专利名称：导电部件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于电连接用连接器等，且在由Cu或Cu合金构成的基材表面形成多个镀层的导电部件及其制造方法。本申请基于2009年1月20日在日本申请的日本专利申请2009-9752号及2009 年2月23日在日本申请的日本专利申请2009-39303号主张优先权，将其内容援用于此。
背景技术：
作为用于汽车的电连接用连接器或印刷基板的连接端子等的导电部件，为了提高电连接特性等，多使用在由Cu或Cu合金构成的Cu系基材的表面施以镀Sn系金属的导电部件。作为那样的导电部件，例如有专利文献1至专利文献4所记载的导电部件。专利文献1至专利文献3所记载的导电部件为如下构成在由Cu或Cu合金构成的基材表面依次镀Ni、Cu、Sn而形成3层镀层之后加热并进行回流处理，从而在最表面层形成Sn层，且在 Ni层与Sn层之间形成Cu-Sn金属间化合物层(例如Cu6Sn5)。并且，专利文献4所记载有如下技术例如由Ni-Fe或!^e等构成基底镀层，且在其上依次镀Cu、Sn，进行回流处理。专利文献1 日本专利第3880877号公报专利文献2 日本专利第4090488号公报专利文献3 日本专利公开2004-680 号公报专利文献4 日本专利公开2003-171790号公报但是，在如汽车发动机周围那样例如高达150°C左右的高温环境下使用这种连接器或端子时，由于长时间暴露于其高温下，导致Sn与Cu相互热扩散而表面状态容易经时变化，且存在接触电阻上升的倾向。另外，也存在于Cu系基材的表面因Cu的扩散发生柯肯德尔空隙而发生剥离的危险，期望解决这些问题。另一方面，专利文献4所记载的导电部件存在!^e-Ni或!^e的基底镀层与Cu的粘附性差且容易剥离的问题。另外，用于连接器时，随着电路的高密度化，连接器也变多极化，汽车配线组装时的插入力变大，因此要求能够减小插拔力的导电部件。
发明内容
本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于提供一种具有稳定的接触电阻且不易剥离，并且作为连接器使用时能够减小插拔力且使之稳定的导电部件及其制造方法。本发明人为了解决这种课题而分析了以往镀表面的结果，确认了以往技术的镀材料的截面为基底铜合金、Ni层、Cu6Sn5层、Sn系表面层的3层结构，但在M层上的极少一部分存在Cu3Sn层。并且发现了该Cu6Sn5层和Cu3Sn层在Ni层上以预定的状态混合的现象会影响高温时的接触电阻、柯肯德尔空隙的发生、在连接器使用时的插拔力。即，本发明的导电部件的特征在于，在Cu系基材的表面通过M系基底层依次形成Cu-Sn金属间化合物层、Sn系表面层，并且Cu-Sn金属间化合物层进一步由配置于所述Ni 系基底层上的Cu3Sn层和配置于该Cu3Sn层上的Cu6Sn5层构成，结合这些Cu3Sn层及Cu6Sn5 层而得到的所述Cu-Sn金属间化合物层在与所述Sn系表面层接触的面具有凹凸，其凹部的厚度为0. 05 1. 5 μ m,并且Cu3Sn层相对于所述Ni系基底层的面积包覆率为60%以上， 所述Cu-Sn金属间化合物层的凸部相对于所述凹部的厚度比率为1.2 5，所述Cu3Sn层的平均厚度为0. 01 0. 5 μ m。该导电部件中，M系基底层与Sn系表面层之间的Cu-Sn金属间化合物层为Cu3Sn 层和Cu6Sn5层的双层结构，其下层的Cu3Sn层覆盖Ni系基底层，Cu6Sn5层以从其上覆盖的方式存在。