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TW201527557A - 鍍錫銅合金端子材 - Google Patents

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TW201527557A
TW201527557A TW103135367A TW103135367A TW201527557A TW 201527557 A TW201527557 A TW 201527557A TW 103135367 A TW103135367 A TW 103135367A TW 103135367 A TW103135367 A TW 103135367A TW 201527557 A TW201527557 A TW 201527557A
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Yuki Inoue
Naoki Kato
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Mitsubishi Materials Corp
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Abstract

本發明之目的在於提供一種對於使用通用鍍Sn端子材的端子也能夠降低嵌合時的插入力的鍍錫銅合金端子材。本發明的鍍錫銅合金端子材在由Cu合金構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系表面層熔解除去而使CuSn合金層出現在表面時所測定的CuSn合金層的油積存深度Rvk為0.2μm以上，並且，前述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合金構成的Ni系包覆層，Ni系包覆層形成於從Sn系表面層露出的CuSn合金層上，表面的動摩擦係數為0.3以下。

Description

鍍錫銅合金端子材
本發明涉及一種汽車和民用設備等的電氣配線的連接中使用的連接器用端子，尤其涉及一種作為多針連接器用端子而有用的鍍錫銅合金端子材。
近年來，隨著在汽車中的電裝設備的多功能、高集成化，所使用的連接器端子的小型化、多針化變得顯著。連接器中廣泛使用鍍錫銅合金材，但由於連接器的多針化，有可能端子插入時的摩擦阻力增大，生產率下降。因此，嘗試通過減小鍍錫銅合金材的摩擦係數來降低每單針的插入力。
例如，有通過設為在鍍錫銅合金材的最表面具備與錫不同的晶體結構的金屬來降低插入力的技術(專利文獻1)，但存在接觸電阻增大、焊料潤濕性下降等問題。
專利文獻2中，將表面電鍍層設為對鍍Sn層和包含Ag或In的電鍍層進行回流處理或熱擴散處理而成的層。
並且，專利文獻3中示出通過在鍍Sn層上形成鍍Ag層並進行熱處理來形成Sn-Ag合金層的技術。
這些專利文獻2、3中記載的技術均為在整個面實施Sn-Ag合金鍍或Ag鍍等的技術，成本變高。
在此，若將母端子壓向公端子的力(接觸壓 力)設為P、將動摩擦係數設為μ，則公端子通常從上下兩個方向被母端子所夾住，因此連接器的插入力F成為F=2×μ×P。為了減小該F，有效的是減小P，但為了確保連接器嵌合時的公、母端子的電連接可靠性，不能一味地減小接觸壓力，需為3N左右。多針連接器也有超過50針/連接器的連接器，但連接器整體的插入力為100N以下，盡可能佳者為80N以下或70N以下，因此動摩擦係數μ需為0.3以下。
專利文獻1：日本專利公開2007-100220號公報
專利文獻2：日本專利公開2005-154819號公報
專利文獻3：日本專利公開2010-61842號公報
