JP2010037629A - Conducting material for terminal and connector, and fitting-type connecting terminal - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車や電子機器などの振動を受けやすい場所に設置される接続端子及びコネクタの素材として適した端子・コネクタ用導電材料及びこの端子・コネクタ用導電材料を用いた嵌合型接続端子に関するものである。 The present invention relates to a connection terminal and a conductive material for a connector that are suitable as a material for a connector and a connector that are installed in a place subject to vibration such as an automobile or an electronic device, and a fitting-type connection terminal using the conductive material for the terminal / connector. It is about.
従来、接続端子やコネクタを形成する端子・コネクタ用導電材料としては、導電性基材である銅合金または鉄鋼材料の表面にＳｎ金属を被覆したＳｎメッキ材が利用されている。Ｓｎメッキ材は優れる半田濡れ性と電気接触特性（接点特性）を兼ね備え、また低コストであるため、端子・コネクタ用導電材料として広く利用されている。
近年、自動車の電装化が進み、ＬＳＩやＩＣ等の集積回路が多く使用されてきており、端子やコネクタに流れる信号電流も低レベル化している。これに伴い、接続端子及びコネクタの電気的な接触抵抗の安定性が要求されている。
Conventionally, as a terminal / connector conductive material for forming a connection terminal or a connector, a Sn plating material in which Sn metal is coated on the surface of a copper alloy or steel material which is a conductive base material is used. Sn-plated materials have excellent solder wettability and electrical contact characteristics (contact characteristics), and are widely used as conductive materials for terminals and connectors because of their low cost.
In recent years, automobiles have become increasingly electronic, and integrated circuits such as LSIs and ICs have been used in many cases, and signal currents flowing through terminals and connectors have also been lowered. In connection with this, the stability of the electrical contact resistance of a connection terminal and a connector is requested | required.
自動車に用いられる接続端子及びコネクタは、走行などに伴う振動によって端子相互が短い距離（２０〜１００μｍ）を接触状態で移動（摺動）し、接触点で接続端子及びコネクタの表層に形成されたメッキ層を磨耗するいわゆる微摺動磨耗（フレッティングコロージョン）が発生する。この微摺動磨耗が発生すると、接続端子及びコネクタの表面が削られて摩耗粉が発生し、この摩耗粉が大気雰囲気中において酸化されることになる。そして、酸化した摩耗粉が接点間に入り込むことにより、接触不良が生じる上に、さらに研磨材として作用して接点の磨耗を促進する。これにより、端子・コネクタの電気接触抵抗が増大し、製品の電気接続信頼性が低下してしまうという問題が知られている。 Connection terminals and connectors used in automobiles are formed on the surface of the connection terminals and connectors at contact points by moving (sliding) in a short distance (20 to 100 μm) between the terminals due to vibration associated with traveling, etc. So-called fine sliding wear (fretting corrosion) that wears the plated layer occurs. When this fine sliding wear occurs, the surfaces of the connection terminal and the connector are scraped to generate wear powder, which is oxidized in the atmosphere. The oxidized wear powder enters between the contacts, resulting in poor contact and further acting as an abrasive to promote contact wear. Thereby, the electrical contact resistance of a terminal and a connector increases, and the problem that the electrical connection reliability of a product will fall is known.
特に、前述の一般的なＳｎメッキ材を用いて形成した接続端子及びコネクタは、Ｓｎ金属が比較的柔らかいため、自動車等の振動を受ける環境下での電気接続に使用すると、微摺動磨耗の影響により接点部分にＳｎメッキ層自体の酸化、またはメッキ層が速く消耗して下地材料の酸化により電気的な接続が劣化するという問題がある。 In particular, the connection terminals and connectors formed using the above-mentioned general Sn plating material are relatively soft in Sn metal. Therefore, when used for electrical connection in an environment subject to vibrations such as automobiles, fine sliding wear occurs. There is a problem that the electrical connection is deteriorated due to the oxidation of the Sn plating layer itself at the contact portion due to the influence, or the plating layer is quickly consumed and the base material is oxidized.
そこで、従来より、接続端子及びコネクタの微摺動摩耗性を改善する種々の対策が提案されている。例えば、特許文献１には、接続端子及びコネクタの形状を変えることによって雄端子と雌端子の間の嵌合力を大きくし、振動を抑えるとともに端子の間の隙間を小さくして電気接触抵抗の上昇を抑える方法が開示されている。つまり、摩擦により形成した酸化物粉末が接点の間に入らないような形状としているのである。
また、特許文献２には、コネクタ材料として、微摺動磨耗によって表面が酸化しない材料、例えば、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｄなどの貴金属メッキ処理材料を利用することが提案されている。
ところで、最近では、自動車の電装化の進展に伴って電子制御装置の多機能化が要求され、コネクタの端子数（ピン数）が増える方向に進行しており、コネクタの多極化とともに端子の小型化が要求されている。このため、コネクタ接点部の荷重（端子間嵌合力）の低減化が求められている。しかしながら、コネクタ接点部の荷重を低減すると、振動を受けやすくなり、摩擦によって生じる酸化物粉末が端子の接点の間に入りやすくなるため、コネクタの接触障害や電気接触抵抗の増加などの問題が発生しやすくなるといった問題があった。また、荷重が小さくなる場合、端子材料の表面状態（酸化膜や表面導電性）は接点部の電気接続状態に対して大きな影響を与えることになる。このため、特許文献１に記載されたようにコネクタ形状を工夫しただけでは微摺動磨耗を十分に抑えることができなくなってきている。
By the way, recently, with the advancement of electrical equipment in automobiles, multifunctional electronic control devices are required, and the number of terminals (number of pins) of connectors is increasing. Is required. For this reason, reduction of the load (inter-terminal fitting force) of a connector contact part is calculated | required. However, if the load on the connector contact portion is reduced, it becomes more susceptible to vibration and the oxide powder generated by friction is likely to enter between the contact points of the terminal, causing problems such as connector contact failure and increased electrical contact resistance. There was a problem that it was easy to do. Further, when the load is reduced, the surface state (oxide film and surface conductivity) of the terminal material has a great influence on the electrical connection state of the contact portion. For this reason, as described in
また、特許文献２に記載されているように貴金属メッキ処理材料を利用した場合には、材料コストが大幅に上昇してしまうことになる。さらに、はんだ濡れ性が悪いため部品の組立方法を従来のＳｎメッキ材とは大幅に変更する必要となり、既存の実装ラインの設備や手段を変更することになるため、広く実用化することは困難であった。
In addition, when a noble metal plating material is used as described in
さらに、最近では、コネクタの小型化と狭ピッチ化に伴い、鉛フリーＳｎメッキ材に対する耐ウィスカー性が要求される上に、自動車のエンジンルームにおけるコネクタ端子に対して高温環境での電気接触抵抗の安定性、すなわち耐熱性の要求も益々高くなってくる。言い換えると、製品の電気接続信頼性を向上するために、自動車や電気機器などに使用する端子・コネクタ・接点材料に対する要求は年々厳しくなっており、特に、コネクタ端子材料の高温微摺動磨耗性などの特性については、より一層厳しく要求されている。
そこで、製品の電気接続信頼性向上のため、微摺動磨耗による表面の酸化は発生し難い材料、または微摺動磨耗によった電気接触抵抗の劣化を抑制できるＳｎメッキ端子・コネクタ材料の提供が強く望まれている。
Furthermore, recently, with the miniaturization and narrowing of the connector, whisker resistance to the lead-free Sn plating material is required, and the electrical contact resistance in a high temperature environment against the connector terminal in the engine room of an automobile is required. The demand for stability, that is, heat resistance, is increasing. In other words, in order to improve the electrical connection reliability of products, requirements for terminals, connectors, and contact materials used in automobiles and electrical equipment are becoming stricter year by year. The characteristics such as are demanded more severely.
Therefore, in order to improve the electrical connection reliability of products, the provision of Sn-plated terminal / connector materials that are less susceptible to surface oxidation due to fine sliding wear or that can suppress the deterioration of electrical contact resistance due to fine sliding wear Is strongly desired.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、多極化の小型端子に適し、微摺動磨耗による電気接触抵抗の上昇を抑えることができ、高い電気接続信頼性を有する端子・コネクタ用導電材料及び嵌合型接続端子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and is suitable for a multi-terminal small terminal, can suppress an increase in electrical contact resistance due to fine sliding wear, and has high electrical connection reliability. An object is to provide a conductive material and a fitting-type connection terminal.
この課題を解決するために、本発明者らは鋭意研究を行った結果、Ｓｎメッキ層の上に薄いＡｇ層を形成し、Ｓｎが溶融する温度よりもはるかに低い温度で保持することでＡｇとＳｎとを拡散・反応させ、Ｓｎメッキ層の表層にＡｇ−Ｓｎ微粒子が凝集したＡｇ−Ｓｎ合金層を形成させ、このＡｇ−Ｓｎ合金層及びＳｎメッキ層の厚さを適正化することで微摺動摩耗による接触抵抗の上昇を抑制可能であるとの知見を得た。また、嵌合型接続端子において、メス端子のメッキ構造とオス端子のメッキ構造との組み合わせにより、嵌合型接続端子の寿命延長を図ることが可能であるとの知見を得た。 In order to solve this problem, the present inventors have conducted intensive research. As a result, a thin Ag layer is formed on the Sn plating layer, and the Ag is maintained at a temperature much lower than the temperature at which Sn melts. And Sn are diffused and reacted to form an Ag-Sn alloy layer in which Ag-Sn fine particles are aggregated on the surface of the Sn plating layer, and the thicknesses of the Ag-Sn alloy layer and the Sn plating layer are optimized. It was found that the increase in contact resistance due to fine sliding wear can be suppressed. In addition, in the fitting type connection terminal, it was found that the life of the fitting type connection terminal can be extended by combining the plating structure of the female terminal and the plating structure of the male terminal.
本発明は、かかる知見に基いてなされたものであって、本発明に係る端子・コネクタ用導電材料は、導電性を有する基材と、該基材の上に形成されたＳｎ又はＳｎ合金からなるＳｎメッキ層とを備えた端子・コネクタ用導電材料であって、前記Ｓｎメッキ層の積層方向厚さが、０．１〜１５．０μｍの範囲内とされており、前記Ｓｎメッキ層の表面には、Ａｇ−Ｓｎ微粒子が凝集したＡｇ−Ｓｎ合金層が形成されており、該Ａｇ−Ｓｎ合金層の平均厚さが０．００２〜１．０μｍの範囲内に設定されていることを特徴としている。 The present invention has been made on the basis of such knowledge, and the terminal / connector conductive material according to the present invention includes a conductive base material and Sn or Sn alloy formed on the base material. A conductive material for a terminal / connector comprising a Sn plating layer, wherein the Sn plating layer has a stacking direction thickness in a range of 0.1 to 15.0 μm, and the surface of the Sn plating layer Is formed with an Ag—Sn alloy layer in which Ag—Sn fine particles are aggregated, and the average thickness of the Ag—Sn alloy layer is set within a range of 0.002 to 1.0 μm. It is said.
