插拔性优异的镀锡铜合金端子材制造技术

一种铜合金端子材，其为在由Cu合金构成的基材上的表面形成Sn系表面层，在该Sn系表面层与所述基材之间形成CuSn合金层的镀锡铜合金端子材，其特征在于，所述CuSn合金层为如下的合金层：将Cu6Sn5作为主成分且在所述基材侧界面附近具有该Cu6Sn5的Cu的一部分替换为Ni以及Si的化合物，所述CuSn合金层的油积存深度Rvk为0.2μm以上，且所述Sn系表面层的平均厚度为0.2μm以上0.6μm以下，露出于所述Sn系表面层的表面的所述CuSn合金层的面积率为10%以上40%以下，动摩擦系数为0.3以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】插拔性优异的镀锡铜合金端子材
本专利技术涉及一种作为在汽车、民用设备等的电气配线的连接中使用的连接器用端子、尤其作为多针连接器用端子而有用的镀锡铜合金端子材。本申请主张基于2011年8月12日申请的日本专利申请2011-177310号以及2012年1月26日申请的日本专利申请2012-14381号的优先权，并将其内容援用于本说明书中。
技术介绍
镀锡铜合金端子材在由铜合金构成的基材上实施镀Cu以及镀Sn之后进行回流处理，由此在表层的Sn系表面层的下层形成CuSn合金层，其作为端子材而被广泛使用。近年来，例如对汽车急速进行电子化，并随此电气设备的线路数量增加，因此所使用的连接器的小型化、多针化变得显著。若连接器多针化，则即使每单针的插入力较小，插入连接器时连接器整体也需要较大的力，会担心生产率降低。因此，尝试通过减小镀锡铜合金材的摩擦系数来降低每单针的插入力。例如，有将基材粗糙化而规定CuSn合金层的表面露出度的技术（专利文献1），但存在接触电阻增大，焊料润湿性下降的问题。另外，还有规定CuSn合金层的平均粗糙度的技术（专利文献2），但存在为了进一步提高插拔性而无法例如将动摩擦系数降低到0.3以下的问题。专利文献1：日本专利公开2007-100220号公报专利文献2：日本专利公开2007-63624号公报为了降低镀锡铜合金端子材的摩擦系数，若使表层的Sn层变薄，并使比Sn硬的CuSn合金层的一部分露出于表层，则能够使摩擦系数变得非常小。然而，若CuSn合金层露出于表层，则在表层形成Cu氧化物，其结果，引起接触电阻增大，焊料润湿性下降。另外，存在即使控制了CuSn合金层的平均粗糙度，也无法将动摩擦系数降低到0.3以下的问题。
技术实现思路
本专利技术是鉴于前述课题而提出的，其目的在于提供一种在发挥优异的电连接特性的同时将动摩擦系数降低到0.3以下的插拔性优异的镀锡铜合金端子材。本专利技术人等进行深入研究的结果得到如下见解：表层的Sn层较薄，下层的CuSn层稍微露出于其表面，这有利于降低动摩擦系数，在此认识下，为了抑制因Sn层变薄而引起的电连接特性的下降，需要将CuSn合金层的表面露出控制在有限的范围内，为此，Sn层与其下层的CuSn层之间的界面形状很重要。即，自表面起几百nm深度范围的结构会对动摩擦系数产生较大影响，研究结果发现，当表层附近为Sn与CuSn的复合结构时，存在于较硬的CuSn合金层之间的较软的Sn发挥润滑剂的作用，动摩擦系数降低。此时，Sn层与CuSn层的界面为陡峭的凹凸形状很重要，作为其界面形状着眼于油积存深度Rvk。另外还发现，为了得到较好的油积存深度Rvk，Ni以及Si的存在很重要。基于上述见解，将以下作为解决方法。即，本专利技术的镀锡铜合金端子材为在由Cu合金构成的基材上的表面形成Sn系表面层，在该Sn系表面层与所述基材之间形成CuSn合金层的镀锡铜合金端子材，其中，所述CuSn合金层为如下的合金层：将Cu6Sn5作为主成分且在所述基材侧界面附近具有该Cu6Sn5的Cu的一部分替换为Ni以及Si的化合物。