结合该Cu3Sn合金层和Cu6Sn5层而得到的Cu-Sn金属间化合物层其膜厚并不一定相同而是具有凹凸，但重要的是其凹部的厚度为0. 05 1. 5 μ m。不到0. 05 μ m时，存在高温时Sn从凹部向M系基底层扩散而在M系基底层发生缺损的危险，基材的Cu因其缺损扩散而Cu6Sn5层到达表面，在表面形成Cu氧化物而导致接触电阻增大。并且，此时通过来自M系基底层的缺损部的Cu扩散，容易发生柯肯德尔空隙。另一方面，若凹部的厚度超过1.5μπι，则Cu-Sn合金层变得脆弱，在弯曲加工时易发生镀薄膜的剥离。由此，Cu-Sn金属间化合物层的凹部的厚度优选为0. 05 1. 5 μ m。并且，如此预定厚度的Cu-Sn金属间化合物层配置于Sn系表面层的下层，从而使柔软的Sn基底变硬，而能够谋求降低在多极连接器等中使用时的插拔力及抑制其偏差。并且，Cu3Sn层相对于Ni系基底层的面积包覆率设为60%以上是因为，若其包覆率低，则在高温时M系基底层的M原子从未被包覆的部分向Cu6Sn5层扩散而在M系基底层发生缺损，基材的Cu从该缺损部分扩散，从而与上述情况相同地导致接触电阻的增大或柯肯德尔空隙的发生。为了防止其高温时的接触电阻的增大或柯肯德尔空隙的发生而实现以往技术以上的耐热性，需要Ni系基底层被包覆至少60%以上，更优选设为80%以上的面积包覆率。并且，若Cu-Sn金属间化合物层的凸部相对于凹部的厚度比率变小而Cu-Sn金属间化合物层的凹凸变少，则使用连接器时的插拔力下降而优选，但若其不到1. 2，则Cu-Sn 金属间化合物层的凹凸大部分消失而Cu-Sn金属间化合物层明显变脆弱，在弯曲加工时易发生薄膜的剥离，所以不优选。并且，若超过5且增大Cu-Sn金属间化合物层的凹凸，则作为连接器使用的情况下在插拔时Cu-Sn金属间化合物层的凹凸成为阻碍，因此缺乏降低插拔力的效果。另外，若包覆Ni系基底层的Cu3Sn层的平均厚度不到0. 01 μ m，则缺乏抑制Ni系基底层扩散的效果。并且，若Cu3Sn层的厚度超过0. 5 μ m，则在高温时Cu3Sn层变化为Cu6Sn5 层且减少Sn系表面层，并且接触电阻变高，因此不优选。该平均厚度为在Cu3Sn层部分多处测定其厚度时的平均值。 在本发明的导电部件中，若在所述Cu系基材与所述M系基底层之间介入有系基底层则更佳，所述狗系基底层的厚度为0. 1 1. 0 μ m即可。 该导电部件中，由于!^e向Cu6Sn5的扩散速度比Ni慢，因此在高温时!^e系基底层作为耐热性高的阻挡层有效地发挥功能，能够稳定且较低地维持表面的接触电阻。另外，由于狗较硬，所以在连接器端子等的使用中发挥高耐磨性。并且，在该狗系基底层与Cu-Sn 金属间化合物层之间介入有M系基底层，从而能够良好地维持狗系基底层与Cu-Sn金属间化合物层的粘附。即，狗和Cu并不固溶且也不形成金属间化合物，所以在层的界面不发生原子的相互扩散且不能得到它们的粘附性，但通过在两者之间介入能够与狗和Cu双方固溶的M元素作为粘合剂，能够提高它们的粘附性。另外，在因外部环境而腐蚀并易形成氧化物的狗上包覆Ni系基底层，从而有防止 Fe从Sn镀缺损部向表面移动而形成！^氧化物的效果。这是因为，此时若!^e系基底层为不到0. Ιμπι的少量，则Cu系基材1中的Cu扩散防止功能不充分，另外，若超过ι. ο μ m，则弯曲加工时在狗系基底层易发生裂纹，并不优选。