一直以來，開發出了表層的摩擦阻力得到降低的端子材，但當為將公、母端子嵌合的連接端子時，兩者使用相同的材料種類的情況較少，尤其公端子廣泛使用以黃銅為基材的通用的帶鍍Sn的端子材。因此，存在即使僅在母端子中使用低插入力端子材，插入力的降低效果也較小的問題。
本發明是鑒於上述課題而完成的，其目的在 於提供一種對於使用通用鍍Sn端子材的端子也能夠降低嵌合時的插入力的鍍錫銅合金端子材。
發明人們發現以下：作為降低端子材表層的 摩擦阻力的方法，通過控制CuSn合金層與Sn系表面層之間的界面的形狀並且在Sn系表面層的正下方配置陡峭的凹凸形狀的CuSn合金層，可以使摩擦係數變小。但是，當僅在一個端子中使用該低插入力端子材，而將另一個設為通用的鍍Sn材時，摩擦係數降低效果減半。
由於最表面均為鍍Sn，因此通過同種的Sn彼此接觸而發生Sn的黏合，從而摩擦係數降低效果減半。尤其，低插入力端子材在Sn系表面層的正下方配置有較硬的CuSn合金層，因此認為是通用鍍Sn材的較軟的Sn系表面層的Sn被削掉而黏合。
發明人們進行了深入研究，結果發現如下：通過在最表面較薄地實施Ni鍍，能夠確保低插入力端子材的摩擦係數降低效果，進而抑制Sn的黏合，並且，即使在另一個端子中使用通用材也能夠降低摩擦阻力。
本發明的鍍錫銅合金端子材，在由Cu合金構成的基材上表面形成有Sn系表面層，在前述Sn系表面層與前述基材之間形成有CuSn合金層，將前述Sn系表面層熔解除去而使前述CuSn合金層出現在表面時所測定的前述CuSn合金層的油積存深度Rvk為0.2μm以上，並 且，前述Sn系表面層的平均厚度為0.2μm以上0.6μm以下，在最表面形成有0.005μm以上0.05μm以下的膜厚的由Ni或NiSn合金構成的Ni系包覆層，表面的動摩擦係數為0.3以下。
通過將CuSn合金層的油積存深度Rvk設為 0.2μm以上、將Sn系表面層的平均厚度設為0.2μm以上0.6μm以下、並且在最表面設置0.005μm以上0.05μm以下的Ni系包覆層，能夠將動摩擦係數設為0.3以下。
當CuSn合金層的油積存深度Rvk小於0.2μm時，在CuSn合金層的凹部內存在的Sn變少，因此動摩擦係數增大。並且，將Sn系表面層的平均厚度設為0.2μm以上0.6μm以下是因為，當小於0.2μm時，導致焊料潤濕性下降、電連接可靠性下降，若超過0.6μm，則無法將CuSn合金層的油積存深度Rvk設為0.2μm以上，Sn所佔據的厚度變大，因此動摩擦係數增大。
最表面的由Ni或NiSn合金構成的Ni系包覆層為難以與Sn產生黏合的層，因此可以得到CuSn合金層以上的摩擦係數降低效果。此時，當Ni系包覆層的膜厚小於0.005μm時，得不到效果。若Ni系包覆層的膜厚超過0.05μm，則無法同時得到基於Sn系表面層與CuSn合金層之間的特殊界面形狀的摩擦係數降低效果、以及基於Ni系包覆層的Sn黏合抑制效果，只有基於Ni系包覆層的黏合抑制效果，因此得不到充分的摩擦係數降低效果，並且，導致焊料潤濕性下降。
在本發明的鍍錫銅合金端子材中，前述CuSn 合金層的一部分在前述Sn系表面層露出，前述Ni系包覆層形成於從前述Sn系表面層露出的前述CuSn合金層上即可。
Ni系包覆層形成於CuSn合金層上，這是因為在Sn系表面層的表面露出的較硬的CuSn合金層保持Ni系包覆層，若不形成於CuSn合金層上而僅在Sn系表面層上形成，則端子材彼此摩擦時Ni系包覆層被破裂，其結果，同種的Sn彼此接觸而發生Sn的黏合，從而得不到摩擦係數降低效果。該Ni系包覆層也可以形成於Sn系表面層上，但需至少形成於CuSn合金層上。
在本發明的鍍錫銅合金端子材中，前述CuSn 合金層的平均厚度為0.6μm以上1μm以下即可。
當CuSn合金層的平均厚度小於0.6μm時，很難將油積存深度Rvk設為0.2μm以上，為了要形成為1μm以上的厚度而需要超出所需程度地加厚Sn系表面層，因此不經濟。