この構成の端子・コネクタ用導電材料においては、Ｓｎメッキ層の表層部分にＡｇ−Ｓｎ粒子が凝集したＡｇ−Ｓｎ合金層が形成されている。ここで、Ａｇ−Ｓｎ粒子が凝集することで形成されたＡｇ−Ｓｎ合金層は、耐食性が高いため使用環境においてＳｎメッキ層の表面の酸化を抑制できる。
また、このＡｇ−Ｓｎ粒子は、主にＡｇ３Ｓｎ金属間化合物からなるので、この端子・コネクタ用導電材料の表面は硬く、耐磨耗性を向上させることができ、摩耗粉の発生を抑えることができる。
In the conductive material for terminal / connector having this configuration, an Ag—Sn alloy layer in which Ag—Sn particles are aggregated is formed on the surface layer portion of the Sn plating layer. Here, since the Ag-Sn alloy layer formed by aggregation of Ag-Sn particles has high corrosion resistance, it is possible to suppress oxidation of the surface of the Sn plating layer in the use environment.
Further, the Ag-Sn particles, mainly because consisting Ag 3 Sn intermetallic compound, the surface is hard for the terminal connector conductive material, it is possible to improve the abrasion resistance, suppress the generation of abrasion powder be able to.
さらに、微摺動によって発生した摩耗粉が酸化されて表面に分散した場合でも、端子・コネクタ用導電材料の表面には導電性を有するＡｇ−Ｓｎ粒子（Ａｇ３Ｓｎ金属間化合物）が存在しており、このＡｇ３Ｓｎ金属間化合物によって電気的接触を行うことができ、接触抵抗の増加を抑えることができる。
詳述すると、接続端子は、まず、表層のＳｎメッキ層同士によって電気的に接続されている。これに微摺動が作用し続けると、Ｓｎメッキ層のＳｎが削られて摩耗粉になり、それが更に酸化されて表層に分散することになり、電気接触抵抗が上昇することになる。ここで、本発明では、Ｓｎメッキ層の表面にＡｇ−Ｓｎ合金層が形成されていることから、Ｓｎメッキ層の表面には、酸化Ｓｎとともに導電性を有するＡｇ−Ｓｎ粒子が分散することになり、電気接触抵抗の上昇が抑えられるのである。
Furthermore, even when wear powder generated by fine sliding is oxidized and dispersed on the surface, conductive Ag—Sn particles (Ag 3 Sn intermetallic compound) are present on the surface of the conductive material for terminals and connectors. Therefore, electrical contact can be made with this Ag 3 Sn intermetallic compound, and an increase in contact resistance can be suppressed.
More specifically, the connection terminals are first electrically connected by the surface Sn plating layers. If fine sliding continues to act on this, Sn of the Sn plating layer is scraped to become wear powder, which is further oxidized and dispersed in the surface layer, and the electrical contact resistance increases. Here, in the present invention, since the Ag—Sn alloy layer is formed on the surface of the Sn plating layer, Ag—Sn particles having conductivity are dispersed on the surface of the Sn plating layer together with oxidized Sn. Thus, an increase in electrical contact resistance is suppressed.
さらに、前記Ａｇ−Ｓｎ合金層の平均厚さ０．００２〜１．０μｍの範囲内に設定されているので、Ａｇ３Ｓｎ金属間化合物を確実に存在させて接触抵抗の増加を抑えることができるとともに、表面に純Ａｇが存在することがなくＡｇの硫化変色による電気接触抵抗の上昇を抑制できる。 Furthermore, since the average thickness of the Ag—Sn alloy layer is set within a range of 0.002 to 1.0 μm, an increase in contact resistance can be suppressed by reliably making the Ag 3 Sn intermetallic compound present. At the same time, there is no presence of pure Ag on the surface, and an increase in electrical contact resistance due to the sulfur discoloration of Ag can be suppressed.
また、Ｓｎメッキ層の積層方向厚さが、０．１μｍ以上とされているので、半田濡れ性
とＡｇ−Ｓｎ合金層の形成を確保することができる。また、Ｓｎメッキ層の積層方向厚さが、１５．０μｍ以下とされているので、この端子・コネクタ用導電材料の加工性を確保することができる。また、嵌合型接続端子を形成した場合の挿抜性を確保することができる。
なお、前記基材としては、少なくても表面が導電性である材料が用いられる。例えば、ＣｕとＣｕ合金、またはＦｅとＦｅ合金などの金属からなる導電性材料や、非導電性材料の表面に導電性材料を被覆した複合材料などが用いることができる。そのうち、導電性が高く機械的な特性も良好であるＣｕとＣｕ合金材料が好適である。
Moreover, since the thickness of the Sn plating layer in the stacking direction is 0.1 μm or more, solder wettability and formation of an Ag—Sn alloy layer can be ensured. Further, since the thickness of the Sn plating layer in the stacking direction is 15.0 μm or less, the workability of the conductive material for the terminal / connector can be ensured. Moreover, the insertion / extraction property at the time of forming a fitting type connection terminal is securable.
In addition, as the base material, at least a material having a conductive surface is used. For example, a conductive material made of a metal such as Cu and Cu alloy or Fe and Fe alloy, or a composite material in which the surface of a non-conductive material is coated with a conductive material can be used. Of these, Cu and Cu alloy materials having high conductivity and good mechanical properties are preferred.
ここで、前記基材と前記Ｓｎメッキ層との間に、Ｃｕ又はＣｕ合金からなるＣｕ層を形成してもよい。
この場合、Ｃｕ層によって前記基材表面の化学状態を均一にし、その上にＳｎメッキ層を形成することで、基材の元素のＳｎメッキ層への拡散を防止し、Ｓｎメッキ層の均一性を向上させることができる。なお、このＣｕ層の形成方法は、特に限定はなく、電気メッキ、無電解メッキ、置換メッキでもよい。
Here, a Cu layer made of Cu or a Cu alloy may be formed between the base material and the Sn plating layer.
In this case, the chemical state of the substrate surface is made uniform by the Cu layer, and the Sn plating layer is formed thereon, thereby preventing the diffusion of the elements of the substrate to the Sn plating layer and the uniformity of the Sn plating layer. Can be improved. The method for forming this Cu layer is not particularly limited, and electroplating, electroless plating, or displacement plating may be used.
さらに、前記基材の上に、前記基材中の元素の拡散を防止するための拡散防止層を形成してもよい。
この場合、拡散防止層によって、高温環境下における基材中の元素とＳｎとの拡散合金化を防止でき、この端子・コネクタ用導電材料の耐熱性及びＳｎメッキ層と基材との接合強度を向上させることができる。なお、拡散防止層をなす元素は、前記基材中の元素と反応しにくいものであればよい。ここで、例えばＣｕまたはＣｕ合金からなる基材の場合、拡散防止層として、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ，Ｖ、Ｔａ、Ｎｂ等、またはこれらの合金を適用することができる。
Furthermore, a diffusion preventing layer for preventing diffusion of elements in the substrate may be formed on the substrate.
In this case, the diffusion prevention layer can prevent diffusion alloying between the element in the base material and Sn in a high temperature environment, and the heat resistance of the conductive material for terminals and connectors and the bonding strength between the Sn plating layer and the base material. Can be improved. In addition, the element which makes a diffusion prevention layer should just be a thing which does not react easily with the element in the said base material. Here, for example, in the case of a base material made of Cu or Cu alloy, Ni, Cr, Mo, W, Al, Ti, Zr, V, Ta, Nb or the like or an alloy thereof can be applied as the diffusion preventing layer. it can.
本発明に係る嵌合型接続端子は、互いに嵌合するオス端子及びメス端子を有する嵌合型接続端子であって、前記オス端子及び前記メス端子の少なくとも一方が、前述の端子・コネクタ用導電材料で構成されていることを特徴としている。
この構成の嵌合型接続端子によれば、微摺動が作用しても導電性を有するＡｇ３Ｓｎ金属間化合物によって接触抵抗の上昇を抑えることができ、電気接続信頼性を大幅に向上させることができる。
The fitting type connection terminal according to the present invention is a fitting type connection terminal having a male terminal and a female terminal which are fitted to each other, and at least one of the male terminal and the female terminal is a conductive material for the terminal / connector described above. It is composed of materials.
According to the fitting type connection terminal having this configuration, even if a slight sliding action occurs, an increase in contact resistance can be suppressed by the conductive Ag 3 Sn intermetallic compound, and the electrical connection reliability is greatly improved. be able to.
さらに、前記オス端子及び前記メス端子の両方が、前述の端子・コネクタ用導電材料で構成されており、前記Ａｇ−Ｓｎ合金層が互いに対向するように配置されている構成を採用してもよい。
この場合、Ａｇ−Ｓｎ合金層同士が互いに対向するように配置されているので、微摺動摩耗による電気接触抵抗の上昇を確実に抑えることができる。また、一方が早期に摩耗することがなく、この嵌合型接続端子の寿命延長を図ることができる。さらに、耐熱性に優れているので、例えば、自動車のエンジンルーム等の高温環境下でも使用することができる。また、本発明のＡｇ−Ｓｎ合金層を被覆するＳｎ導電材料は、優れる耐熱性と耐Ｓｎウィスカー性を有するため、自動車のエンジンルームなどの高温環境下でも適用し、特に接続端子間の嵌合力によるＳｎウィスカーの発生にも抑制することができ、製品の信頼性を向上することができる。
Further, both the male terminal and the female terminal may be made of the above-described terminal / connector conductive material, and the Ag—Sn alloy layer may be arranged so as to face each other. .
In this case, since the Ag—Sn alloy layers are disposed so as to face each other, an increase in electrical contact resistance due to fine sliding wear can be reliably suppressed. In addition, one of them does not wear out early, and the life of the fitting type connection terminal can be extended. Furthermore, since it is excellent in heat resistance, it can be used even in a high temperature environment such as an engine room of an automobile. In addition, the Sn conductive material covering the Ag—Sn alloy layer of the present invention has excellent heat resistance and Sn whisker resistance, so it can be applied even in a high temperature environment such as an engine room of an automobile, and in particular, a fitting force between connection terminals. The occurrence of Sn whisker due to the above can be suppressed, and the reliability of the product can be improved.
また、前記オス端子及び前記メス端子のいずれか一方が、前述の端子・コネクタ用導電材料で構成されており、前記オス端子及び前記メス端子の他方が、Ｓｎメッキ導電材料で構成されている構成を採用してもよい。
この場合、一方の端子がＡｇ−Ｓｎ合金層を有していて表面が比較的硬く、他方の端子がＳｎメッキ導電材料であって表面が一方の端子よりも表面が軟らかくなる。このように、硬質のメッキ層（Ａｇ−Ｓｎ合金層）と軟質のメッキ層（Ｓｎメッキ層）とを組み合わせることによって振動を吸収することが可能となり、微摺動磨耗性を大幅に改善することができる。
Moreover, either the said male terminal or the said female terminal is comprised with the above-mentioned conductive material for terminals and connectors, and the other of the said male terminal and the said female terminal is comprised with Sn plating electrically-conductive material. May be adopted.
In this case, one terminal has an Ag—Sn alloy layer and the surface is relatively hard, the other terminal is an Sn-plated conductive material, and the surface is softer than the one terminal. In this way, vibration can be absorbed by combining a hard plating layer (Ag—Sn alloy layer) and a soft plating layer (Sn plating layer), and the micro-sliding wear resistance can be greatly improved. Can do.