并且，本发明的导电部件的制造方法，其在Cu系基材的表面依次镀M或M合金、 Cu或Cu合金、Sn或Sn合金而形成各自的镀层之后，加热并进行回流处理，从而制造在所述 Cu系基材上依次形成M系基底层、Cu-Sn金属间化合物层、Sn系表面层的导电部件，其特征在于，通过电流密度为20 50A/dm2的电镀形成基于所述Ni或Ni合金的镀层，通过电流密度为20 60A/dm2的电镀形成基于所述Cu或Cu合金的镀层，通过电流密度为10 30A/ dm2的电镀形成基于所述Sn或Sn合金的镀层，所述回流处理具有加热工序，形成所述镀层之后经过1 15分钟后，以20 75°C /秒的升温速度加热镀层至240 300°C的峰值温度；一次冷却工序，到达所述峰值温度之后，以30°C /秒以下的冷却速度冷却2 10秒；及二次冷却工序，一次冷却后以100 250°C /秒的冷却速度进行冷却。高电流密度下的镀Cu使晶粒边界密度增加，有助于形成均勻的合金层的同时能够形成包覆率高的Cu3Sn层。将镀Cu的电流密度设为20 60A/dm2是因为，电流密度不到20A/dm2时由于缺乏镀Cu结晶的反应活性，所以合金化时缺乏形成平滑的金属间化合物的效果，另一方面，若电流密度超过60A/dm2，则镀Cu层的平滑性降低，所以无法形成平滑的 Cu-Sn金属间化合物层。另外，将镀Sn的电流密度设为10 30A/dm2是因为，电流密度不到ΙΟΑ/dm时Sn 的晶粒边界密度降低，合金化时缺乏形成平滑的Cu-Sn金属间化合物层的效果，另一方面， 若电流密度超过30A/dm2，则电流效率明显下降，故而不优选。另外，通过将镀Ni的电流密度设为20A/dm2以上，在晶粒被微细化并回流或成品化之后的加热时M原子难以向Sn或金属间化合物扩散，镀M缺损减少，能够防止柯肯德尔空隙的发生。另一方面，若电流密度超过50A/dm2，则在电解时镀表面的氢的发生变得剧烈，因气泡附着而在薄膜上发生针孔，基底的Cu系基材以此为起点扩散并容易发生柯肯德尔空隙。因此优选将镀Ni的电流密度设为20 50A/dm2。另外，以高电流密度进行电沉积的Cu和Sn稳定性低，即使在室温中也发生合金化或晶粒膨胀化，难以以回流处理制作所希望的金属间化合物结构。因此，优选在镀处理之后迅速进行回流处理。具体而言，在15分钟以内，优选在5分钟以内进行回流处理即可。以比以往技术高的电流密度进行Cu或Cu合金和Sn或Sn合金的镀处理，并且在镀后迅速进行回流处理，从而Cu和Sn在回流时反应活跃，通过Cu3Sn层多包覆Ni基底层， 生成均勻的Cu6Sn5层。另外，在回流处理中，若加热工序中的升温速度不到20°C/秒，则到镀Sn熔融为止的期间Cu原子优先在Sn的晶粒边界中扩散，金属间化合物在晶粒边界附近异常成长，因此难以形成包覆率高的Cu3Sn层。另一方面，若升温速度超过75°C /秒，则金属间化合物的成长不充分且镀Cu过量残留，在之后的冷却中无法得到所希望的金属间化合物层。并且，在加热工序中，若峰值温度不到240°C，则Sn无法均勻地熔融，若峰值温度超过300°C，则金属间化合物急剧成长且Cu-Sn金属间化合物层的凹凸变大，故而不优选。另外，在冷却工序中，通过设定冷却速度较小的一次冷却工序，Cu原子平稳地扩散至Sn粒内，以所希望的金属间化合物结构成长。若该一次冷却工序的冷却速度超过30°C / 秒，则由于急剧冷却的影响金属间化合物无法成长为光滑的形状，且凹凸变大。即使冷却时间不到2秒，金属间化合物也同样无法成长为光滑的形状。