專(zhuān)利名稱(chēng)：回焊鍍Sn構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于連接器、端子、繼電器、開(kāi)關(guān)等導(dǎo)電性彈簧材料，且在由Cu或Cu基合金構(gòu)成的基材表面形成回焊(リフロー)Sn層而成的回焊鍍Sn構(gòu)件。
背景技術(shù)：
在連接器、端子、繼電器等導(dǎo)電部件中使用對(duì)銅合金進(jìn)行了鍍敷的鍍敷構(gòu)件，其中，汽車(chē)用連接器中，多使用對(duì)銅合金進(jìn)行鍍Sn而得的鍍Sn材料。車(chē)載連接器存在因車(chē)載電氣安裝件的増加所導(dǎo)致的多極化的傾向，且在連接器嵌合時(shí)插拔力増大。通常，由于連接器的嵌合是靠人力進(jìn)行的，因而存在操作載荷增加的問(wèn)題。另ー方面，鍍Sn材料還要求不產(chǎn)生晶須且在高溫環(huán)境下焊料濕潤(rùn)性或接觸電阻不易劣化。尤其有報(bào)告指出伴隨連接器廠商的制造エ廠的海外轉(zhuǎn)移，鍍敷后的構(gòu)件被長(zhǎng)期保存在海外的高溫多濕地域，或者在焊接時(shí)在安裝爐內(nèi)部被加熱，從而導(dǎo)致焊料濕潤(rùn)性、接觸電阻劣化的情況。進(jìn)而，鍍Sn材料暴露在汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)室等高溫下，因而存在銅從銅基材擴(kuò)散至鍍Sn層、或鍍Sn層被氧化造成接觸電阻劣化的情形。因此,公開(kāi)了將鍍Sn層的(321)面的取向指數(shù)(orientation index)控制在2. 5以上4. O以下，抑制了鍍Sn層晶須產(chǎn)生的鍍Sn材料(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)I)。還公開(kāi)了在鍍Sn層與銅基材之間設(shè)置Ni層，以使即便鍍Sn材料暴露于高溫下銅也不會(huì)從銅基材擴(kuò)散的回焊鍍Sn材料(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)2)。進(jìn)而，公開(kāi)了將溶解鍍Sn層時(shí)出現(xiàn)的Cu-Sn合金相的平均粗糙度控制于O. 05 O. 3 μ m,使插拔性及耐熱性提高的回焊鍍Sn材料(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)3)。還公開(kāi)了將未進(jìn)行回焊的鍍Sn層的(101)面的取向指數(shù)控制于2. O以下，使沖壓性及耐晶須性提高的鍍Sn材料(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)4)?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專(zhuān)利文獻(xiàn)
專(zhuān)利文獻(xiàn)I :日本特開(kāi)2008-274316號(hào)公報(bào) 專(zhuān)利文獻(xiàn)2 :日本特開(kāi)2003-293187號(hào)公報(bào) 專(zhuān)利文獻(xiàn)3 :日本特開(kāi)2007-63624號(hào)公報(bào) 專(zhuān)利文獻(xiàn)4 :日本專(zhuān)利3986265號(hào)公報(bào)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題
然而，就抑制晶須產(chǎn)生的方面而言，優(yōu)選對(duì)基材表面的鍍Sn層進(jìn)行回焊，就該方面而言，為專(zhuān)利文獻(xiàn)4記載的技術(shù)時(shí)，在苛刻環(huán)境下很難說(shuō)耐晶須性是優(yōu)異的。另外，作為降低連接器嵌合時(shí)的插拔カ的方法，存在將鍍Sn厚度減薄的方法，但若將鍍Sn厚度減薄，則加熱后的焊料濕潤(rùn)性會(huì)劣化，因而，由鍍Sn厚度的減少所造成的插拔カ降低有限，從而需要利用新的方法來(lái)降低插拔力。本發(fā)明是為了解決上述課題而完成的發(fā)明，其目的在于提供ー種抑制晶須產(chǎn)生、同時(shí)降低插拔カ的回焊鍍Sn構(gòu)件。用于解決技術(shù)問(wèn)題的方法
