(57)【要約】【課題】本発明の目的は、各種電子機器部品に用いるのに充分な強度および良好なばね性を有し、かつ高周波の信号伝送に優れた材料とその材料を用いて作られた端子を提供することにある。【解決手段】０．２％耐力（ＹＳ）と導電率（ＥＣ）の間にＹＳ≧−１．２５ＥＣ＋７００となる特性を備えた合金を素材として、素材表面に厚さ０．１〜５．０μｍの銅めっき層を有し、かつそのめっきを施した面について１ｍｍ２あたりの銅めっき層厚さの標準偏差がσ≦０．５μｍであって、かつその表面粗さについて算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以下、最大高さ（Ｒｙ）が２μｍ以下、十点平均粗さ（Ｒｚ）が１μｍ以下であることを特徴とする高周波信号伝送用材料。【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．２％耐力（ＹＳ）と導電率（ＥＣ）の間にＹＳ≧−１．２５ＥＣ＋７００となる特性を備えた合金を素材として、素材表面に厚さ０．１〜５．０μｍの銅めっき層を有し、かつそのめっきを施した面について１ｍｍ２あたりの銅めっき層厚さの標準偏差がσ≦０．５μｍであって、かつその表面粗さについて算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以下、最大高さ（Ｒｙ）が２μｍ以下、十点平均粗さ（Ｒｚ）が１μｍ以下であることを特徴とする高周波信号伝送用材料。
【請求項２】
銅めっき後に冷間圧延と焼鈍を１回以上施すことを特徴とする請求項１に記載の高周波信号伝送用材料。
【請求項３】
Ｔｉを２．０〜４．０質量％含有し、残部Ｃｕおよび不可避的不純物から構成される合金を素材とすることを特徴とする請求項１〜２に記載の高周波信号伝送用材料。
【請求項４】
Ｔｉを２．０〜４．０質量％、第３元素群としてＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒ、ＢおよびＰの中から１種以上を０．０１〜０．５０質量％含有し、残部Ｃｕおよび不可避的不純物から構成される合金を素材とすることを特徴とする請求項１〜２に記載の高周波信号伝送用材料。
【請求項５】
Ｎｉ：２．０〜４．５質量％、Ｓｉ：０．４〜１．２質量％含有し、残部Ｃｕおよび不可避的不純物から構成される合金を素材とすることを特徴とする請求項１〜２に記載の高周波信号伝送用材料。
【請求項６】
Ｎｉ：２．０〜４．５質量％、Ｓｉ：０．４〜１．２質量％、第３元素群として、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｂ、の１種または２種以上を０．００３〜２．０質量％含有し、残部Ｃｕおよび不可避的不純物から構成される合金を素材とすることを特徴とする請求項１〜２に記載の高周波信号伝送用材料。
【請求項７】
合金素材がオーステナイト系ステンレス鋼であることを特徴とする請求項１〜２に記載の高周波信号伝送用材料。
【請求項８】
請求項１〜７に記載の高周波信号伝送用材料のいずれかを端子形状にプレス打ち抜き加工した高周波信号伝送用端子。
【請求項９】
請求項１、３〜７に記載の素材を端子形状へプレス打ち抜き加工後に、素材表面に厚さ０．１〜５．０μｍの銅めっき層を施し、かつそのめっきを施した面について１ｍｍ２あたりの銅めっき層厚さの標準偏差がσ≦０．５μｍであって、かつその表面粗さについて算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以下、最大高さ（Ｒｙ）が２μｍ以下、十点平均粗さ（Ｒｚ）が１μｍ以下であることを特徴とする高周波信号伝送用端子。
【請求項１０】
印加される周波数帯が２ＧＨｚ以上であることを特徴とする請求項８〜９に記載の高周波信号伝送用端子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は各種電子機器部品に用いる、充分な強度およびばね性に優れた高周波信号伝送用材料及びその材料を用いて端子形状に加工した端子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種電子部品の小型化低背化が進行する中で、電子部品用材料には薄い板厚、狭い板幅で対応することが要求されている。信号の送受信を確実に行なうために狭いスペースで安定した接圧を維持することが重要である。また動作環境温度の上昇に伴い、応力緩和特性の良好な材料への要求が高まっている。よって高い接圧を維持するためには材料特性として高強度であることが重要となる。