さらに、前記メス端子に、前記オス端子側に向けて突出した凸部を形成し、前記メス端子が前述の端子・コネクタ用導電材料で構成され、前記オス端子がＳｎメッキ導電材料で構成されている構成を採用してもよい。
この場合、凸部が形成されたメス端子を比較的硬いＡｇ−Ｓｎ合金層を備えたものとすることにより、最も磨耗して劣化し易い凸部のメッキ層の消耗を抑制することができ、一方的に早期磨耗することがなく、端子全体の寿命延長を図ることができる。
Furthermore, the convex part which protruded toward the said male terminal side is formed in the said female terminal, the said female terminal is comprised with the above-mentioned conductive material for terminals and connectors, and the said male terminal is comprised with Sn plating electrically-conductive material. You may employ | adopt the structure which is.
In this case, by using a relatively hard Ag-Sn alloy layer for the female terminal on which the convex portion is formed, it is possible to suppress the consumption of the plating layer of the convex portion that is most likely to wear and deteriorate, The life of the entire terminal can be extended without unilaterally premature wear.
本発明によれば、多極化の小型端子に適し、微摺動磨耗による電気接触抵抗の上昇を抑えることができ、高い電気接続信頼性を有する端子・コネクタ用導電材料及び嵌合型接続端子を提供することが可能となる。 According to the present invention, a conductive material for a terminal / connector and a fitting-type connection terminal that are suitable for a multi-terminal small terminal, can suppress an increase in electrical contact resistance due to fine sliding wear, and have high electrical connection reliability are provided. It becomes possible to do.
以下に、本発明の第１の実施形態である端子・コネクタ用導電材料１について添付した図面を参照して説明する。
本実施形態である端子・コネクタ用導電材料１は、図１に示すように、基材２と、この基材２の表面に形成されたＮｉメッキ層３と、Ｎｉメッキ層３の表面に形成されたＣｕ層４と、Ｃｕ層４の表面に形成されたＳｎメッキ層５と、Ｓｎメッキ層５の表面に形成されたＡｇ−Ｓｎ合金層６とを備えている。
Hereinafter, a terminal / connector
As shown in FIG. 1, the terminal / connector
基材２は、導電性を有する金属で構成されており、本実施形態では、基本的に各種銅合金で構成されているが、鉄系合金も用いられる。
Ｎｉメッキ層３は、基材２の元素の拡散防止層とし、Ｎｉ又はＮｉ合金で構成されており、基材２の表面に電気メッキ法によって形成されている。このＮｉメッキ層３の厚さは、０．０１〜１．０μｍの範囲内に設定されている。
The
The Ni plating layer 3 is an element diffusion prevention layer of the
Ｃｕ層４は、ＮｉとＳｎの合金化の拡散防止層とし、Ｃｕ又はＣｕ合金で構成されており、Ｎｉメッキ層３の表面に電気メッキ法によって形成されている。Ｃｕ層４は、Ｎｉメッキ層３のＮｉがＳｎメッキ層５に拡散することを防止する作用を有している。具体的には、Ｃｕ層４の厚さは０．１〜１．０μｍの範囲内に設定されている。
The
Ｓｎメッキ層５は、Ｓｎ又はＳｎ合金で構成されており、電解メッキ又は無電解メッキによって形成されている。このＳｎメッキ層５の厚さは、基本的に半田濡れ性を満足すればよく、その用途により０．１〜１５．０μｍの範囲内に設定されている。このＳｎメッキ層５には、後述するリフロー処理（溶融処理）が施されており、メッキ層５内部の応力が解放されている。 The Sn plating layer 5 is made of Sn or an Sn alloy and is formed by electrolytic plating or electroless plating. The thickness of the Sn plating layer 5 should basically satisfy the solder wettability, and is set in the range of 0.1 to 15.0 μm depending on the application. The Sn plating layer 5 is subjected to a reflow process (melting process) which will be described later, and the stress inside the plating layer 5 is released.
Ａｇ−Ｓｎ合金層６は、基材２とＳｎメッキ層５との積層方向に沿った断面において、Ｓｎメッキ層５の表層部分にＡｇ−Ｓｎ粒子が凝集することによって形成されている。なお、Ａｇ−Ｓｎ粒子は、導電性を有するＡｇ３Ｓｎ金属間化合物である。Ａｇ−Ｓｎ合金層６の平均厚さは、０．００２〜１．０μｍの範囲内に設定されている。なお、Ａｇ−Ｓｎ合金層６は、その厚さが０．００２〜１．０μｍとされているので、微粒子またはその微粒子の凝集体としてＳｎメッキ層に均一に分散している状態又は連続的に密集した状態とされている。
The Ag—Sn alloy layer 6 is formed by aggregation of Ag—Sn particles on the surface layer portion of the Sn plating layer 5 in a cross section along the stacking direction of the
以下に、このＳｎメッキ導電材料１の製造方法について、図３に示すフロー図を参照にして説明する。
まず、基材２の表面に電気メッキによってＮｉメッキ層３を形成する（Ｎｉメッキ層形成工程Ｓ１）。
次に、Ｎｉメッキ層３の表面に電気メッキによってＣｕ層４を形成する（Ｃｕ層形成工程Ｓ２）。
そして、Ｃｕ層４の上にＳｎメッキ層５を電解メッキ又は無電解メッキによって形成する（Ｓｎメッキ層形成工程Ｓ３）。
このようにＳｎメッキ層５をメッキにて形成した後に、Ｓｎ金属の融点以上に加熱してＳｎを溶融させるリフロー処理を行う（リフロー処理工程Ｓ４）。この時点で、Ｃｕ層４の一部または全部がＣｕ−Ｓｎ合金となる。
Below, the manufacturing method of this Sn plating electrically-
First, the Ni plating layer 3 is formed on the surface of the
Next, a
Then, an Sn plating layer 5 is formed on the
After the Sn plating layer 5 is thus formed by plating, a reflow process is performed in which the Sn is melted by heating to a melting point of the Sn metal or higher (reflow process step S4). At this point, part or all of the
次に、図２に示すように、リフロー処理が施されたＳｎメッキ層５の表面に、電気メッキ法、無電解メッキ、置換メッキ及び蒸着法から選択されるメッキ法によって、厚さ０．００１〜０．５μｍのＡｇ又はＡｇ合金からなるＡｇ層７を形成する（Ａｇ層形成工程Ｓ５）。
Next, as shown in FIG. 2, the thickness of 0.001 is applied to the surface of the Sn plating layer 5 subjected to the reflow treatment by a plating method selected from electroplating, electroless plating, displacement plating, and vapor deposition. An
そして、Ｓｎメッキ層５の表面にＡｇ層７を形成した状態で１０以上１００℃未満に調整された温水浴中に浸漬して２秒以上保持し、Ａｇ層７のＡｇとＳｎメッキ層５のＳｎとを反応させてＡｇ−Ｓｎ粒子（Ａｇ３Ｓｎ金属間化合物）を生成させて厚さ０．００２〜１．０μｍのＡｇ−Ｓｎ合金層６を形成する（Ａｇ−Ｓｎ合金層形成工程Ｓ６）。
And in the state which formed
以上のようにして、本実施形態である端子・コネクタ用導電材料１が製造される。この端子・コネクタ用導電材料１は、図４に示すように、互いに嵌合するオス端子８Ａとメス端子８Ｂとからなる嵌合型接続端子８に加工されて使用される。
As described above, the terminal / connector
本実施形態である端子・コネクタ用導電材料１によれば、Ｓｎメッキ層５の表層部分にＡｇ−Ｓｎ粒子（Ａｇ３Ｓｎ金属間化合物）が凝集したＡｇ−Ｓｎ合金層６が形成されており、このＡｇ−Ｓｎ合金層６は耐食性が高いため、使用環境においてＳｎメッキ層５の表面酸化を抑制することができる。また、Ａｇ−Ｓｎ合金層６がＡｇ−Ｓｎ粒子（Ａｇ３Ｓｎ金属間化合物）で構成されているので、この端子・コネクタ用導電材料１の表面が硬くなり、耐磨耗性を向上させることができ、摩耗粉の発生を抑えることが可能となる。
According to the terminal / connector
さらに、微摺動によって発生した摩耗粉が酸化されて表面に分散した場合でも、端子・コネクタ用導電材料１の表面には導電性を有するＡｇ−Ｓｎ粒子（Ａｇ３Ｓｎ金属間化合物）が存在しており、このＡｇ３Ｓｎ金属間化合物によって電気的接触を行うことができ、接触抵抗の上昇を抑えることができる。。
Furthermore, even when wear powder generated by fine sliding is oxidized and dispersed on the surface, conductive Ag-Sn particles (Ag 3 Sn intermetallic compound) are present on the surface of the
また、Ａｇ−Ｓｎ合金層６の平均厚さ０．００２〜１．０μｍの範囲内に設定されているので、Ａｇ３Ｓｎ金属間化合物を確実に存在させて接触抵抗の増加を抑えることができるとともに、表面に純Ａｇが存在することがなくＡｇの硫化変色による電気接触抵抗の上昇を抑制できる。
さらに、高温環境において長期使用した場合、Ｓｎメッキ層５が完全にＳｎ−Ｃｕ合金化したとしても、Ｓｎメッキ層５上に酸化しにくいＡｇ−Ｓｎ粒子が凝集して常にメッキ層表面にいるため、Ｓｎ−Ｃｕ合金の酸化にも関らず、電気通路として端子・接点の電気的な接続を維持することができる。
特に、表面のＡｇ−Ｓｎ粒子は下のＳｎメッキ層５に引張応力を与え、Ｓｎ−Ｃｕ合金化と伴う生じる内部応力や端子間の嵌合による外部応力などの圧縮応力とを相殺し、Ｓｎメッキの端子材に関する最大な問題であるＳｎウィスカー発生を抑制することができるため、製品の全面的な信頼性を向上することができる。
In addition, since the average thickness of the Ag—Sn alloy layer 6 is set in the range of 0.002 to 1.0 μm, the Ag 3 Sn intermetallic compound can be surely present to suppress an increase in contact resistance. At the same time, there is no presence of pure Ag on the surface, and an increase in electrical contact resistance due to the sulfur discoloration of Ag can be suppressed.
Furthermore, when used for a long time in a high temperature environment, even if the Sn plating layer 5 is completely Sn—Cu alloyed, Ag—Sn particles that are difficult to oxidize are aggregated on the Sn plating layer 5 and are always on the surface of the plating layer. In spite of the oxidation of the Sn—Cu alloy, the electrical connection between the terminals and contacts can be maintained as an electrical path.
In particular, the Ag—Sn particles on the surface give tensile stress to the Sn plating layer 5 below, offsetting internal stress caused by Sn—Cu alloying and compressive stress such as external stress due to fitting between terminals. Since it is possible to suppress the occurrence of Sn whiskers, which is the biggest problem related to the plating terminal material, it is possible to improve the overall reliability of the product.