本發(fā)明人等進(jìn)行了各種研究，結(jié)果通過(guò)控制形成于基材表面的回焊Sn層表面的取向，成功地降低了插拔力。S卩，本發(fā)明的回焊鍍Sn構(gòu)件，在由Cu或Cu基合金構(gòu)成的基材表面形成有回焊Sn層，該回焊Sn層表面的(101)面的取向指數(shù)為2. O以上且5. O以下。所述回焊Sn層優(yōu)選為在所述基材表面形成鍍Cu層，并對(duì)形成于該鍍Cu層表面的鍍Sn層進(jìn)行回焊而形成。更優(yōu)選在所述回焊Sn層與所述基材之間形成有Ni層。
發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明，可獲得抑制晶須產(chǎn)生、同時(shí)降低插拔カ的回焊鍍Sn構(gòu)件。
具體實(shí)施例方式以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。予以說(shuō)明，本發(fā)明中，只要無(wú)特別限定，則％
表示質(zhì)量％。對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的回焊鍍Sn構(gòu)件，回焊Sn層形成在由Cu或Cu基合金構(gòu)成的基材表面，且該回焊Sn層表面的(101)面的取向指數(shù)為2. O以上且5. O以下。作為Cu或Cu基合金，可例示以下類(lèi)型。(I)Cu-Ni-Si 系合金
作為 Cu-Ni-Si 系合金，可列舉 C70250(CDA 編號(hào)，以下同樣Cu-3%Ni_0. 5%Si_0. IMg)、C64745(Cu-1. 6%Ni-0. 4%Si-0. 5%Sn-0. 4%Zn)。⑵黃銅
作為黃銅，可列舉 C26000 (Cu-30%Zn)、C26800 (Cu_35%Zn)。⑶紅銅
作為紅銅,可列舉 C21000、C22000、C23000。(4)鈦銅
作為鈦銅，可列舉C19900 (Cu-3%Ti)。(5)磷青銅
作為磷青銅，可列舉 C51020、C51910、C52100、C52400?；睾窼n層可通過(guò)在對(duì)上述基材表面進(jìn)行鍍Sn后實(shí)施回焊處理而獲得。上述基材中的Cu通過(guò)回焊而向表面擴(kuò)散，并從回焊Sn層的表面?zhèn)绕鸢凑誗n層、Cu-Sn合金層、基材的順序構(gòu)成層構(gòu)造。作為回焊Sn層，除Sn單獨(dú)的組成外,可使用Sn-Cu、Sn-Ag> Sn-Pb等Sn合金。另外還存在在Sn層與基材之間設(shè)置Cu基底層和/或Ni基底層的情況。將回焊Sn層的表面的(101)面的取向指數(shù)設(shè)為2. O以上且5. O以下，由此可改善用于連接器等中時(shí)的插拔性。當(dāng)回焊Sn層表面的(101)面的取向指數(shù)小于2. O吋，無(wú)法獲得所需的插拔性，若超過(guò)5. O吋，雖然插拔性變得良好，但加熱后的焊料濕潤(rùn)性劣化。插拔性通過(guò)控制回焊Sn層表面的(101)面的取向而得到改善的原因并不明確，但認(rèn)為是以下原因。首先，Sn相的滑動(dòng)體系是{110}
、{100}
、{111} [101]、{101}[101]、{121} [101]這5組，{101}面成為Sn的滑動(dòng)面。因此，通過(guò)使{101}面増大(2. O以上)，與回焊Sn層表面平行的滑動(dòng)面的比率變高。因此，認(rèn)為在連接器嵌合時(shí)對(duì)鍍Sn表面施加剪切カ時(shí)，鍍敷表面會(huì)因相對(duì)較低的應(yīng)カ而變形。為了將回焊Sn層表面的(101)面的取向指數(shù)控制于上述范圍，需要使上述基材的表面的取向改變，并以適當(dāng)?shù)臈l件進(jìn)行回焊處理。上述基材本身的表面的(101)面的取向指數(shù)為I. 5左右，但即便對(duì)此種基材直接實(shí)施鍍Sn、進(jìn)行回焊，也無(wú)法將回焊Sn層表面的
(101)面的取向指數(shù)控制于2. O以上。因此，在基材表面形成(101)面優(yōu)先取向的鍍Cu層，對(duì)鍍Cu層的表面進(jìn)行鍍Sn后，若在使回焊時(shí)的(回焊爐內(nèi)的)溫度為450 600°C、使回焊時(shí)間為8 20秒的條件下進(jìn)行回焊處理，則可滿足所需的接觸電阻或焊料濕潤(rùn)性，且可使回焊Sn層表面的(101)面的取向指數(shù)為2. O以上。