一方、小型化低背化に伴う高強度化への要求に併行して伝送信号の高速化も進み、ＧＨｚ帯の高周波への対応が重要となってきた。高周波電流に特有の現象として表皮効果がある。表皮効果は、周波数が高くなるほど、電流が導体の表層部に集中する現象である。この表皮効果について、積層板用銅箔では電流の損失が大きくなるため、表面粗さを平坦に調整して信号伝送に要する時間及び電流損失を改善することが提案されている（特許文献１、２  参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−５５７４６号公報
【特許文献２】特開２００３−３１１８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような電流の高周波化への対応は、積層板用の材料のみではなく、端子等の電子機器に用いられる材料にも要求されるようになってきた。例えば、ＣＰＵソケット等の高周波信号送受信部に使用されるばね材料が挙げられる。端子に高周波電流が流れると表皮効果で電流が表層に集中し、電気抵抗（表皮抵抗）が大きくなるため、コンタクト表層での発熱量が増加し、材料が応力緩和を起こし、コンタクトの接圧が低下する可能性があるためである。この場合、接触不良の原因となりうる。そのため、端子に用いられる材料の導電率はより高いことが要求される。その点においては、銅箔は導電率が高く、特許文献１による銅箔であれば、高周波信号伝送用として用いることはできるが、コネクタの重要な特性であるコンタクトの接圧は低く、端子用材料として用いることはできない。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、各種電子機器部品に用いるのに充分な強度および良好なばね性を有し、かつ高周波の信号伝送に優れた材料とその材料を用いて加工された端子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明者らは、鋭意研究をした結果、充分な強度および良好なばね性を有する電子機器部品用金属材料に表面粗さを調整した銅めっきを施すことで高周波信号伝送用に好適な材料及びその材料を用いて作られた端子を見出した。
【０００７】
即ち、本発明は
（１）０．２％耐力（ＹＳ）と導電率（ＥＣ）の間にＹＳ≧−１．２５ＥＣ＋７００となる特性を備えた合金を素材として、素材表面に厚さ０．１〜５．０μｍの銅めっき層を有し、かつそのめっきを施した面について１ｍｍ２あたりの銅めっき層厚さの標準偏差がσ≦０．５μｍであって、かつその表面粗さについて算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以下、最大高さ（Ｒｙ）が２μｍ以下、十点平均粗さ（Ｒｚ）が１μｍ以下であることを特徴とする高周波信号伝送用材料、
（２）銅めっき後に冷間圧延と焼鈍を１回以上施すことを特徴とする上記（１）に記載の高周波信号伝送用材料、
（３）Ｔｉを２．０〜４．０質量％含有し、残部Ｃｕおよび不可避的不純物から構成される合金を素材とすることを特徴とする上記（１）〜（２）に記載の高周波信号伝送用材料、
（４）Ｔｉを２．０〜４．０質量％、第３元素群としてＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒ、ＢおよびＰの中から１種以上を０．０１〜０．５０質量％含有し、残部Ｃｕおよび不可避的不純物から構成される合金を素材とすることを特徴とする上記（１）〜（２）に記載の高周波信号伝送用材料、
（５）Ｎｉ：２．０〜４．５質量％、Ｓｉ：０．４〜１．２質量％含有し、残部Ｃｕおよび不可避的不純物から構成される合金を素材とすることを特徴とする上記（１）〜（２）に記載の高周波信号伝送用材料、
（６）Ｎｉ：２．０〜４．５質量％、Ｓｉ：０．４〜１．２質量％、第３元素群として、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｂ、の１種または２種以上を０．００３〜２．０質量％含有し、残部Ｃｕおよび不可避的不純物から構成される合金を素材とすることを特徴とする上記（１）〜（２）に記載の高周波信号伝送用材料、
（７）合金素材がオーステナイト系ステンレス鋼であることを特徴とする上記（１）〜（２）に記載の高周波信号伝送用材料、
（８）上記（１）〜（７）に記載の高周波信号伝送用材料のいずれかを端子形状にプレス打ち抜き加工した高周波信号伝送用端子、