所述CuSn合金层的油积存深度Rvk为0.2μm以上，且所述Sn系表面层的平均厚度为0.2μm以上0.6μm以下，露出于所述Sn系表面层的表面的所述CuSn合金层的面积率为10%以上40%以下，动摩擦系数为0.3以下。通过将CuSn合金层的油积存深度Rvk设为0.2μm以上，且将Sn系表面层的平均厚度设为0.2μm以上0.6μm以下，将在Sn系表面层的表面上的CuSn合金层的露出面积率设为10%以上40%以下，能够实现动摩擦系数成为0.3以下，此时，通过形成于CuSn合金层下部的Cu的一部分替换为Ni以及Si的（Cu，Ni，Si）6Sn5合金的存在，使CuSn合金层的凹凸陡峭而使Rvk成为0.2μm以上，并将露出于表面的面积率控制在有限的范围内。CuSn合金层的油积存深度Rvk小于0.2μm时，存在于CuSn间的Sn较少，无法使动摩擦系数成为0.3以下。更优选油积存深度Rvk为0.3μm以上。将Sn系表面层的平均厚度设为0.2μm以上0.6μm以下是因为，若小于0.2μm，则导致焊料润湿性下降，电连接可靠性降低，若超过0.6μm，则无法使表层成为Sn与CuSn的复合结构而仅被Sn占据，因此动摩擦系数增大。更优选Sn系表面层的平均厚度为0.25μm以上0.5μm以下。Sn系表面层的表面上的CuSn合金层的露出面积率小于10%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降低。更优选面积率为10%以上30%以下。另外，已知若测定动摩擦系数时的垂直荷载变小，则Sn系表面层的动摩擦系数增大，但本专利技术即使降低垂直荷载，动摩擦系数也几乎不发生变化，用于小型端子仍能够发挥效果。在本专利技术的镀锡铜合金端子材中，露出于所述Sn系表面层的表面的所述CuSn合金层的各露出部的当量圆直径为0.6μm以上2.0μm以下即可。露出于Sn系表面层的表面的CuSn合金层的各露出部的当量圆直径小于0.6μm时，无法使Sn系表面层的厚度满足预定范围的同时使CuSn合金层的露出面积率成为10%以上，若超过2.0μm，则存在于较硬的CuSn合金层之间的较软的Sn无法充分发挥润滑剂的作用，无法使动摩擦系数成为0.3以下。更优选为0.6μm以上1.3μm以下。在本专利技术的镀锡铜合金端子材中，所述CuSn合金层的平均厚度为0.6μm以上1μm以下即可。CuSn合金层的平均厚度小于0.6μm时，很难使油积存深度Rvk成为0.2μm以上，而为了形成1μm以上的厚度，需要将Sn系表面层加厚为必要之上，故不经济。在本专利技术的镀锡铜合金端子材中，所述基材含有0.5质量%以上5质量%以下的Ni，以及0.1质量%以上1.5质量%以下的Si，还根据需要总计含有5质量%以下的选自Zn、Sn、Fe、Mg中的一种以上，且剩余部分由Cu及不可避免杂质构成即可。为了使CuSn系表面层的油积存深度Rvk成为0.2μm以上，需要在CuSn合金层中使Ni以及Si固溶。此时，若使用含有Ni以及Si的基材，则能够在回流时将Ni以及Si由基材供给到CuSn合金层中。其中，基材中的这些Ni以及Si的含量中，Ni小于0.5质量%且Si小于0.1质量%时，无法分别显现Ni或Si的效果，若Ni超过5质量%，则有可能在铸造和热轧时产生破裂，若Si超过1.5质量%，则导电性下降，因此优选Ni为0.5质量%以上5质量%以下，且Si为0.1质量%以上1.5质量%以下。为了提高强度、耐热性，添加Zn、Sn即可，另外，为了提高应力松弛特性，添加Fe、Mg即可，但若总计超过5质量%，则导电性下降，故不优选。