在本發明的鍍錫銅合金端子材中，前述基材 含有0.5質量%以上5質量%以下的Ni及0.1質量%以上1.5質量%以下的Si，根據需要還含有總計5質量%以下的選自Zn、Sn、Fe、Mg中的一種以上，剩餘部分由Cu及不可避免的雜質構成即可。
為了將CuSn系表面層的油積存深度Rvk設為 0.2μm以上，需要Ni及Si固溶在CuSn合金層中。此 時，若使用含有Ni及Si的基材，則回流時能夠將Ni及Si從基材供給至CuSn合金層中。其中，就基材中的這些Ni及Si的含量而言，當Ni小於0.5質量%、Si小於0.1質量%時，無法分別顯現出Ni或Si的效果，若Ni超過5質量%，則鑄造和熱軋時有可能產生裂紋，若Si超過1.5質量%，則導電性下降，因此較佳為Ni含0.5質量%以上5質量%以下、Si為0.1質量%以上1.5質量%以下。
為了提高強度、耐熱性而可以添加Zn、Sn，並且，為了提高應力鬆弛特性而可以添加Fe、Mg，但是，若超過總計5質量%，則導電率下降，因此不佳。
根據本發明的鍍錫銅合金端子材，通過在 CuSn合金層與Sn系表面層之間的界面的凹凸形狀得到控制的低插入力端子材的最表面形成0.05μm以下的膜厚的由Ni或NiSn合金構成的Ni系包覆層，從而即使與通用的鍍Sn材進行組合來使用時，也能夠降低嵌合時的插入力。
1‧‧‧公端子
2‧‧‧母端子
5‧‧‧基材
6‧‧‧Sn系表面層
7‧‧‧CuSn合金層
8‧‧‧Ni系包覆層
11‧‧‧滑動部
15‧‧‧開口部
16‧‧‧接觸片
17‧‧‧側壁
18‧‧‧凸部
19‧‧‧折彎部
21‧‧‧基材
22‧‧‧Sn系表面層
23‧‧‧CuSn合金層
31‧‧‧試驗台
32‧‧‧公端子試驗片
33‧‧‧母端子試驗片
34‧‧‧砝碼
35‧‧‧測力傳感器
圖1係模式顯示本發明的鍍錫銅合金端子材的剖面圖。
圖2係顯示適用本發明的端子材的嵌合型連接端子的例子之嵌合部的剖面圖。
圖3係模式顯示用於公端子的端子材的剖面圖。
圖4係模式顯示用於測定動摩擦係數的裝置的正面圖。
圖5係動摩擦係數測定後的實施例5的公端子試驗片表面的顯微鏡照片。
圖6係動摩擦係數測定後的比較例1的公端子試驗片表面的顯微鏡照片。
圖7係動摩擦係數測定後的比較例2的公端子試驗片表面的顯微鏡照片。
圖8係通過AES分析而得到的端子材最表面的元素分佈的照片。圖8的(a)是通過蝕刻去除表面的氧化物之後的元素分佈的照片，圖8的(b)是通過蝕刻去除Ni系包覆層之後的元素分佈的照片。
圖9係顯示通過TEM分析而得到的端子材的最表面附近的照片。
對本發明的一實施方式的鍍錫銅合金端子材進行說明。
如圖1的示意圖所示，該鍍錫銅合金端子材在由Cu合金構成的基材5上表面形成有Sn系表面層6，在Sn系表面層6與Cu合金基材5之間形成有CuSn合金層7，將Sn系表面層6熔解除去而使CuSn合金層7出現在表面時所測定的CuSn合金層7的油積存深度Rvk為0.2μm以上，並且，Sn系表面層6的平均厚度為0.2μm以上0.6μm 以下，在最表面形成有0.005μm以上0.05μm以下的膜厚的由Ni或NiSn合金構成的Ni系包覆層8，表面的動摩擦係數為0.3以下。
此時，CuSn合金層7的一部分在Sn系表面層6露出，在從Sn系表面層6露出的CuSn合金層7的露出部分，或在遍及該CuSn合金層7的露出部分與其周圍的Sn系表面層6的區域形成有Ni系包覆層8。
基材為Cu-Ni-Si系合金、Cu-Ni-Si-Zn系合金 等銅合金，該銅合金含有Ni及Si，根據需要還含有總計5質量%以下的選自Zn、Sn、Fe、Mg中的一種以上，剩餘部分由Cu及不可避免的雜質構成。將Ni及Si設為必要成分是因為，為了將通過後述的回流處理而形成的CuSn合金層的油積存深度Rvk設為0.2μm以上，回流時從基材供給Ni及Si並使Ni及Si固溶在CuSn合金層中。基材中的Ni的含量較佳為0.5質量%以上5質量%以下，Si的含量較佳為0.1質量%以上1.5質量%以下。這是因為當Ni小於0.5質量%時，無法顯示出Ni的效果，當Si小於0.1質量%時，無法顯示出Si的效果，若Ni超過5質量%，則鑄造和熱軋時有可能產生裂紋，若Si超過1.5質量%，則導電性下降。