さらに、Ｓｎメッキ層５の積層方向厚さが、０．１μｍ以上とされているので、半田濡れ性とＡｇ−Ｓｎ合金層６の形成を確保することができる。また、Ｓｎメッキ層５の積層方向厚さが、１５．０μｍ以下とされているので、この端子・コネクタ用導電材料１の加工性を確保することができる。また、嵌合型接続端子を形成した場合の挿抜性を確保することができる。
Furthermore, since the thickness in the stacking direction of the Sn plating layer 5 is 0.1 μm or more, solder wettability and formation of the Ag—Sn alloy layer 6 can be ensured. Moreover, since the thickness of the Sn plating layer 5 in the stacking direction is 15.0 μm or less, the workability of the
また、基材２とＳｎメッキ層５との間に、基材２の元素の拡散防止層としてＮｉ又はＮｉ合金からなるＮｉメッキ層３が形成されているので、このＮｉメッキ層３によって、基材２のＣｕ等の元素がＳｎメッキ層５へと拡散することを防止でき、Ｓｎメッキ導電材料１の耐熱性を向上させることができ、高温環境での使用時においても熱剥離を防止することができる。
また、Ｎｉメッキ層３の上に、Ｎｉ拡散防止層としてＣｕ層４が形成されているので、このＣｕ層４によってＮｉがＳｎメッキ層５中に拡散することを防止でき、Ｓｎメッキ層５の半田濡れ性の劣化を防止することができる。
Further, since the Ni plating layer 3 made of Ni or Ni alloy is formed between the
Further, since the
また、本実施形態である端子・コネクタ用導電材料１は、基材２の表面にＮｉ又はＮｉ合金からなるＮｉメッキ層３を形成するＮｉメッキ層形成工程Ｓ１と、Ｎｉメッキ層の上にＣｕ又はＣｕ合金からなるＣｕ層４を形成するＣｕ層形成工程Ｓ２と、Ｃｕ層４の上にＳｎ又はＳｎ合金からなるＳｎメッキ層５を形成するＳｎメッキ層形成工程Ｓ３と、Ｓｎメッキ層５に加熱処理を施すリフロー処理工程Ｓ４と、このＳｎメッキ層形成工程によって形成されたＳｎメッキ層５の上に、Ａｇ又はＡｇ合金からなるＡｇ層７を形成するＡｇ層形成工程Ｓ５と、１０℃以上１００℃未満で２秒以上保持し、Ａｇ層７のＡｇとＳｎメッキ層５のＳｎとを反応させてＡｇ−Ｓｎ合金層６を形成するＡｇ−Ｓｎ合金層形成工程Ｓ６と、によって製造される。
In addition, the terminal / connector
ここで、Ａｇ−Ｓｎ合金層形成工程Ｓ６における温度条件が１０℃以上とされているので、ＡｇとＳｎとの反応を促進することができる。また、Ａｇ−Ｓｎ合金層形成工程Ｓ６における温度条件が１００℃未満とされているので、ＡｇとＳｎとの必要以上の反応を抑制でき、Ａｇ−Ｓｎ粒子（Ａｇ３Ｓｎ金属間化合物）が、基材２とＳｎメッキ層５との積層方向に沿った断面においてＳｎメッキ層５の全体に分散されてしまうことを防止でき、Ｓｎメッキ層５の表層にＡｇ−Ｓｎ粒子を凝集させることが可能となる。また、水浴系液に浸漬することでＡｇ−Ｓｎ合金層形成工程Ｓ６を行うことができ、高温加熱炉等を使用することなく低コストで端子・コネクタ用導電材料１を製造することができる。
Here, since the temperature condition in Ag-Sn alloy layer formation process S6 shall be 10 degreeC or more, reaction of Ag and Sn can be accelerated | stimulated. Further, since the temperature conditions in the Ag-Sn alloy layer forming step S6, is less than 100 ° C., can be suppressed more than necessary reaction between Ag and Sn, Ag-Sn particles (Ag 3 Sn intermetallic compound), It is possible to prevent the
また、Ａｇ層形成工程Ｓ５が、電気メッキ法、無電解メッキ及び蒸着法から選択されるメッキ法によって厚さ０．００１〜１．０μｍのＡｇ層７を形成するものとされているので、ＡｇとＳｎとの反応を促進させてＡｇ−Ｓｎ粒子を生成し、Ａｇ−Ｓｎ合金層６を確実に形成することができるとともに、Ａｇ層７のＡｇの全てを反応させることができ、Ｓｎメッキ層５の表面にＡｇ層７が残存することを防止できる。このようにＡｇ層７のＡｇの全てを反応させてＳｎメッキ層５表面に純Ａｇを残さないことにより、Ａｇ表面の変色による電気接触抵抗と電気接触抵抗の上昇を防止することができる。
In addition, since the Ag layer forming step S5 is to form the
また、Ｓｎメッキ層形成工程Ｓ３の後に、このＳｎメッキ層５に加熱処理を施すリフロー処理工程Ｓ４を有しているので、Ｓｎメッキ層形成工程Ｓ３においてＳｎメッキ層５に発生した内部応力をリフロー処理によって解放させることができ、この内部応力に起因するＳｎウィスカーの自然発生を防止することができる。 In addition, after the Sn plating layer forming step S3, there is a reflow processing step S4 in which the Sn plating layer 5 is subjected to a heat treatment. Therefore, internal stress generated in the Sn plating layer 5 in the Sn plating layer forming step S3 is reflowed. It can be released by processing, and the spontaneous generation of Sn whiskers due to this internal stress can be prevented.
次に、本発明の第２の実施形態である端子・コネクタ用導電材料１１について図５を参照して説明する。
本実施形態である端子・コネクタ用導電材料１１は、基材１２が部品の形状に応じて加工されており、この基材１２の表面に形成されたＣｕ層１４と、Ｃｕ層１４の表面に形成されたＳｎメッキ層１５と、Ｓｎメッキ層１５の表面に形成されたＡｇ−Ｓｎ合金層１６とを備えている。
Next, a terminal /
In the terminal /
基材１２は、第１の実施形態と同様に、基本的に各種銅合金で構成されるが、鉄系合金も用いられる。
Ｃｕ層１４は、基材１２の表面に電気メッキ法または無電解メッキ法等によって形成させたＣｕ又はＣｕ合金から構成される。Ｃｕ層１４の厚さは０．０１〜１．０μｍの範囲内に設定されている。
The
The Cu layer 14 is made of Cu or a Cu alloy formed on the surface of the
Ｓｎメッキ層１５は、Ｓｎ又はＳｎ合金で構成されており、電解メッキ又は無電解メッキによって形成されている。このＳｎメッキ層１５の厚さは、基本的に半田濡れ性を満足すればよく、その用途により０．１〜１５．０μｍの範囲内に設定されている。なお、この第２の実施形態においては、実用の場合を想定して、Ｓｎメッキ層１５が基材１２の必要部分にのみ局所的に形成されており、Ｓｎメッキ層１５の内部応力の解放を目的としたＳｎの溶融温度までのリフロー処理を施さないこととした。
The
Ａｇ−Ｓｎ合金層１６は、基材１２とＳｎメッキ層１５との積層方向に沿った断面において、Ｓｎメッキ層１５の表層部分にＡｇ−Ｓｎ粒子が凝集することによって形成されている。Ａｇ−Ｓｎ合金層１６の平均厚さは、０．００２〜１．０μｍの範囲内に設定されている。
The Ag—
以下に、この端子・コネクタ用導電材料１１の製造方法について、図６に示すフロー図を参照にして説明する。
まず、基材１２を部品の形状に応じて加工する（基材加工工程Ｓ´０）。
次に、基材１２のうちＳｎメッキ層１５を形成しない部分にマスキングを行う（マスキング工程Ｓ´１）。
Below, the manufacturing method of this
First, the
Next, masking is performed on the portion of the
次に、露出している基材１２の表面に、基材１２の拡散防止層としてＣｕ層１４を電気メッキまたは無電解メッキにより形成する（Ｃｕ層形成工程Ｓ´２）。
Ｃｕ層１４の上にＳｎメッキ層１５を電気メッキまたは無電解メッキにより形成する（Ｓｎメッキ層形成工程Ｓ´３）。
Next, a Cu layer 14 is formed on the exposed surface of the
An
次に、Ｓｎメッキ層１５の表面に、電気メッキ法、無電解メッキ、置換メッキ及び蒸着法から選択されるメッキ法によって、厚さ０．００１〜０．５μｍのＡｇ又はＡｇ合金からなるＡｇ層を形成する（Ａｇ層形成工程Ｓ´５）。
そして、Ｓｎメッキ層１５の表面にＡｇ層を形成した状態で１０以上１００℃未満に調整された温水浴中に浸漬して２秒間以上保持し、Ａｇ層のＡｇとＳｎメッキ層１５のＳｎとを反応させてＡｇ−Ｓｎ粒子（Ａｇ３Ｓｎ金属間化合物）を生成させてＡｇ−Ｓｎ合金層１６を形成する（Ａｇ−Ｓｎ合金層形成工程Ｓ´６）。
Next, an Ag layer made of Ag or an Ag alloy having a thickness of 0.001 to 0.5 μm is formed on the surface of the
Then, in a state where the Ag layer is formed on the surface of the
このような構成とされた第２の実施形態である端子・コネクタ用導電材料１１によれば、前述した第１の実施形態と同様に、Ａｇ−Ｓｎ合金層１６により、微摺動摩耗時の電気接触抵抗の上昇を抑えることができる。
According to the terminal /
以上、本発明の実施形態である端子・コネクタ用導電材料について説明したが、本発明はこの記載に限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
基材の表面にＮｉ下地，Ｃｕ下地とＳｎメッキ層を順次に形成してリフロー処理したもの（第１実施形態）で説明したが、これに限定されることはなく、ＣｕとＳｎメッキ層を形成してリフローするや基材の表面に直接Ｓｎめっきしてリフローしてもよい。また、第２実施形態においてＣｕ下地層を形成したもので説明したが、これにも限定されることはなく、基材の表面に直接Ｓｎめっき層を形成してもよい。
The conductive material for terminal / connector which is an embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to this description and can be appropriately changed without departing from the technical idea of the present invention.
Although the Ni base, the Cu base, and the Sn plating layer are sequentially formed on the surface of the base material and the reflow process is performed (first embodiment), the present invention is not limited to this, and the Cu and Sn plating layers are not limited thereto. Alternatively, it may be reflowed by direct Sn plating on the surface of the substrate. Moreover, although it demonstrated by what formed Cu base layer in 2nd Embodiment, it is not limited to this, You may form Sn plating layer directly on the surface of a base material.
また、基材を金属導電材料で構成したものとして説明したが、これに限定されることはなく、非金属材料表面に導電性を有する材料を被覆したもので構成してもよい。具体的には、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金、Ｃｕ−Ｍｇ−Ｐ系銅合金、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金、Ｃｕ−Ｚｎ系銅合金、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｓｎ−Ｚｎ系銅合金、ＳＵＳ、Ｆｅ−４２Ｎｉ合金などの金属導電材料、有機フィルム材や半導体、ガラスとセラミックス材料の表面にＣｕ等の導電性金属膜を被覆した非金属材料が挙げられる。 Moreover, although demonstrated as what comprised the base material with the metal electrically-conductive material, it is not limited to this, You may comprise with what coated the material which has electroconductivity on the surface of a nonmetallic material. Specifically, Cu-Ni-Si based copper alloy, Cu-Mg-P based copper alloy, Cu-Fe-P based copper alloy, Cu-Zn based copper alloy, Cu-Cr-Sn-Zn based copper alloy, Examples thereof include metal conductive materials such as SUS and Fe-42Ni alloys, organic film materials and semiconductors, and nonmetallic materials in which the surfaces of glass and ceramic materials are coated with a conductive metal film such as Cu.