本专利技术的镀锡铜合金端子材的制造方法为制造在由Cu合金构成的基材上依次形成Cu镀层以及Sn镀层之后，通过进行回流处理，在所述基材上经由CuSn合金层形成Sn系表面层的镀锡铜合金端子材的方法，其中，作为所述基材，使用含有0.5质量%以上5质量%以下的Ni、0.1质量%以上1.5质量%以下的Si，还根据需要总计含有5质量%以下的选自Zn、Sn、Fe、Mg中的一种以上，且剩余部分由Cu及不可避免杂质构成的铜合金，将所述Cu镀层的厚度设为0.03μm以上0.14μm以下，将所述S本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜合金端子材，其为在由Cu合金构成的基材上的表面形成Sn系表面层，在该Sn系表面层与所述基材之间形成CuSn合金层的镀锡铜合金端子材，其特征在于，所述CuSn合金层为如下的合金层：将Cu6Sn5作为主成分且在所述基材侧界面附近具有该Cu6Sn5的Cu的一部分替换为Ni以及Si的化合物，所述CuSn合金层的油积存深度Rvk为0.2μm以上，且所述Sn系表面层的平均厚度为0.2μm以上0.6μm以下，露出于所述Sn系表面层的表面的所述CuSn合金层的面积率为10%以上40%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】2011.08.12 JP 2011-177310;2012.01.26 JP 2012-01431.一种铜合金端子材，其为在由Cu合金构成的基材上依次形成Cu镀层以及Sn镀层之后，通过进行回流处理，在所述基材上的表面形成Sn系表面层，在该Sn系表面层与所述基材之间形成CuSn合金层的镀锡铜合金端子材，其特征在于，将所述Cu镀层的厚度设为0.03μm以上0.14μm以下，将所述Sn镀层的厚度设为0.6μm以上1.3μm以下，通过将基材的表面温度升温至240℃以上360℃以下之后，在该温度下保持以下(1)～(3)所示的时间后水冷来进行所述回流处理：(1)对于Sn镀层的厚度为0.6μm以上且小于0.8μm的情况，当Cu镀层的厚度为0.03μm以上且小于0.05μm时为1秒以上3秒以下，当Cu镀层的厚度为0.05μm以上且小于0.08μm时为1秒以上6秒以下，当Cu镀层的厚度为0.08μm以上0.14μm以下时为6秒以上9秒以下；(2)对于Sn镀层的厚度为0.8μm以上且小于1.0μm的情况，当Cu镀层的厚度为0.03μm以上且小于0.05μm时为3秒以上6秒以下，当Cu镀层的厚度为0.05μm以上且小于0.08μm时为3秒以上9秒以下，当Cu镀层的厚度为0.08μm以上0.14μm以下时为6秒以上12秒以下；(3)对于Sn镀层的厚度为1.0μm以上1.3μm以下的情况，当Cu镀层的厚度为0.03μm以上且小于0.05μm时为6秒以上9秒以下，当Cu镀层的厚度为0.05μm以上且小于0.08μm时为6秒以上12秒以下，当Cu镀层的厚度为0.08μm以上0.14μm以下时为9秒以上12秒以下，所述CuSn合金层为如下的合金层：将Cu6Sn5作为主成分且在所述基材侧界面附近具有该Cu6Sn5的Cu的一部分替换为Ni以及Si的化合物，所述CuSn合金层与所述Sn系表面层的界面中的油积存深度Rvk为0.2μm以上，且所述Sn系表面层的平均厚度为0.2μm以上0.6μm以下，露出于所述Sn系表面层的表面的所述CuSn合金层的面积率为10％以上40％以下，动摩擦系数为0.3以下，所述基材含有0.5质量％以上5质量％...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷之内勇树，加藤直树，久保田贤治，
申请(专利权)人：三菱综合材料株式会社，
类型：
国别省市：