並且，Zn、Sn提高強度、耐熱性，Fe、Mg 提高應力鬆弛特性。當添加這些Zn、Sn、Fe、Mg中的任意一種以上時，其總計含量超過5質量%則導電性下降，因此不佳。特佳者包含所有的Zn、Sn、Fe、Mg。
如後述，CuSn合金層是通過在基材上形成鍍 Cu層和鍍Sn層並進行回流處理而形成的合金層，其大部分為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。並且，該CuSn合金層與Sn系表面層之間的界面形成為凹凸狀，其油積存深度Rvk為0.2μm以上。
該油積存深度Rvk為JIS B0671-2中規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到哪種程度的指標，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。
該CuSn合金層的平均厚度為0.6μm以上1μm以下即可，當小於0.6μm時，難以將CuSn合金層的油積存深度Rvk設為0.2μm以上，規定為1μm以下是因為，為了要形成為1μm以上的厚度而需要超出所需程度地加厚Sn系表面層，因此不經濟。
另外，該CuSn合金層的一部分(Cu6Sn5)在Sn系表面層露出。此時，各露出部的當量圓直徑為0.6μm以上2.0μm以下、露出面積率為10%以上40%以下，若為該限定範圍，則不會損害Sn系表面層所具有的優異的電連接特性。
Sn系表面層形成為平均厚度為0.2μm以上 0.6μm以下。這是因為當其厚度小於0.2μm時，導致焊料潤濕性下降、電連接可靠性下降，若超過0.6μm，則無法將表層設為Sn與CuSn的複合結構，僅被Sn所佔據，因 此動摩擦係數增大。更佳的Sn系表面層的平均厚度為0.25μm以上0.5μm以下。
Ni系包覆層為由Ni或NiSn合金構成的包覆 層，如後述，形成於從回流處理後的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0.005μm以上0.05μm以下。 其中，並不是在最表面的整個面形成Ni系包覆層，而是主要形成於從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，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，該露出部分並不要求全部被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稍微殘留的部分。
並且，若該Ni系包覆層未形成於CuSn合金層的露出部分上而僅形成於Sn系表面層，則端子材彼此摩擦時Ni系包覆層被破裂，同種的Sn彼此接觸而發生Sn的黏合，從而得不到摩擦係數降低效果。
此時，當Ni系包覆層的膜厚小於0.005μm時得不到效果。當膜厚超過0.05μm時，無法同時得到基於Sn系表面層與CuSn合金層之間的特殊界面形狀的摩擦係數降低效果、以及基於Ni系包覆層的Sn黏合抑制效果，只有基於Ni系包覆層的黏合抑制效果，因此得不到充分的摩擦係數降低效果，並且，導致焊料潤濕性下降。
接著，對該端子材的製造方法進行說明。
作為基材，準備由Cu-Ni-Si系合金、Cu-Ni-Si-Zn系合金等銅合金構成的板材，該銅合金含有Ni及Si，根據需要還含有總計5質量%以下的選自Zn、Sn、Fe、Mg中的一種以上，剩餘部分由Cu及不可避免的雜質構成。通過對該板材進行脫脂、酸洗等處理來清洗表面之後，依次進行鍍Cu、鍍Sn。
