峰值溫度；一次冷卻工序，到達(dá)所述峰值溫度之后，以30°C /秒以下的冷卻速度冷卻2 10秒；及二次冷卻工序，一次冷卻后以100 250°C /秒的冷卻速度進(jìn)行冷卻。
6.一種導(dǎo)電部件，其通過權(quán)利要求4或5所述的制造方法制造。
全文摘要
本發(fā)明提供一種導(dǎo)電部件及其制造方法，其具有穩(wěn)定的接觸電阻且不易剝離，并且在作為連接器使用時(shí)減小插拔力。在Cu系基材(1)的表面通過Ni系基底層(2)依次形成Cu-Sn金屬間化合物層(3)、Sn系表面層(4)，并且Cu-Sn金屬間化合物層(3)進(jìn)一步由配置于Ni系基底層(2)上的Cu3Sn層(5)和配置于Cu3Sn層(5)上的Cu6Sn5層(6)構(gòu)成，結(jié)合這些Cu3Sn層(5)及Cu6Sn5層(6)而得到的Cu-Sn金屬間化合物層(3)在與Sn系表面層(4)接觸的面具有凹凸，其凹部(7)的厚度(X)為0.05～1.5μm，并且Cu3Sn層(5)相對(duì)于Ni系基底層(2)的面積包覆率為60％以上，凸部(8)相對(duì)于Cu-Sn金屬間化合物層(3)的凹部(7)的厚度(Y)的比率為1.2～5，Cu3Sn層(5)的平均厚度為0.01～0.5μm。
文檔編號(hào)C25D7/00GK102239280SQ200980148719
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2009年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月20日
發(fā)明者久保田賢治, 櫻井健, 玉川隆士, 石川誠一 申請(qǐng)人:三菱伸銅株式會(huì)社