镀锡铜合金端子材及其制造方法技术

一种镀锡铜合金端子材，在由铜或铜合金构成的基材表面形成有Sn类表面层，且在Sn类表面层与基材之间，从Sn类表面层依次形成有Cu‑Sn合金层以及Ni层或Ni合金层，所述镀锡铜合金端子材中，Cu‑Sn合金层为仅由金属间化合物合金构成的层，所述金属间化合物合金为Cu6Sn5合金的Cu的一部分取代为Ni的金属间化合物合金，Cu‑Sn合金层的一部分从Sn类表面层露出而形成多个露出部，Sn类表面层的平均厚度为0.2μm以上且0.6μm以下，Cu‑Sn合金层的露出部相对于表面积的面积率为1％以上且40％以下，Cu‑Sn合金层的各露出部的当量圆直径的平均值为0.1μm以上且1.5μm以下，表面的突出峰高Rpk为0.005μm以上且0.03μm以下，动摩擦系数为0.3以下。

Tin plated copper alloy terminal material and manufacturing method thereof

A tin copper alloy terminal material, Sn surface layer is formed on the surface of the substrate is composed of copper or copper alloy, and between Sn surface layer and the substrate, the surface layer are formed from the Sn class Cu Sn alloy layer and the Ni layer or Ni alloy layer, wherein the tin copper alloy material. Cu Sn, alloy layer is composed of intermetallic compound alloy layer, the intermetallic alloy part for Cu6Sn5 alloy Cu replace Ni intermetallic alloys, a part of the Cu Sn alloy layer from Sn surface layer exposed to form a plurality of exposed portions, the average thickness of Sn the surface layer is more than 0.2 M and 0.6 m, with Cu Sn alloy layer with respect to surface area ratio is above 1% and below 40%, the exposed portion of Cu Sn alloy layer of the equivalent diameter of average is above 0.1 M and 1.5 m below the surface. The The peak height of Rpk is above 0.005 mu m and below 0.03 mu m, and the coefficient of dynamic friction is below 0.3.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种作为使用于汽车或民用设备等的电气配线的连接的连接器用端子，尤其涉及一种作为多针连接器用的端子而有用的镀锡铜合金端子材及其制造方法。本申请主张基于2014年9月11日申请的日本专利申请2014-185033的优先权，并将其内容援用于此。
技术介绍