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。電鍍浴的溫度設為20℃以上50℃以下，電流密度設為1A/dm2以上20A/dm2以下。通過該鍍Cu而形成的鍍Cu層的膜厚設為0.03μm以上0.15μm以下。這是因為，當小於0.03μm時對合金基材的影響較大，CuSn合金層生長至表層，導致光澤度、焊料潤濕性下降，若超過0.15μm，則回流時無法從基材充分供給Ni，得不到所希望的CuSn合金層的形狀。
作為用於形成鍍Sn層的電鍍浴，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。電鍍浴的溫度設為15℃以上35℃以下，電流密度設為1A/dm2以上10A/dm2以下。該鍍Sn層的膜厚設為0.6μm以上1.3μm以下。若鍍Sn層的厚度小於0.6μm，則回流後的Sn系表面層變薄而損害電連接特性，若超過1.3μm，則CuSn合金層向表面的露出變少而難以將動摩擦係數設為0.3以下。
作為回流處理條件，在還原氣氛中以基材的 表面溫度為240℃以上360℃以下的條件進行3秒以上15秒以下時間的加熱並進行驟冷。這是因為在低於240℃的溫度、少於3秒的加熱中Sn的熔解無法進展，在超過360℃的溫度、超過15秒的加熱中，CuSn合金層中的晶體生長為較大而得不到所希望的形狀，並且，CuSn合金層達到表層，Sn系表面層不會殘留。較佳為在260℃以上300℃以下進行5秒以上10秒以下的加熱後驟冷。
對回流處理後的材料進行脫脂、酸洗等處理 來清洗表面之後，實施鍍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浴的溫度設為15℃以上35℃以下，電流密度設為1A/dm2以上10A/dm2以下。如上前述，該Ni電鍍層的膜厚設為0.05μm以下。
而且，該端子材成型為例如如圖2所示的形狀的母端子2。
圖2所示的例子中，該母端子2整體形成為角筒狀，通過從其一端的開口部15嵌合公端子1而將該公端子1以從兩側夾持的狀態保持並連接。在母端子2的內部設有與被嵌合的公端子1的一面接觸的能夠彈性變形的接觸片16，並且在與該接觸片16對置的側壁17，以通過壓花加工以向內方突出的狀態形成有與公端子1的另一面接觸的半球狀的凸部18。在接觸片16上也設有山形折疊狀的折彎部19，以便與凸部18對置。當嵌合公端子1時，這些凸部18及折彎部19以朝向公端子1成凸狀的方式突出， 成為相對於該公端子1的滑動部11。
另外，如圖3示意所示，用於公端子1的端 子材由一般的回流處理材構成，該回流處理材在由Cu合金構成的基材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。在該公端子1中，將Sn系表面層22熔解除去而使CuSn合金層23出現在表面時所測定的CuSn合金層23的油積存深度Rvk小於0.2μm，通常為0.15μm左右，且Sn系表面層22的平均厚度為0.2μm以上3μm以下。
公端子1形成為平板狀，通過在銅合金板依次實施鍍Cu及鍍Sn之後進行回流處理而形成。此時，作為回流處理的加熱條件，一般在240℃以上400℃以下的溫度下保持1秒以上20秒以下的時間之後，進行驟冷。
另外，也可以不進行回流處理，就將通過鍍Sn在由Cu合金構成的基材上形成有平均厚度為0.5μm以上3μm以下的Sn系表面層的端子材作為公端子材。
使用這種母端子材及公端子材形成的連接 器，若將公端子1從該母端子2的開口部15插入到接觸片16與側壁17之間，則接觸片16從以雙點劃線所示的位置向以實線所示的位置彈性變形，保持為在其折彎部19與凸部18之間夾持公端子1的狀態。