また、Ａｇ−Ｓｎ合金層形成工程では、温度１０℃以上１００℃未満に調整された温水浴中に２秒以上浸漬させるものとして説明したが、これに限定されることはなく、温水浴以外の手段で、Ｓｎメッキ層の表面にＡｇ層が形成された状態で温度１０℃以上１００℃未満で２秒以上保持してＡｇとＳｎとを反応させてＡｇ−Ｓｎ粒子を生成すればよい。 Moreover, in the Ag-Sn alloy layer formation process, although it demonstrated as what was immersed in the warm water bath adjusted to the temperature of 10 degreeC or more and less than 100 degreeC for 2 seconds or more, it is not limited to this, Other than a warm water bath By means, Ag—Sn particles may be generated by reacting Ag and Sn while maintaining an Ag layer on the surface of the Sn plating layer for 2 seconds or more at a temperature of 10 ° C. or more and less than 100 ° C.
さらに、Ｓｎメッキ層を電解メッキ又は無電解メッキによって形成するものとして説明したが、これに限定されることはなく、Ｓｎメッキ層をＨｏｔＤｉｐ法で形成してもよい。また、Ｓｎメッキ層を形成した後にリフロー処理したものとして説明したが、図６に示すように、リフロー処理を行うことなくＡｇ層を形成してもよい。
また、第２の実施形態においては、リフロー処理を行わないものとして説明したが、部品の形状に加工してＳｎメッキ層を形成した後にリフロー処理を行ってもよい。また、端子・コネクタ用導電材料１１に加熱処理を行わないものとして説明したが、用途に応じてＳｎが溶融しない温度（例えば１２０〜２００℃）で加熱処理をしてもよい。
Furthermore, although it demonstrated as what forms a Sn plating layer by electroplating or electroless plating, it is not limited to this, You may form a Sn plating layer by HotDip method. Moreover, although it demonstrated as what performed the reflow process after forming Sn plating layer, as shown in FIG. 6, you may form an Ag layer, without performing a reflow process.
In the second embodiment, the reflow process is not performed. However, the reflow process may be performed after forming the Sn plating layer by processing into the shape of the component. Moreover, although demonstrated as what does not heat-process the electrically
また、本実施形態の模式図では、基材の一方の面にＳｎメッキ層及びＡｇ−Ｓｎ合金層を形成したもので説明したが、これに限定されることはなく、基材の全面にＳｎメッキ層及びＡｇ−Ｓｎ合金層を形成してもよい。
さらに、本実施形態の模式図では、基材の表面全部にＳｎメッキ層及びＡｇ−Ｓｎ合金層を形成したものとしたが、これに限定されることはなく、Ｓｎメッキ層及びＡｇ−Ｓｎ合金層が端子の接点付近に局部的に形成されていてもよい。
Moreover, in the schematic diagram of this embodiment, although demonstrated by what formed the Sn plating layer and the Ag-Sn alloy layer in one surface of a base material, it is not limited to this, Sn is formed in the whole surface of a base material. A plating layer and an Ag—Sn alloy layer may be formed.
Furthermore, in the schematic diagram of the present embodiment, the Sn plating layer and the Ag—Sn alloy layer are formed on the entire surface of the base material, but the present invention is not limited to this, and the Sn plating layer and the Ag—Sn alloy are used. The layer may be formed locally near the contact of the terminal.
以下に、本発明の有効性を検証するために行った微摺動摩耗試験の結果について説明する。
微摺動磨耗性の評価装置は、精密摺動試験機（山崎精機研究所製：ＣＲＳ−Ｇ２０５０−ＭＴＳ型）を採用した。測定条件は、室温、振幅が５０μｍ、摺動周波数が１Ｈｚ，荷重が１００ｇ（１Ｎ）にし、摺動回数（サイクル数）の変動に従う電気接触抵抗の値を測定した。（ここで、評価の感度を上げるために、予備試験の結果を基づいて低荷重（通常１〜２０Ｎ）、小振幅（通常２０〜２００μｍ）と高摺動周波数（通常０．０１３〜１Ｈｚ）の条件を選んで評価した。）
電気接触抵抗はＪＩＳ−Ｃ−５４０２に準処し、４端子法（測定電流：１０ｍＡ，最大開放電位２０ｍＶ）により測定し、測定間隔が２回、サンプリングが１個／測定のペースでデータをコンピューターに収集した。
Below, the result of the fine sliding wear test performed in order to verify the effectiveness of this invention is demonstrated.
A precision sliding tester (manufactured by Yamazaki Seiki Laboratories: CRS-G2050-MTS type) was adopted as the evaluation apparatus for fine sliding wear. The measurement conditions were room temperature, amplitude of 50 μm, sliding frequency of 1 Hz, load of 100 g (1 N), and the value of electrical contact resistance according to the variation of the number of sliding times (cycle number). (Here, in order to increase the sensitivity of evaluation, low load (usually 1 to 20 N), small amplitude (usually 20 to 200 μm) and high sliding frequency (usually 0.013 to 1 Hz) based on the results of preliminary tests) We selected and evaluated the conditions.)
Electrical contact resistance is measured in accordance with JIS-C-5402, measured by the 4-terminal method (measurement current: 10 mA, maximum open potential 20 mV), data is sent to a computer at a measurement interval of 2 times, sampling rate of 1 / measurement. Collected.
微摺動磨耗試験機の接点構成と試験片の形状を略図として図７に示す。微摺動摩耗試験器１０は、図７に示すように、試験片２１が載置される載置面１２を有し、所定距離を往復移動可能なステージ部１１と、このステージ部１１の上方に配置され、載置面１２に対向するとともに試験片２２が支持される支持面１６を備えた上方支持部１５と、を備えている。なお、上方支持部１５は、支持面１６に支持された試験片２２をステージ部１１側へと所定の圧力で押圧する押圧機構１７を備えている。
FIG. 7 schematically shows the contact configuration and the shape of the test piece of the fine sliding wear tester. As shown in FIG. 7, the fine sliding
微摺動が負荷される接点は、球面状突起２３を有する凸型接点試験片２２（図４の８Ｂ：メス端子に相当）と平板状試験片２１（図４の８Ａ：オス端子に相当）とが、互いのメッキ面を対向配置することによって構成した。なお、凸型接点試験片２２は、板素材に対してＲ１．５ｍｍの球面先端のある圧子を用いて押圧加工により成型した。接点用の試験片は、後述するようにそれぞれのメッキ層構成を有するＳｎメッキ材から切り出したものを使用した。
The contacts to which fine sliding is applied are a convex
微摺動磨耗試験の際、平板状試験片２１を往復移動可能なステージ１１に設置・固定し、凸型接点試験片２２をステージ部１１の上方に配置されたアーム１２に固定し、所定の振幅と周波数でステージ１１摺動しながら電気接触抵抗を測定した。なお、接点負荷は、押圧機構１７からアーム１２と凸型接点試験片２２を通じて所定の荷重を下の平板状試験片２１に与えた。
At the time of the fine sliding wear test, the
（実施例１）
まず、コネクタのメス端子とオス端子は両方とも同じメッキ材を用いて形成した場合を想定して、前述の第１実施形態であるＳｎメッキ導電材料を用いて上述の凸型接点試験片と平板状試験片を加工し、微摺動磨耗性を評価した結果について説明する。
基材として高導電端子材の代表であるＭｇ；０．７％、Ｐ；０．００５％を含有した板厚０．４ｍｍの銅合金板を用い、Ｎｉメッキ層、Ｃｕメッキ層とＳｎメッキ層をそれぞれ０．３μｍ、０．２μｍと１．０μｍ膜厚で形成し、Ｓｎを溶融する温度までの加熱によりリフロー処理を行った後に、Ｓｎメッキ層の上にＡｇメッキ層をそれぞれ０．０１μｍ、０．０２μｍ、０．０４μｍの膜厚で形成し、４５℃の温水に２０秒間浸漬してＡｇ−Ｓｎ合金層を形成して試験片（本発明例１〜３）を作製した。また、比較としてＡｇ−Ｓｎ合金層を形成していないＳｎメッキ試験片（比較例１）を作製した。これらの試験片を用いて同じメッキ同士の接点を構成し、各３回ずつ微摺動磨耗性を評価した。その平均値の曲線を図８に示す。
Example 1
First, assuming that both the female terminal and male terminal of the connector are formed using the same plating material, the above-described convex contact test piece and flat plate using the Sn-plated conductive material according to the first embodiment described above. The results of processing the test piece and evaluating the fine sliding wear property will be described.
A copper alloy plate having a thickness of 0.4 mm containing Mg: 0.7%, P: 0.005%, which is a representative of highly conductive terminal materials, is used as a base material, and a Ni plating layer, a Cu plating layer and a Sn plating layer are used. Are formed with a film thickness of 0.3 μm, 0.2 μm and 1.0 μm, respectively, and after reflow treatment by heating to a temperature at which Sn is melted, an Ag plating layer is formed on the Sn plating layer by 0.01 μm, It formed with the film thickness of 0.02 micrometer and 0.04 micrometer, and it immersed for 20 second in 45 degreeC warm water, and formed the Ag-Sn alloy layer, and produced the test piece (invention example 1-3). Moreover, the Sn plating test piece (Comparative Example 1) which did not form the Ag-Sn alloy layer was produced as a comparison. These test pieces were used to form contacts of the same plating, and the microsliding wearability was evaluated three times each. The average value curve is shown in FIG.
図８に示すように、すべての試験片において接触抵抗は、最初の３０〜１００サイクルの間に一時上昇し、その後の２００〜１０００サイクルの段階にしばらく安定状態になり、さらにそれ以上に摺動させると接触抵抗が一方的に上昇し、最終的に測定レンジを越えて、接触不良となることがわかる。ここで、各試験片の最初のピークの高さ（すなわち接触抵抗値）を比較してみると、本発明の表面にＡｇ−Ｓｎ微粒子を被覆しているＳｎメッキ導電材料（本発明例１〜３）はいずれも通常のＳｎメッキ材（比較例１）より小さく、特に、Ａｇ―Ｓｎ合金層が厚くなるとともにピークの高さが段々小さくなり、接触抵抗の上昇が抑えられることが確認された。また、最終段階の抵抗上昇開始点から見ると、通常のＳｎメッキ材（比較例１）は約１０００サイクルで接触抵抗の一方的な上昇が始まるが、Ａｇ−Ｓｎ微粒子を被覆しているＳｎメッキ導電材料（本発明例１〜３）は１２００〜１４００サイクルまで接触抵抗が安定し、耐磨耗性を有することがわかる。すなわち、表面にＡｇ−Ｓｎ微粒子を被覆することにより、Ｓｎメッキ層の総合的な微摺動磨耗性も改善され、端子の使用寿命が延長されて電気接続信頼性が向上されることが確認された。 As shown in FIG. 8, in all the test pieces, the contact resistance temporarily rises during the first 30 to 100 cycles, becomes stable for a while in the subsequent 200 to 1000 cycles, and slides further. As a result, the contact resistance rises unilaterally, and finally the measurement range is exceeded, resulting in poor contact. Here, when comparing the height of the first peak of each test piece (that is, the contact resistance value), the Sn-plated conductive material in which the surface of the present invention is coated with Ag-Sn fine particles (Invention Examples 1 to 1). 3) are all smaller than the normal Sn plating material (Comparative Example 1), and in particular, it was confirmed that the Ag—Sn alloy layer becomes thicker and the peak height becomes gradually smaller, and the increase in contact resistance can be suppressed. . In addition, when viewed from the resistance increase start point in the final stage, the normal Sn plating material (Comparative Example 1) starts to increase unilaterally in about 1000 cycles, but Sn plating coated with Ag-Sn fine particles. It can be seen that the conductive material (Invention Examples 1 to 3) has stable contact resistance up to 1200 to 1400 cycles and has wear resistance. That is, it was confirmed that the coating of Ag-Sn fine particles on the surface improves the overall fine sliding wear of the Sn plating layer, extends the service life of the terminal, and improves the electrical connection reliability. It was.