（９）上記（１）、（３）〜（７）に記載の素材を端子形状へプレス打ち抜き加工後に、素材表面に厚さ０．１〜５．０μｍの銅めっき層を施し、かつそのめっきを施した面について１ｍｍ２あたりの銅めっき層厚さの標準偏差がσ≦０．５μｍであって、かつその表面粗さについて算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以下、最大高さ（Ｒｙ）が２μｍ以下、十点平均粗さ（Ｒｚ）が１μｍ以下であることを特徴とする高周波信号伝送用端子、
（１０）印加される周波数帯が２ＧＨｚ以上であることを特徴とする上記（８）〜（９）に記載の高周波信号伝送用端子、
である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、従来に比べて、高周波通電時の表皮効果による発熱を回避でき、強度および耐熱性に優れた高周波信号伝送用端子およびその材料が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に限定理由を説明する。
（１）発明の形態の１つは、電子機器部品に用いるに充分な強度および良好なばね性を有する素材に表面粗さを調整した銅めっきを施すことである。電子機器部品に用いる金属材料に銅めっきを施した材料は、例えば、特開平９−２８３６８８号公報のように従来も存在したが、はんだ付け性の改善が目的であるため、高周波信号伝送用材料の動機付けを与えるものではない。
以下に高周波信号伝送用に具備すべき銅めっきの実施の形態を具体的に示す。
【００１０】
（ａ）めっき層厚さ
信号の周波数が高くなるほど、表層に電流が集中するため、通電断面積が小さくなり、実際の抵抗値は導体の抵抗値よりも高い抵抗値となる。よってコンタクト表層での発熱量が増加し、応力緩和および表面酸化などの理由から接触不良の原因となりうる。信号の周波数に応じて、表皮効果により通電断面積が小さくなるので、通電部となる表層のみ導電性の良好な銅めっきを施し、表皮効果により生じた発熱を抑制し信号遅延を回避する。効果的なめっき厚は０．１〜５．０μｍであり、より好ましくは１〜３μｍである。０．１μｍ以下では銅めっき層にピンホールが形成されやすくなる。
【００１１】
また、めっき厚が５μｍ以上の場合では局所的に電着粒を形成しやすくなるため、めっき層の厚さの分布が不均一となりやすく、伝送信号の遅延やノイズ発生の原因となるため好ましくない。また、素材板厚に対して過剰な厚さのめっき層を形成すると、複合則により端子の強度が低下し、目標とする接圧が得られないため好ましくない。
【００１２】
めっき層を施した1ｍｍ２あたりの厚さのバラツキの標準偏差がσ≧０．５μｍの場合には、局所的にめっき層の薄い領域が生成する。このような材料に高周波信号を印加すると表皮効果による発熱により素材に応力緩和が生じて接圧が低下し、接触不良を起こす。
【００１３】
（ｂ）めっき層の表面粗さ（最大高さ（Ｒｙ）と算術平均粗さ（Ｒａ）、十点平均粗さ（Ｒｚ））
表面粗さが大きくなると、表皮効果による高周波信号の減衰がより顕著になる。この現象を端子について解析した結果、コンタクト挿入後の通電性に影響を及ぼす因子として、コンタクト挿入前のめっき表層の表面粗さの指標として、Ｒｙ、Ｒａ、Ｒｚのそれぞれが影響し、これらを制御すればよいことがわかった。即ち、Ｒｙについては２μｍ以下、Ｒａについては０．５μｍ以下、Ｒｚについては１μｍ以下とすればよい。
Ｒｙが２μｍを超え、Ｒａが０．５μｍ、Ｒｚが１μｍを超えるものは、銅めっき層の厚さが不均一に分布するため、上記理由により正常な信号の送受信が不可能となる。また、コンタクト挿入時にこの発生部位にて金属紛が発生することもあり、短絡の原因となる。
【００１４】
（ｃ）めっき層の作りこみ
上記範囲となるように銅めっき層を制御するためには、浴管理と素材表面粗さが重要となる。浴管理の観点では、添加材を併用するなどして硫酸銅めっきを用いれば本発明範囲内のめっき厚における均一電着性を維持できる。めっき材の表面粗さには素材の表面粗さも影響するため、これを制御する方法も有効である。すなわち圧延機のワークロールの表面粗さを管理して素材に転写したうえで、焼鈍後のスケール除去等の目的で行なう機械研磨または化学研磨などを経て得られた最終製品表面の粗さを所望のめっき表面粗さより平滑となるように管理すればよい。
【００１５】
