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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-08-22
(45)【発行日】2023-08-30
(54)【発明の名称】導電材
(51)【国際特許分類】
C22C 9/02 20060101AFI20230823BHJP
B32B 15/01 20060101ALI20230823BHJP
C22C 13/00 20060101ALI20230823BHJP
C22F 1/08 20060101ALI20230823BHJP
C25D 7/00 20060101ALI20230823BHJP
H01B 1/02 20060101ALI20230823BHJP
H01B 5/02 20060101ALI20230823BHJP
H01H 1/025 20060101ALI20230823BHJP
H01R 13/03 20060101ALI20230823BHJP
C22F 1/00 20060101ALN20230823BHJP
【ＦＩ】
C22C9/02
B32B15/01 H
C22C13/00
C22F1/08 B
C25D7/00 H
H01B1/02 C
H01B5/02 A
H01H1/025
H01R13/03 D
C22F1/00 613
C22F1/00 627
C22F1/00 630K
C22F1/00 630M
C22F1/00 661A
C22F1/00 682
C22F1/00 691B
C22F1/00 691C
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2017246109
(22)【出願日】2017-12-22
(65)【公開番号】P2019112666
(43)【公開日】2019-07-11
【審査請求日】2020-07-17
【審判番号】
【審判請求日】2022-04-07
(73)【特許権者】
【識別番号】000005290
【氏名又は名称】古河電気工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100114890
【弁理士】
【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト
(74)【代理人】
【識別番号】100116403
【弁理士】
【氏名又は名称】前川 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100162880
【弁理士】
【氏名又は名称】上島 類
(74)【代理人】
【識別番号】100143959
【弁理士】
【氏名又は名称】住吉 秀一
(72)【発明者】
【氏名】北河 秀一
(72)【発明者】
【氏名】橘 昭頼
(72)【発明者】
【氏名】奥野 良和
(72)【発明者】
【氏名】藤井 恵人
(72)【発明者】
【氏名】中津川 達也
(72)【発明者】
【氏名】川田 紳悟
【合議体】
【審判長】井上 猛
【審判官】佐藤 陽一
【審判官】山口 大志
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－１８０７７０号公報
【文献】特開２００７－２７０２６６号公報
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
C25D 5/00- 7/12
B32B 1/00-43/00
H01B 5/00- 5/16
C22C 9/02
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ｃｕ系材料からなる基材と、Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層と、Ｓｎ層とをこの順に有する導電材であって、前記Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層は、アノード溶解法のみにより測定して０．２～３．０μｍの厚さを有し、
前記Ｓｎ層中のＳｎの結晶粒径は２μｍ未満であり、
前記Ｓｎ層はアノード溶解法により測定して０．０５～５．０μｍの厚さを有し、
前記Ｓｎ層の表面には面積比で１０～６０％のＣｕ－Ｓｎ金属間化合物が露出しており、
前記Ｓｎ層は最表層として、カソード還元法により測定して５０ｎｍ以下の厚さの酸化物層を有し、
前記酸化物層はＣｕ酸化物及びＳｎ酸化物を含有し、前記Ｃｕ酸化物を構成するＣｕ原子の量をＭＣｕ、Ｓｎ酸化物を構成するＳｎ原子の量をＭＳｎとしたとき、ＭＳｎ／（ＭＣｕ＋ＭＳｎ）×１００は８５～９５ａｔ％であることを特徴とする導電材。
【請求項2】
前記Ｃｕ酸化物はＣｕＯ及びＣｕ２Ｏの少なくとも一方であり、前記Ｓｎ酸化物はＳｎＯ及びＳｎＯ２の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１に記載の導電材。
【請求項3】
前記基材の導電率が３０％ＩＡＣＳ以上であり、前記基材の、１５０℃で１０００時間保持後の応力緩和率が２５％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の導電材。
【請求項4】
前記基材と前記Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層との間に更に、Ｃｕ層からなる下地層を有することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の導電材。
【請求項5】