镀锡铜合金端子材通过在由铜合金构成的基材上实施镀铜及镀锡之后进行回流处理，在表层的Sn类表面层的下层形成Cu-Sn合金层，被广泛地用作端子材。近年来，例如在汽车领域电气化急速推进，电气设备的电路数随之增加，因此，所使用的连接器的小型化、多针化变得显著。若将连接器多针化，则即使每个针的插入力较小，插入连接器时连接器整体仍需要较大的力，而有可能使生产率下降。因此，尝试通过减小镀锡铜合金材的摩擦系数来降低每个针的插入力。例如，将基材粗化，并规定Cu-Sn合金层的表面露出度(专利文献1)，但存在接触电阻增大、焊料润湿性下降等问题。并且，也有规定Cu-Sn合金层的平均粗糙度(专利文献2)的技术，但存在为了进一步提升插拔性而无法使例如动摩擦系数成为0.3以下等问题。并且，在基材上依次实施镀镍、镀铜、镀锡，并进行回流处理，而作成基材/Ni/CuSn/Sn的层结构(专利文献3)，但因以防止加热时的接触电阻劣化为目的，而无法使动摩擦系数成为0.3以下。在此，若将雌端子按压雄端子的力(接触压力)设为P、将动摩擦系数设为μ，则雄端子通常从上下两个方向被雌端子包夹，因此连接器的插入力F成为F＝2×μ×P。为了减小该插入力F，有效的是减小接触压力P，但为了确保连接器嵌合时的雄、雌端子的电连接可靠性，不能一味地减小接触压力P，而需为3N左右。多针连接器中也有超过50针/连接器的连接器，但连接器整体的插入力F优选为100N以下，尽可能优选为80N以下或70N以下，因此，动摩擦系数μ需为0.3以下。专利文献专利文献1：日本特开2007-100220号公报专利文献2：日本特开2007-636324号公报专利文献3：日本专利第4319247号公报以往，开发出了表面的摩擦阻力得到降低的端子材，但当为嵌合雄、雌端子的连接端子时，两者使用相同的材料种类的情况较少，尤其雄端子广泛使用以黄铜为基材的通用的带镀锡的端子材。因此，即使仅对雌端子使用低插入力端子材，仍存在降低插入力的效果较小等问题。
技术实现思路
本专利技术是鉴于前述的课题而完成的，其目的在于提供一种对于使用通用的镀锡端子材的端子也能够降低嵌合时的插入力的镀锡铜合金端子材。本专利技术人等进行了深入研究的结果，认识到如下事实：即，表层的Sn层较薄，使下层的Cu-Sn合金层仅有一小部分从该表面露出有利于降低动摩擦系数。然而，因Sn层变薄，导致电连接特性下降。因此，发现了如下事实：即，若将Cu-Sn合金层作成陡峭的凹凸形状，并将表层附近作成Sn层与Cu-Sn合金层的复合结构，则能够将Cu-Sn合金层的露出控制在限制的范围而抑制电连接特性的下降，并且位于较硬的Cu-Sn合金层之间的较软的Sn发挥润滑剂的作用而降低动摩擦系数，可获得低插入力端子材。但是，若将该低插入力端子材仅用于其中一个端子，而另一个设为通用的镀锡材时，降低摩擦系数的效果减半。其原因在于，使Cu-Sn合金层的一部分从表面露出时，从表面露出的Cu-Sn合金层与Sn层间产生阶差，较硬的Cu-Sn合金层形成凸部，因此，若仅用于其中一个端子，则会产生所谓的磨料磨损，即，切削另一个通用的镀锡材的较软的Sn类表面层。基于这种见解，采用以下解决方式。本专利技术的镀锡铜合金端子材，在由铜或铜合金构成的基材上的表面形成有Sn类表面层，且在该Sn类表面层与所述基材之间，从所述Sn类表面层依次形成有Cu-Sn合金层以及Ni层或Ni合金层，所述镀锡铜合金端子材中，所述Cu-Sn合金层为仅由金属间化合物合金的层，所述金属间化合物合金为Cu6Sn5合金的Cu的一部分取代为Ni的金属间化合物合金，所述Cu-Sn合金层的一部分从所述Sn类表面层的表面露出而形成多个露出部，所述Sn类表面层的平均厚度为0.2μm以上且0.6μm以下，所述Cu-Sn合金层的所述露出部相对于所述镀锡铜合金端子材的表层的表面积的面积率为1％以上且40％以下，所述Cu-Sn合金层的所述各露出部的当量圆直径的平均值为0.1μm以上且1.5μm以下，所述镀锡铜合金端子材的表面的突出峰高Rpk为0.005μm以上且0.03μm以下，动摩擦系数为0.3以下。通过将镀锡铜合金端子材的表面的突出峰高Rpk设为0.005μm以上且0.03μm以下，将Sn类表面层的平均厚度设为0.2μm以上且0.6μm以下，将Cu-Sn合金层的露出部相对于镀锡铜合金端子材的表层的表面积的面积率设为1～40％，将Cu-Sn合金层的各露出部的当量圆直径的平均值设为0.1μm以上且1.5μm以下，能够实现镀锡铜合金端子材的动摩擦系数为0.3以下。这种情况下，因Cu的一部分取代为Ni的(Cu,Ni)6Sn5合金的存在，Cu-Sn合金层的表面形成微细的凹凸形状，而将镀锡铜合金端子材的突出峰高Rpk及Cu-Sn合金层的露出部的面积率抑制于所限制的范围。将镀锡铜合金端子材的表面的突出峰高Rpk设为0.03μm以下的原因在于，若超过0.03μm则会产生较硬的Cu-Sn合金层切削滑动对象材料的较软的Sn层的所谓的磨料磨损，使摩擦阻力变大。