（実施例２）
Ｓｎメッキ層表面にＡｇ−Ｓｎ微粒子の被覆により微摺動磨耗性を改善するメカニズムを解明するために、前述のＣｕ−Ｍｇ−Ｐ銅合金基材の表面にＮｉ−０．３μｍ、Ｃｕ−０．２μｍ、Ｓｎ−１．０μｍメッキしてリフロー処理をし、Ａｇ０．０４μｍメッキしてＡｇ−Ｓｎ合金層を形成して試験片（本発明例４）を作製した。この試験片をそれぞれ２０サイクル、５０サイクル、１００サイクル、５００サイクルと２０００サイクルで微摺動磨耗試験を実施した後、ＳＥＭ表面観察とＥＤＸ分析を行った。
(Example 2)
In order to elucidate the mechanism of improving the fine sliding wear property by coating the Ag-Sn fine particles on the Sn plating layer surface, Ni-0.3 [mu] m, Cu-0 on the surface of the above-mentioned Cu-Mg-P copper alloy base material. .2 μm, Sn-1.0 μm plating and reflow treatment, Ag 0.04 μm plating was performed to form an Ag—Sn alloy layer, thereby preparing a test piece (Example 4 of the present invention). The specimen was subjected to a fine sliding wear test at 20 cycles, 50 cycles, 100 cycles, 500 cycles and 2000 cycles, respectively, and then SEM surface observation and EDX analysis were performed.
図９に示すように、抵抗が安定状態である２０サイクル磨耗試験をした時点では、接点中心部にＳｎとＡｇを検出され、Ａｇ３Ｓｎ微粒子がＳｎカス中に分散していることが確認された。この段階はまたメッキ層領域にいることが推察される。 As shown in FIG. 9, Sn and Ag were detected at the contact center when the 20-cycle wear test in which the resistance was in a stable state, and it was confirmed that Ag 3 Sn fine particles were dispersed in the Sn residue. It was. It is speculated that this stage is also in the plating layer region.
図１０に示すように、５０サイクルにおいて接触抵抗の上昇が始まる時点で、Ｓｎ膜下のＳｎ−Ｃｕ合金層が表面に露出されることが確認された上に、Ｓｎの酸化物の生成も確認される。このことから、５０サイクル時点での接触抵抗の上昇はＳｎの摩耗によって発生したＳｎ粒の酸化に起因したものであると推察される。 As shown in FIG. 10, it was confirmed that the Sn—Cu alloy layer under the Sn film was exposed on the surface when the contact resistance started to increase in 50 cycles, and the formation of Sn oxide was also confirmed. Is done. From this, it is surmised that the increase in contact resistance at the 50th cycle is due to the oxidation of Sn grains generated by the wear of Sn.
図１１に示すように、１００サイクルにて接触抵抗の上昇は一番激しくなり、この時点で、Ｓｎ−Ｃｕ合金とＳｎの酸化物以外に、Ｎｉ下地メッキ層からのＮｉ元素も検出される。このことから、接触抵抗の上昇または電気接続性の劣化は、抵抗の大きいＮｉとその酸化物に関連するものであることが推察される。 As shown in FIG. 11, the contact resistance rises most severely in 100 cycles, and at this point, Ni element from the Ni undercoat layer is also detected in addition to the Sn—Cu alloy and Sn oxide. From this, it is inferred that the increase in contact resistance or the deterioration in electrical connectivity is related to Ni having a high resistance and its oxide.
図１２に示すように、５００サイクルにて抵抗が再び安定になる領域で、素材のＣｕが表面に露出されている。この時点で、接触点は主に基材のＣｕがメインとなるため、接触抵抗の変動が少なくなっていると推察される。 As shown in FIG. 12, the material Cu is exposed on the surface in a region where the resistance becomes stable again after 500 cycles. At this point in time, the contact point is mainly made of Cu as the base material, and it is assumed that the fluctuation of the contact resistance is reduced.
図１３に示すように、２０００サイクルにてほぼ不導通状態となる時点で、大量のＣｕの酸化物のカスが形成することが確認され、電気接続性が最終的に劣化となる原因は、メッキ層が完全に消耗してしまい、基材まで酸化したことに起因すると考えられる。 As shown in FIG. 13, it was confirmed that a large amount of Cu oxide residue was formed at the point of almost non-conducting state in 2000 cycles, and the cause of the final deterioration of the electrical connectivity was plating. It is considered that the layer was completely consumed and was oxidized to the base material.
このように微摺動磨耗試験においては、最初段階（一回目）の接触抵抗の一時上昇は、メッキ膜のＳｎの酸化によるものであり、最終段階（二回目）の接触抵抗の劣化は、メッキ層が消耗してからの基材の露出と酸化によるものであることがわかった。従って、本発明の表面にＡｇ−Ｓｎ微粒子を被覆しているＳｎメッキ導電材料が優れる微摺動磨耗特性を有する理由については、表面のＡｇ−Ｓｎ微粒子によりＳｎの酸化を抑えることにより、または、Ａｇ３Ｓｎ微粒子が摩耗粉中に導電通路として働くことにより、最初段階の接触抵抗の上昇を抑制したと考えられる。さらに、表面に硬いＡｇ−Ｓｎ微粒子の存在により、メッキ膜の消耗を低減し、または基材の露出を遅らせることができるため、２回目の抵抗上昇時期を延長し、接点（コネクタ）全体の微摺動磨耗特性を改善できたと考えられる。 Thus, in the fine sliding wear test, the temporary increase in contact resistance in the first stage (first time) is due to the oxidation of Sn in the plating film, and the deterioration in contact resistance in the final stage (second time) is caused by plating. It was found that this was due to substrate exposure and oxidation after the layer was consumed. Therefore, the reason why the Sn-plated conductive material in which the surface of the present invention is coated with Ag-Sn fine particles has excellent fine sliding wear characteristics is that by suppressing the oxidation of Sn by the surface Ag-Sn fine particles, or It is considered that the Ag 3 Sn fine particles acted as conductive paths in the wear powder, thereby suppressing an increase in the initial contact resistance. In addition, the presence of hard Ag-Sn fine particles on the surface can reduce the wear of the plating film or delay the exposure of the base material. It is thought that the sliding wear characteristics could be improved.
（実施例３）
前述の第１実施形態であるＮｉ下地メッキを省略し、２層の薄Ｓｎメッキ導電材料を用いて上述の接点を加工して微摺動磨耗性を評価した結果を説明する。
基材はＭｇ；０．７％、Ｐ；０．００５％を含有した板厚０．２５ｍｍの銅合金板を用い、Ｃｕメッキ層とＳｎメッキ層をそれぞれ０．３μｍと０．５μｍ膜厚で形成してリフロー処理をした後に、Ｓｎメッキ層の上にＡｇ−Ｓｎ合金層を形成し、Ａｇ−Ｓｎ合金層膜厚０μｍ、０．０４μｍと０．０６μｍとした３種類の試験片（比較例２、本発明例５，６）を作製した。これらの試験片を用いてそれぞれ同じメッキ同士の接点を構成し、微摺動磨耗性を３回ずつ評価した。その平均値の曲線を図１４に示す。ここで、説明の便宜のため、横軸は対数（ａ）と線性（ｂ）で表現した。
(Example 3)
A description will be given of the result of evaluating the microsliding abrasion resistance by processing the above-described contact using a two-layer thin Sn-plated conductive material, omitting the Ni base plating as the first embodiment.
The base material is a copper alloy plate having a thickness of 0.25 mm containing Mg; 0.7% and P; 0.005%, and the Cu plating layer and the Sn plating layer are 0.3 μm and 0.5 μm thick, respectively. After forming and reflowing, an Ag—Sn alloy layer was formed on the Sn plating layer, and three types of test pieces having a Ag—Sn alloy layer thickness of 0 μm, 0.04 μm, and 0.06 μm (comparative example) 2. Invention Examples 5 and 6) were produced. These test pieces were used to form contacts of the same plating, and the fine sliding wear was evaluated three times. The average value curve is shown in FIG. Here, for convenience of explanation, the horizontal axis is expressed by logarithm (a) and linearity (b).
図１４（ａ）に示すように、２層Ｓｎメッキを利用する場合、最初の接触抵抗の上昇はＡｇ−Ｓｎ合金層の有無に関らず、いずれも３０〜４０ｍΩと小さいが、通常のＳｎメッキ材（比較例２）は抵抗のピーク位置が約２０サイクルであることに対し、Ａｇ−Ｓｎ微粒子を被覆しているＳｎメッキ材（本発明例５，６）のピークは約４０サイクルとなり、前述のようにメッキ層領域のＳｎの酸化を抑えることによって耐摩耗性を大幅に（２倍程度）に改善可能であることが確認された。 As shown in FIG. 14A, when two-layer Sn plating is used, the first increase in contact resistance is as small as 30 to 40 mΩ regardless of the presence or absence of the Ag—Sn alloy layer. The plating material (Comparative Example 2) has a resistance peak position of about 20 cycles, whereas the Sn plating material covering the Ag-Sn fine particles (Examples 5 and 6) has about 40 cycles. As described above, it was confirmed that the wear resistance can be greatly improved (about twice) by suppressing the oxidation of Sn in the plating layer region.
また、図１４（ｂ）に示すように、全体的な微摺動磨耗性を比較すると、通常のＳｎメッキ材（比較例２）は約１２００サイクルから接触抵抗の２回目の上昇が始まるが、表面にＡｇ−Ｓｎ微粒子を被覆しているＳｎメッキ材（本発明例５，６）は約１６００〜１９００サイクルとなり、Ａｇ−Ｓｎ合金層膜厚を最適化することにより、微摺動磨耗性を大幅に改善できることが認められた。 Further, as shown in FIG. 14B, when comparing the overall micro-sliding wear property, the normal Sn plating material (Comparative Example 2) starts a second increase in contact resistance from about 1200 cycles. The Sn plating material (Invention Examples 5 and 6) with Ag-Sn fine particles coated on the surface has about 1600 to 1900 cycles. By optimizing the thickness of the Ag-Sn alloy layer, the fine sliding wear is improved. It was found that it could be improved significantly.
（実施例４）
第１実施形であり、高導電端子材の代表であるＮｉ；２．０％、Ｚｎ；１．０％、Ｓｎ；０．５％、Ｓｉ；０．５％を含有した板厚０．２５ｍｍの銅合金板を基材とし、Ｃｕメッキ層とＳｎメッキ層をそれぞれ０．３μｍと１．０μｍ膜厚で形成してリフロー処理を行った後に、Ｓｎメッキ層の上にＡｇ−Ｓｎ合金層を形成し、Ａｇ−Ｓｎ合金層膜厚０μｍ、０．０４μｍと０．０６μｍとした３種類の試験片（比較例３、本発明例７，８）を作製した。これらの試験片を用いて同じメッキ同士の接点構成として微摺動磨耗性を評価した。その３回測定の平均結果を図１５に示す。
Example 4
Thickness of 0.25 mm containing Ni: 2.0%, Zn: 1.0%, Sn: 0.5%, Si: 0.5%, which is the first embodiment and is a representative of highly conductive terminal material After forming a Cu plating layer and a Sn plating layer with a film thickness of 0.3 μm and 1.0 μm respectively and performing a reflow process, an Ag—Sn alloy layer is formed on the Sn plating layer. Three types of test pieces (Comparative Example 3 and Invention Examples 7 and 8) having a thickness of 0 μm, 0.04 μm, and 0.06 μm were formed. Using these test pieces, the fine sliding wear property was evaluated as a contact configuration of the same plating. The average result of the three measurements is shown in FIG.