前記基材と前記Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層との間に更に、Ｃｕ層、Ｎｉ層、Ｃｏ層及びＦｅ層からなる群から選択される少なくとも１つの下地層を有し、下地層全体の厚さが、アノード溶解法により測定して０．１～３．０μｍであることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の導電材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は導電材、特に、リードフレーム、リレー、スイッチ、ソケット等の車載部品や電気電子部品での使用に好適な電気接点材に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来から車載部品や電気電子部品の電気接続部品として、リードフレーム、リレー、スイッチ、ソケット等が使用されている。これらのリードフレーム、リレー、スイッチ、ソケットの電気接点に用いる電気接点材には、従来から電気伝導性に優れたＣｕ又はＣｕ合金が利用されてきた。しかし、近年は電気接点材に、より優れた特性が要求されるようになり、電気接点材としてＣｕ又はＣｕ合金をそのまま用いるケースは減少している。そして、Ｃｕ又はＣｕ合金に代わる電気接点材として、Ｃｕ又はＣｕ合金上に各種の表面処理をした材料が製造・利用されている。特に、近年は電気接点材として、基材と、基材上にＳｎ又はＳｎ合金をめっきすることで得られるめっき層と、を有する導電材が汎用されている。
【0003】
このような電気接点材は、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる基材が優れた導電性と強度を有すること、めっき層が優れた電気接続性、耐食性及びはんだ付け性を有することから、高性能材料として知られている。このため、このような電気接点材は、電気・電子機器に用いられる各種の端子やコネクタなどに広く用いられている。また、このような電気接点材では通常、銅（Ｃｕ）などの基材の合金成分がめっき層に拡散するのを防止するため、基材上にバリア（バリヤ）機能を有するニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）などが下地めっきされる。
【0004】
更に、近年、車両の組み立て性向上等のための挿入力を下げる試みとして、めっき層及び下地層に加えて、硬いＣｕ－Ｓｎ金属間化合物層を有する電気接点材が用いられている。
【0005】
特許文献１（特開２０１５－１５１５７０号公報）は、銅合金板条を母材とし、その表面に下地層としてＮｉ層、Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層、及びＳｎ層からなる表面被覆層がこの順に形成された表面被覆層付き銅合金板条を開示する（特許請求の範囲）。また、大気中で１６０℃×１０００時間加熱後に、表面被覆層の材料表面に形成されるＣｕ２Ｏを分析している（段落［００３８］）。
【0006】
特許文献２（特表２００１－５２６７３４号公報）は、銅又は銅ベース合金の基質（１２）、基質（１２）の部分を覆う錫又は錫ベース合金からなる被覆層（１４）、基質（１２）と被覆層（１４）の間に介在する電着バリヤ層（１６）、及び被覆層（１４）の中に分散された銅－錫金属間化合物（３８）を有する複合材料（１０）を開示する（請求項６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特開２０１５－１５１５７０号公報
【文献】特表２００１－５２６７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
近年、電気接点材は高温環境下において使用されるケースが多くなっている。例えば、自動車のエンジンルーム内でのセンサー用電気接点材などは、１００℃～２００℃等の高温環境下で使用される場合がある。このため、電気接点材には、従来の用途で想定された使用温度よりも高温であっても、安定的に表面特性を維持できる信頼性が求められるようになってきている。特に、高温使用下で電気接点材の表面特性に悪影響を与える原因としては、基材を構成する成分の表面層への拡散及び表面層の酸化が挙げられる。これにより電気接点材の最表面の接触抵抗が増大したり、摩擦係数が高くなったり、はんだ濡れ性が低下してしまうこと等が問題となっている。
【0009】
特許文献１及び２では、高温環境下での使用における電気接点材の表面特性の低下に関して十分に検討がなされていなかった。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は、導電材の表面に形成される酸化物層の特性を制御することにより、高温環境下での使用であっても導電材が優れた表面特性を維持できることを発見したことに基づくものである。
【0011】
本発明の要旨構成は以下のとおりである。
［１］Ｃｕ系材料からなる基材と、Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層と、Ｓｎ層とをこの順に有する導電材であって、
前記Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層は、０．２～３．０μｍの厚さを有し、
前記Ｓｎ層中のＳｎの結晶粒径は２μｍ未満であり、
前記Ｓｎ層は０．０５～５．０μｍの厚さを有し、
前記Ｓｎ層の表面の算術平均粗さＲａが０．１５μｍ以上３．０μｍ以下であり、
前記Ｓｎ層の表面には面積比で３～７５％のＣｕ－Ｓｎ金属間化合物が露出しており、
前記Ｓｎ層は最表層として５０ｎｍ以下の厚さの酸化物層を有し、
前記酸化物層はＣｕ酸化物及びＳｎ酸化物を含有し、前記Ｃｕ酸化物を構成するＣｕ原子の量をＭＣｕ、Ｓｎ酸化物を構成するＳｎ原子の量をＭＳｎとしたとき、ＭＳｎ／（ＭＣｕ＋ＭＳｎ）×１００は７５ａｔ％以上であることを特徴とする導電材。
［２］前記Ｃｕ酸化物はＣｕＯ及びＣｕ２Ｏの少なくとも一方であり、前記Ｓｎ酸化物はＳｎＯ及びＳｎＯ２の少なくとも一方であることを特徴とする上記［１］に記載の導電材。
［３］前記基材の導電率が３０％ＩＡＣＳ以上であり、
前記基材の、１５０℃で１０００時間保持後の応力緩和率が２５％以下であることを特徴とする上記［１］又は［２］に記載の導電材。