如上前述，就母端子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0.2μm以上的陡峭的凹凸形狀，且Sn系表面層的平均厚度為0.1μm以上 0.6μm以下，在最表面形成有0.005μm以上0.05μm以下的膜厚的Ni系包覆層，因此可以抑制Sn黏合於母端子2的凸部18及折彎部19的表面，且可以有效地發揮通過將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摩擦係數降低效果，即使公端子1為通過通常的回流處理而得到的Sn系表面層的公端子，也能夠將動摩擦係數設為0.3以下。
[實施例]
作為母端子試驗片，將板厚為0.25mm的銅合金(Ni；0.5質量%以上5.0質量%以下-Zn；1.0質量%-Sn；0質量%以上0.5質量%以下-Si；0.1質量%以上1.5質量%以下-Fe；0質量%以上0.03質量%以下-Mg；0.005質量%)作為基材，依次實施鍍Cu、鍍Sn之後，作為回流處理，在還原氣氛中升溫至基材表面溫度成為240℃以上360℃以下的溫度，並保持3~15秒之後，進行水冷。在回流處理後，實施鍍Ni。作為比較例，製作出改變基材的Ni及Si濃度、鍍Cu厚度、鍍Sn厚度的試驗片，還製作出未實施鍍Ni的試驗片。
此時，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。
各電鍍層的厚度、回流條件如表2所示。
對於這些試樣，測定出回流後的Sn系表面層 的厚度、CuSn合金層的厚度、CuSn合金層的油積存深度Rvk、Ni系包覆層的厚度、CuSn合金層的露出部分上有無Ni系包覆層。
回流後的Sn系表面層及CuSn合金層的厚度、Ni系包覆層的厚度通過SII Nano Technology Inc.製造螢光X射線膜厚儀(SFT9400)進行測定。
關於Sn系表面層及CuSn合金層的厚度，對於形成Ni系包覆層之前的試樣，測定最初回流後的試樣的整個Sn系表面層的厚度之後，在例如Leybold Co.,Ltd.製造的L80等的、由蝕刻純Sn但不會使CuSn合金腐蝕的成分構成的電鍍被膜剝離用的蝕刻液中浸漬幾分鐘，由此去除Sn系表面層，使其下層的CuSn合金層露出並測定換算為純Sn時的CuSn合金層的厚度之後，將(整個Sn系表面層的厚度-換算為純Sn時的CuSn合金層的厚度)定義為Sn系表面層的厚度。
關於CuSn合金層的油積存深度Rvk，在鍍Sn被膜剝離用的蝕刻液中浸漬而去除Sn系表面層，使其下層的 CuSn合金層露出之後，使用Keyence Corporation製造雷射顯微鏡(VK-X200)，以物鏡150倍(測定視場94μm×70μm)的條件，由在長邊方向上五個點、在短邊方向上五個點共十個點的測定值的平均值求出。
關於CuSn合金層上有無Ni系包覆層，通過如下確定：對於鍍Ni後的試樣，通過AES逐漸蝕刻表面以去除Ni系包覆層而使Ni系包覆層的下方的層露出。此外，關於鍍Ni後的試樣截面，通過進行TEM分析來確認。
另一方面，作為公端子試驗片，將板厚為 0.25mm的銅合金(C2600、Cu：70質量%-Zn：30質量%)作為基材，依次實施鍍Cu、鍍Sn，並進行回流處理。作為該公端子材的回流條件，設為基材溫度270℃、保持時間6秒，回流後的Sn系表面層的厚度設為0.6μm，CuSn合金層的厚度設為0.5μm。
使用該公端子試驗片和表2的母端子試驗片測定動摩擦係數。
關於動摩擦係數，使用Trinity-Lab Inc.製造的摩擦測定儀(μV1000)，測定兩個試驗片間的摩擦力並求出動摩擦係數。根據圖4進行說明時，在水平的試驗台31上固定公端子試驗片32，在其上放置母端子試驗片33的半球凸面而使電鍍面彼此接觸，對母端子試驗片33通過砝碼34施加500gf的荷重P而設為按壓公端子試驗片32的狀態。以該施加荷重P的狀態，通過測力傳感器35測定將公端子試驗片32以滑動速度80mm/分鐘向箭頭所示的水平方向拉伸10mm時的摩擦力F。由該摩擦力F的平均值Fav和荷重P求出動摩擦係數(=Fav/P)。
