大部分為Cu6Sn5，但在與基材的界面附近較薄地形成有基材中的Ni及Si和 Cu的一部分取代的（Cu,Ni,Si) 6Sn5合金。并且，該CuSn合金層與Sn系表面層之間的界面 形成為凹凸?fàn)?，其油積存深度Rvk為0. 2ym以上。
[0045] 該油積存深度Rvk為JISB0671-2中規(guī)定的表面粗糙度曲線的突出谷部平均深 度，被作為表示比平均凹凸深的部分達(dá)到哪種程度的指標(biāo)，表示若該值較大則因非常深的 谷部分的存在而成為陡峭的凹凸形狀。
[0046] 該CuSn合金層的平均厚度為0. 6ym以上Iym以下即可，當(dāng)小于0. 6ym時(shí)，難以 將CuSn合金層的油積存深度Rvk設(shè)為0. 2ym以上，規(guī)定為Iym以下是因?yàn)?，為了要形?為Iym以上的厚度而需要超出所需程度地加厚Sn系表面層，因此不經(jīng)濟(jì)。
[0047] 另外，該CuSn合金層的一部分（Cu6Sn5)在Sn系表面層露出。此時(shí)，各露出部的當(dāng) 量圓直徑為0. 6ym以上2. 0ym以下、露出面積率為10%以上40%以下，若為該限定范圍， 則不會(huì)損害Sn系表面層所具有的優(yōu)異的電連接特性。
[0048] Sn系表面層形成為平均厚度為0. 2ym以上0. 6ym以下。這是因?yàn)楫?dāng)其厚度小于 0. 2ym時(shí)，導(dǎo)致焊料潤(rùn)濕性下降、電連接可靠性下降，若超過(guò)0. 6ym，則無(wú)法將表層設(shè)為Sn 與CuSn的復(fù)合結(jié)構(gòu)，僅被Sn所占據(jù)，因此動(dòng)摩擦系數(shù)增大。更優(yōu)選的Sn系表面層的平均 厚度為0. 25ym以上0. 5ym以下。
[0049] Ni系包覆層為由Ni或NiSn合金構(gòu)成的包覆層，如后述，形成于從回流處理后的 Sn系表面層露出的CuSn合金層的露出部分、或從該露出部分遍及周圍的Sn系表面層上而 形成，膜厚為〇. 005ym以上0. 05ym以下。其中，并不是在最表面的整個(gè)面形成Ni系包覆 層，而是主要形成于從Sn系表面層露出的CuSn合金層的露出部分上。因此，最表面成為Sn 系表面層和Ni系包覆層混在一起的表面。此時(shí)，在Sn系表面層分散存在的CuSn合金層的 露出部分其大部分被Ni系包覆層所包覆，該露出部分并不要求全部被Ni系包覆層完全包 覆，也可以有不被Ni系包覆層包覆而以露出狀態(tài)稍微殘留的部分。
[0050] 并且，若該Ni系包覆層未形成于CuSn合金層的露出部分上而僅形成于Sn系表面 層，則端子材彼此摩擦?xí)rNi系包覆層被破裂，同種的Sn彼此接觸而發(fā)生Sn的粘合，從而得 不到摩擦系數(shù)降低效果。
[0051] 此時(shí)，當(dāng)Ni系包覆層的膜厚小于0.005ym時(shí)得不到效果。當(dāng)膜厚超過(guò)0.05ym 時(shí)，無(wú)法同時(shí)得到基于Sn系表面層與CuSn合金層之間的特殊界面形狀的摩擦系數(shù)降低效 果、以及基于Ni系包覆層的Sn粘合抑制效果，只有基于Ni系包覆層的粘合抑制效果，因此 得不到充分的摩擦系數(shù)降低效果，并且，導(dǎo)致焊料潤(rùn)濕性下降。
[0052] 接著，對(duì)該端子材的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。
[0053] 作為基材，準(zhǔn)備由Cu-Ni-Si系合金、Cu-Ni-Si-Zn系合金等銅合金構(gòu)成的板材，該 銅合金含有Ni及Si，根據(jù)需要還含有總計(jì)5質(zhì)量％以下的選自Zn、Sn、Fe、Mg中的一種以 上，剩余部分由Cu及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。通過(guò)對(duì)該板材進(jìn)行脫脂、酸洗等處理來(lái)清洗表 面之后，依次進(jìn)行鍍Cu、鍍Sn。
[0054] 鍍Cu使用一般的鍍Cu浴即可，例如能夠使用以硫酸銅（CuSO4)及硫酸（H2SO4)為 主成分的硫酸銅浴等。電鍍?cè)〉臏囟仍O(shè)為20°C以上50°C以下，電流密度設(shè)為IAMm2Wi 20A/dm2以下。通過(guò)該鍍Cu而形成的鍍Cu層的膜厚設(shè)為0.03ym以上0.15ym以下。這 是因?yàn)?，?dāng)小于〇. 03ym時(shí)對(duì)合金基材的影響較大，CuSn合金層生長(zhǎng)至表層，導(dǎo)致光澤度、 焊料潤(rùn)濕性下降，若超過(guò)0. 15ym，則回流時(shí)無(wú)法從基材充分供給Ni，得不到所希望的CuSn 合金層的形狀。