［４］前記基材と前記Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層との間に更に、Ｃｕ層からなる下地層を有することを特徴とする上記［１］から［３］までのいずれか１項に記載の導電材。
［５］前記基材と前記Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層との間に更に、Ｎｉ層、Ｃｏ層及びＦｅ層からなる群から選択される少なくとも１つの下地層を有し、
下地層全体の厚さが０．１～３．０μｍであることを特徴とする上記［１］から［３］までのいずれか１項に記載の導電材。
［１］Ｃｕ系材料からなる基材と、Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層と、Ｓｎ層とをこの順に有する導電材であって、
前記Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層は、０．２～３．０μｍの厚さを有し、
前記Ｓｎ層中のＳｎの結晶粒径は２μｍ未満であり、
前記Ｓｎ層は０．０５～５．０μｍの厚さを有し、
前記Ｓｎ層の表面の算術平均粗さＲａが０．１５μｍ以上３．０μｍ以下であり、
前記Ｓｎ層の表面には面積比で３～７５％のＣｕ－Ｓｎ金属間化合物が露出しており、
前記Ｓｎ層は最表層として５０ｎｍ以下の厚さの酸化物層を有し、
前記酸化物層はＣｕ酸化物及びＳｎ酸化物を含有し、前記Ｃｕ酸化物を構成するＣｕ原子の量をＭＣｕ、Ｓｎ酸化物を構成するＳｎ原子の量をＭＳｎとしたとき、ＭＳｎ／（ＭＣｕ＋ＭＳｎ）×１００は７５ａｔ％以上であることを特徴とする導電材。
［２］前記Ｃｕ酸化物はＣｕＯ及びＣｕ２Ｏの少なくとも一方であり、前記Ｓｎ酸化物はＳｎＯ及びＳｎＯ２の少なくとも一方であることを特徴とする上記［１］に記載の導電材。
［３］前記基材の導電率が３０％ＩＡＣＳ以上であり、
前記基材の、１５０℃で１０００時間保持後の応力緩和率が２５％以下であることを特徴とする上記［１］又は［２］に記載の導電材。
［４］前記基材と前記Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層との間に更に、Ｃｕ層からなる下地層を有することを特徴とする上記［１］から［３］までのいずれか１項に記載の導電材。
［５］前記基材と前記Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層との間に更に、Ｎｉ層、Ｃｏ層及びＦｅ層からなる群から選択される少なくとも１つの下地層を有し、
下地層全体の厚さが０．１～３．０μｍであることを特徴とする上記［１］から［３］までのいずれか１項に記載の導電材。
【発明の効果】
【0012】
高温環境下での使用であっても優れた表面特性を維持できる導電材を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の一実施形態に係る導電材を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明の導電材は、Ｃｕ系材料からなる基材と、Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層と、Ｓｎ層とをこの順に有する。
【0015】
図１は、本発明の一実施形態に係る導電材を表す概略図である。図１中、符号１は導電材、１ＡはＳｎ層３０の表面、１０は基材、１０Ａは基材１０の表面、２０はＣｕ－Ｓｎ金属間化合物層、４０はＳｎ層の最表層である酸化物層を表す。
【0016】
以下では、一実施形態の導電材を構成する各層について詳細に説明する。
【0017】
（Ｃｕ系材料からなる基材）
基材は、Ｃｕ系材料からなる。Ｃｕ系材料としては、Ｃｕの単体や、Ｃｕを含む合金が挙げられる。Ｃｕを含む合金は、特に限定されないが、Ｃｕ－Ｚｎ、Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｎｉ、Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ－Ｚｎ－Ｓｎ－Ｍｇ等が挙げられる。また、基材の形状は、用途に応じて適宜選択すればよいが、好ましくは板材であり、線材とすることもできる。
基材は、Ｃｕ系材料からなる。Ｃｕ系材料としては、Ｃｕの単体や、Ｃｕを含む合金が挙げられる。Ｃｕを含む合金は、特に限定されないが、Ｃｕ－Ｚｎ、Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｎｉ、Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ－Ｚｎ－Ｓｎ－Ｍｇ等が挙げられる。また、基材の形状は、用途に応じて適宜選択すればよいが、好ましくは板材であり、線材とすることもできる。
【0018】
基材の導電率は３０％ＩＡＣＳ以上であることが好ましく、３５％ＩＡＣＳ以上であることがより好ましい。これにより、導電材全体として優れた導電性を有することができる。ここで、導電率（ＩＡＣＳ；Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｎｎｅａｌｅｄ Ｃｏｐｐｅｒ Ｓｔａｎｄａｒｄ）は、四端子法を用いて、２０℃（±１℃）に管理された恒温槽中で測定することにより得ることができる。
【0019】
基材の、１５０℃で１０００時間保持後の応力緩和率は２５％以下であることが好ましく、２０％以下であることがより好ましい。これにより、高温使用下において機械的強度の低下を防止し、例えばコネクタの接圧低下による接触抵抗の増大を防止できる。
【0020】