若冷却时间超过10秒，则Cu6Sn5 层的成长过度进展，且Cu3Sn层的包覆率下降。该一次冷却工序适合为气冷。而且，该一次冷却工序之后，通过二次冷却工序快速冷却使金属间化合物层的成长在所希望的结构终止。若该二次冷却工序的冷却速度不到100°c /秒，则金属间化合物进一步进行，无法得到所希望的金属间化合物形状。这样通过缜密控制镀的电沉积条件和回流条件，能够得到双层结构且凹凸少，基于Cu3Sn的包覆率高的Cu-Sn金属间化合物层。另外，本发明的导电部件的制造方法，其在Cu系基材的表面依次镀狗或狗合金、 Ni或Ni合金、Cu或Cu合金、Sn或Sn合金而形成各自的镀层之后，加热并进行回流处理，从而制造在所述Cu系基材上依次形成！^系基底层、Ni系基底层、Cu-Sn金属间化合物层、Sn 系表面层的导电部件，其特征在于，通过电流密度为5 25A/dm2的电镀形成基于所述狗或 Fe合金的镀层，通过电流密度为20 50A/dm2的电镀形成基于所述Ni或Ni合金的镀层， 通过电流密度为20 60A/dm2的电镀形成基于所述Cu或Cu合金的镀层，通过电流密度为 10 30A/dm2的电镀形成基于所述Sn或Sn合金的镀层，所述回流处理具有加热工序，形成所述镀层之后经过1 15分钟后，以20 75°C /秒的升温速度加热镀层至240 300°C 的峰值温度；一次冷却工序，到达所述峰值温度之后，以30°C /秒以下的冷却速度冷却2 10秒；及二次冷却工序，一次冷却后以100 250°C /秒的冷却速度进行冷却。镀！^的电流密度不到5A/dm2时，镀！^颗粒膨胀化，缺乏抑制Sn扩散的效果，另一方面，若电流密度超过25A/dm2，则会容易产生由氢的发生引起的针孔，故而不优选。根据本发明，在双层结构的Cu-Sn金属间化合物层中，构成下层的Cu3Sn层适当地包覆Ni系基底层，并且在其上还形成Cu6Sn5层，从而防止高温时Cu的扩散，能够良好地维持表面状态而抑制接触电阻的增大，并且防止镀薄膜的剥离或柯肯德尔空隙的发生，还能够降低使用连接器时的插拔力并抑制其偏差。
图1是将本发明所涉及的导电部件的第1实施方式的表层部分模型化表示的截面图。图2是将本发明的制造方法所涉及的回流条件的温度与时间的关系作成图表的温度曲线。图3是关于第1实施方式的导电部件的实施例的表层部分处的截面显微镜照片。图4是比较例的导电部件的表层部分处的截面显微镜照片。图5是将用于测定导电部件的动摩擦系数的装置简要表示的主视图。图6是表示本实施例及比较例的各导电部件中的接触电阻的经时变化的图表。
图7是将本发明所涉及的导电部件的第2实施方式的表层部分模型化表示的截面图。
具体实施例方式以下，说明本发明的实施方式。(第1实施方式)首先，对第1实施方式进行说明。该第1实施方式的导电部件10例如是用于汽车的车载用连接器的端子中的导电部件，如图1所示，在Cu系基材1的表面通过M系基底层 2依次形成Cu-Sn金属间化合物层3和Sn系表面层4，并且Cu-Sn金属间化合物层3进一步由Cu3Sn层5和Cu6Sn5层6构成。Cu系基材1为由Cu或Cu合金构成的例如为板状的基材。作为Cu合金，并不一定限定其材质，但适合为Cu-Si系合金、Cu-Ni-Si系(科尔森系)合金、Cu-Cr-^ 系合金、Cu-Mg-P系合金、Cu-Fe-P系合金、Cu-Sn-P系合金，例如适合使用三菱伸铜株式会社制 MSPl、MZCl、MAX251C、MAX375、MAX126。Ni系基底层2由电镀Ni或Ni合金而形成，例如以0. 