並且，作為焊料潤濕性，以10mm的寬度切出試驗片，使用活性助焊劑通過弧面狀沾錫法測定過零時間。(使試驗片浸漬在焊料浴溫260℃的Sn-3%Ag-0.5%Cu焊料中，以浸漬速度2mm/sec、浸漬深度1mm、浸漬時間10秒的條件進行測定)焊料過零時間為3秒以下評價為○，超過3秒的情況評價為×。
為了評價電性可靠性，在大氣中加熱150℃×500小時來測定接觸電阻。測定方法遵照JIS-C-5402，通過四端子接觸電阻測試機(山崎精機研究所製造：CRS-1)，以滑動式(1mm)測定從0至50g的荷重變化-接觸電阻，以將荷重設為50g時的接觸電阻值進行評價。
由該表3明確可知，實施例的動摩擦係數均 小至0.3以下，顯示出良好的焊料潤濕性和接觸電阻值。
相對於此，各比較例觀察到如下的不良情況。
比較例1、2均沒有Ni系包覆層，因此動摩擦係數較大。比較例3因為Ni系包覆層的膜厚較大，因此焊料潤濕性和接觸電阻變差。比較例4、5在僅通過對Rvk較低的通用鍍錫材實施鍍Ni時雖然有降低效果，但得不到較大的效果。比較例6、7因為CuSn合金層生長過大，表面上殘留的Sn系表面層變得過少，因此焊料潤濕性和接觸電阻變差。比較例8、9因為促進CuSn合金層的生長的添加元素量較少，因此得不到充分的油積存深度Rvk，從而得不到較大的效果。
圖5是實施例5的動摩擦係數測定後的公端子試驗片的滑動面的顯微鏡照片，圖6是比較例1的顯微鏡照片，圖7是比較例2的顯微鏡照片。比較這些照片可知，實施例的公端子試驗片的Sn的黏合得到抑制，滑動面較平滑，相對於此，比較例因Sn的黏合而滑動面較粗糙。尤其，母側的Rvk較小的比較例1的Sn的黏合較嚴重，且滑動面變得更粗糙。
圖8是實施例2的通過AES而得到的元素分佈結果。圖8的(a)是通過蝕刻去除表面的氧化物後的照片，在最表面只存在Sn及Ni、NiSn合金，但如圖8的(b)所示，蝕刻150分鐘之後CuSn合金層從Ni及NiSn 合金層的下部出現。圖9是實施例2的通過TEM分析而得到的截面照片，由此可知，若Ni系包覆層的膜厚超薄為0.01μm，則在Sn系表面層上不會存在Ni系包覆層，而在CuSn合金層上優先形成Ni系包覆層。
5‧‧‧基材
6‧‧‧Sn系表面層
7‧‧‧CuSn合金層
8‧‧‧Ni系包覆層

Claims (4)

  1. 一種鍍錫銅合金端子材，其特徵為：在由Cu合金構成的基材上表面形成有Sn系表面層，在前述Sn系表面層與前述基材之間形成有CuSn合金層，將前述Sn系表面層熔解除去而使前述CuSn合金層出現在表面時所測定的前述CuSn合金層的油積存深度Rvk為0.2μm以上，並且，前述Sn系表面層的平均厚度為0.2μm以上0.6μm以下，在最表面形成有0.005μm以上0.05μm以下的膜厚的Ni系包覆層，表面的動摩擦係數為0.3以下。
  2. 如申請專利範圍第1項之鍍錫銅合金端子材，其中前述CuSn合金層的一部分在前述Sn系表面層露出，前述Ni系包覆層形成於從前述Sn系表面層露出的前述CuSn合金層上。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之鍍錫銅合金端子材，其中前述CuSn合金層的平均厚度為0.6μm以上1μm以下。
  4. 如申請專利範圍第1、2或3項之鍍錫銅合金端子材，其中前述基材含有0.5質量%以上5質量%以下的Ni及0.1質量%以上1.5質量%以下的Si，根據需要還含有總計5質量%以下的選自Zn、Sn、Fe、Mg中的一種以上，剩餘部分由Cu及不可避免的雜質構成。
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