ここで、応力緩和率（ＳＲＲ：Ｓｔｒｅｓｓ Ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ Ｒａｔｉｏ）は、日本伸銅協会 ＪＣＢＡ Ｔ３０９：２００４「銅及び銅合金薄板条の曲げによる応力緩和試験方法」に準じ、片持ちはり法（片持ちはりブロック式ジグ使用）により、材料表面への初期負荷応力を０．２％耐力の８０％とし、１５０℃で１０００時間保持の条件で測定することができる。試験片は幅１０ｍｍの短冊形とし、圧延平行方向と試験片の長さ方向を一致させた。応力緩和率の算出方法は、特許第５３０７３０５号公報に記載された算出方法による。すなわち、熱処理前、試験台に片持ちで保持した試験片に、耐力の８０％の初期応力を付与した時の試験片の先端の位置は、基準位置から距離δ０の高さにある。これを１５０℃の恒温槽に１０００時間保持（初期応力を付与した状態で上記試験片を熱処理）し、負荷を除いた後の試験片の先端の位置は、上記基準位置から距離Ｈｔの高さにある。また、応力を負荷しなかった場合の試験片に対して上記の熱処理を行った場合の試験片の先端の位置は、上記基準位置から距離Ｈ１の高さにある。これらの関係から、応力緩和率（％）は（Ｈｔ－Ｈ１）／（δ０－Ｈ１）×１００と算出した。
【0021】
（Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層）
Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層は、２０～７０ａｔ％のＣｕを含有することが好ましい。Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層中のＣｕ含量は３０～６５ａｔ％がより好ましく、３５～６０ａｔ％がさらに好ましい。また、Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層はＣｕ以外にＳｎを含有し、Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層中のＳｎ含量は２５～５５ａｔ％が好ましく、３０～５０ａｔ％がより好ましい。Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層は上記のようなＣｕ及びＳｎ含量を有することにより、導電材全体を硬くして挿入力を下げることができる。Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層中のＣｕ含量はＸＰＳ（Ｘ－ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）法によって測定できる。Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物としては例えば、Ｃｕ６Ｓｎ５、Ｃｕ３Ｓｎなどを挙げることができる。
Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層は、２０～７０ａｔ％のＣｕを含有することが好ましい。Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層中のＣｕ含量は３０～６５ａｔ％がより好ましく、３５～６０ａｔ％がさらに好ましい。また、Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層はＣｕ以外にＳｎを含有し、Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層中のＳｎ含量は２５～５５ａｔ％が好ましく、３０～５０ａｔ％がより好ましい。Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層は上記のようなＣｕ及びＳｎ含量を有することにより、導電材全体を硬くして挿入力を下げることができる。Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層中のＣｕ含量はＸＰＳ（Ｘ－ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）法によって測定できる。Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物としては例えば、Ｃｕ６Ｓｎ５、Ｃｕ３Ｓｎなどを挙げることができる。
【0022】
Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層は、０．２～３．０μｍの厚さを有する。この厚さは後述する実施例に記載のアノード溶解法により測定する。Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層の厚さは０．３～２．０μｍが好ましく、０．４～１．０μｍがより好ましい。Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層がこれらの厚さを有することにより、優れた導電性及び加工性を両立することができる。
【0023】
（Ｓｎ層）
Ｓｎ層中のＳｎの結晶粒径は２μｍ未満である。Ｓｎの結晶粒径は後述する実施例に記載の方法に従って測定する。Ｓｎの結晶粒径がこれらの範囲にあることにより、優れた光沢と良好な接触抵抗を両立することができる。
Ｓｎ層中のＳｎの結晶粒径は２μｍ未満である。Ｓｎの結晶粒径は後述する実施例に記載の方法に従って測定する。Ｓｎの結晶粒径がこれらの範囲にあることにより、優れた光沢と良好な接触抵抗を両立することができる。
【0024】
Ｓｎ層は０．０５～５．０μｍの厚さを有する。この厚さは後述する実施例に記載のアノード溶解法により測定する。Ｓｎ層の厚さは０．１～３μｍが好ましい。Ｓｎ層がこれらの厚さを有することにより、良好な接触抵抗と耐食性を両立することができる。
【0025】
Ｓｎ層の表面の算術平均粗さＲａは０．１５μｍ以上３．０μｍ以下である。「算術平均粗さＲａ」とは、ＪＩＳ Ｂ０６０１－２００１で規定される粗さの１種である。算術平均粗さＲａは後述する実施例に記載の条件により測定する。算術平均粗さＲａは０．２０～２．０μｍが好ましく、０．３０～１．０μｍがより好ましい。
【0026】
Ｓｎ層の表面には面積比で３～７５％のＣｕ－Ｓｎ金属間化合物が露出している。Ｓｎ層の表面に露出するＣｕ－Ｓｎ金属間化合物の面積比は１０～６０％が好ましく、２０～５０％がより好ましい。Ｓｎ層の表面に露出したＣｕ－Ｓｎ金属間化合物の面積比は、後述する実施例に記載の方法により測定する。