1 0. 5 μ m的厚度形成于 Cu系基材1的表面。若该Ni系基底层2不到0. 1 μ m，则Cu系基材1的Cu扩散防止功能不充分，并且，若超过0. 5 μ m，则歪曲变大而容易剥离且在弯曲加工时易发生破裂。如后述，Cu-Sn金属间化合物层3是镀在Ni系基底层2上的Cu和表面的Sn通过回流处理扩散而形成的合金层。该Cu-Sn金属间化合物层3进一步由配置于Ni系基底层 2上的Cu3Sn层5和配置于该Cu3Sn层5上的Cu6Sn5层6构成。此时，作为Cu-Sn金属间化合物层3整体形成有凹凸，其凹部7处的结合Cu3Sn层5和Cu6Sn5层6的厚度X为0. 05 1. 5 μ m。该凹部7的厚度X不到0. 05 μ m时，Sn在高温时从凹部7向Ni系基底层2扩散， 存在于Ni系基底层2发生缺损的危险。形成表面层4的Sn较低地维持端子的接触电阻， 但若在Ni系基底层2发生缺损，则Cu系基材1的Cu扩散而Cu-Sn合金层3成长，其Cu6Sn5 层6到达至导电部件10的表面，由此在表面形成Cu氧化物，导致接触电阻增大。另外，此时通过来自M系基底层2的缺损部的Cu扩散，在它们的界面易发生柯肯德尔空隙。因此， 凹部 的厚度X需最低为0. 05 μ m,更优选为0. 1 μ m。另一方面，若凹部7处的结合Cu3Sn层5和Cu6Sn5合金层6的厚度X超过1. 5 μ m， 则Cu-Sn金属间化合物层3变脆弱，在弯曲加工时易发生镀薄膜的剥离。另外，该Cu-Sn金属间化合物层3的凸部8相对于凹部7的厚度比率为1. 2 5。 若该比率变小而Cu-Sn金属间化合物层3的凹凸变少，则使用连接器时的插拔力下降而优选，但若其不到1. 2，则Cu-Sn金属间化合物层3的凹凸大部分消失而Cu-Sn金属间化合物层3明显变脆弱，在弯曲加工时易发生薄膜的剥离。并且，若凸部8相对于凹部7的厚度比率越超过5凹凸越变大，则作为连接器使用的情况下在插拔时Cu-Sn金属间化合物层3的凹凸成为阻碍，因此缺乏降低插拔力的效果。若凸部8相对于该凹部7的比率，例如凹部7的厚度X为0. 3 μ m且凸部8的厚度 Y为0. 5 μ m，则其比率(Y/X)为1.67。此时，结合Cu3Sn层5和Cu6Sn5层6而得到的Cu-Sn 金属间化合物层3的厚度优选最大设为2 μ m。
另外，配置于该Cu-Sn金属间化合物层3中的下层的Cu3Sn层5覆盖Ni系基底层 2，其面积包覆率为60 100%。若该面积包覆率为不到60%的低值时，Ni系基底层2的 Ni原子在高温时从未被包覆的部分向Cu6Sn5层6扩散，存在于Ni系基底层2发生缺损的危险。并且，通过Cu系基材1的Cu从该缺损部扩散，Cu-Sn金属间化合物层3成长而到达至导电部件10的表面，由此，在表面形成Cu氧化物，接触电阻增大。并且，因来自Ni系基底层2的缺损部分的Cu扩散，还易发生柯肯德尔空隙。通过由Cu3Sn层5包覆Ni系基底层2的至少60%以上，能够防止高温时的接触电阻的增大或柯肯德尔空隙的发生。更优选包覆80%以上。该面积包覆率可从通过聚焦离子束(FIB ；Focused Ion Beam)截面加工薄膜并用扫描离子显微镜(SIMJcanning Ion Microscope)观察的表面的扫描离子像(SIM像)确认。相对于该Ni系基底层2的面积包覆率为60%以上，也就是说在面积包覆率不满 100%时，会在Ni系基底层2的表面局部产生不存在Cu3Sn层5的部分，但是即使在这种情况下，由于Cu-Sn金属间化合物层3的凹部7处的结合Cu3Sn层5和Cu6Sn5层6的厚度仍为0. 