１回目の抵抗上昇ピークは、いずれも１００サイクル付近で、およそ８０ｍΩであるが、２回目の抵抗上昇は、通常のＳｎメッキ材（比較例３）が約１７００サイクルであることに対し、表面にＡｇ−Ｓｎ微粒子を被覆しているＳｎメッキ材（本発明例７，８）が約２１００〜２３００サイクルまで延長することとなり、微摺動磨耗性が大幅に改善されることがわかる。また、実施例１の結果と実施例４の結果と比較すると、最初の抵抗上昇の値とサイクル数はＳｎメッキ膜の膜厚と比例することがわかる。特に、Ｓｎ層とＡｇ−Ｓｎ合金層の膜厚が同じにし、Ｎｉ下地を省略する場合、常温での微摺動磨耗性がよいことがわかる。 The first resistance increase peak is about 80 mΩ in the vicinity of 100 cycles, but the second resistance increase is about 1700 cycles for the normal Sn plating material (Comparative Example 3). It can be seen that the Sn plating material covering the Ag-Sn fine particles (Examples 7 and 8 of the present invention) is extended to about 2100 to 2300 cycles, and the microsliding wear property is greatly improved. Further, comparing the result of Example 1 with the result of Example 4, it can be seen that the first resistance increase value and the number of cycles are proportional to the thickness of the Sn plating film. In particular, when the film thickness of the Sn layer and the Ag—Sn alloy layer is the same and the Ni base is omitted, it can be seen that fine sliding wear at room temperature is good.
（実施例５）
次に、コネクタのメス端子とオス端子は異なるメッキ材を用いて形成する場合を想定し、微摺動磨耗性を評価した結果について説明する。
試験片の作製は第１実施形態の製造工程により、Ｍｇ；０．７％、Ｐ；０．００５％を含有した板厚０．４ｍｍの銅合金板を基材とし、Ｎｉメッキ層、Ｃｕメッキ層とＳｎメッキ層をそれぞれ０．３μｍ、０．２μｍと１．０μｍ膜厚で形成してリフロー処理を行った後に、Ｓｎメッキ層の上にＡｇ層を０μｍ、０．０２μｍ、０．０４μｍと０．０６μｍの膜厚でメッキしてＡｇ−Ｓｎ合金層を形成して４種類の試験片（比較例４、本発明例９〜１１）を作製した。そして、これらの試験片を用いて平板状試験片又はオス端子とし、通常のリフローＳｎメッキ材を凸型接点試験片又はメス端子として異種メッキ材により接点を構成して微摺動磨耗性を評価した。その平均値の曲線を図１６に示す。
(Example 5)
Next, assuming the case where the female terminal and male terminal of the connector are formed using different plating materials, the results of evaluating the fine sliding wear will be described.
The test piece was manufactured by the manufacturing process of the first embodiment using a 0.4 mm-thick copper alloy plate containing Mg: 0.7% and P: 0.005% as the base material, Ni plating layer, Cu plating After forming a layer and a Sn plating layer with a film thickness of 0.3 μm, 0.2 μm and 1.0 μm respectively and performing a reflow process, an Ag layer is formed on the Sn plating layer with a thickness of 0 μm, 0.02 μm and 0.04 μm. The Ag—Sn alloy layer was formed by plating with a film thickness of 0.06 μm to prepare four types of test pieces (Comparative Example 4, Invention Examples 9 to 11). These test pieces are used as flat test pieces or male terminals, and the contact is made of a different type of plating material using a normal reflow Sn plating material as a convex contact test piece or a female terminal, and the microsliding wear resistance is evaluated. did. The average curve is shown in FIG.
図１６（ａ）に示すように、接点の一方としてＳｎメッキを利用する場合、Ａｇ−Ｓｎ合金層の有無に関らず、最初のメッキ層領域の接触抵抗はＳｎの酸化によりほぼ同じ程度で上昇するが、通常のＳｎメッキ材（比較例４）の抵抗上昇ピークが約４０サイクルであることに対し、Ａｇ−Ｓｎ微粒子を被覆しているＳｎメッキ材（本発明例９〜１１）のピークは約８０〜１２０サイクルとなり、メッキ層領域の耐摩耗性が２〜３倍程度で改善されることが確認された。 As shown in FIG. 16A, when Sn plating is used as one of the contacts, the contact resistance in the first plating layer region is almost the same due to the oxidation of Sn regardless of the presence or absence of the Ag—Sn alloy layer. Although the resistance rise peak of the normal Sn plating material (Comparative Example 4) is about 40 cycles, the peak of the Sn plating material covering the Ag-Sn fine particles (Invention Examples 9 to 11) is increased. Was about 80 to 120 cycles, and it was confirmed that the wear resistance of the plating layer region was improved by about 2 to 3 times.
また、図１６（ｂ）に示すように、総合的な微摺動磨耗性を比較すると、通常のＳｎメッキ材（比較例４）は約９００サイクルから接触抵抗の２回目の上昇が始まるが、表面にＡｇ−Ｓｎ微粒子を被覆しているＳｎメッキ材（本発明例９〜１１）の抵抗上昇は約１２００〜１７００サイクルまで延長することができ、Ａｇ−Ｓｎ合金層の被覆により接点の全体微摺動磨耗性を大幅に向上することも確認された。すなわち、接点又はコネクタに対して、一方の端子のみを、本発明の表面にＡｇ−Ｓｎ微粒子を被覆しているＳｎメッキ材を利用すれば、微摺動磨耗性を改善することにより電気接続信頼性を向上できることが認められた。また、Ａｇ−Ｓｎ合金層の膜厚の増加とともに、耐微摺動磨耗の改善効果が大きくなるが、ある程度の厚さ（ここでは０．０４μｍ）を超えると、微摺動磨耗性はそれ以上改善されない、又は逆に多少落ちる傾向も見られることから、微摺動磨耗性改善の最大効果を得るために、最適なＡｇ層膜厚の制御が必要だと考えられる。 Further, as shown in FIG. 16 (b), when comparing the overall micro-sliding wear properties, the normal Sn plating material (Comparative Example 4) starts a second increase in contact resistance from about 900 cycles. The increase in resistance of the Sn plating material (Examples 9 to 11 of the present invention) whose surface is coated with Ag-Sn fine particles can be extended to about 1200 to 1700 cycles. It was also confirmed that the sliding wear was greatly improved. That is, if only one terminal is used for the contact or the connector, if the Sn plating material in which the surface of the present invention is coated with Ag-Sn fine particles is used, the reliability of electrical connection can be improved by improving the fine sliding wear property. It was found that the sex could be improved. In addition, the effect of improving the fine sliding wear resistance increases as the film thickness of the Ag—Sn alloy layer increases, but if the thickness exceeds a certain thickness (here 0.04 μm), the fine sliding wear resistance is more than that. Since there is a tendency to not improve or to decrease somewhat, it is considered that the optimum control of the Ag layer thickness is necessary in order to obtain the maximum effect of improving fine sliding wear.
（実施例６）
さらに、実用上の状況を想定して、コネクタのメス端子とオス端子として、本発明のＡｇ−Ｓｎ微粒子を被覆しているＳｎメッキ導電材料と通常のリフローＳｎメッキを様々な組合せにより接点（コネクタ）を構成して微摺動磨耗性を評価した結果について説明する。ここで、接点の構成は表１のように設定した。
(Example 6)
Furthermore, assuming a practical situation, as a female terminal and a male terminal of the connector, a contact (connector) by various combinations of the Sn plating conductive material coated with the Ag-Sn fine particles of the present invention and the normal reflow Sn plating. ) To evaluate the fine sliding wear property. Here, the configuration of the contacts was set as shown in Table 1.
試験片の作製は第１実施形態、Ｎｉ；２．０％、Ｚｎ；１．０％、Ｓｎ；０．５％、Ｓｉ；０．５％を含有した板厚０．２５ｍｍの銅合金板を基材とし、Ｃｕメッキ層とＳｎメッキ層をそれぞれ０．３μｍと０．８６μｍ膜厚で形成してリフロー処理をした後に、Ｓｎメッキ層の上にＡｇ層を０．０４μｍ形成し、Ａｇ−Ｓｎ微粒子を被覆しているＳｎメッキ試験片を作製した。また、通常のリフローＳｎメッキ材は同じような工程で同じＳｎ膜厚のＳｎメッキ試験片を作製した。その３回の測定値を平均化した曲線を図１７に示す。 The test piece was prepared by using a copper alloy plate having a thickness of 0.25 mm containing Ni: 2.0%, Zn: 1.0%, Sn: 0.5%, Si; 0.5% in the first embodiment. After forming a Cu plating layer and a Sn plating layer with a film thickness of 0.3 μm and 0.86 μm respectively and performing a reflow treatment as a base material, an Ag layer is formed on the Sn plating layer by 0.04 μm, and Ag—Sn An Sn plating test piece coated with fine particles was prepared. Moreover, the normal reflow Sn plating material produced the Sn plating test piece of the same Sn film thickness in the same process. A curve obtained by averaging the three measurements is shown in FIG.
図１７に示すように、最初のメッキ層領域の抵抗上昇ピークは、Ａｇ−Ｓｎ合金層の有無に関らず、ほぼ同じ位置であるが、接点のいずれの側又は両側がＡｇ−Ｓｎ微粒子を被覆しているＳｎメッキを利用する場合、通常のＳｎメッキより低く、微摺動磨耗による接触抵抗の上昇を抑制することが確認された。また、２回目の接触抵抗の上昇から見ると、通常のＳｎメッキは約１３００サイクルから上昇開始に対し、表面にＡｇ−Ｓｎ微粒子を被覆しているＳｎメッキの抵抗上昇は約１８００〜２３００サイクルまで延長することができ、いずれも通常のＳｎメッキより抵抗の安定領域が広いことが分かる。即ち、接点の片側さえ本発明のＡｇ−Ｓｎ微粒子を被覆しているＳｎメッキ材を利用すれば、接点の全体微摺動磨耗性を向上できることが認められた。 As shown in FIG. 17, the resistance increase peak in the first plating layer region is almost the same regardless of the presence of the Ag—Sn alloy layer, but the Ag—Sn fine particles are present on either side or both sides of the contact. When using the Sn plating which coat | covers, it was confirmed that it is lower than normal Sn plating and suppresses the raise of the contact resistance by fine sliding wear. In addition, from the second increase in contact resistance, normal Sn plating starts to increase from about 1300 cycles, whereas the resistance increase of Sn plating with Ag-Sn fine particles coated on the surface increases to about 1800 to 2300 cycles. It can be extended, and it can be seen that the resistance stable region is wider than that of normal Sn plating. That is, it was recognized that the use of the Sn plating material coated with the Ag-Sn fine particles of the present invention even on one side of the contact can improve the overall fine sliding wear property of the contact.