【0027】
算術平均粗さＲａ及びＳｎ層の表面のＣｕ－Ｓｎ金属間化合物の面積比を上記範囲にすることによって導電材表面の摩擦係数を低減することができる。なお、上記の「Ｓｎ層の表面」とは、図１で１Ａとして示されるように、Ｓｎ層の互いに対向する２つの面のうち、Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層側と反対側に位置する面を意味する。
【0028】
（酸化物層）
Ｓｎ層は最表層として５０ｎｍ以下の厚さの酸化物層を有する。「Ｓｎ層の最表層」とは、図１で４０として示されるように、Ｓｎ層の互いに対向する２つの面のうちＣｕ－Ｓｎ金属間化合物層側と反対側に位置する面を含む層を表す。酸化物層の厚さは後述する実施例に記載のカソード還元法により測定する。酸化物層の厚さが５０ｎｍ以下であることにより導電材の接触抵抗を低くすることができる。酸化物層の厚さは５～４０ｎｍが好ましく、１０～３０ｎｍがより好ましい。
Ｓｎ層は最表層として５０ｎｍ以下の厚さの酸化物層を有する。「Ｓｎ層の最表層」とは、図１で４０として示されるように、Ｓｎ層の互いに対向する２つの面のうちＣｕ－Ｓｎ金属間化合物層側と反対側に位置する面を含む層を表す。酸化物層の厚さは後述する実施例に記載のカソード還元法により測定する。酸化物層の厚さが５０ｎｍ以下であることにより導電材の接触抵抗を低くすることができる。酸化物層の厚さは５～４０ｎｍが好ましく、１０～３０ｎｍがより好ましい。
【0029】
酸化物層はＣｕ酸化物及びＳｎ酸化物を含有する。Ｃｕ酸化物としてはＣｕ２Ｏ、ＣｕＯ、Ｓｎ酸化物としてはＳｎＯ２、ＳｎＯ等を挙げることができる。酸化物層は、Ｃｕ酸化物としてＣｕＯ及びＣｕ２Ｏの少なくとも一方を含有し、Ｓｎ酸化物としてＳｎＯ及びＳｎＯ２の少なくとも一方を含有することができる。
【0030】
酸化物層において、Ｃｕ酸化物を構成するＣｕ原子の量をＭＣｕ、Ｓｎ酸化物を構成するＳｎ原子の量をＭＳｎとしたとき、ＭＳｎ／（ＭＣｕ＋ＭＳｎ）×１００は７５ａｔ％以上である。ＭＳｎ／（ＭＣｕ＋ＭＳｎ）×１００は後述する実施例に記載の方法に従って測定する。ＭＳｎ／（ＭＣｕ＋ＭＳｎ）×１００が７５ａｔ％以上であることにより、導電材は低い接触抵抗を有することができる。また、Ｓｎ層の表面にはＳｎが多く存在するため、はんだとの親和性が高くなりＳｎ表面のはんだ濡れ性を向上させることができる。ＭＳｎ／（ＭＣｕ＋ＭＳｎ）×１００は、７５～９５ａｔ％が好ましく、８５～９５ａｔ％がより好ましい。
【0031】
また、Ｓｎ層の表面のＣｕ－Ｓｎ金属間化合物の面積比が３～１０％のとき、ＭＳｎ／（ＭＣｕ＋ＭＳｎ）×１００は、９０～９９ａｔ％が好ましく、９５～９９ａｔ％がより好ましい。更に、Ｓｎ層の表面のＣｕ－Ｓｎ金属間化合物の面積比が３～５％のとき、ＭＳｎ／（ＭＣｕ＋ＭＳｎ）×１００は、９５～９８ａｔ％が好ましく、９８～９９ａｔ％がより好ましい。
【0032】
（下地層）
導電材は、基材と、Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層との間に下地層として他の層を有することができる。下地層としては、Ｃｕ層、Ｎｉ層、Ｃｏ層及びＦｅ層等が挙げられる。下地層としては、Ｎｉ層、Ｃｏ層及びＦｅ層からなる群から選択される少なくとも１つの層が好ましく、Ｃｕ層がより好ましい。基材と、Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層との間に上記のような層を設けることにより、基材中のＣｕが他の層に過度に拡散して導電材の特性が劣化することを防止できる。下地層全体の厚さは０．１～３．０μｍが好ましく、０．３～１．５μｍがより好ましい。下地層の厚さは後述する実施例に記載の方法により測定する。
導電材は、基材と、Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層との間に下地層として他の層を有することができる。下地層としては、Ｃｕ層、Ｎｉ層、Ｃｏ層及びＦｅ層等が挙げられる。下地層としては、Ｎｉ層、Ｃｏ層及びＦｅ層からなる群から選択される少なくとも１つの層が好ましく、Ｃｕ層がより好ましい。基材と、Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層との間に上記のような層を設けることにより、基材中のＣｕが他の層に過度に拡散して導電材の特性が劣化することを防止できる。下地層全体の厚さは０．１～３．０μｍが好ましく、０．３～１．５μｍがより好ましい。下地層の厚さは後述する実施例に記載の方法により測定する。
【0033】
（導電材の製造方法）
一実施形態の導電材は例えば、基材上に、めっきによりＳｎ層を形成した後、熱処理工程を行うことによって得ることができる。また、基材とＳｎ層との間に下地層を設ける場合には、下地層もめっきにより形成することができる。この熱処理時に、めっきにより形成されたＳｎ層中に、基材を構成するＣｕ原子が拡散してＣｕ－Ｓｎ金属間化合物層が形成されると共に、Ｓｎ層の最表面が酸化されて酸化物層が形成される。
一実施形態の導電材は例えば、基材上に、めっきによりＳｎ層を形成した後、熱処理工程を行うことによって得ることができる。また、基材とＳｎ層との間に下地層を設ける場合には、下地層もめっきにより形成することができる。この熱処理時に、めっきにより形成されたＳｎ層中に、基材を構成するＣｕ原子が拡散してＣｕ－Ｓｎ金属間化合物層が形成されると共に、Ｓｎ層の最表面が酸化されて酸化物層が形成される。
【0034】
めっきにより下地層及びＳｎ層を形成する方法は、特に限定されないが、例えば電解めっきや無電解めっきのような湿式めっき、蒸着やスパッタのような乾式めっき等が挙げられる。中でも、湿式めっきが好ましく、特に電解めっきがより好ましい。この際、めっき条件は、めっき方法や、めっき層の種類やその厚さ、その後の熱処理の温度や保持時間等に応じて適宜調整すればよい。
【0035】