さらにめっき層の表面粗さを制御するためには、めっき後の表面に冷間圧延を施すとより効果的である。すなわち冷間圧延後のめっき表面が本発明範囲内のめっき厚および表面粗さとなるように加工度を調整することでめっき層に分布するピンホールや表層の電着粒を低減できる。よって表面粗さを精度良く制御できるため、信号波形の乱れを抑制し、導体損による伝送損失を抑制できる。冷間圧延加工度は、上限を圧延後の銅めっき層厚みが０．５μｍ以下とならない範囲で制御し、下限はめっきの凹凸を平滑にするためのスキンパスに必要な加工度として１％以上であればよい。一方、冷間圧延を施すとばね限界値の低下や圧延組織の形成などめっき母材の特性が変化するため、これを回復させるための焼鈍が必要となる場合がある。焼鈍条件は素材特性に応じた条件で行なえばよい。
【００１６】
めっき材をプレス打ち抜きした場合には端面の銅めっきがなく、素材が剥き出しの状態となる。端子のピン幅が狭く、板厚が薄い場合には銅めっきを施されていない部分の表面積の割合が増加するため、表皮効果による発熱が懸念される。よって上記めっき処理はプレス後に施せば、さらに効果的に発熱を抑制できる。
【００１７】
（２）合金素材について
高周波用途といえども端子である以上、端子に要求される特性を具備する必要がある。端子として十分な接圧を得るためには、強度とばね性が必要である。また、常に高周波の環境下で用いられないとすれば、通常の端子に要求される導電性を有することも重要である。
【００１８】
従って、高強度と高導電性を両方満足することが要求されるが、一般に合金の０．２％耐力（ＹＳ）と導電率（ＥＣ）の間にはトレードオフの関係がある。
そこで、本発明においては、０．２％耐力（ＹＳ）と導電率（ＥＣ）の間にＹＳ≧−１．２５ＥＣ＋７００となる０．２％耐力を備えた合金を素材として用いる。素材自体の強度により安定した接圧が得られ、この素材に銅めっきをすることで高周波送信用に適することを見出した。以下に具体的な合金素材を挙げる。
【００１９】
ａ）チタン銅
Ｔｉを２．０〜４．０質量％含有する銅基合金であって、第３元素群としてＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒ、ＢおよびＰの中から１種以上を０．０１〜０．５０質量％含有した合金は、高強度かつ耐応力緩和特性に優れた電子材料用合金であり、チタン銅系素材として広く活用されている。Ｔｉ濃度が上記範囲より高濃度の場合は、導電率が低くなって導体抵抗値が増すため好ましくない。また低濃度の場合には強度が不足する。
【００２０】
ｂ）Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金
Ｎｉ：２．０〜４．５質量％、Ｓｉ：０．４〜１．２質量％含有し、残部Ｃｕおよび不可避的不純物から構成された合金は、コルソン合金と称され、上記チタン銅より導電率が高いため、各種電子部品用途に広く活用されている。また一部の演算系端子として適用されている。ＮｉおよびＳｉは、適当な熱処理を施すことにより金属間化合物を形成し、導電率を劣化させずに高強度化が図れる。ＮｉおよびＳｉの添加量がＮｉ：２．０％未満、Ｓｉ：０．４％未満では所望の強度が得られず、Ｎｉ：４．５％以上、Ｓｉ：１．２％以上では高強度化は図れるが導電率が著しく低下し、さらに熱間加工性が劣化する。よってＮｉおよびＳｉの添加量はＮｉ：２．０〜４．５質量％、Ｓｉ：０．３０〜１．２質量％とした。Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｂ、の１種または２種以上を添加することで導電率を損なわずに高強度が得られる。
【００２１】
ｃ）ステンレス鋼
オーステナイト系ステンレス鋼の一般的な特性は、非磁性で焼入れ硬化性がなく、耐食性が優れているほか高温から低温にわたる広い温度範囲で強さと粘り強さが大きく、さらに成形や溶接などの２次加工が容易であるなどの幾多の特徴を兼ね備えている。特に強度は、信号の送受信用途で使用されている銅系合金に比べて著しく高いため、薄い板厚であってもベリリウム銅を凌駕する充分な接圧を維持できる。また加工性にも優れているので省スペースの端子材として有効である。
【００２２】
（３）最新のＣＰＵでは動作周波数が３ＧＨｚ以上となる場合があり、ＣＰＵソケット用途等演算系端子としては動作周波数に対応した高周波特性が要求されるが、信号系端子での適用も考慮に入れた場合に、２ＧＨｚ以上の周波数に対して特にその効力を発揮することが要求されている。特にソケット向けの端子材は伝送損失を極力低減させるため高強度、高導電性に対する要求が強く、未だベリリウム銅で対応しているのが現状で、環境規制、価格、供給性等の理由から代替特性を備えた材料の開発が待たれていた。