05 1. 5 μ m，所以Cu6Sn5层6以0. 05 1. 5 μ m的厚度覆盖Ni系基底层2。另外，对于构成Cu-Sn金属间化合物层3的下层的Cu3Sn层5，其平均厚度为 0. 01 0. 5 μ m。因为该Cu3Sn层5是覆盖Ni系基底层2的层，所以其平均厚度为不到 Ο.ΟΙμπι的低值时，缺乏抑制Ni系基底层2的扩散的效果。另外，若超过0. 5 μ m，则Cu3Sn 层5在高温时变化为Sn丰富的Cu6Sn5层6且使Sn系表面层4相应地减少，接触电阻变高， 所以不优选。该平均厚度是在Cu3Sn层5存在的部分多处测定其厚度时的平均值。另外，该Cu-Sn金属间化合物层3是通过镀在Ni系基底层2上的Cu和表面的Sn 扩散而合金化的层，所以根据回流处理等条件，有成为基底的镀Cu层的全部扩散而成为 Cu-Sn金属间化合物层3的情况，但也有其镀Cu层残留的情况。该镀Cu层残留时，其镀Cu 层例如厚度为0.01 0. 1 μ m。最表面的Sn系表面层4通过电镀Sn或Sn合金之后进行回流处理而形成，例如以 0. 05 2. 5 μ m的厚度形成。若该Sn系表面层4的厚度不到0. 05 μ m,则由于Cu在高温时扩散而在表面易形成Cu的氧化物从而接触电阻增加，并且钎焊性或耐腐蚀性下降。另一方面，若超过2. 5 μ m，则表面的基底基于在柔软的Sn系表面层4的下层存在的Cu-Sn金属间化合物层3变硬的效果减弱，作为连接器使用时的插拔力增大，难以谋求伴随连接器多孔化的插拔力的降低。接着，对制造这种导电部件的方法进行说明。首先，准备Cu或Cu合金的板材作为Cu系基材，将其通过脱脂、酸洗等清洁表面之后，依次以镀Ni、镀Cu、镀Sn的顺序进行。并且，在各镀处理之间进行酸洗或水洗处理。作为镀Ni的条件，镀浴利用以硫酸镍(NiSO4)、硼酸(H3BO3)为主成分的瓦特浴、 以氨基磺酸镍(Ni(NH2SO3)2)和硼酸(H3BO3)为主成分的氨基磺酸浴等。也有添加氯化镍 (NiCl2)等作为容易引起氧化反应的盐类的情况。并且，镀温度为45 55°C，电流密度为 20 50A/dm2。作为镀Cu的条件，镀浴使用硫酸铜(CuSO4)及硫酸(H2SO4)为主成分的硫酸铜浴， 为了镀平添加氯离子(Cr)。镀温度为35 55°C，电流密度为20 60A/dm2。
作为镀Sn的条件，镀浴使用硫酸(H2SO4)和以硫酸锡(SnSO4)为主成分的硫酸浴， 镀温度为15 :35°C，电流密度为10 30A/dm2。任何镀处理都以高于一般镀技术的电流密度进行。此时，镀液的搅拌技术尤为重要，但通过设为朝向处理板高速喷涂镀液的方法或使镀液与处理板平行流动的方法等，向处理板的表面迅速供给新鲜的镀液，根据高电流密度能够以短时间形成均质的镀层。作为其镀液的流速，优选在处理板的表面设为0. 5m/秒以上。并且，为了实现比以往技术高一位数的电流密度下的镀处理，优选在阳极使用包覆阳极极限电流密度高的氧化铱(IrO2)的Ti 板等不溶性阳极。总结这些各镀条件，如以下表1 表3所示内容。[表 1]
镀Ni条件组成NiSO4300g/LH3BO330g/L条件温度45~55°C电流密度20 ~ 50A/dm2液体0.5m/秒以上阳极氧化铱包覆钛 [表 2]
镀Cu条件组成CuSO4250g/LH2SO460g/LCl"50mg/L条件温度35~55°C电流密度20 ~ 60A/dm2液体^40.5m/秒以上阳极氧化铱包覆钛 [表 3]