熱処理工程は、本発明の導電材が得られる条件に設定する。熱処理時の処理温度は２３２～９００℃が好ましく、３００～６００℃がより好ましい。熱処理時の処理時間は１～１８０秒が好ましく、３～３０秒がより好ましい。
【0036】
上記のような熱処理を行う装置としては、バーナー、バッチ炉、通電アニール等を用いることができる。また、熱処理後の導電材を冷却する冷却工程を含むことが好ましい。冷却工程の条件は、必要に応じて適宜設定すればよい。
【0037】
（導電材の用途）
一実施形態の導電材は、導電性が要求される様々な物の製造に利用できる。導電材は好ましくは、リードフレーム、リレー、スイッチ、ソケット等の車載部品や電気電子部品のための電気接点材として使用できる。一実施形態の導電材は例えば、自動車ハーネス用のコネクタ端子、携帯電話搭載のコンタクトスイッチ、メモリーカードやＰＣカードの端子など、繰返しの挿抜や摺動を伴う電気接点材として好適に用いることができる。
一実施形態の導電材は、導電性が要求される様々な物の製造に利用できる。導電材は好ましくは、リードフレーム、リレー、スイッチ、ソケット等の車載部品や電気電子部品のための電気接点材として使用できる。一実施形態の導電材は例えば、自動車ハーネス用のコネクタ端子、携帯電話搭載のコンタクトスイッチ、メモリーカードやＰＣカードの端子など、繰返しの挿抜や摺動を伴う電気接点材として好適に用いることができる。
【0038】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の概念および特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含み、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
【実施例】
【0039】
以下では、本発明の効果をさらに明確にするために、実施例および比較例について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【0040】
（実施例１～２４及び比較例１～８）
基材として、圧延により製造された厚さ０．６４ｍｍのＣｕ合金板（Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ系合金板）を用い、これに、以下のめっき条件で、Ｎｉ、ＣｕおよびＳｎの各めっき処理を順次行い、熱処理後の各層の膜厚が所望の厚さとなるように各めっき層を形成し、その後、以下の熱処理工程で熱処理を施した。
基材として、圧延により製造された厚さ０．６４ｍｍのＣｕ合金板（Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ系合金板）を用い、これに、以下のめっき条件で、Ｎｉ、ＣｕおよびＳｎの各めっき処理を順次行い、熱処理後の各層の膜厚が所望の厚さとなるように各めっき層を形成し、その後、以下の熱処理工程で熱処理を施した。
【0041】
［Ｎｉめっき条件］
Ｎｉめっきは、Ｎｉ（ＮＨ２ＳＯ３）２・４Ｈ２Ｏ ５００ｇ／リットル、ＮｉＣｌ２・６Ｈ２Ｏ ３０ｇ／リットル、Ｈ３ＢＯ３ ３０ｇ／リットルで調整されためっき液を用い、浴温５５℃、陰極電流密度１０Ａ／ｄｍ２にて行った。ここで、Ｎｉめっき層は、上記基材の全面に形成した。
Ｎｉめっきは、Ｎｉ（ＮＨ２ＳＯ３）２・４Ｈ２Ｏ ５００ｇ／リットル、ＮｉＣｌ２・６Ｈ２Ｏ ３０ｇ／リットル、Ｈ３ＢＯ３ ３０ｇ／リットルで調整されためっき液を用い、浴温５５℃、陰極電流密度１０Ａ／ｄｍ２にて行った。ここで、Ｎｉめっき層は、上記基材の全面に形成した。
【0042】
［Ｃｕめっき条件］
Ｃｕめっきは、ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ ２５０ｇ／リットル、Ｈ２ＳＯ４ ５０ｇ／リットルで調整されためっき液を用い、浴温４０℃、陰極電流密度１０Ａ／ｄｍ２にて行った。ここで、Ｃｕめっき層は、上記Ｎｉめっきを施した基材の全面に形成した。
Ｃｕめっきは、ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ ２５０ｇ／リットル、Ｈ２ＳＯ４ ５０ｇ／リットルで調整されためっき液を用い、浴温４０℃、陰極電流密度１０Ａ／ｄｍ２にて行った。ここで、Ｃｕめっき層は、上記Ｎｉめっきを施した基材の全面に形成した。
【0043】
［Ｓｎめっき条件］
Ｓｎめっきは、ＳｎＳＯ４ ８０ｇ／リットル、Ｈ２ＳＯ４ ８０ｇ／リットルで調整されためっき液を用い、浴温２５℃、陰極電流密度２Ａ／ｄｍ２にて行った。ここで、Ｓｎめっき層は、上記ＮｉめっきおよびＣｕめっきを施した基材の全面に形成した。
Ｓｎめっきは、ＳｎＳＯ４ ８０ｇ／リットル、Ｈ２ＳＯ４ ８０ｇ／リットルで調整されためっき液を用い、浴温２５℃、陰極電流密度２Ａ／ｄｍ２にて行った。ここで、Ｓｎめっき層は、上記ＮｉめっきおよびＣｕめっきを施した基材の全面に形成した。
【0044】
（評価）
上記実施例および比較例で作製した導電材について、下記に示す測定を行った。各測定の方法及び条件は下記の通りである。
上記実施例および比較例で作製した導電材について、下記に示す測定を行った。各測定の方法及び条件は下記の通りである。
【0045】
［算術平均粗さＲａ］
算術平均粗さＲａの測定条件は、カットオフ値０．８ｍｍ、基準長さ０．８ｍｍ、評価長さ４．０ｍｍ、測定速度０．１ｍｍ／ｓとした。
算術平均粗さＲａの測定条件は、カットオフ値０．８ｍｍ、基準長さ０．８ｍｍ、評価長さ４．０ｍｍ、測定速度０．１ｍｍ／ｓとした。
【0046】
［Ｓｎ層の表面に露出したＣｕ－Ｓｎ金属間化合物の面積比］
試料の表面を、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光分析器）を搭載したＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて２００倍の倍率で観察し、得られた画像の解析によりＳｎ層の表面に露出しているＣｕ－Ｓｎ金属間化合物層の領域を判定した。そして、この画像の全体に面積に対するＣｕ－Ｓｎ金属間化合物層の領域の面積を算出することにより、「Ｓｎ層の表面に露出したＣｕ－Ｓｎ金属間化合物の面積比」を得た。