通過(guò)電鍍形成的鍍Cu在回焊時(shí)被Cu-Sn合金層的形成所消耗，其厚度可以變?yōu)榱?。然而，若回焊前的鍍Cu層的厚度為I. Oym以上，則存在回焊后的Cu-Sn合金層的厚度變厚，經(jīng)過(guò)加熱時(shí)的接觸電阻的増大或焊料濕潤(rùn)性的劣化變得明顯，從而耐熱性降低的情形。認(rèn)為其原因在于，由電鍍所形成的鍍Cu層中Cu作為電沉積粒存在，與作為軋制材料的基材中的Cu相比，更容易通過(guò)熱量而擴(kuò)散至表面。在回焊溫度小于450°C時(shí)，或者回焊時(shí)間小于8秒時(shí)，向鍍敷層的取向繼承不充分，(101)面的取向指數(shù)變得小于2.0，無(wú)法獲得所需的插拔性。當(dāng)回焊溫度超過(guò)600°C吋，或者回焊時(shí)間超過(guò)20秒?yún)迹?101)面的取向指數(shù)超過(guò)5.0，插拔性變得良好，但加熱后的焊料濕潤(rùn)性劣化。為了控制鍍Cu層的取向、并使(101)面的取向指數(shù)比基材更高，只要對(duì)鍍Cu浴添加硅膠和/或鹵化物離子并實(shí)施鍍Cu即可。鹵化物離子優(yōu)選使用氯化物離子。氯化物離子的濃度調(diào)整例如可通過(guò)對(duì)鍍敷浴添加氯化鉀來(lái)進(jìn)行調(diào)整，但只要是在鍍敷浴中會(huì)電離成氯化物離子的化合物，則并不限定于鉀鹽。鍍Cu浴可使用硫酸銅浴，在浴中単獨(dú)添加硅膠時(shí)，添加10mL/L以上(表示比重1. 12g/m3且ニ氧化硅含有率為20wt%的硅膠的體積，ニ氧化娃粒徑10-20 nm),單獨(dú)添加氯化物離子時(shí),添加25mg/L以上，由此可實(shí)現(xiàn)鍍Cu層的取向控制。另外，也可同時(shí)添加硅膠、鹵化物離子。將(101)面優(yōu)先取向的鍍Cu的厚度設(shè)為O. 2μπι以上且小于I. Ομπι的范圍，在其上實(shí)施O. 7 2. O μ m厚度的鍍Sn，將回焊時(shí)的溫度設(shè)為450 600°C，將回焊時(shí)間設(shè)為8 20秒來(lái)進(jìn)行回焊處理，由此可獲得上述鍍敷構(gòu)造?；睾窼n層(金屬Sn的層)的平均厚度優(yōu)選設(shè)為O. 2 I. 8 μ m。存在若回焊Sn層的厚度小于O. 2 μ m則焊料濕潤(rùn)性降低，若超過(guò)I. 8 μ m則插入力増大的情形。形成于回焊Sn層與基材之間的Cu-Sn合金層的厚度優(yōu)選設(shè)為O. 5 I. 9 μ m。由于Cu-Sn合金層是硬質(zhì)的，因而若以O(shè). 5μπι以上的厚度存在，則有助于降低插入力。另ー方面，若Cu-Sn合金層的厚度超過(guò)I. 9 μ m，則存在經(jīng)加熱時(shí)的接觸電阻的増大或焊料濕潤(rùn)性的劣化變明顯，耐熱性降低的情形。也可在回焊Sn層與基材之間形成Ni層。Ni層可通過(guò)在對(duì)上述基材的表面依次進(jìn)行鍍Ni、鍍Cu、鍍Sn后，實(shí)施回焊處理而獲得。上述基材中的Cu通過(guò)回焊而向表面擴(kuò)散，且從回焊Sn層的表面?zhèn)绕鸢凑誗n層、Cu-Sn合金層、Ni層、基材的順序構(gòu)成層構(gòu)造，但由于Ni層會(huì)防止Cu自基材擴(kuò)散，因而Cu-Sn合金層不會(huì)變厚。另外，鍍Cu是為了使回焊Sn層表面的(101)面的取向?yàn)?. O以上而進(jìn)行的。回焊后的Ni層的厚度優(yōu)選設(shè)為O. I 0.5 μ m。Ni層的厚度小于O. I μ m時(shí)存在耐腐蝕性或耐熱性降低的情形。另ー方面，若回焊后的Ni層的厚度超過(guò)O. 5 μ m，則耐熱性的改善效果飽和，成本變高，因而Ni層的厚度的上限優(yōu)選設(shè)為O. 5 um。
實(shí)施例接著列舉實(shí)施例進(jìn)ー步詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明并不限定于此。<實(shí)施例1>
