镀锡铜合金端子材的制作方法_2

文档序号:8432782阅读:来源:国知局
图9是测定动摩擦系数后的实施例2的雄端子试验片表面的显微镜照片。
[0035] 图10是测定动摩擦系数后的比较例1的雄端子试验片表面的显微镜照片。
[0036] 图11是测定动摩擦系数后的比较例3的雄端子试验片表面的显微镜照片。
[0037] 图12是测定动摩擦系数后的实施例24的雄端子试验片表面的显微镜照片。
[003引图13是测定动摩擦系数后的比较例13的雄端子试验片表面的显微镜照片。
[0039] 符号说明:
[0040] 1-雄端子,2-雌端子,5-基材,6-锡系表面层,7-铜锡合金层,8-镶锡合金层, 9-镶或镶合金层,10-镶系包覆层,11-滑动部,15-开口部,16-接触片,17-侧壁,18-凸部, 19-折弯部,21-基材,22-锻锡层,23-铜锡合金层,31-工作台,32-雄端子试验片,33-雌端 子试验片,34-破码,35-测力传感器。
【具体实施方式】
[0041] 对本发明的实施方式的锻锡铜合金端子材进行说明。
[0042] 如图1示意所示,本实施方式的锻锡铜合金端子材在由铜或铜合金构成的基材5 上的表面形成有锡系表面层6,在锡系表面层6与基材5之间,从锡系表面层6开始依次形 成有铜锡合金层7/镶锡合金层8/镶或镶合金层9,在锡系表面层6之上形成有0. 005ym W上0. 05ymW下的镶系包覆层10,表面的动摩擦系数为0. 3W下。
[0043] 此时,铜锡合金层7的一部分露出在锡系表面层6上,在从锡系表面层6露出的铜 锡合金层7的露出部分、或在遍及该铜锡合金层7的露出部分及其周围的锡系表面层6的 区域形成有镶系包覆层10。
[0044] 基材若由铜或铜合金构成,则其组成并没有特别限定。
[0045] 镶或镶合金层为由纯镶、镶钻(Ni-Co)和镶鹤(Ni-W)等镶合金构成的层。
[0046] 铜锡合金层为WCUeSns为主成分且化eSns的铜的一部分被镶取代的化合物合金 层,镶锡合金层为WNisSriA为主成分且Ni3Sri4的镶的一部分被铜取代的化合物合金层。如 后述,该些化合物层通过在基材之上依次形成锻镶层、锻铜层、锻锡层并进行回流处理来形 成,在镶或镶合金层之上依次形成镶锡合金层、铜锡合金层。
[0047] 并且,在铜锡合金层与锡系表面层之间的界面形成为睹峭的凹凸状,铜锡合金层 的局部顶峰的平均间隔S为0. 8ymW上2. 0ymW下。局部顶峰的平均间隔S,就是从粗趟 度曲线沿其平均线的方向仅选取基准长度并求出与相邻的局部顶峰间对应的平均线的长 度,在该基准长度的范围内求出的多个局部顶峰间的平均值。可W通过测定由蚀刻液去除 镶系包覆层及锡系表面层之后的铜锡合金层的表面来求出。
[0048] 并且,锡系表面层的平均厚度为0. 2ymW上0. 6ymW下,在该锡系表面层的最表 面形成有0. 005ymW上0. 05ymW下的厚度的镶系包覆层。
[0049] 该种结构的端子材由于在铜的一部分被镶取代的(化,Ni)eSns层(铜锡合金层) 之下存在镶的一部分被铜取代的(Ni,化)3SnJl(镶锡合金层)而成为铜锡合金层的局部 顶峰的平均间隔S为O.SymW上2.0ymW下的睹峭的凹凸形状,在自锡系表面层的表面 开始数百nm的深度的范围成为较硬的铜锡合金层与锡系表面层的复合结构。
[0050] 此时,镶在化eSn日中的含量为lat%W上25at%W下。将镶含量规定为lat%W上 是因为,当小于lat%时不会形成CueSns的铜的一部分被镶取代的化合物合金层,从而不会 成为睹峭的凹凸形状,规定为25at%W下是因为,若超过25at%则有铜锡合金层的形状变 得过度微细的趋势,若铜锡合金层变得过度微细,则有时无法将动摩擦系数设为0. 3 W下。 [0化1] 另一方面,铜在NigSrv合金层中的含量优选为5at%W上20at%W下。铜含量较少 的条件即意味着在化eSrig中含有的镶量也减少(铜在Ni3Sri4中不取代的条件下,镶向化eSrig中取代的情况较少),不会成为睹峭的凹凸形状。设置上限是因为,事实上超过20%的铜不 进入NisSn*中。
[0052] 另外,该铜锡合金层的一部分(化eSr〇露出在锡系表面层上。此时,各露出部的圆 当量直径为0.6ymW上2.0ymW下,露出面积率为10%W上40%W下,若在该限定的范 围,则不会损害锡系表面层所具有的优异的电连接特性。