試料の表面を、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光分析器）を搭載したＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて２００倍の倍率で観察し、得られた画像の解析によりＳｎ層の表面に露出しているＣｕ－Ｓｎ金属間化合物層の領域を判定した。そして、この画像の全体に面積に対するＣｕ－Ｓｎ金属間化合物層の領域の面積を算出することにより、「Ｓｎ層の表面に露出したＣｕ－Ｓｎ金属間化合物の面積比」を得た。
【0047】
［Ｎｉ層、Ｃｕ層、Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層、Ｓｎ層、酸化物層の厚さ］
Ｎｉ層、Ｃｕ層、Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層、Ｓｎ層の厚さは、アノード溶解法により測定した。酸化物層の厚さは、カソード還元法により測定した。また、各層の厚さの確認のため、画像解析法によっても厚さの測定を行った。アノード溶解法、画像解析法、及びカソード還元法による厚さの測定手順及び条件を以下に示す。
（１）アノード溶解法
処理サイズに切り出したサンプルを、測定面積を残してマスキングした後にコクール社の電解液に浸漬し、電流密度２Ａ／ｄｍ２で各層が溶解するまで電解した。電解に要した時間から電気量を求め、めっき厚に換算した。
（２）画像解析法
日本電子社のクロスセクションポリッシャを用いて、めっき断面試料を作成し、走査型電子顕微鏡にて断面を撮影した。撮影した画像よりめっきに相当する部分の厚みを割り出した。
（３）カソード還元法
所定サイズに切り出したサンプルを、測定面積を残してマスキングした後、塩化カリウムの水溶液に浸漬し、電流密度１Ａ／ｄｍ２で電解した。電解に要した時間から還元電気量を求め、電気量から酸化膜厚を導出した。
Ｎｉ層、Ｃｕ層、Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層、Ｓｎ層の厚さは、アノード溶解法により測定した。酸化物層の厚さは、カソード還元法により測定した。また、各層の厚さの確認のため、画像解析法によっても厚さの測定を行った。アノード溶解法、画像解析法、及びカソード還元法による厚さの測定手順及び条件を以下に示す。
（１）アノード溶解法
処理サイズに切り出したサンプルを、測定面積を残してマスキングした後にコクール社の電解液に浸漬し、電流密度２Ａ／ｄｍ２で各層が溶解するまで電解した。電解に要した時間から電気量を求め、めっき厚に換算した。
（２）画像解析法
日本電子社のクロスセクションポリッシャを用いて、めっき断面試料を作成し、走査型電子顕微鏡にて断面を撮影した。撮影した画像よりめっきに相当する部分の厚みを割り出した。
（３）カソード還元法
所定サイズに切り出したサンプルを、測定面積を残してマスキングした後、塩化カリウムの水溶液に浸漬し、電流密度１Ａ／ｄｍ２で電解した。電解に要した時間から還元電気量を求め、電気量から酸化膜厚を導出した。
【0048】
［Ｓｎ層中のＳｎの結晶粒径］
サンプルをＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）によって切断し、断面ＳＩＭ(Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈｙ)像（２００００倍）を撮影する。この画像に矩形を描き、その矩形の面積を矩形中に含まれるＳｎの結晶粒の数で除し、Ｓｎの１粒子当たりの平均面積をもとにＳｎの結晶粒径を算出した。
サンプルをＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）によって切断し、断面ＳＩＭ(Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈｙ)像（２００００倍）を撮影する。この画像に矩形を描き、その矩形の面積を矩形中に含まれるＳｎの結晶粒の数で除し、Ｓｎの１粒子当たりの平均面積をもとにＳｎの結晶粒径を算出した。
【0049】
［酸化物層中のＭＳｎ／（ＭＣｕ＋ＭＳｎ）×１００］
（１）電気接点材の表面を、ＸＰＳ測定装置ＥＳＣＡ５４００ＭＣ（アルバック・ファイ株式会社）を使用し、ＸＰＳスペクトルを測定した。測定は、Ｘ線種単色化Ａｌ－ｋα線源、出力１０Ｗ、検出面積１ｍｍφ、検出角度（試料と検出器のなす角）１３５°にて行った。
（２）次に、上記（１）で得られた測定スペクトルデータから、結合エネルギー４８５～４８７ｅＶの範囲に現れるＳｎ（３ｄ５／２）軌道を解析し、ピークを構成するＳｎ、ＳｎＯおよびＳｎＯ２の各成分の比率を求め、これらの合計比率に対する各成分比率の割合から、ＭＳｎを算出した。解析は、解析ソフトＭｕｌｔｉＰａｋ（アルバック・ファイ株式会社）を用い、ピークフィッティング解析により行った。解析において、Ｃ（炭素）１ｓのピークトップは、２８４．８０ｅＶと規定した。バックグラウンドの除去は、Ｓｈｉｒｌｅｙ（ピーク強度に比例した曲線を除去するＭｅｔｈｏｄ）を選択した。また、ピークの同定は、ピークトップの値（結合エネルギー）を、Ｓｎは４８５．１ｅＶ、ＳｎＯは４８６．１ｅＶ、ＳｎＯ２は４８６．８ｅＶに、それぞれ固定して行った。フィッティング関数は、Ｇａｕｓｓｉａｎ関数とＬｏｒｅｎｔｚｉａｎ関数の混合関数を用い、関数全体に占めるＧａｕｓｓｉａｎ関数の混合比を８０％で固定した。
（３）上記（１）および（２）の分析と解析を、Ｓｎ被覆材の表面の中央近傍の任意の５か所で同様に行い、各成分の割合をそれぞれ平均し（Ｎ＝５）、各成分の割合（％）とした。
（４）同様にして、上記（１）で得られた測定スペクトルデータから、結合エネルギー９３２～９３４ｅＶの範囲に現れるＣｕ軌道を解析し、ピークを構成するＣｕ、ＣｕＯおよびＣｕ２Ｏの各成分の比率を求め、これらの合計比率に対する各成分比率の割合から、ＭＣｕを算出した。