在基材(板厚O. 3 mm的Cu-1. 6%Ni_0. 4%Si合金)的單面上通過(guò)電鍍分別實(shí)施厚度 O. 5 μ m的鍍Cu、I. O μ m的鍍Sn后，以表I所示的條件進(jìn)行回焊處理，獲得回焊鍍Sn構(gòu)件。作為鍍Cu浴，使用硫酸濃度60 g/L、硫酸銅濃度200 g/L、浴溫50°C的硫酸銅浴，進(jìn)而以表I所示的比例添加硅膠(日產(chǎn)化學(xué)エ業(yè)公司制造的“SnowtexO”，比重1. 12，且ニ氧化硅含有率20wt%、ニ氧化硅粒徑10-20 nm)和/或氯化物離子(氯化鉀)。將鍍Cu的電流密度設(shè)為5 A/dm2，一面以轉(zhuǎn)數(shù)為200 rpm的攪拌葉片攪拌鍍敷浴，一面進(jìn)行鍍敷。鍍Sn浴使用甲磺酸80 g/L、甲磺酸錫250 g/L、浴溫50°C、非離子系表面活性劑5g/L的浴。將鍍Sn的電流密度設(shè)為8 A/dm2，一面以轉(zhuǎn)數(shù)為200 rpm的攪拌葉片攪拌鍍敷浴一面進(jìn)行鍍敷。<評(píng)價(jià)>
1.取向指數(shù)的測(cè)定
將所得的回焊鍍Sn構(gòu)件切割成寬度20 mm X長(zhǎng)度20 mm的試驗(yàn)片，利用X射線衍射儀對(duì)回焊Sn層表面的取向進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定(Θ-2 Θ掃描)。作為輻射源，使用CuKa線，以管電流100mA、管電壓30kV實(shí)施測(cè)定。取向指數(shù)K利用下式求出。K = {A/B} / {C/D}
A (101)面的峰強(qiáng)度(cps)
B :考慮到的取向面((200)、(101)、(220)、(211)、(301)、(112)、(400)、(321)、(420)、(411)、(312)、(431)、(103)、(332))的峰強(qiáng)度之和(cps)
C :X射線衍射的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)(粉末法)中的(101)面的強(qiáng)度 D :X射線衍射的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)(粉末法)中的取向面(B所規(guī)定的面)的強(qiáng)度的總和
2.耐熱性的評(píng)價(jià)
作為耐熱性的評(píng)價(jià)，將所得的回焊鍍Sn構(gòu)件以145°C加熱500小時(shí)后，測(cè)定回焊Sn層表面的接觸電阻。接觸電阻利用山崎精機(jī)研究所制造的電接點(diǎn)模擬器CRS-113-Au型，通過(guò)四端子法以電壓200mV、電流10mA、滑動(dòng)載荷O. 49N、滑動(dòng)速度lmm/min、滑動(dòng)距離Imm進(jìn)行測(cè)定。3.插拔性的評(píng)價(jià)
根據(jù)所得的回焊鍍Sn構(gòu)件的回焊Sn層表面的動(dòng)摩擦系數(shù)，對(duì)插拔性進(jìn)行評(píng)價(jià)。首先，將樣品固定于樣品臺(tái)上，并自樣品的基材側(cè)擠壓直徑7 mm的不銹鋼球，以使回焊Sn層表面鼓成半球狀。該回焊Sn層表面的鼓出部為“陰”側(cè)。其次，將未擠壓不銹鋼球的相同的樣品以使回焊Sn層表面露出的方式安裝于移動(dòng)臺(tái)上。該面為“陽(yáng)”側(cè)。進(jìn)而，將“陰”側(cè)的鼓出部載置于“陽(yáng)”側(cè)的回焊Sn層上，使兩者接觸。在此狀態(tài)下，一面對(duì)鼓出部的內(nèi)側(cè)(基材側(cè))施加規(guī)定載荷w( = 4.9 N) 一面使移動(dòng)臺(tái)在水平方向上移動(dòng)，此時(shí)利用測(cè)カ計(jì)對(duì)伴隨水平方向上的移動(dòng)而產(chǎn)生的阻力F進(jìn)行測(cè)定。樣品的滑動(dòng)速度(移動(dòng)臺(tái)的水平移動(dòng)速度)設(shè)為50mm/min，滑動(dòng)方向設(shè)為與樣品的軋制方向平行的方向?；瑒?dòng)距離設(shè)為100mm，求出其間的F的平均值。而且，通過(guò)μ =F/W算出動(dòng)摩擦系數(shù)μ ο4.焊料濕潤(rùn)性的評(píng)價(jià)