镀Sn条件组成SnSO460g/LH2SO480g/L光亮剂10mg/L条件温度15~35。C电流密度10~30A/dm2液体iiiii0.5m/秒以上阳极氧化铱包覆钛并且，通过实施此三种镀处理，在Cu系基材上依次形成Ni系基底层、镀Cu层、镀 Sn层。接着，加热并进行回流处理。作为其回流处理，优选设为图2所示的温度曲线的条件。S卩，将回流处理设为具有如下工序的处理加热工序，以20 75V /秒的升温速度将在设为CO还原性气氛的加热炉内镀后的处理材料加热2. 9 11秒至240 300°C的峰值温度；一次冷却工序，到达其峰值温度之后，以30°C /秒以下的冷却速度冷却2 10 秒；及二次冷却工序，在一次冷却后以100 250°C /秒的冷却速度冷却0. 5 5秒。一次冷却工序通过气冷进行而二次冷却工序通过使用10 90°C水的水冷进行。通过在还原性气氛中进行该回流处理防止在镀Sn表面生成熔融温度高的锡氧化物薄膜，并能够以较低温度且较短时间进行回流处理，容易制作所希望的金属间化合物结构。并且，通过将冷却工序设为两个阶段且设定冷却速度较小的一次冷却工序，Cu原子平稳地向Sn颗粒内扩散，并以所希望的金属间化合物结构成长。而且，通过随后进行快速冷却来防止金属间化合物层的成长，能够在所希望的结构进行固定化。但是，以高电流密度电沉积的Cu和Sn稳定性低，即使在室温中也发生合金化或晶粒膨胀化，难以用回流处理制作所希望的金属间化合物结构。因此，优选在镀处理后迅速进行回流处理。具体而言需要在15分钟以内，优选在5分钟以内进行回流处理。镀后的放置时间短不成问题，但在通常的处理线中在结构上为1分钟后左右。如以上，在Cu系基材1的表面根据表1 表3所示的镀条件实施三层镀之后，以图2所示的温度曲线条件进行回流处理，从而如图1所示由Cu3Sn层5覆盖形成于Cu系基材1的表面的Ni系基底层2，在其上进一步形成Cu6Sn5层6，在最表面形成Sn系表面层4。(实施例1)接着，说明第1实施方式的实施例。使用厚度0. 25mm的三菱伸铜株式会社制MAX251C材料作为Cu合金板(Cu系基材)，在该材料上依次进行Ni、Cu、Sn的各镀处理。此时，如表4所示，改变各镀处理的电流密度制成了多个试样。对于各镀层的目标厚度，镀M层的厚度设为0.3 μ m、镀Cu层的厚度设为0. 3 μ m、镀Sn层的厚度设为1. 5 μ m。另外，在这些三种的各镀工序之间加入了用于从处理材料表面冲洗镀液的水洗工序。在本实施例中的镀处理中，在Cu合金板上高速喷涂镀液，并且使用了包覆有氧化
10铱的Ti板的不溶性阳极。进行上述三种镀处理之后，对其处理材料进行回流处理。在进行最后的Sn镀处理后的1分钟后进行该回流处理，用各种条件进行了加热工序、一次冷却工序、二次冷却工序。将以上的试验条件总结于表4。
权利要求
1.一种导电部件，其特征在于，在Cu系基材的表面通过M系基底层依次形成Cu-Sn金属间化合物层、Sn系表面层，并且Cu-Sn金属间化合物层进一步由配置于所述Ni系基底层上的Cu3Sn层和配置于该Cu3Sn 层上的Cu6Sn5层构成，结合这些Cu3Sn层及Cu6Sn5层而得到的所述Cu-Sn金属间化合物层在与所述Sn系表面层接触的面具有凹凸，其凹部的厚度为0. 05 1. 5 μ m,并且Cu3Sn层相对于所述Ni系基底层的面积包覆率为60%以上，所述Cu-Sn金属间化合物层的凸部相对于所述凹部的厚度比率为1.2 5，所述Cu3Sn层的平均厚度为0. 01 0. 5 μ m。