【実施例】
【００２３】
（１）実施例１
めっきを施す前の合金素材は、表１に示す組成の合金を準備し、それぞれ焼鈍と冷間圧延を適宜繰り返して、板厚０．１ｍｍの板材とした。めっきは硫酸銅浴を使用し、電解脱脂、硫酸酸洗の後、各めっき厚となるように電気めっきを行なった。
めっき厚は蛍光Ｘ線膜厚計を用いて測定し、１０ｍｍ間隔に測定した１０点について平均値と標準偏差を求めた。めっき表面の粗さは、表面粗さ計を用いて測定し、ＪＩＳ−Ｂ０６０１に従って測定しＲｙ、Ｒａ、Ｒｚを測定した。めっき後の材料をプレス打ち抜きにより圧延方向へ巾１ｍｍ、１００ｍｍ長さに加工し、ネットワークアナライザを用いて、２ＧＨｚの高周波信号を印加し、このときの材料の温度変化をサーモグラフィーを用いて直接測定した。例えば、ＣＰＵ本体の仕様上限温度は７０℃付近に設定されているものが多いため、冷却ファンを併用した場合で接点部における動作時の温度上昇は室温に対して３０℃未満とすることが望ましい。
【００２４】
【表１】
2005317463.tif 000002
【００２５】
表１に示す合金について、それぞれ０．２％耐力および導電率を測定した。合金Ａ〜Ｅは請求項３、４を満たす合金、合金Ｆ〜Ｋは請求項５、６を満たす合金、合金Ｌは請求項７を満たす合金である。
合金Ａ〜Ｍは０．２％耐力（ＹＳ）と導電率（ＥＣ）の間にＹＳ≧−１．２５ＥＣ＋７００となる関係を満足しており、端子としての特性を満足する。なお、参考として、表１の合金Ｎはタフピッチ銅を用いた積層板用銅箔であり、０．２％耐力が低く、端子用材料に適さない。
表１に示す組成の合金Ａ〜Ｍの素材の表面粗さも適当に制御し、さらに銅めっき条件も制御した発明例Ｎｏ．１〜１３を表２に示す。銅めっきの厚さ、表面粗さが本発明の範囲であるため通電部の温度上昇が少ない。
【００２６】
【表２】
2005317463.tif 000003
【００２７】
【表３】
2005317463.tif 000004
【００２８】
一方、比較例を表３に示す。用いる合金素材は、実施例と同様に表1に示す組成の合金である。比較例Ｎｏ．１４、２１、２２、２６は、めっき厚を厚くしたところ、粗大な電着粒が多発し、発熱した。比較例１９、２２はめっき厚を厚くしたところ、粗大な電着粒が多発し、さらにめっき厚のバラツキが大きく発熱した。比較例Ｎｏ．１５、１７、２０、２３、２５は、めっきが薄かったため、発熱した。比較例Ｎｏ．１６は、めっき厚のばらつきが大きく、めっきの薄い部分が発熱した。比較例１８、２４は、素材にソゲがあり粗大な電着粒が多発し、発熱した。
【００２９】
（２）実施例２
実施例１と同様に、合金素材はそれぞれ焼鈍と冷間圧延を適宜繰り返して、板厚０．１ｍｍの板材とし、めっきは硫酸銅浴を使用し、電解脱脂、硫酸酸洗の後、各めっき厚となるように電気めっきを行なった。
合金Ａ、Ｂ、Ｆ、Ｉ、Ｌ、Ｍに本請求範囲を満たさない銅めっきを施した比較例Ｎｏ．３３〜３８の供試材を作製した。これらの一部について冷間圧延を行い、表面粗さの改善を行った供試材が発明例Ｎｏ．２７〜３２である。
測定方法も実施例１と同様である。
【００３０】
【表４】
2005317463.tif 000005
【００３１】
表４に示す発明例Ｎｏ．２７〜３２は、銅めっきを施したままでは本発明範囲外であったが、冷間圧延を施すことで表面粗さを改善したため、通電部温度が上昇しなかった。一方、比較例Ｎｏ．３３〜３８は、銅めっきを施したままでは本発明範囲外であるので、通電部温度が上昇した。
【００３２】
（３）実施例３
実施例１で作製した発明例Ｎｏ．１、２、６、９、１２、１３をプレス打ち抜きし、発明例Ｎｏ．３９〜４４を作製した。一方、発明例Ｎｏ．４５〜５０は、合金Ａ、Ｂ、Ｆ、Ｉ、Ｌ、Ｍを実施例１と同様にそれぞれ焼鈍と冷間圧延を適宜繰り返して、板厚０．１ｍｍの板材とし、巾１ｍｍ、１００ｍｍ長さにプレス打ち抜きした後、銅めっきを施して作製した。測定方法は実施例１と同様である。
なお、発明例Ｎｏ．４５〜５０は請求項１０を満たす例である。
【００３３】
【表５】
2005317463.tif 000006
【００３４】
結果を表５に示すが、いずれも本発明の範囲内に表面性状を制御しており、良好な結果がえられている。発明例Ｎｏ．４５〜５０は、プレス打ち抜き後に銅めっきを施すと、打ち抜き端面も銅めっきが施せるため、導体損を低減でき、昇温を抑えられる。