[0053] 将锡系表面层的平均厚度设为0. 2ymW上0. 6ymW下是因为,当小于0. 2ym 时导致焊料润湿性下降、电连接可靠性下降,若超过0. 6ym则无法将表层设为锡与铜锡合 金的复合结构,而仅被锡占有,因此动摩擦系数增大。更优选的锡系表面层的平均厚度为 0. SumW上 0.SumW下。
[0054] 镶系包覆层为由镶或镶合金(镶锡合金)构成的包覆层,如后述,形成于回流处理 之后的锡系表面层之上,胺厚被设为0. 005ymW上0. 05ymW下。
[0055] 但是,并不是在最表面的整个面形成镶系包覆层,而是主要在从锡系表面层露出 的铜锡合金层的露出部分之上形成。因此,最表面成为锡系表面层和镶系包覆层混在一起 的表面。此时,在锡系表面层分散存在的铜锡合金层的露出部分其大部分被镶系包覆层所 包覆,但该露出部分并不要求全部被镶系包覆层完全包覆,也可W有不被镶系包覆层包覆 而W露出状态稍微残留的部分。
[0056] 并且,若该镶系包覆层未形成于铜锡合金层的露出部分上而仅形成于锡系表面 层,则在作为连接器而使用的初始阶段,端子材彼此摩擦时镶系包覆层破裂,同种锡彼此接 触,从而容易发生锡的粘合,难W持续发挥摩擦系数降低效果。
[0化7]当该镶系包覆层为超过0. 05 ym的膜厚时,无法同时得到基于锡系表面层与铜锡 合金层之间的特殊界面形状的摩擦系数降低效果和基于镶系包覆层的锡粘合抑制效果,而 只有基于镶系包覆层的粘合抑制效果,因此得不到充分的摩擦系数降低效果,并且,导致焊 料润湿性下降。当该镶系包覆层的膜厚小于0. 005 ym时得不到效果。
[0化引接着,对该端子材的制造方法进行说明。
[0059]作为基材,准备由铜或铜镶娃(化-Ni-Si)系等铜合金构成的板材。通过对该板材 进行脱脂、酸洗等处理来清洗表面之后,依次实施基底锻镶、锻铜、锻锡。
[0060] 基底锻镶使用一般的锻镶浴即可,例如能够使用W硫酸化S〇4)和硫酸镶(NiS〇4) 为主成分的硫酸浴。电锻浴的温度被设为20°CW上50°CW下,电流密度被设为1~30A/血2 W下。该基底锻镶层的膜厚被设为0.05ymW上1.0ymW下。该是因为,当小于0.05ym 时,(化,Ni)eSng合金中含有的镶含量减少,不会形成睹峭的凹凸形状的铜锡合金层,若超过 1. 0 y m则难W进行弯曲加工等。
[0061] 锻铜使用一般的锻铜浴即可,例如能够使用W硫酸铜(CuS〇4)及硫酸化S〇4)为主 成分的硫酸铜浴等。电锻浴的温度被设为20~50°C,电流密度被设为1~304/血2。由该 锻铜形成的锻铜层的膜厚被设为0. 05ymW上0. 20ymW下。该是因为,当小于0. 05ym时 (化,Ni)eSns合金中含有的镶含量增加,铜锡合金层的形状变得过度微细,若超过0. 20ym 则(化,Ni)eSns合金中含有的镶含量减少,不会形成睹峭的凹凸形状的铜锡合金层。
[0062] 作为用于形成锻锡层的电锻浴,使用一般的锻锡浴即可,例如能够使用W硫酸 (H2SO4)和硫酸亚锡(SnS〇4)为主成分的硫酸浴。电锻浴的温度被设为15~35°C,电流密 度被设为1~30A/dm2。该锻锡层的膜厚被设为0. 5ymW上1. 0ymW下。该是因为,若锻 锡层的厚度小于0. 5ym,则回流后的锡系表面层变薄而电连接特性受损,若超过1. 0ym则 无法将表层部设为锡与铜锡合金的复合结构,难W将摩擦系数设为0. 3W下。
[0063] 作为回流处理条件,在还原气氛中,在基材的表面温度为240°CW上360°CW下的 条件下进行1秒W上12秒W下的时间的加热,并进行骤冷。进一步优选为W260°CW上 300°CW下进行5秒W上10秒W下的加热后骤冷。此时,如下所示,保持时间根据锻铜层及 锻锡层各自的厚度在1秒W上12秒W下的范围有适当的时间,电锻厚度越薄保持时间越减 少,变厚则需要较长的保持时间。
[0064] <将基材温度升温至240°CW上360°CW下后的保持时间>
[00化](1)针对锻锡层的厚度为0. 5ymW上且小于0. 7ym,锻铜层的厚度为0. 05ymW上且小于0. 16ym时为1秒W上6秒W下,锻铜层的厚度为0. 16ymW上0. 20ymW下时 为3秒W上9秒W下
[0066] (2)针对锻锡层的厚度为0. 7ymW上1. 0y
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