[0055] 作為用于形成鍍Sn層的電鍍?cè)?，使用一般的鍍Sn浴即可，例如能夠使用以硫酸 (H2SO4)和硫酸亞錫（SnSO4)為主成分的硫酸亞錫浴。電鍍?cè)〉臏囟仍O(shè)為15°C以上35°C以 下，電流密度設(shè)為lA/dm2以上10A/dm2以下。該鍍Sn層的膜厚設(shè)為0. 6ym以上I. 3ym以 下。若鍍Sn層的厚度小于0. 6ym，則回流后的Sn系表面層變薄而損害電連接特性，若超過(guò) I. 3ym，則CuSn合金層向表面的露出變少而難以將動(dòng)摩擦系數(shù)設(shè)為0. 3以下。
[0056] 作為回流處理?xiàng)l件，在還原氣氛中以基材的表面溫度為240°C以上360°C以下的 條件進(jìn)行3秒以上15秒以下時(shí)間的加熱并進(jìn)行驟冷。這是因?yàn)樵诘陀?40°C的溫度、少于 3秒的加熱中Sn的熔解無(wú)法進(jìn)展，在超過(guò)360°C的溫度、超過(guò)15秒的加熱中，CuSn合金層 中的晶體生長(zhǎng)為較大而得不到所希望的形狀，并且，CuSn合金層達(dá)到表層，Sn系表面層不 會(huì)殘留。優(yōu)選在260°C以上300°C以下進(jìn)行5秒以上10秒以下的加熱后驟冷。
[0057] 對(duì)回流處理后的材料進(jìn)行脫脂、酸洗等處理來(lái)清洗表面之后，實(shí)施鍍Ni。鍍Ni使 用一般的鍍Ni浴即可，例如能夠使用以鹽酸（HCl)和氯化鎳（NiCl2)為主成分的氯化鎳浴。 鍍Ni浴的溫度設(shè)為15°C以上35°C以下，電流密度設(shè)為lA/dm2以上10A/dm2以下。如上所 述，該Ni電鍍層的膜厚設(shè)為0. 05ym以下。
[0058] 而且，該端子材成型為例如如圖2所示的形狀的雌端子2。
[0059] 圖2所示的例子中，該雌端子2整體形成為角筒狀，通過(guò)從其一端的開(kāi)口部15嵌 合雄端子1而將該雄端子1以從兩側(cè)夾持的狀態(tài)保持并連接。在雌端子2的內(nèi)部設(shè)有與被 嵌合的雄端子1的一面接觸的能夠彈性變形的接觸片16,并且在與該接觸片16對(duì)置的側(cè)壁 17,以通過(guò)壓花加工以向內(nèi)方突出的狀態(tài)形成有與雄端子1的另一面接觸的半球狀的凸部 18。在接觸片16上也設(shè)有山形狀的折彎部19,以便與凸部18對(duì)置。當(dāng)嵌合雄端子1時(shí)，這 些凸部18及折彎部19以朝向雄端子1成凸?fàn)畹姆绞酵怀觯蔀橄鄬?duì)于該雄端子1的滑動(dòng) 部11。
[0060] 另外，如圖3示意所示，用于雄端子1的端子材由一般的回流處理材構(gòu)成，該回流 處理材在由Cu合金構(gòu)成的基材21上表面形成有Sn系表面層22,在Sn系表面層22與Cu 合金基材21之間形成有CuSn合金層23。在該雄端子1中，將Sn系表面層22溶解除去而 使CuSn合金層23出現(xiàn)在表面時(shí)所測(cè)定的CuSn合金層23的油積存深度Rvk小于0. 2ym， 通常為0. 15ym左右，且Sn系表面層22的平均厚度為0.2ym以上3ym以下。
[0061] 雄端子1形成為平板狀，通過(guò)在銅合金板依次實(shí)施鍍Cu及鍍Sn之后進(jìn)行回流處 理而形成。此時(shí)，作為回流處理的加熱條件，一般在240°C以上400°C以下的溫度下保持1 秒以上20秒以下的時(shí)間之后，進(jìn)行驟冷。
[0062] 另外，也可以不進(jìn)行回流處理，就將通過(guò)鍍Sn在由Cu合金構(gòu)成的基材上形成有平 均厚度為〇. 5ym以上3ym以下的Sn系表面層的端子材作為雄端子材。
[0063] 使用這種雌端子材及雄端子材形成的連接器，若將雄端子1從該雌端子2的開(kāi)口 部15插入到接觸片16與側(cè)壁17之間，則接觸片16從以雙點(diǎn)劃線所示的位置向以實(shí)線所 示的位置彈性變形，保持為在其折彎部19與凸部18之間夾持雄端子1的狀態(tài)。
[0064] 如上所述，就雌端子2而言，CuSn合金層與Sn系表面層之間的界面形成為油積 存深度Rvk為0. 2ym以上的陡峭的凹凸形狀，且Sn系表面層的平均厚度為0.Iym以上 0. 6ym以下，在最表面形成有0. 005ym以上0. 05ym以下的膜厚的Ni系包覆層，因此可以 抑制Sn粘合于雌端子2的凸部18及折彎部19的表面，且可以有效地發(fā)揮通過(guò)將CuSn合 金層與Sn系表面層之間的界面形成為陡峭的凹凸形狀而得到的動(dòng)摩擦系數(shù)降低效果，即 使雄端子1為通過(guò)通常的回流處理而得到的Sn系表面層的雄端子，也能夠?qū)?dòng)摩擦系數(shù)設(shè) 為0. 3以下。