根據(jù)JIS-C60068的焊接 試驗(yàn)方法(平衡法)，對(duì)所得的回焊鍍Sn構(gòu)件及無(wú)鉛焊料的濕潤(rùn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。鍍Sn構(gòu)件是寬度10 mm X長(zhǎng)度50 mm的條狀試驗(yàn)片,試驗(yàn)利用RHESCA公司制造的SAT-20焊接檢測(cè)儀在下述條件下進(jìn)行。根據(jù)所得的載荷/時(shí)間曲線求出零交叉時(shí)間。對(duì)于濕潤(rùn)性，當(dāng)零交叉時(shí)間為6秒以下時(shí)判定為〇，超過(guò)6秒時(shí)判定為X。(助焊劑涂布)
進(jìn)行如下設(shè)定，助焊劑25%松香-こ醇，助焊劑溫度室溫，助焊劑深度20 mm，助焊劑浸潰時(shí)間5秒。另外，垂切方法是將邊緣接觸濾紙5秒將助焊劑除去，固定在裝置上保持30秒來(lái)進(jìn)行。(焊接)
以如下條件進(jìn)行焊接，焊料組成Sn-3. 0%Ag-0. 5% Cu (千住金屬エ業(yè)公司制造)，焊料溫度250°C，焊料浸潰速度4mm/s，焊料浸潰深度2mm，焊料浸潰時(shí)間10秒。く實(shí)施例2 >
在通過(guò)電鍍對(duì)上述基材的單面實(shí)施厚度O. 3 μ m的鍍Ni后，與實(shí)施例I同樣地分別實(shí)施厚度O. 5 μ m的鍍Cu、I. O μ m的鍍Sn。此后，在表2所示的條件下進(jìn)行回焊處理，獲得回焊鍍Sn構(gòu)件。作為鍍Ni浴，使用硫酸鎳250 g/L、氯化鎳45 g/L、硼酸30 g/L、浴溫50°C的浴。將鍍Ni的電流密度設(shè)為5 A/dm2，一面以轉(zhuǎn)數(shù)200 rpm的攪拌葉片攪拌鍍敷浴一面進(jìn)
行鍍敷。<實(shí)施例3 >
使鍍Ni、鍍Cu及鍍Sn的厚度如表3所示進(jìn)行改變，除此以外，與實(shí)施例I和實(shí)施例2同樣地分別實(shí)施鍍Ni、鍍Cu、鍍Sn。此后，在550°C X 15sec的條件下進(jìn)行回焊處理，獲得回焊鍍Sn構(gòu)件。作為鍍Cu浴，使用硫酸濃度60g/L、硫酸銅濃度200g/L、浴溫50°C的硫酸銅浴，進(jìn)而，添加硅膠(日產(chǎn)化學(xué)エ業(yè)公司制造的“SnoWteX0”)15mL/L(表示比重1. 12g/m3且ニ氧化硅含有率為20wt%的硅膠的體積，ニ氧化硅粒徑10-20 nm)及氯化物離子(氯化鉀)25mg/L。將鍍Cu的電流密度設(shè)為5A/dm2，一面以轉(zhuǎn)數(shù)200 rpm的攪拌葉片攪拌鍍敷浴一面進(jìn)行鍍敷。將所得結(jié)果不于表I 表3。予以說(shuō)明，表I的發(fā)明例I 7、比較例8 14是在實(shí)施例I的條件下進(jìn)行的結(jié)果。表2的發(fā)明例20 23、比較例30 35是在實(shí)施例2的條件下進(jìn)行的結(jié)果。表3的發(fā)明例40 49、比較例50 54是在實(shí)施例3的條件下進(jìn)行的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.ー種回焊鍍Sn構(gòu)件，其中，在由Cu或Cu基合金構(gòu)成的基材表面形成有回焊Sn層，該回焊Sn層表面的(101)面的取向指數(shù)為2. 0以上且5. 0以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的回焊鍍Sn構(gòu)件，其中，所述回焊Sn層是在所述基材的表面形成鍍Cu層，對(duì)形成于該鍍Cu層表面的鍍Sn層進(jìn)行回焊而形成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的回焊鍍Sn構(gòu)件，其中，在所述回焊Sn層與所述基材之間形成有Ni層。
全文摘要
本發(fā)明提供抑制晶須產(chǎn)生、同時(shí)降低了插拔力的回焊鍍Sn構(gòu)件。該回焊鍍Sn構(gòu)件中，在由Cu或Cu基合金構(gòu)成的基材表面形成有回焊Sn層，該回焊Sn層表面的(101)面的取向指數(shù)為2.0以上且5.0以下。
文檔編號(hào)H01R13/03GK102666938SQ20108005420
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2010年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者前田直文 申請(qǐng)人:Jx日礦日石金屬株式會(huì)社