（５）上記のようにして得られたＭＳｎおよびＭＣｕの値から、ＭＳｎ／（ＭＣｕ＋ＭＳｎ）×１００を算出した。
（１）電気接点材の表面を、ＸＰＳ測定装置ＥＳＣＡ５４００ＭＣ（アルバック・ファイ株式会社）を使用し、ＸＰＳスペクトルを測定した。測定は、Ｘ線種単色化Ａｌ－ｋα線源、出力１０Ｗ、検出面積１ｍｍφ、検出角度（試料と検出器のなす角）１３５°にて行った。
（２）次に、上記（１）で得られた測定スペクトルデータから、結合エネルギー４８５～４８７ｅＶの範囲に現れるＳｎ（３ｄ５／２）軌道を解析し、ピークを構成するＳｎ、ＳｎＯおよびＳｎＯ２の各成分の比率を求め、これらの合計比率に対する各成分比率の割合から、ＭＳｎを算出した。解析は、解析ソフトＭｕｌｔｉＰａｋ（アルバック・ファイ株式会社）を用い、ピークフィッティング解析により行った。解析において、Ｃ（炭素）１ｓのピークトップは、２８４．８０ｅＶと規定した。バックグラウンドの除去は、Ｓｈｉｒｌｅｙ（ピーク強度に比例した曲線を除去するＭｅｔｈｏｄ）を選択した。また、ピークの同定は、ピークトップの値（結合エネルギー）を、Ｓｎは４８５．１ｅＶ、ＳｎＯは４８６．１ｅＶ、ＳｎＯ２は４８６．８ｅＶに、それぞれ固定して行った。フィッティング関数は、Ｇａｕｓｓｉａｎ関数とＬｏｒｅｎｔｚｉａｎ関数の混合関数を用い、関数全体に占めるＧａｕｓｓｉａｎ関数の混合比を８０％で固定した。
（３）上記（１）および（２）の分析と解析を、Ｓｎ被覆材の表面の中央近傍の任意の５か所で同様に行い、各成分の割合をそれぞれ平均し（Ｎ＝５）、各成分の割合（％）とした。
（４）同様にして、上記（１）で得られた測定スペクトルデータから、結合エネルギー９３２～９３４ｅＶの範囲に現れるＣｕ軌道を解析し、ピークを構成するＣｕ、ＣｕＯおよびＣｕ２Ｏの各成分の比率を求め、これらの合計比率に対する各成分比率の割合から、ＭＣｕを算出した。
（５）上記のようにして得られたＭＳｎおよびＭＣｕの値から、ＭＳｎ／（ＭＣｕ＋ＭＳｎ）×１００を算出した。
【0050】
［はんだ濡れ性］
はんだ濡れ性は、メニスコグラフ法によって測定を行った。装置はレスカ社のソルダーチェッカーＳＡＴ－５１００を用いた。角線表面に、２５％のロジンと残部イソプロピルアルコールから構成されるフラックスを塗布した後、２６０℃に保持したＳｎ－３．０Ａｇ－０．５Ｃｕの鉛フリーはんだ浴に浸漬して３秒保持後、引き上げた。
はんだ濡れ性は、メニスコグラフ法によって測定を行った。装置はレスカ社のソルダーチェッカーＳＡＴ－５１００を用いた。角線表面に、２５％のロジンと残部イソプロピルアルコールから構成されるフラックスを塗布した後、２６０℃に保持したＳｎ－３．０Ａｇ－０．５Ｃｕの鉛フリーはんだ浴に浸漬して３秒保持後、引き上げた。
【0051】
［摩擦係数］
表面性測定機（新東科学株式会社、ＴＹＰＥ：１４）を用い、張り出し材（表層に膜厚１μｍのＳｎ層を有するＦＡＳ６８０、張り出し部の曲率半径が０．５ｍｍ）に対し、移動速度１００ｍｍ／ｍｉｎ、接触荷重を３Ｎで、導電材を５回摺動させ、５回目の摺動時の数値を摩耗係数として測定した。
表面性測定機（新東科学株式会社、ＴＹＰＥ：１４）を用い、張り出し材（表層に膜厚１μｍのＳｎ層を有するＦＡＳ６８０、張り出し部の曲率半径が０．５ｍｍ）に対し、移動速度１００ｍｍ／ｍｉｎ、接触荷重を３Ｎで、導電材を５回摺動させ、５回目の摺動時の数値を摩耗係数として測定した。
【0052】
［接触抵抗値］
導電材と張り出し材（表層に膜厚１μｍのＳｎ層を有するＦＡＳ６８０、張り出し部の曲率半径が０．５ｍｍ）とが接触した界面に生じる電気抵抗を、四端子法により測定して求めた。ＤＣ電流源としてＴＦＦケースレーインスツルメンツ社の６２２０型ＤＣ電流ソースを用い、電気抵抗の測定には電流測定器（同社 ２１８２Ａ型ナノボルトメータ）を用いた。任意の５箇所における接触抵抗値を測定し、各々平均値（Ｎ＝５）を算出した。
導電材と張り出し材（表層に膜厚１μｍのＳｎ層を有するＦＡＳ６８０、張り出し部の曲率半径が０．５ｍｍ）とが接触した界面に生じる電気抵抗を、四端子法により測定して求めた。ＤＣ電流源としてＴＦＦケースレーインスツルメンツ社の６２２０型ＤＣ電流ソースを用い、電気抵抗の測定には電流測定器（同社 ２１８２Ａ型ナノボルトメータ）を用いた。任意の５箇所における接触抵抗値を測定し、各々平均値（Ｎ＝５）を算出した。
【0053】
実施例１～２４及び比較例１～８の熱処理条件を下記表１及び２に示す。
【0054】
【表1】
【0055】
【表2】
【0056】
実施例１～２４及び比較例１～８で得られた導電材について、アノード溶解法によるＮｉ層、Ｃｕ層、Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層及びＳｎ層の厚さ、並びにカソード還元法による酸化物層の厚さの測定結果を下記表３及び４に示し、画像解析法による各層の厚さの測定結果を下記表５及び６に示す。
【0057】
【表3】
【0058】
【表4】
【0059】
【表5】
【0060】
【表6】
【0061】
実施例１～２４及び比較例１～８で得られた導電材の各特性値の測定結果を下記表７及び８に示す。
【0062】
【表7】
【0063】
【表8】
【0064】
実施例１～２４及び比較例１～８で得られた導電材の評価結果を下記表９及び１０に示す。
【0065】
【表9】
【0066】
【表10】
【0067】
上記表９及び１０の結果より、比較例１～８と比較して実施例１～２４では、優れたはんだ濡れ性、摩耗係数、及び接触抵抗値を有する導電材が得られたことが分かる。
【符号の説明】
【0068】
１ 導電材
１Ａ Ｓｎ層の表面
１０ 基材
１０Ａ 基材の表面
２０ Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層
４０ 酸化物層
１Ａ Ｓｎ層の表面
１０ 基材
１０Ａ 基材の表面
２０ Ｃｕ－Ｓｎ金属間化合物層
４０ 酸化物層
【図1】