[0065][實(shí)施例]
[0066] 作為雌端子試驗(yàn)片，將板厚為0.25mm的銅合金（Ni;0. 5質(zhì)量％以上5.0質(zhì)量％ 以下-Zn;1. 0質(zhì)量％-Sn;0質(zhì)量％以上0. 5質(zhì)量％以下-Si;0. 1質(zhì)量％以上1. 5質(zhì)量％ 以下-Fe;0質(zhì)量％以上0. 03質(zhì)量％以下-Mg;0. 005質(zhì)量％ )作為基材，依次實(shí)施鍍Cu、鍍 Sn之后，作為回流處理，在還原氣氛中升溫至基材表面溫度成為240°C以上360°C以下的溫 度，并保持3?15秒之后，進(jìn)行水冷。在回流處理后，實(shí)施鍍Ni。作為比較例，制作出改變 基材的Ni及Si濃度、鍍Cu厚度、鍍Sn厚度的試驗(yàn)片，還制作出未實(shí)施鍍Ni的試驗(yàn)片。
[0067] 此時(shí)，鍍Cu及鍍Sn、鍍Ni的電鍍條件如表1所示。表1中，Dk為陰極的電流密 度，ASD為A/dm2的略寫(xiě)。
[0068] 各電鍍層的厚度、回流條件如表2所示。
[0069] [表 1]
[0070]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鍛錫銅合金端子材，其特征在于， 在由化合金構(gòu)成的基材上表面形成有Sn系表面層，在所述Sn系表面層與所述基材之 間形成有化Sn合金層，將所述Sn系表面層溶解除去而使所述化Sn合金層出現(xiàn)在表面時(shí)所 測(cè)定的所述化Sn合金層的油積存深度Rvk為0. 2 y m W上，并且，所述Sn系表面層的平均 厚度為0. 2 y m W上0. 6 y m W下，在最表面形成有0. 005 y m W上0. 05 y m W下的膜厚的Ni 系包覆層，表面的動(dòng)摩擦系數(shù)為0. 3 W下。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍛錫銅合金端子材，其特征在于， 所述化Sn合金層的一部分在所述Sn系表面層露出，所述M系包覆層形成于從所述Sn 系表面層露出的所述化Sn合金層上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鍛錫銅合金端子材，其特征在于， 所述化Sn合金層的平均厚度為0. 6 ym W上1 y m W下。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的鍛錫銅合金端子材，其特征在于， 所述基材含有0. 5質(zhì)量％ 1^上5質(zhì)量％ W下的Ni及0. 1質(zhì)量％ 1^上1. 5質(zhì)量％ 1^下 的Si,根據(jù)需要還含有總計(jì)5質(zhì)量％ ^下的選自Zn、Sn、Fe、Mg中的一種W上，剩余部分由 化及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種對(duì)于使用通用鍍Sn端子材的端子也能夠降低嵌合時(shí)的插入力的鍍錫銅合金端子材。本發(fā)明的鍍錫銅合金端子材在由Cu合金構(gòu)成的基材上表面形成有Sn系表面層，在Sn系表面層與基材之間形成有CuSn合金層，將Sn系表面層溶解除去而使CuSn合金層出現(xiàn)在表面時(shí)所測(cè)定的CuSn合金層的油積存深度Rvk為0.2μm以上，并且，所述Sn系表面層的平均厚度為0.2μm以上0.6μm以下，CuSn合金層的一部分在Sn系表面層露出，在最表面形成有0.005μm以上0.05μm以下的膜厚的由Ni或NiSn合金構(gòu)成的Ni系包覆層，Ni系包覆層形成于從Sn系表面層露出的CuSn合金層上，表面的動(dòng)摩擦系數(shù)為0.3以下。
【IPC分類】H01R13-03
【公開(kāi)號(hào)】CN104600459
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410592113
【發(fā)明人】井上雄基, 加藤直樹(shù)
【申請(qǐng)人】三菱綜合材料株式會(huì)社
【公開(kāi)日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2014年10月29日
【公告號(hào)】EP2874239A1, US20150118515