さらに、Ａｇメッキ膜厚が同じでも、片側の端子がＡｇ−Ｓｎ微粒子を被覆しているＳｎメッキ材を利用する場合は、両側ともそれを利用する場合より抵抗の上昇を遅れることが確認された。これは、硬質メッキ層（即ちＡｇ−Ｓｎ層）と軟質メッキ層（即ちＳｎ層）と組み合せれば、振動を吸収しやくなると推察される。特に、凸型接点がＡｇ−Ｓｎ微粒子を被覆しているＳｎメッキ材を利用するとより効果があることは、最も磨耗し易い凸型部分は硬いメッキ層を利用すると、接点の上下は同時に消耗することができるため、接点全体の耐摩耗性が向上されると考えられる。すなわち、接点又はコネクタに対して、少なくても片側の端子が本発明の表面にＡｇ−Ｓｎ微粒子を被覆しているＳｎメッキ材を利用すれば、微摺動磨耗性を大幅に改善することにより電気接続信頼性を向上できることが認められた。 Furthermore, even when the Ag plating film thickness is the same, it was confirmed that when the Sn plating material in which the terminal on one side covers the Ag-Sn fine particles is used, the resistance increase is delayed compared to the case where both are used. . This is presumed that vibration is easily absorbed when combined with a hard plating layer (ie, Ag—Sn layer) and a soft plating layer (ie, Sn layer). In particular, it is more effective to use an Sn plating material in which the convex contact is coated with Ag-Sn fine particles. The convex portion that is most likely to be worn is consumed at the same time if the hard plating layer is used for the convex portion that is most likely to be worn. Therefore, it is considered that the wear resistance of the entire contact is improved. That is, if a Sn plating material in which at least one terminal is coated with Ag-Sn fine particles on the surface of the present invention is used for a contact or a connector, the micro-sliding wear resistance is greatly improved. It has been found that electrical connection reliability can be improved.
（実施例７）
さらに、高温環境において、本発明のＡｇ−Ｓｎ微粒子を被覆しているＳｎメッキ導電材料と通常のリフローＳｎメッキをそれぞれ使用する場合、微摺動磨耗性を評価した結果について説明する。
試験片は、Ｍｇ；０．７％、Ｐ；０．００５％を含有した板厚０．４ｍｍの銅合金板を基材とし、Ｎｉメッキ層、Ｃｕメッキ層とＳｎメッキ層をそれぞれ０．３μｍ、０．２μｍと１．２μｍ膜厚で形成してリフロー処理を行い、リフローＳｎメッキ材を作製した。その後に、そのＳｎメッキ層の上にＡｇメッキ層を０．０４μｍの膜厚で形成し、４５℃の温水に２０秒間浸漬してＡｇ−Ｓｎ合金層を形成して試験片（本発明例１５）を作製した。また、比較としてＡｇ−Ｓｎ合金層を形成していないＳｎメッキ試験片（比較例６）を用いた。
(Example 7)
Furthermore, in the high temperature environment, when using the Sn-plated conductive material covering the Ag-Sn fine particles of the present invention and the normal reflow Sn plating, the results of evaluating the fine sliding wear will be described.
The test piece was based on a copper alloy plate having a thickness of 0.4 mm containing Mg; 0.7% and P; 0.005%, and each of the Ni plating layer, the Cu plating layer and the Sn plating layer was 0.3 μm. , 0.2 μm and 1.2 μm film thickness were formed and reflow treatment was performed to prepare a reflow Sn plating material. Thereafter, an Ag plating layer having a thickness of 0.04 μm was formed on the Sn plating layer, and immersed in warm water at 45 ° C. for 20 seconds to form an Ag—Sn alloy layer. ) Was produced. For comparison, an Sn plating test piece (Comparative Example 6) in which no Ag—Sn alloy layer was formed was used.
これらの試験片を用いて同じメッキ同士の接点を構成し、各３回ずつ１２０℃での微摺動磨耗性を評価した。また、実験の際に、各組の接点を常温でセットしてから加熱電源を入れて、１２０℃まで全速昇温して３０分間保持した後、微摺動磨耗性の測定を開始することとした。その平均値の曲線を図１８に示す。 These test pieces were used to form contacts of the same plating, and the fine sliding wear property at 120 ° C. was evaluated three times each. Also, in the experiment, after setting each set of contacts at room temperature, turn on the heating power, heat up to 120 ° C at full speed and hold for 30 minutes, and then start measuring fine sliding wear. did. The average curve is shown in FIG.
全体の微摺動磨耗性はほぼ同じであるが、通常のリフローＳｎメッキは５０サイクルの時点で２００ｍΩ以上に接触抵抗が上昇したことに対し、本発明のＡｇ−Ｓｎ微粒子を被覆しているＳｎメッキ導電材料がおよそ１００ｍΩ前後まで抑えられることがわかる。これは、高温環境においてＡｇ−Ｓｎ微粒子がメッキ膜領域のＳｎ酸化を抑制すると挙げられる。 Although the overall fine sliding wear property is almost the same, the contact resistance increased to 200 mΩ or more in the normal reflow Sn plating at the time of 50 cycles, whereas the Sn coated with the Ag—Sn fine particles of the present invention. It can be seen that the plated conductive material can be suppressed to about 100 mΩ. This is because Ag-Sn fine particles suppress Sn oxidation in the plating film region in a high temperature environment.
（実施例８）
次に、前述の第２実施形態であるリフロー処理しないＳｎメッキ材を利用する例として、本発明のＡｇ−Ｓｎ微粒子を被覆しているＳｎメッキ導電材料と通常のリフローＳｎメッキをそれぞれ使用する場合、微摺動磨耗性を評価した結果について説明する。
試験片は、リードフレーム材の代表であるＦｅ；２．４％、Ｚｎ；０．１３％、Ｐ；０．１％を含有した板厚０．１５ｍｍの銅合金板を基材とし、Ｓｎメッキ層を１．０μｍメッキした後、Ａｇメッキ層を０．０２μｍと０．０４μｍ膜厚で形成して４５℃の温水に３０秒間浸漬してＡｇ−Ｓｎ合金層を形成して試験片（本発明例１６、１７）を作製した。また、比較としてＡｇ−Ｓｎ合金層を形成していないＳｎメッキ試験片（比較例７）を用いた。
これらの試験片を用いて同じメッキ同士の接点を構成し、各３回ずつ微摺動磨耗性を評価した。その平均値の曲線を図１９に示す。
(Example 8)
Next, as an example of using the Sn plating material not subjected to the reflow process according to the second embodiment described above, when using the Sn plating conductive material covering the Ag-Sn fine particles of the present invention and normal reflow Sn plating, respectively. The results of evaluating the fine sliding wear will be described.
The test piece is based on a copper alloy plate having a thickness of 0.15 mm containing Fe: 2.4%, Zn: 0.13%, P: 0.1%, which is a representative lead frame material, and Sn plating. After plating the layer by 1.0 μm, an Ag plating layer is formed with a film thickness of 0.02 μm and 0.04 μm, and immersed in warm water at 45 ° C. for 30 seconds to form an Ag—Sn alloy layer. Examples 16 and 17) were prepared. For comparison, an Sn plating test piece (Comparative Example 7) in which no Ag—Sn alloy layer was formed was used.
These test pieces were used to form contacts of the same plating, and the microsliding wearability was evaluated three times each. The average value curve is shown in FIG.
いずれの場合においても、最初の接触抵抗の上昇が見られないが、表面にＡｇ−Ｓｎ微粒子を被覆することにより、２回目の抵抗上昇時期を延長することができ、全体の微摺動磨耗性を普通のＳｎメッキより改善されることが確認された。また、リフローＳｎメッキを利用する場合と同様、Ａｇメッキ層の膜を厚くすることにより、接点の微摺動磨耗性を大幅に改善されることが認められた。 In either case, the first increase in contact resistance is not observed, but by coating the surface with Ag-Sn fine particles, the second resistance increase period can be extended, and the entire fine sliding wear property is increased. Was confirmed to be improved over ordinary Sn plating. In addition, as in the case of using reflow Sn plating, it was recognized that the fine sliding wear property of the contact can be greatly improved by increasing the thickness of the Ag plating layer.
（実施例９）
第２実施形態であるリフロー処理しないＳｎメッキ材を利用する例として、Ｆｅ；２．４％、Ｚｎ；０．１３％、Ｐ；０．１％を含有した板厚０．１５ｍｍの銅合金板を基材とし、ＣｕメッキとＳｎメッキ層をそれぞれ０．３μｍと２．０μｍ膜厚でメッキした後、Ａｇメッキ層を０．０２μｍ形成して４５℃の温水に２０秒間浸漬してＡｇ−Ｓｎ合金層を形成して試験片（本発明例１８）を作製した。また、比較としてＡｇ−Ｓｎ合金層を形成していないＳｎメッキ試験片（比較例８）を用いた。これらの試験片を用いて同じメッキ同士の接点を構成し、その平均値の曲線を図２０に示す。
Example 9
As an example of using the Sn plating material not subjected to reflow processing according to the second embodiment, a copper alloy plate having a thickness of 0.15 mm containing Fe; 2.4%, Zn; 0.13%, P; 0.1% After plating the Cu plating and Sn plating layers with a film thickness of 0.3 μm and 2.0 μm, respectively, forming an Ag plating layer of 0.02 μm and immersing in warm water at 45 ° C. for 20 seconds to form Ag—Sn An alloy layer was formed to prepare a test piece (Invention Example 18). For comparison, an Sn plating test piece (Comparative Example 8) in which no Ag—Sn alloy layer was formed was used. These test pieces are used to form contacts of the same plating, and the curve of the average value is shown in FIG.
表面にＡｇ−Ｓｎ微粒子を被覆しているＳｎメッキ材は普通のＳｎメッキと比べ、２回目の抵抗上昇時期を延長することがわかり、接点の微摺動磨耗性を改善されることが確認された。 It is confirmed that Sn plating material with Ag-Sn fine particles coated on the surface prolongs the second resistance rise time compared with normal Sn plating, and it is confirmed that the fine sliding wear property of the contact is improved. It was.
１ Ｓｎメッキ導電材料
２ 基材
３ Ｎｉメッキ層
４ Ｃｕ層
５ Ｓｎメッキ層
６ Ａｇ−Ｓｎ合金層
７ Ａｇ層
８ 嵌合型接続端子
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記Ｓｎメッキ層の積層方向厚さが、０．１〜１５．０μｍの範囲内とされており、
前記Ｓｎメッキ層の表面には、Ａｇ−Ｓｎ微粒子が凝集したＡｇ−Ｓｎ合金層が形成されており、該Ａｇ−Ｓｎ合金層の平均厚さが０．００２〜１．０μｍの範囲内に設定されていることを特徴とする端子・コネクタ用導電材料。 A conductive material for a terminal / connector comprising a conductive base material and a Sn plating layer made of Sn or Sn alloy formed on the base material,
The thickness in the stacking direction of the Sn plating layer is in the range of 0.1 to 15.0 μm,
An Ag—Sn alloy layer in which Ag—Sn fine particles are aggregated is formed on the surface of the Sn plating layer, and the average thickness of the Ag—Sn alloy layer is set within a range of 0.002 to 1.0 μm. Conductive material for terminals and connectors, characterized in that
前記オス端子及び前記メス端子の少なくとも一方が、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の端子・コネクタ用導電材料で構成されていることを特徴とする嵌合型接続端子。 A fitting-type connection terminal having a male terminal and a female terminal that fit together,
A fitting type connection terminal, wherein at least one of the male terminal and the female terminal is formed of the terminal / connector conductive material according to any one of claims 1 to 3.
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