2.如权利要求1所述的导电部件，其特征在于，在所述Cu系基材与所述M系基底层之间介入有系基底层。
3.如权利要求2所述的导电部件，其特征在于，所述狗系基底层的厚度为0. 1 1. 0 μ m。
4.一种导电部件的制造方法，在Cu系基材的表面依次镀Ni或Ni合金、Cu或Cu合金、 Sn或Sn合金而形成各自的镀层之后，加热并进行回流处理，从而制造在所述Cu系基材上依次形成M系基底层、Cu-Sn金属间化合物层、Sn系表面层的导电部件，其特征在于，通过电流密度为20 50A/dm2的电镀形成基于所述Ni或Ni合金的镀层，通过电流密度为20 60A/dm2的电镀形成基于所述Cu或Cu合金的镀层，通过电流密度为10 30A/dm2的电镀形成基于所述Sn或Sn合金的镀层，所述回流处理具有加热工序，形成所述镀层之后经过1 15分钟后，以20 75°C /秒的升温速度加热镀层至240 300°C的峰值温度；一次冷却工序，到达所述峰值温度之后，以30°C /秒以下的冷却速度冷却2 10秒；及二次冷却工序，一次冷却后以100 250°C /秒的冷却速度进行冷却。
5.一种导电部件的制造方法，在Cu系基材的表面依次镀Fe或!^e合金、Ni或Ni合金、 Cu或Cu合金、Sn或Sn合金而形成各自的镀层之后，加热并进行回流处理，从而制造在所述 Cu系基材上依次形成！^系基底层、M系基底层、Cu-Sn金属间化合物层、Sn系表面层的导电部件，其特征在于，通过电流密度为5 25A/dm2的电镀形成基于所述！^或！^合金的镀层，通过电流密度为20 50A/dm2的电镀形成基于所述Ni或Ni合金的镀层，通过电流密度为20 60A/dm2的电镀形成基于所述Cu或Cu合金的镀层，通过电流密度为10 30A/dm2的电镀形成基于所述Sn或Sn合金的镀层，所述回流处理具有加热工序，形成所述镀层之后经过1 15分钟后，以20 75°C /秒的升温速度加热镀层至240 300°C的峰值温度；一次冷却工序，到达所述峰值温度之后，以30°C /秒以下的冷却速度冷却2 10秒；及二次冷却工序，一次冷却后以100 250°C /秒的冷却速度进行冷却。
6.一种导电部件，其通过权利要求4或5所述的制造方法制造。
全文摘要
本发明提供一种导电部件及其制造方法，其具有稳定的接触电阻且不易剥离，并且在作为连接器使用时减小插拔力。在Cu系基材(1)的表面通过Ni系基底层(2)依次形成Cu-Sn金属间化合物层(3)、Sn系表面层(4)，并且Cu-Sn金属间化合物层(3)进一步由配置于Ni系基底层(2)上的Cu3Sn层(5)和配置于Cu3Sn层(5)上的Cu6Sn5层(6)构成，结合这些Cu3Sn层(5)及Cu6Sn5层(6)而得到的Cu-Sn金属间化合物层(3)在与Sn系表面层(4)接触的面具有凹凸，其凹部(7)的厚度(X)为0.05～1.5μm，并且Cu3Sn层(5)相对于Ni系基底层(2)的面积包覆率为60％以上，凸部(8)相对于Cu-Sn金属间化合物层(3)的凹部(7)的厚度(Y)的比率为1.2～5，Cu3Sn层(5)的平均厚度为0.01～0.5μm。
文档编号C25D7/00GK102239280SQ200980148719
公开日2011年11月9日 申请日期2009年7月9日 优先权日2009年1月20日
发明者久保田贤治, 樱井健, 玉川隆士, 石川诚一 申请人:三菱伸铜株式会社