将镀锡铜合金端子材的突出峰高Rpk设为0.005μm以上的原因在于，当Cu-Sn合金层从Sn类表面层的表面露出时，在Sn类表面层与Cu-Sn合金层的露出部之间会产生阶差。将Sn类表面层的平均厚度设为0.2μm以上且0.6μm以下的原因在于，小于0.2μm时会导致焊料润湿性的下降、电连接可靠性的下降；若超过0.6μm则无法使表层形成Sn层与Cu-Sn合金层的复合结构而仅由Sn所占据，从而导致动摩擦系数增大。更优选Sn类表面层的平均厚度为0.3μm～0.5μm。Cu-Sn合金层的露出部相对于镀锡铜合金端子材的表面积的面积率小于1％时无法使动摩擦系数成为0.3以下；若超过40％，则焊料润湿性等电连接特性会下降。更优选面积率为2％～20％。Cu-Sn合金层的各露出部的当量圆直径的平均值小于0.1μm时，无法使Cu-Sn合金层的露出部的面积率成为1％以上；若超过1.5μm，则位于较硬的Cu-Sn合金层之间的较软的Sn无法充分发挥作为润滑剂的作用，而无法使动摩擦系数成为0.3以下。更优选当量圆直径为0.2μm～1.0μm。另外，已知Sn类表面层，若动摩擦系数测定时的垂直载荷变小，则动摩擦系数会增大，但本专利技术，即使降低垂直载荷，动摩擦系数也几乎没有变化，使用于小型端子也能够发挥效果。在本专利技术的镀锡铜合金端子材中，所述Cu-Sn合金层中的Ni含有率为1at％以上且25at％以下即可。将Ni含有率规定为1at％以上的原因在于，小于1at％时，无法形成Cu6Sn5合金的Cu的一部分取代为Ni的金属间化合物合金，而无法形成陡峭的凹凸形状；规定为25at％以下的原因在于，若超过25at％，则有Cu-Sn合金层的形状变得过于微细的倾向，若Cu-Sn合金层变得过于微细，则有无法使动摩擦系数成为0.3以下的情况。本专利技术的镀锡铜合金端子材的制造方法，通过在由铜合金构成的基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镀锡铜合金端子材，在由铜或铜合金构成的基材上的表面形成有Sn类表面层，且在该Sn类表面层与所述基材之间，从所述Sn类表面层依次形成有Cu‑Sn合金层以及Ni层或Ni合金层，所述镀锡铜合金端子材的特征在于，所述Cu‑Sn合金层为仅由金属间化合物合金构成的层，所述金属间化合物合金为Cu6Sn5合金的Cu的一部分取代为Ni的金属间化合物合金，所述Cu‑Sn合金层的一部分从所述Sn类表面层的表面露出而形成多个露出部，所述Sn类表面层的平均厚度为0.2μm以上且0.6μm以下，所述Cu‑Sn合金层的所述露出部相对于所述镀锡铜合金端子材的表层的表面积的面积率为1％以上且40％以下，所述Cu‑Sn合金层的所述各露出部的当量圆直径的平均值为0.1μm以上且1.5μm以下，所述镀锡铜合金端子材的表面的突出峰高Rpk为0.005μm以上且0.03μm以下，动摩擦系数为0.3以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.11 JP 2014-1850331.一种镀锡铜合金端子材，在由铜或铜合金构成的基材上的表面形成有Sn类表面层，且在该Sn类表面层与所述基材之间，从所述Sn类表面层依次形成有Cu-Sn合金层以及Ni层或Ni合金层，所述镀锡铜合金端子材的特征在于，所述Cu-Sn合金层为仅由金属间化合物合金构成的层，所述金属间化合物合金为Cu6Sn5合金的Cu的一部分取代为Ni的金属间化合物合金，所述Cu-Sn合金层的一部分从所述Sn类表面层的表面露出而形成多个露出部，所述Sn类表面层的平均厚度为0.2μm以上且0.6μm以下，所述Cu-Sn合金层的所述露出部相对于所述镀锡铜合金端子材的表层的表面积的面积率为1％以上且40％以下，所述Cu-Sn合金层的所述各露出部的当量圆直径的平均值为0.1μm以上且1.5μm以下，所述镀锡铜合金端子材的表面的突出峰高Rpk为0.005μm以上且0.03μm以下，动...

【专利技术属性】
技术研发人员：加藤直树，井上雄基，中矢清隆，
申请(专利权)人：三菱综合材料株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP