DE112006000095T5

DE112006000095T5 - Presssitzanschluss, Verfahren zur Herstellung hiervon, sowie Verbindungsanordnung zwischen einem Presssitzanschluss und einer Platine

Info

Publication number: DE112006000095T5
Application number: DE112006000095T
Authority: DE
Inventors: Yasushi Yokkaichi Saitoh
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2005-01-18
Filing date: 2006-01-17
Publication date: 2008-04-17
Also published as: CN101138134A; WO2006077827A1; US20080188100A1; JPWO2006077827A1

Abstract

Presssitzanschluss zum Einführen in eine leitfähige Durchgangsöffnung einer Platine, wobei der Presssitzanschluss aufweist:
eine Unterplatierungsschicht, enthaltend eine oder mehrere Platierungsschichten, gebildet auf einer Oberfläche einer Anschlussbasis in einem Verbindungsteil des Presssitzanschlusses, der in elektrischen Kontakt mit der Durchgangsöffnung gelangt;
eine Legierungsschicht aus Sn und einem Unterplatierungsmetall der Deckplatierungsschicht, ausgebildet auf der Unterplatierungsschicht; und
unlegiertes Sn, das in die Legierungsschicht gemischt ist, wobei es eine Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm von einer Außenoberfläche der Legierungsschicht her hat.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Presssitzanschluss zum Einführen und zur Passung in einer Durchgangsöffnung einer Platine oder dergleichen und insbesondere einen Pressitzanschluss, bei dem eine Sn-Platierungsschicht an einer äußeren Oberfläche eines Verbindungsteils nicht abgeschabt wird, wenn ein Presssitzvorgang in einer Durchgangsöffnung einer Platine oder dergleichen erfolgt, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Presssitzanschlusses und eine Verbindungsanordnung zwischen dem Presssitzanschluss und der Platine.
STAND DER TECHNIK
Bei einer elektrischen Verbindung zwischen einer Platine, beispielsweise einer gedruckten Schaltkreiskarte und Verbinderanschlüssen ist es allgemein bekannt, dass die Verbinderanschlüsse in leitende Durchgangsöffnungen der Platine im Presssitz eingeführt werden, um ohne Löten mechanisch befestigt zu werden. Der hier verwendete Anschluss wird Presssitzanschluss genannt, der einen Anschlusseinführteil hat, der in die Platine eingeführt wird, einen Anschlussanbringteil hat, der in einen Verbinder für PCB oder dergleichen eingeführt und hierin befestigt wird und einen Presssitzverbindungsteil hat, der zwischen dem Anschlusseinführteil und dem Anschlussanbringteil liegt und in elektrischem Kontakt mit der Durchgangsöffnung gelangt.
Dieser Presssitzanschluss ist so aufgebaut, dass der Anschlusseinführteil zuerst in die Durchgangsöffnung der Platine eingeführt wird und der Presssitzverbindungsteil, der eine größere Breite als der Durchgangsöffnungsdurchmesser hat, wird im Presssitz in die Durchgangsöffnung eingeführt, um eine Kontaktlast zu erzeugen, sodass somit elektrische und mechanische Verbindungen erhalten werden.
Um in einem solchen Fall einen niedrigen und stabilen Kontaktwiderstand an den Verbindungen zu erhalten, wird üblicherweise zumindest an der äußeren Oberfläche des Presssitzverbindungsteils, der in Kontakt mit der Durchgangsöffnung gelangt, eine Sn-Platierung vorgesehen.
Die ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. Hei 11-135226 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbinders des Zwischentyps, bei dem eine Sn-Platierung an Anschlussoberflächen vorgesehen ist, um eine Einführkraft von Anschlüssen zu verringern, während ein stabiler Kontaktwiderstand aufrechterhalten wird.
Insbesondere beschreibt die ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. Hei 11-135226 , dass eine Ni-Platierungsschicht auf den Anschlussoberflächen ausgebildet wird, hierauf eine Cu-Platierungsschicht ausgebildet wird und hierauf eine Sn-Platierungsschicht gebildet wird und dann eine Wärmebehandlung an Anschlussbasen bei Temperaturen zwischen 150 bis 170°C durchgeführt wird, um die Sn-Platierungsschicht mit einer Dicke zwischen 0,1 bis 0,3 μm an einem Gleitteil eines der Anschlüsse zurückzulassen und um eine Sn-Platierungsschicht mit einer Dicke von 0,1 μm oder mehr an einem Gleitteil des anderen Anschlusses zurückzulassen.
Da jedoch die Cu-Platierung für gewöhnlich an einer inneren Oberfläche der Durchgangsöffnung vorhanden ist und die Sn-Platierungsschicht weicher als die Cu-Platierungsschicht ist, hat der Anschluss, an dem die Sn-Platierungsschicht an der Anschlussoberfläche verbleibt, wie oben erwähnt, das Problem, dass die Sn-Platierungsschicht des Anschlusses von einer Kante der Durchgangsöffnung abgeschabt wird, um Abriebpartikel zu erzeugen, wenn der Anschluss im Presssitz in die Durchgangsöffnung eingeführt wird, sodass Kurzschlüsse oder Fehlfunktionen im Schaltkreis auftreten.
Um diesem Problem zu begegnen, gibt es ein Verfahren zum Absaugen der erzeugten Abriebpartikel, ein Verfahren zur Verwendung von Ni, das härter als Sn ist, als Metall zur Platierung des Anschlusses etc. Das Absaugverfahren hat jedoch das Problem, dass die Anordnung der Platine und des Verbinders die Absaugung manchmal schwierig macht und die Untersuchung, um eine vollständige Entfernung zu verifizieren, kompliziert ist, und die Notwendigkeit der Absauganlage zu einem Kostenanstieg führt. Zusätzlich muss bei dem Verfahren, bei dem Ni als Anschlussplatierungsmetall verwendet wird, Sn als Metall zur Platierung der Durchgangsöffnung mit Blick auf eine Verbindungszuverlässigkeit verwendet werden und es ergibt sich das Problem von Schwierigkeiten oder hohen Kosten bei der Bereitstellung der Platine.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, die obengenannten Probleme zu beseitigen und einen Presssitzanschluss bereitzustellen, der eine ausgezeichnete Verbindungszuverlässigkeit hat, und bei dem eine Sn-Platierungsschicht an einer äußeren Oberfläche nicht abgeschabt wird, wenn ein Presssitz in einer Durchgangsöffnung einer Platine erfolgt, sowie ein Verfahren zur Herstellung hiervon und eine Verbindungsstruktur zwischen dem Presssitzanschluss und der Platine.
MITTEL ZUR LÖSUNG DER AUFGABE
Zur Lösung der Aufgabe und gemäß dem Zweck der vorliegenden Erfindung, wie im Anspruch 1 beschrieben, ist ein Presssitzanschluss in Übereinstimmung mit der Erfindung zum Einführen in eine leitfähige Durchgangsöffnung einer Platine dadurch gekennzeichnet, dass er eine Unterplatierungsschicht hat, die eine oder mehrere Platierungsschichten enthält und die an einer Oberfläche einer Anschlussbasis in einem Verbindungsteil des Presssitzanschlusses ausgebildet ist, der in elektrischem Kontakt mit der Durchgangsöffnung gelangt, wobei eine Legierungsschicht aus Sn und einem Unterplatierungsmetall der Deckplatierungsschicht auf der Unterplatierungsschicht ausgebildet ist und unlegiertes Sn in die Legierungsschicht eingemischt ist, wobei es eine Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm von einer Außenoberfläche der Legierungsschicht her hat.
Gemäß Anspruch 2 kann das unlegierte Sn inselförmig in der Legierungsschicht sein, wobei es eine Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm von einer Außenoberfläche der Legierungsschicht her hat.
Gemäß Anspruch 3 ist es bevorzugt, dass, wenn die Unterplatierungsschicht eine Platierungsschicht enthält, dann ein Platierungsmetall der Platierungsschicht Ni oder Cu ist.
Gemäß Anspruch 4 ist es auch bevorzugt, dass, wenn die Unterplatierungsschicht zwei Platierungsschichten enthält, dann die Platierungsmetalle der Platie rungsschichten Ni oder Cu oder Cu und Ni, von der Oberfläche der Anschlussbasis aus gesehen, sind.
Gemäß Anspruch 5 ist es auch bevorzugt, dass, wenn die Unterplatierungsschicht drei Platierungsschichten enthält, die Platierungsmetalle der Platierungsschichten Cu, Ni und Cu, von der Oberfläche der Anschlussbasis aus gesehen, sind.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Presssitzanschlusses gemäß der vorliegenden Erfindung, wie es in Anspruch 6 beschrieben ist, enthält die Schritte des Ausbildens einer Unterplatierungsschicht einschließlich einer oder mehrerer Platierungsschichten auf einer Oberfläche einer Anschlussbasis in einem Verbindungsteil des Presssitzanschlusses, der in elektrischen Kontakt mit der Durchgangsöffnung gelangt, das Ausbilden einer Sn-Platierungsschicht mit einer Dicke von 0.1 bis 0.7 μm auf der Deckplatierungsschicht und nach dem Schritt des Ausbildens der Sn-Platierungsschicht das Durchführen eines Reflow-Prozesses durch Durchführen einer Wärmebehandlung, um eine Legierungsschicht aus Sn und einem Unterplatierungsmetall der Deckplatierungsschicht auf der Unterplatierungsschicht zu bilden, sowie unlegiertes Sn in die Legierungsschicht zu mischen, so dass es eine Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm von einer Außenoberfläche der Legierungsschicht her hat.
Gemäß Anspruch 8 kann beim Schritt des Durchführens des Reflow-Prozesses das unlegierte Sn inselförmig in der Legierungsschicht gemacht werden, so dass es eine Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm von einer Außenoberfläche der Legierungsschicht her hat.
Wie in Anspruch 10 beschrieben, ist es bevorzugt, dass, wenn die Unterplatierungsschicht eine Platierungsschicht enthält, ein Platierungsmetall der Platierungsschicht Ni oder Cu ist.
Wie in Anspruch 11 beschrieben, ist es auch bevorzugt, dass, wenn die Unterplatierungsschicht zwei Platierungsschichten enthält, dann die Platierungsmetalle der Platierungsschichten Ni oder Cu bzw. Cu oder Ni, von der Oberfläche der Anschlussbasis aus gesehen, sind.
Wie in Anspruch 12 beschrieben, ist es auch bevorzugt, dass, wenn die Unterplatierungsschicht drei Platierungsschichten enthält, dann die Platierungsmetalle der Platierungsschichten Cu, Ni und Cu, von der Oberfläche der Anschlussbasis aus gesehen, sind.
Wie in Anspruch 13 beschrieben, ist es bevorzugt, dass eine Wärmebehandlungstemperatur beim Schritt des Durchführens des Reflow-Prozesses im Bereich von 200 bis 270°C liegt.
Zusätzlich ist, wie in Anspruch 14 beschrieben, eine Verbindungsstruktur zwischen einem Presssitzanschluss und einer leitfähigen Durchgangsöffnung einer Platine gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass eine Unterplatierungsschicht mit einer oder mehrerer Platierungsschichten auf einer Oberfläche einer Anschlussbasis in einem Verbindungsteil des Presssitzanschlusses ausgebildet wird, eine Legierungsschicht aus Sn und einem Unterplatierungsmetall der Deckplatierungsschicht auf der Unterplatierungsschicht gebildet wird, unlegiertes Sn in die Legierungsschicht gemischt wird, so dass es eine Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm von einer Außenoberfläche der Legierungsschicht her hat und eine Oberflächenhärte des Presssitzverbindungsteils höher als eine Oberflächenhärte eines Verbindungsteils der Durchgangsöffnung ist.
Gemäß Anspruch 15 kann das unlegierte Sn in der Legierungsschicht inselförmig sein, wobei es eine Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm von einer Außenoberfläche der Legierungsschicht her hat.
Wie in Anspruch 16 beschrieben, ist es bevorzugt, dass, wenn die Unterplatierungsschicht eine Platierungsschicht enthält, ein Platierungsmetall der Platierungsschicht Ni oder Cu ist.
Wie in Anspruch 17 beschrieben, ist es auch bevorzugt, dass, wenn die Unterplatierungsschicht zwei Platierungsschichten enthält, die Platierungsmetalle der Platierungsschichten Ni oder Cu bzw. Cu und Ni, von der Oberfläche der Anschlussbasis aus gesehen, sind.
Wie in Anspruch 18 beschrieben, ist es auch bevorzugt, dass, wenn die Unterplatierungsschicht drei Platierungsschichten enthält, die Platierungsmetalle der Platierungsschichten Cu, Ni und Cu, von der Oberfläche der Anschlussbasis aus gesehen, sind.
AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Bei dem Presssitzanschluss gemäß Anspruch 1 hat das Presssitzverbindungsteil eine Schicht, in der das unlegierte Sn mit einer Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm von einer Außenoberfläche der Legierungsschicht her und die Legierung auf Sn-Basis gemischt sind. Die Härte der Legierungsschicht auf Sn-Basis ist wesentlich höher als diejenige der Cu-Platierung, die an einer inneren Oberfläche der Durchgangsöffnung der Platine vorgesehen ist. Eine Kraft, die auf das Presssitzverbindungsteil ausgeübt wird, wenn der Presssitzanschluss im Presssitz eingesetzt wird, wird von dem harten Teil aufgenommen, um das unlegierte Sn zu schützen, sodass die Platierungsschicht vor einem Abschaben geschützt werden kann.
Zusätzlich hat das unlegierte Sn, das in die Legierungsschicht gemischt ist, wobei es eine Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm von einer Außenoberfläche der Legierungsschicht her hat, sehr weiche Eigenschaften, was einen Kontaktbereich in dem Presssitzverbindungsteil ergibt und keine Lücken an einer Verbindungsgrenzfläche. Somit kann Sauerstoff daran gehindert werden, einzudringen, sodass ein Anstieg im Kontaktwiderstand aufgrund einer Verschlechterung durch Oxidation oder dergleichen der Platierung auch in einer heißen Umgebung verringert werden kann.
Das unlegierte Sn gemäß obiger Beschreibung kann die gleiche Wirkung und den gleichen Effekt wie der Presssitzanschluss gemäß Anspruch 1 erzielen, auch wenn das unlegierte Sn sich inselförmig in der Legierungsschicht befindet, wobei es eine Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm von einer Außenoberfläche der Legierungsschicht her hat.
Zusätzlich, wenn das Platierungsmetall der Deckplatierungsschicht Ni oder Cu gemäß den Ansprüchen 3 bis 5 ist, kann, da beispielsweise die Härte der Legierung aus Sn und dem Unterplatierungsmetall der Deckplatierungsschicht, die auf dem der Unterplatierungsschicht ausgebildet ist, höher als die Härte der Cu-Platierung in der Durchgangsöffnung der Platine ist, ein Abschaben der Platierungsschicht an der Anschlussoberfläche verhindert werden, welche auftritt, wenn ein Sn-platierter Presssitzanschluss im Presssitz in die Durchgangsöffnung eingeführt wird.
In manchen Fällen ist das Unterplatierungsmetall Ni, da, wenn die Anschlussbasis aus einer Kupfer-Zink-Legierung ist, dies verhindert, dass das Zn-Element in der Anschlussbase aufgrund der Wärmebehandlung in die Sn-Schicht diffundiert.
Zusätzlich ist in manchen Fällen die Platierungsschicht, die der Oberfläche der Anschlussbasis am nächsten ist, die Cu-Schicht, da, wenn eine Anschlussbasis ge wählt wird, auf der eine Ni-Platierung schwierig anzuheften ist, die Zwischenschaltung von Cu die Benetzungseigenschaften etc. der Ni-Platierung verbessert.
Es wird veranlasst, dass die Unterplatierungsschicht eine bis drei Schichten enthält: das Platierungsmetall ist Ni oder Cu, wenn die Unterplatierungsschicht eine Platierungsschicht enthält; die Platierungsmetalle der Platierungsschichten sind Ni oder Cu bzw. Cu oder Ni von der Oberfläche der Anschlussbasis aus gesehen, wenn die Unterplatierungsschicht zwei Platierungsschichten enthält; und die Platierungsmetalle der Platierungsschichten sind Cu, Ni und Cu von der Oberfläche der Anschlussbasis aus gesehen, wenn die Unterplatierungsschicht drei Platierungsschichten enthält. Die Unterplatierungsschicht ist damit an Anschlussbasen anpassbar, die eine Vielzahl von Basismaterialien enthalten.
Bei dem Verfahren zur Herstellung des Presssitzanschlusses gemäß Anspruch 7 können die Legierungsschicht aus Sn und das Unterplatierungsmetall der Deckplatierungsschicht auf der Unterplatierungsschicht ausgebildet werden und das unlegierte Sn kann in die Legierungsschicht gemischt werden, wobei es eine Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm von einer Außenoberfläche der Legierungsschicht her hat; folglich kann ein Abschaben der Platierungsschicht an der Anschlussoberfläche in dem Presssitzverbindungsteil verhindert werden.
Da zusätzlich die Kontaktfläche in dem Presssitzverbindungsteil erhöht wird, lässt sich der Kontaktwiderstand senken. Da zusätzlich eine Verschlechterung durch Oxidation oder dergleichen der Platierung auch in einer heißen Umgebung verringert wird, kann ein Presssitzanschluss mit ausgezeichneter Verbindungszuverlässigkeit hergestellt werden.
Selbst wenn das unlegierte Sn sich bei dem Verfahren zur Herstellung des Presssitzanschlusses in der Legierungsschicht inselartig befindet, wobei es eine Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm von einer Außenoberfläche der Legierungsschicht her hat, wie in Anspruch 8 beschrieben, kann die gleiche Wirkung und der gleiche Effekt wie bei dem Presssitzanschluss gemäß Anspruch 7 erreicht werden.
Durch Verwendung von Ni oder Cu als Unterplatierungsmetall gemäß den Ansprüchen 10 bis 12 kann eine Legierungsschicht mit höherer Härte als der Cu-Platierung in der Durchgangsöffnung der Platine auf der Unterplatierungsschicht gebildet werden.
Es wird veranlasst, dass die Unterplatierungsschicht eine bis drei Platierungsschichten enthält: das Platierungsmetall ist Ni oder Cu, wenn die Unterplatierungsschicht eine Platierungsschicht enthält; die Platierungsmetalle der Platierungsschichten sind Ni oder Cu bzw. Cu oder Ni von der Oberfläche der Anschlussbasis aus gesehen, wenn die Unterplatierungsschicht zwei Platierungsschichten enthält; und die Platierungsmetalle der Platierungsschichten sind Cu, Ni und Cu von der Oberfläche der Anschlussbasis aus gesehen, wenn die Unterplatierungsschicht drei Platierungsschichten enthält; die Unterplatierungsschicht ist an Anschlussbasen anpassbar, welche eine Vielzahl von Basismaterialien haben.
Indem zusätzlich die Wärmebehandlungstemperatur beim Schritt des Durchführens des Reflow-Prozesses zwischen 200 und 270°C liegt, wie in Anspruch 13 beschrieben, wird es möglich, die Legierungsschicht aus Sn und dem Unterplatierungsmetall der Deckplatierungsschicht auf der Unterplatierungsschicht zu bilden und zu veranlassen, dass das unlegierte Sn in der Legierungsschicht gemischt oder inselförmig vorliegt, wobei es eine Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm von einer Außenoberfläche der Legierungsschicht her hat.
Durch Verwenden der Verbindungsstruktur zwischen dem Presssitzanschluss und der Platine gemäß Anspruch 14 werden Kurzschlüsse oder Fehlfunktionen im Schaltkreis aufgrund einer Abschabung der Platierungsschicht an der Anschlussoberfläche verhinderbar. Zusätzlich kann ein niedriger und stabiler Kontaktwiderstand in einer heißen Umgebung beibehalten werden, sodass die Verbindungszuverlässigkeit ausgezeichnet wird.
Selbst wenn das unlegierte Sn sich inselförmig in der Legierungsschicht befindet, wobei es eine Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm von einer Außenoberfläche der Legierungsschicht her hat, die auf der Oberfläche der Anschlussbasis in dem Presssitzverbindungsteil ausgebildet ist, wie in Anspruch 15 beschrieben, lässt sich die gleiche Wirkungsweise und der gleiche Effekt wie bei der Verbindungsstruktur zwischen Presssitzanschluss und Platine gemäß Anspruch 14 erreichen.
Eine Vielzahl von Unterplatierungen kann gemacht werden, wie in den Ansprüchen 16 bis 18 beschrieben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, wo ein Presssitzanschluss in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in eine leitfähige Durchgangsöffnung einer Platine einzuführen und hier einzusetzen ist;
2 ist eine perspektivische Ansicht des Äußeren einer Platierung auf einer Oberfläche des Presssitzanschlusses in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3A bis 3E sind Ansichten, die Platierungsstrukturen auf der Oberfläche des Presssitzanschlusses in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
4 ist ein SEM-Beobachtungsbild nach Durchführung eines Reflow-Prozesses auf der Oberfläche des Presssitzanschlusses in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5A und 5B sind Grafiken, die die Ergebnisse einer AES (Auger Elektronenspektroskopie) nach Durchführung des Reflow-Prozesses an der Oberfläche des Presssitzanschlusses in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
6 zeigt ein SIM-Beobachtungsbild einer Verbindungsgrenzfläche zwischen dem Presssitzanschluss in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und der leitfähigen Durchgangsöffnung der Platine;
7 zeigt ein SIM-Beobachtungsbild einer Verbindungsgrenzfläche zwischen einem Presssitzanschluss, bei dem nur eine Ni-Platierung an einem Presssitzverbindungsteil vorhanden ist und der leitfähigen Durchgangsöffnung der Platine;
8 ist eine Grafik, die eine Änderung des Kontaktwiderstandes in einer heißen Umgebung im Fall einer Verbindung des Presssitzanschlusses in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit der leitfähigen Durchgangsöffnung der Platine zeigt;
9 ist eine Grafik, die eine Änderung des Kontaktwiderstandes in einer heißen Umgebung im Fall einer Verbindung des Presssitzanschlusses, bei dem nur eine Ni-Platierung an dem Presssitzverbindungsteil vorhanden ist und der leitfähigen Durchgangsöffnung der Platine zeigt;
10 ist eine Grafik, die ein Temperaturprofil im Reflow-Prozess an der Oberfläche des Presssitzanschlusses in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
11A bis 11G sind Ansichten, die Querschnittsformen von Presssitzverbindungsteilen einer Anzahl von Presssitzanschlüssen zeigen.
BESTE WEISE ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Eine detailliierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt nun unter Bezugnahme auf die 1 bis 11G.
Ein Presssitzanschluss 10 in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß 1 wird gebildet durch Durchführen einer Pressbearbeitung an einem Draht eines Metalls mit ausgezeichneter Leitfähigkeit, beispielsweise einer Legierung auf Kupferbasis. Ein Kartenverbindungsteil 12 kann in eine Durchgangsöffnung 14 einer Platine 13 eingeführt werden, beispielsweise einer gedruckten Schaltkreiskarte.
Die 11A bis 11G sind Ansichten, die Beispiele von Querschnittsformen von Verbindungsteilen einer Anzahl von Presssitzanschlüssen zeigen.
Die Presssitzanschlüsse, die in den 11A und 11B gezeigt sind, werden als Anschlüsse des separaten Auslegertyps bezeichnet. Derjenige gemäß 11A wird speziell Anschluss des versetzten Typs genannt. Zwei separate Quadrate 111a und 112a sind im Querschnitt zueinander versetzt ausgebildet und werden in Richtung ihrer jeweiligen Pfeile gemäß 11A im Inneren eines Kanalteils 113a bewegt, sodass der Presssitzanschluss verformt wird, um in eine Durchgangsöffnung einführbar zu sein und hierin im Presssitz gehalten zu sein. Somit wird der Presssitzanschluss in elektrischem Kontakt mit einer Innenoberfläche 114a der Durchgangsöffnung an zwei Punkten A und B gehalten.
Derjenige in 11B wird speziell I-Anschluss des Nadeltyps genannt, wo zwei separate Quadrate 111b und 112b im Querschnitt ausgebildet sind und ein Kanalteil 113b zwischen den Quadrate 11b und 112b gebildet ist. Die Quadrate 111b und 112b werden in Richtung der jeweiligen Teile in 11B im Inneren des Kanalteils 113b bewegt, sodass der Presssitzanschluss im Presssitz in der Durchgangsöffnung liegt und in elektrischem Kontakt mit einer Innenfläche 114b der Durchgangsöffnung an zwei Ebenen C und D ist.
Die Presssitzanschlüsse gemäß den 11C bis 11F haben jeweils im Querschnitt die Form eines Buchstabens des Alphabets, wobei die Buchstabenform deformiert ist.
Derjenige gemäß 11C wird speziell C-Form-Anschluss genannt, wobei die Form des Buchstabens C im Querschnitt gebildet ist. Ein Anschlussquerschnitt 111c ist elastisch in Pfeilrichtung im Inneren eines Kanalteils 113c verformt, um den Durchmesser des C-Form-Anschluss zu verringern, sodass der Anschluss im Presssitz in der Durchgangsöffnung ist, um im elektrischen Kontakt mit einer Innenfläche 114c der Durchgangsöffnung über die gesamte Außenfläche des Presssitzverbindungsteils zu sein.
Derjenige gemäß 11D wird speziell M-Form-Anschluss genannt, wobei die Form des Buchstabens M im Querschnitt gebildet ist. Anschlussquerschnitte 111d und 112d werden elastisch in Richtung der jeweiligen Pfeile in 11D innerhalb eines Kanalteils 113d verformt, sodass der M-Form-Anschluss im Presssitz in der Durchgangsöffnung ist, um in elektrischem Kontakt mit einer Innenfläche 114d der Durchgangsöffnung an zwei Ebenen E und F befestigt sein.
Derjenige gemäß 11E ist speziell N-Form-Anschluss genannt, wobei die Form des Buchstabens N im Querschnitt gebildet ist. Anschlussquerschnitte 111e und 112e werden elastisch in Richtung der jeweiligen Pfeile in 11E im Inneren eines Kanalteils 113e verformt, sodass der N-Form-Anschluss im Presssitz in der Durchgangsöffnung ist, um in elektrischen Kontakt mit einer Innenfläche 114e der Durchgangsöffnung an zwei Ebenen G und H befestigt zu sein.
Derjenige in 11F ist speziell H-Form-Anschluss genannt, wobei die Form des Buchstabens H im Querschnitt gebildet ist. Anschlussquerschnitte 111f und 112f werden elastisch in Richtung der jeweiligen Pfeile in 11F im Inneren eines Kanalsteils 113f verformt, sodass der H-Form-Anschluss im Presssitz in der Durchgangsöffnung ist, um in elektrischem Kontakt einer Innenfläche 114f der Durchgangsöffnung an zwei Ebenen I und J zu sein.
Die Anschlüsse mit den Querschnittsformen der 11A bis 11F haben einen hohen Betrag an elastischer Verformung des Presssitzverbindungsteils und sprechen somit leicht auf Änderungen der Größe des Durchgangsöffnungsdurchmessers in der gedruckten Schaltkreiskarte an, sodass diese momentan die hauptsächlich verwendete Anschlüsse sind.
Der Presssitzanschluss gemäß 11G ist ein sogenannter Massivanschluss, wobei im Querschnitt ein Rechteck gebildet ist und der Anschluss so konfiguriert ist, dass er in elektrischem Kontakt mit einer Innenfläche 114g der Durchgangsöffnung in vier Punkten K, L, M und N ist. Der Massivanschluss, der eine geringe plastische Verformung des Presssitzverbindungsteils hat, wird durch plastische Verformung in die Durchgangsöffnung gepresst.
Eine Vielzahl von Leiterpfaden von 15 ist auf einer Oberfläche der Platine 13 ausgebildet und eine Anzahl von Durchgangsöffnung 14 ist in der Platine 13 ausgebildet. An einer Innenfläche der Durchgangsöffnung 14 ist durch Platieren oder dergleichen ein Kontaktteil 16 ausgebildet und mit den Leiterpfaden 15 in Verbindung.
Am Ende des Kartenverbindungsteils 12 des Presssitzanschlusses 10 ist ein Führungsteil 17 ausgebildet, das den einzuführenden Anschluss in die Durchgangsöffnung 14 führt und oberhalb des Führungsteils 17 ist ein Paar von elastischen Verformungsteilen 18 über eine Länge ausgebildet, die etwa zweimal größer als die Tiefe der Durchgangsöffnung ist. Die elastischen Verformungsteile 18 haben die Form eines dicken Streifens und dehnen sich nach Außen aus, um annähernd bogenförmig zu sein und zwischen ihnen ist ein Kanalteil 13 gebildet.
Äußere Oberflächen des Presssitzanschlusses etwas oberhalb der Mitte in Längsrichtung bildet annähernd gerade Teile 18A über eine Länge von ungefähr einem Drittel der Gesamtlänge, um parallel zueinander zu sein oder einen schwachen Bogen zu bilden. Ein Teil entsprechend den annähernd geraden Teilen 18A wirkt als das Presssitzverbindungsteil und gelangt in elektrischen Kontakt mit dem Kontaktteil 16 der Durchgangsöffnung 14.
2 ist eine perspektivische Schrägansicht des Aufbaus von Schichten, die auf die Oberfläche des Presssitzanschlusses platiert sind, der in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. In 2 ist eine Unterplatierungsschicht 26 auf einer Anschlussbasis 28 ausgebildet und eine Legierungsschicht 24 aus einem Unterplatierungsmetall und Sn ist hierauf ausgebildet, wo bei eine unlegierte Sn-Schicht 22 untergemischt ist. Die unlegierte Sn-Schicht 22 bevorzugt eine Tiefe von einigen wenigen 50 mm von einer Außenfläche der Legierungsschicht 24 aus gesehen.
Die 3A bis 3E sind Ansichten, die Platierungsschichtaufbauten im Querschnitt bei einem Presssitzanschluss in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. 3A zeigt den Aufbau, bei dem eine Ni-Legierungsschicht 34 auf einer Anschlussbasis 36 ausgebildet ist und hierauf ist eine Sn-Ni-Legierungsschicht 32 ausgebildet und in eine Außenschicht der Sn-Ni-Legierungsschicht 32 ist eine unlegierte Sn-Schicht 31 gemischt. 3B zeigt den Aufbau, bei dem Cu-Platierungsschicht 35 auf einer Anschlussbasis 36 ausgebildet ist und hierauf ist eine Sn-Ni-Cu-Legierungsschicht 33 ausgebildet und in eine Außenschicht Sn-Cu-Legierungsschicht 33 ist eine unlegierte Sn-Schicht 31 gemischt. Die Unterplatierungsschichten in den 3A und 3B enthalten jeweils eine Platierungsschicht.
3C zeigt den Aufbau, bei dem die Cu-Platierungsschicht 35 und eine Ni-Platierungsschicht 34 von oben her gesehen als Unterplatierungsschicht auf einer Anschlussbasis 36 ausgebildet sind, eine Sn-Cu-Legierungsschicht 33 ist hierauf ausgebildet und eine unlegierte Sn-Schicht 31 ist in eine Außenschicht der Sn-Cu-Legierungsschicht 33 gemischt. 3D zeigt den Aufbau, bei dem eine Ni-Platierungsschicht 34 und eine Cu-Platierungsschicht 35 von oben her gesehen als Unterplatierungsschicht auf einer Anschlussbasis 36 ausgebildet sind und hierauf ist eine Sn-Ni-Legierungsschicht 32 ausgebildet und eine unlegierte Sn-Schicht 31 ist in eine Außenschicht der Sn-Ni-Legierungsschicht 32 gemischt. Die Unterplatierungsschichten in den 3C und 3D enthalten jeweils zwei Platierungsschichten.
3E zeigt den Aufbau, bei dem die Cu-Platierungsschicht 35, eine Ni-Platierungsschicht 34 und eine Cu-Platierungsschicht 35 von oben her gesehen als Unterplatierungsschicht auf einer Anschlussbasis 36 ausgebildet sind und hierauf ist eine Sn-Cu-Legierungsschicht 33 ausgebildet und eine unlegierte Sn-Schicht 31 ist in eine Außenschicht der Sn-Cu-Legierungsschicht 33 gemischt. Die Unterplatierungsschicht in 3E enthält drei Platierungsschichten.
Ein Ablauf zur Ausbildung der Platierung auf dem Presssitzanschluss in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung enthält die Schritte des Ausbildens der Unterplatierungsschicht auf der Anschlussbasis, das Ausbilden der Sn-Platierungsschicht auf der Deckplatierungsschicht und das Durchführen eines Reflow-Prozesses zur Durchführung einer Wärmebehandlung nach der Ausbildung der Sn-Platierungsschicht.
Das Verfahren zur Ausbildung der Unterplatierungsschicht oder der Sn-Platierungsschicht kann ein allgemein verwendetes Platierungsverfahren sein und eine Beschreibung hiervon erfolgt nicht. Im Reflow-Prozess liegt die Wärmebehandlungstemperatur bevorzugt zwischen 200 und 270°C. Es ist nur wesentlich, dass die Wärmebehandlungstemperatur eine maximale Endtemperatur von 200 bis 270°C hat und es ist bevorzugt, die Temperatur von Raumtemperatur an anzuheben und auf natürlichem Weg oder zwangsweise zu verringern. Eine Wärmebehandlungszeit kann zwischen einigen Sekunden bis einigen Minuten liegen. 10 ist eine Grafik, die ein Beispiel eines Temperaturprofils der Wärmebehandlung zeigt.
Bei dem oben erwähnten Reflow-Prozess kann eine Legierungsschicht aus Sn und einem Unterplatierungsmetall auf der Deckplatierungsschicht auf der Unterplatierungsschicht gebildet werden und unlegiertes Sn kann in einer Außenschicht der Legierungsschicht eingemischt werden.
Beim Vorgang der Bereitstellung der Platierung gemäß obiger Erläuterung ist die Dicke der Sn-Platierungsschicht vor der Wärmebehandlung bevorzugt zwischen 0,1 bis 0,7 μm. Unter 0,1 μm ist es schwierig, eine gleichförmige Sn-Platierungsschicht auf der Unterplatierungsschicht zu bilden und bei mehr als 0,7 μm ist es unmöglich, unlegiertes Sn unterzumischen.
4 ist eine Ansicht eines Beobachtungsbilds einer Platierungsoberfläche am Presssitzanschluss in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung nach Durchführung des Reflow-Prozesses, beobachtet unter Verwendung eines SEM.
6 ist eine Ansicht eines Bilds an einer Verbindungsgrenzfläche zwischen dem Presssitzanschluss in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung (mit der Platierungsstruktur von 3c) und einer Durchgangsöffnung (TH), beobachtet durch ein SIM (Scanning Ion Microscope). In 6 ist die Durchgangsbohrung am Boden liegend, worauf das unlegierte Sn und die Legierungsschicht, die Cu-Platierungsschicht, die Ni-Platierungsschicht und die Anschlussbasis in dieser Reihenfolge von der Verbindungsgrenzfläche aus sichtbar sind.
7 ist eine Ansicht eines Bilds einer Verbindungsgrenzfläche zwischen dem Presssitzanschluss und der Durchgangsöffnung, wenn eine Ni-Platierung an der An schlussbasis vorhanden ist, beobachtet durch ein SIM (Scanning Ion Microscope). In 7 liegt die Durchgangsöffnung am Boden, worauf die Ni-Platierungsschicht und die Anschlussbasis in dieser Reihenfolge von der Verbindungsgrenzfläche aus sichtbar sind.
Nachfolgend werden Beispiele der vorliegenden Erfindung im Detail erläutert.
(Beispiel 1)
Eine Ni-Platierung als Unterplatierungsschicht wurde auf ein Verbindungsteil eines Presssitzanschlusses mit einer Legierung auf Kupferbasis als Basismaterial aufgebracht und hierauf wurde eine Sn-Platierung mit einer Dicke von 0,4 μm aufgebracht. Dann wurde eine Erwärmungs/Abkühlungs-Behandlung (von ungefähr 30 Sekunden) gemacht, so dass die maximale Endtemperatur unter den Temperaturbedingungen gemäß 10 ca. 232°C wurde und auf der Ni-Platierungsschicht wurde eine Sn-Ni-Legierungsschicht gebildet.
Dann wurde eine Platierungsoberfläche des Presssitzanschlusses nach der Erwärmungs/Abkühlungs-Behandlung (dem Reflow-Prozess) durch den SEM beobachtet. Das SEM-Bild ist in 4 gezeigt.
Es konnte aus dem SEM-Bild beobachtet werden, dass weiße Abschnitte 42 und schwarze Abschnitte 44 gemischt sind. Die Prozentanteile von Sn und Ni in den weißen Abschnitten 42 und den schwarzen Abschnitten 44 wurden durch AES (Auger Electron Spectroscopy) gemessen. Die Ergebnisse hiervon sind in den 5A und 5B gezeigt.
5A zeigt Messergebnisse an den weißen Abschnitten 42 in 4 und 5B zeigt Messungsergebnisse an den schwarzen Abschnitten 44 in 4. In den 5A und 5B gibt die horizontale Achse eine Tiefe von einer Platierungsaußenfläche, erhalten an einem Messpunkt an und die vertikale Achse gibt einen Atomprozentsatz (%) des Sn-Elements und Ni-Elements an, erhalten am Messpunkt.
Die Linien 51 und 53 geben Werte des Sn-Prozentgehalts und die Linien 52 und 54 geben Werte des Ni-Prozentgehalts an. In einer Ellipse 55 ist eine Änderung des Sn-Prozentgehalts in einer Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm in den weißen Abschnitten 42 gezeigt.
Die Linien 51 und 52 in 5A zeigen, dass der Sn-Prozentgehalt ungefähr 40 % und der Ni-Prozentgehalt ungefähr 60 % konstant bei einer Tiefe von 50 bis 300 nm beträgt, woraus gesehen werden kann, dass eine Legierungsschicht aus Sn und einem Unterplatierungsmetall Ni gleichförmig in diesem Bereich der weißen Abschnitte 42 in 4 gebildet wurde. Im Vergleich zu dem obigen Bereich ist in einer Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm von der Platierungsaußenoberfläche her (in der Ellipse 55) der Sn-Prozentgehalt höher (50 % bis 60 % maximal) und der Ni-Prozentgehalt niedriger. Es sei festzuhalten, dass ein Vergleich zwischen dem Durchmesser eines Messstrahls bei der AES (Auger Electron Spectroscopy) und der Durchmesser der weißen Abschnitte 42 in 4 zeigt, dass der Durchmesser des Messstrahls größer ist und eine vollständige Messung alleine der weißen Abschnitte 42 nicht durchgeführt werden kann; folglich wird in Betracht gezogen, dass ein tatsächlicher Sn-Prozentgehalt in einer Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm von der Platierungsaußenoberfläche her höher ist.
Die Linien 53 und 54 in 5B zeigen, dass der Sn-Prozentgehalt in einer Tiefe von einigen wenigen bis 450 nm annähernd konstant ist, woraus gesehen werden kann, dass eine Legierungsschicht aus Sn und Ni gleichförmig in einer Tiefe von einigen wenigen bis 450 nm gebildet wurde. Es gibt keinen Teil, wo der Sn-Prozentgehalt im schwarzen Abschnitt 44 teilweise hoch war.
Folgende Tabelle 1 zeigt Messergebnisse der Oberflächenhärte der weißen Abschnitte 42 (weicher Teil) und des schwarzen Abschnittes 44 (harter Teil) in 4.
Tabelle 1 zeigt auch Messergebnisse von Oberflächenhärten des weichen Teils und des harten Teils, die in der Oberfläche der Abschlussbasis nach Durchführung des Reflow-Prozesses gemischt waren und wobei die Deckplatierungsschicht aus Cu ist.
Tabelle 2 zeigt Daten von Oberflächenhärten etc. im Fall der Verwendung einer herkömmlichen Sn-Platierung. [Tabelle 1]

Vickers-Härte (HV)

Platierungsmetall weicher Teil harter Teil insgesamt

Ni 92 1104 735

Cu 92 828 552

[Tabelle 2]

Platierungstyp Vickers-Härte (HV)

Ni-Platierung 510

herkömmliche Sn-Platierung 25

Cu-Platierung in Öffnung 104
Wie in Tabelle 1 gezeigt, war die Vickers-Härte der weißen Abschnitte 42 (weicher Teil), wenn die Deckplatierungsschicht aus Ni ist, 92 HV, was wesentlich niedriger als 1104 HV ist, also der Vickers-Härte des schwarzen Abschnittes 44 (harter Teil), woraus gesehen werden kann, dass die weißen Abschnitte 42 und der schwarze Abschnitt 44 ganz erhebliche Zusammensetzungsunterschiede haben. Andererseits ist die Vickers-Härte der weißen Abschnitte 42 ziemlich nahe an 25 HV, der Vickers-Härte einer herkömmlichen Sn-Platierung in Tabelle 2. Es kann somit festgehalten werden, dass die Zusammensetzung der weißen Abschnitte 42 ähnlich zu reinem Sn ist und die weißen Abschnitte 42 kaum legiert sind. Im Gegensatz hierzu ist die Vickers-Härte des schwarzen Abschnittes 44 erheblich höher als die der Sn-Platierung und ist höher als bei der Ni-Platierung, woraus gesehen werden kann, dass eine Legierung aus Sn und eines Unterplatierungsmetalls (Ni) durch Diffusion gebildet wurde.
Folglich lässt sich zeigen, dass die Legierungsschicht aus Sn und dem Unterplatierungsmetall der Deckplatierungsschicht auf der Platierungsoberfläche des Presssitzanschlusses in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gebildet wird und dass unlegiertes Sn in einer Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm von der Außenfläche der Legierungsschicht her eingemischt ist.
Ein Vergleich zwischen 735 HV gemäß Tabelle 1, der Oberflächenhärte des Presssitzverbindungsteils (der Oberflächenhärte insgesamt) wenn die Deckplatierungsschicht aus Ni ist und 104 HV gemäß Tabelle 2, der Oberflächenhärte eines Verbindungsteils der Cu-platierten Durchgangsöffnung, zeigt, dass die Oberflächenhärte des Presssitzverbindungsteils höher ist. Folglich ist es möglich, zu verhindern, dass die Platierungsschicht an der Anschlussbasisoberfläche im Presssitzverbindungsteil abgeschabt wird, wenn der Presssitzanschluss in die Cu-platierte Durchgangsöffnung der Platine eingeführt wird.
Zusätzlich und wie in Tabelle 1 gezeigt, war, wenn die Deckplatierungsschicht aus Cu ist, wo der weiche Teil und der harte Teil an der Anschlussbasisoberfläche nach dem Reflow-Prozess nach dem Platieren gemischt waren, die Vickers-Härte des weichen Teils 92 HV und diejenige des harten Teils 828 HV. Wie im Fall von Ni sind der weiche Teil und der harte Teil an der Anschlussbasisoberfläche in der Zusammensetzung erheblich unterschiedlich und die Härte des weichen Teils liegt ziemlich nahe bei 25 HV, der Härte einer herkömmlichen Sn-Platierung gemäß Tabelle 2; damit kann festgehalten werden, dass die Zusammensetzung des weichen Teils nahe reinem Sn ist und der weiche Teil kaum legiert ist.
Wie im Fall von Ni zeigt ein Vergleich zwischen 552 HV von Tabelle 1, also der Oberflächenhärte des Presssitzverbindungsteils (der Oberflächenhärte insgesamt), wenn die Deckplatierungsschicht aus Cu ist und 104 HV gemäß Tabelle 2, der Oberflächenhärte des Verbindungsteils der Cu-platierten Durchgangsöffnung, dass die Oberflächenhärte des Presssitzverbindungsteils höher ist. Folglich ist es möglich, zu verhindern, dass die Platierungsschicht an der Anschlussbasis im Presssitzverbindungsteil abgeschabt wird, wenn der Presssitzanschluss in die Cu-platierte Durchgangsöffnung der Platine eingeführt wird.
(Beispiele 2 und 3)
Ähnlich zu Beispiel 1 wurde ein Unterplatierung eines Ni-Metalls an Verbindungsteilen von Presssitzanschlüssen mit einer Legierung auf Kupferbasis als Basismaterial ausgebildet und eine Sn-Platierung mit einer Dicke von 0,2 μm bzw. eine Sn-Platierung mit einer Dicke von 0,7 μm wurden aufgebracht. Dann wurde eine Erwärmungs/Abkühlungs-Behandlung (für ungefähr 30 Sekunden) durchgeführt, so dass die maximale Endtemperatur ca. 232° betrug und Sn-Ni-Legierungsschichten wurden auf den Ni-Platierungsschichten gebildet. Platierungsoberflächen der Anschlüsse wurden durch SEM untersucht und es ließ sich feststellen, dass ähnlich wie im Beispiel 1 unlegiertes Sn in den Außenschichten der Sn-Ni-Legierungsschichten eingemischt war.
(Vergleichsbeispiel 1)
Ähnlich zum Beispiel 1 wurde eine Unterplatierung eines Ni-Metalls an einem Verbindungsteil eines Presssitzanschlusses mit einer Legierung auf Kupfer-Zink-Basis als Basismaterial ausgebildet und eine Sn-Platierung mit einer Dicke von 0,8 μm wurde hierauf angebracht. Dann wurde eine Erwärmungs/Abkühlungs-Behandlung (von ungefähr 30 Sekunden) gemacht, so dass die maximale Endtemperatur ca. 232°C betrug und eine Sn-Ni-Legierungsschicht wurde auf der Ni-Platierungsschicht gebildet. Eine Platierungsoberfläche des Anschlusses wurde mit SEM untersucht und es ließ sich beobachten, dass unlegiertes Sn nicht in die Außenschicht der Sn-Ni-Legierungsschicht eingemischt war.

Die Presssitzanschlüsse, die der Platierung durch die Verfahren gemäß der Beispiele 1 bis 3 und Vergleichsbeispiel 1 unterworfen wurden, wurden jeweils im Presssitz in Cu-platierte Durchgangsöffnungen einer Platine eingeführt, wobei die Ergebnisse hiervon in Tabelle 3 gezeigt sind. [Tabelle 3]

	Platierungsdicke in μm	Inselbildung	Abschaben der Platierung
Beispiel 1	0,4	beobachtet	nicht beobachtet
Beispiel 2	0,2	beobachtet	nicht beobachtet
Beispiel 3	0,7	beobachtet	nicht beobachtet
Vergleichsbeispiel 1	0,8	nicht beobachtet	beobachtet

In den Beispielen 1 bis 3 wurde in der Platierungsoberfläche des Presssitzanschlusses nach der Erwärmungs/Abkühlungs-Behandlung (dem Reflow-Prozess) beobachtet, dass unlegiertes Sn in die Außenschicht der Sn-Ni-Legierungsschicht eingemischt war, wie in 4 gezeigt.
Wenn die Presssitzanschlüsse der Beispiele 1 bis 3 in die Cu-platierten Durchgangsöffnungen der Platine eingepresst wurden, wurden die Platierungsschichten nicht abgeschabt. Im Gegensatz hierzu wurde beim Presssitzanschluss von Vergleichsbeispiel 1 (dem herkömmlichen Sn-Platierungsverfahren), wo die Sn-Platierung mit einer Dicke von 0,8 μm vorhanden war, beobachtet, dass unlegiertes Sn nicht in die Außenschicht der Sn-Ni-Legierungsschicht eingemischt war und die Platierungsschicht wurde abgeschabt.
Es kann festgehalten werden, dass das Abschaben der Platierungsschicht in den Beispielen 1 bis 3 nicht auftrat, da die Legierungsschicht aus Sn und dem Unterplatierungsmetall (Ni) der Deckplatierungsschicht auf der Unterplatierungsschicht (Ni-Platierungsschicht) gebildet wurde und unlegiertes Sn in die Außenschicht der Legierungsschicht eingemischt war, so dass die Legierungsschicht mit einer extrem hohen Oberflächenhärte (1104 HV) den weichen Teil (Teil des unlegiertes Sn mit einer Oberflächenhärte von 92 HV) vor der Kraft schützte, die erzeugt wurde, wenn der Presssitzanschluss in die Cu-platierte Durchgangsöffnung im Presssitz eingeführt wurde und die Oberflächenhärte des Presssitzanschlusses insgesamt (735 HV) überstieg die Oberflächenhärte der Cu-platierten Durchgangsöffnung (104 HV).
Im Gegensatz hierzu wurde im Vergleichsbeispiel 1, ähnlich wie bei einem herkömmlichen Sn-Platierungsverfahren, beobachtet, dass unlegiertes Sn nicht in die Sn-Ni-Legierungsschicht eingemischt war und ein Abschaben auftrat, da die Oberflächenhärte gleich wie bei einer herkömmlichen Sn-Platierung war (25 HV).
Um die Verbindungszuverlässigkeit zwischen einem Presssitzanschluss in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung und der Durchgangsöffnung der Platine zu ermitteln, wurde eine Verbindungsgrenzfläche, wo die Verbindung stattfand, beobachtet und Verbindungseigenschaften (Änderungen des Kontaktwiderstandswertes) in einer heißen Umgebung wurden untersucht.
(Beispiel 4)
Eine Ni-Platierung und eine Cu-Platierung als Unterplatierungsschicht wurden in dieser Reihenfolge auf ein Verbindungsteil eines Presssitzanschlusses mit einer Legierung auf Kupferbasis als Basismaterial aufgebracht und eine Sn-Platierung mit einer Dicke von 0,4 μm wurde hieran aufgebracht. Dann wurde eine Erwärmungs/Abkühlbehandlung (von ungefähr 30 Sekunden) so durchgeführt, dass die maximale Endtemperatur ca. 232°C betrug und eine Sn-Cu-Legierungsschicht wurde auf der Cu-Platierungsschicht gebildet.
Der Presssitzanschluss wurde in eine Cu-platierte Durchgangsöffnung der Platine im Presssitz eingeführt und hiermit verbunden und die Verbindungsgrenzfläche wurde durch SIM (Scanning Ion Microscope) untersucht. Um die Verbindungseigenschaften in einer heißen Umgebung zu testen, wurden der Presssitzanschluss und die Platine im Verbindungszustand für 1000 Stunden bei einer Temperatur von 125°C gehalten und Änderungen im Kontaktwiderstand über die Zeit hinweg wurden gemessen.
(Vergleichsbeispiel 2)
Ein Presssitzanschluss, in dem nur eine Ni-Platierung an einem Verbindungsteil hiervon mit einer Legierung auf Kupferbasis als Basismaterial aufgebracht war, wurde im Presssitz in eine Cu-platierte Durchgangsöffnung der Platine eingeführt und hier mit verbunden und die Verbindungsgrenzfläche wurde durch SIM beobachtet. Zusätzlich wurden, um die Verbindungseigenschaften in einer heißen Umgebung zu testen, der Presssitzanschluss und die Platine im Verbindungszustand für 500 Stunden bei 105°C gehalten und eine Änderung im Kontaktwiderstand über die Zeit hinweg wurde gemessen.
Die 6 und 7 zeigen SIM-Bilder an den Verbindungsgrenzflächen von Beispiel 4 und Vergleichsbeispiel 2 und die 8 und 9 zeigen Ergebnisse der Verbindungseigenschaften in einer heißen Umgebung von Beispiel 4 bzw. Vergleichsbeispiel 2.
Die Verbindungsgrenzfläche zwischen dem Presssitzanschluss in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung und der Durchgangsöffnung (Beispiel 4) war in vorteilhaftem Anhaftungszustand, wie in 6 gezeigt, und Luftdichtigkeit wurde ohne Zwischenräume beibehalten. Im Ergebnis trat eine Verschlechterung durch Oxidation der Platierung an der Verbindungsgrenzfläche auch in einer heißen Umgebung nicht auf; daher erhöhte sich der Kontaktwiderstand über die Zeit hinweg nicht, wie in 8 gezeigt und stabile und vorteilhafte Verbindungseigenschaften zeigten sich.
Im Gegensatz hierzu wurden an der Verbindungsgrenzfläche zwischen dem Presssitzanschluss mit lediglich der Ni-Platierung und der Durchgangsöffnung (Vergleichsbeispiel 2) Spalte an der Verbindungsgrenzfläche beobachtet, wie in 7 gezeigt und Luftdichtigkeit wurde nicht erhalten. Eine Änderung des Kontaktwiderstandes in einer heißen Umgebung ergab sich aus einem derartigen Zustand, wodurch gezeigt wurde, dass der Kontaktwiderstand zum Ansteigen über die Zeit hinweg neigte, wie in 9 gezeigt und diese Änderung war insbesondere dominant, wenn die Kontaktlast unter 50N lag, so dass die Verbindungszuverlässigkeit niedrig war.
Insoweit zusammenfassend löst ein Presssitzanschluss in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung die Probleme von Presssitzanschlüssen, die nach dem herkömmlichen Verfahren Sn-platiert sind und Kurzschlüsse, Fehlfunktionen oder dergleichen im Schaltkreis zeigen, da die Sn-Platierungsschicht des Presssitzanschlusses von der Kante der Durchgangsöffnung abgeschabt wird, so dass abgeschabte Partikel erzeugt werden, wenn der Anschluss im Presssitz in die Durchgangsöffnung eingeführt wird.
Zusätzlich ergibt sich im Fall eines Wechsels im Platierungsmetall auf Ni um ein Abschaben der Platierungsschicht zu verhindern das Problem, dass die Verbindungszuverlässigkeit sinkt; dieses Problem wird jedoch durch den Presssitzanschluss in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ebenfalls gelöst, wie oben dargelegt.
Die voranstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung beabsichtigt nicht, erschöpfend oder die Erfindung auf die konkret dargestellte Form beschränkend zu sein und Modifikationen und Abwandlungen sind im Lichte der obigen Lehre möglich oder können durch Umsetzen der Erfindung in die Praxis herausgefunden werden.
Beispielsweise wurden in den obigen Beispielen ein Presssitzanschluss mit einer Unterplatierungsschicht enthaltend eine Platierungsschicht mit einem Platierungsmetall Cu, ein Presssitzanschluss mit einer Unterplatierungsschicht, enthaltend zwei Platierungsschichten, von denen die Platierungsmetalle Cu und Ni von der Oberfläche einer Anschlussbasis aus gesehen sind und ein Presssitzanschluss mit einer Unterplatierungsschicht, enthaltend drei Platierungsschichten, von denen die Platierungsmetalle Cu, Ni und Cu von einer Oberfläche einer Anschlussbasis aus gesehen sind, nicht konkret beschrieben; es versteht sich jedoch ohne Weiteres, dass die vorliegende Erfindung auch hierauf anwendbar ist, da es wesentlich ist, dass eine Sn-Platierungsschicht mit einer Dicke von 0,1 bis 0,7 μm gemacht wird, eine Legierungsschicht aus einem Unterplatierungsmetall der Deckplatierungsschicht und Sn durch einen Reflow-Prozess gebildet wird und unlegiertes Sn in eine Außenschicht der Legierungsschicht eingemischt ist.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Der Presssitzanschluss in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann in Verbindung mit Verdrahtungsplatinen bei der elektrischen Verdrahtung in einem Kraftfahrzeug oder dergleichen verwendet werden und er kann auch als Verbindungsanschluss verwendet werden, der ausgezeichnete Verbindungszuverlässigkeit auch unter extremen Bedingungen sicherstellt, beispielsweise hohen Temperaturen und starken Vibrationen bei der Anwendung im Kraftfahrzeugbau.
ZUSAMMENFASSUNG
Geschaffen wird ein Presssitzanschluss mit ausgezeichneter Verbindungszuverlässigkeit, wobei eine Platierungsoberfläche nicht abgeschabt wird, wenn ein Presssitzeingriff mit einer Durchgangsöffnung in einer Platine erfolgt. Eine Herstellung des Presssitzanschlusses zum Einführen in die leitfähige Durchgangsöffnung (14) der Platine (13) umfasst die Schritte des Ausbildens einer Unterplatierungsschicht einschließlich einer oder mehrerer Platierungsschichten auf einer Oberfläche eines Anschlussbasis in einem Verbindungsteil des Presssitzanschlusses, der in elektrischen Kontakt mit der Durchgangsöffnung gelangt, das Ausbilden einer Sn-Platierungsschicht auf der Deckplatierungsschicht und nach dem Schritt des Ausbildens der Sn-Platierungsschicht das Durchführen eines Reflow-Prozesses in Form einer Wärmebehandlung, um eine Legierungsschicht aus Sn und einem Unterplatierungsmetall der Deckplatierungsschicht auf der Unterplatierungsschicht auszubilden, sowie unlegiertes Sn in eine Außenschicht der Legierungsschicht einzumischen.

Claims

Presssitzanschluss zum Einführen in eine leitfähige Durchgangsöffnung einer Platine, wobei der Presssitzanschluss aufweist: eine Unterplatierungsschicht, enthaltend eine oder mehrere Platierungsschichten, gebildet auf einer Oberfläche einer Anschlussbasis in einem Verbindungsteil des Presssitzanschlusses, der in elektrischen Kontakt mit der Durchgangsöffnung gelangt; eine Legierungsschicht aus Sn und einem Unterplatierungsmetall der Deckplatierungsschicht, ausgebildet auf der Unterplatierungsschicht; und unlegiertes Sn, das in die Legierungsschicht gemischt ist, wobei es eine Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm von einer Außenoberfläche der Legierungsschicht her hat.
Presssitzanschluss nach Anspruch 1, bei dem das unlegierte Sn inselförmig in der Legierungsschicht ist, wobei es eine Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm von einer Außenoberfläche der Legierungsschicht her hat.
Presssitzanschluss nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Unterplatierungsschicht eine Platierungsschicht enthält, wobei ein Platierungsmetall der Platierungsschicht Ni oder Cu ist.
Presssitzanschluss nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Unterplatierungsschicht zwei Platierungsschichten enthält, wobei die Platierungsmetalle der Platierungsschichten Ni oder Cu bzw. Cu oder Ni, gesehen von der Oberfläche der Anschlussbasis aus, sind.
Presssitzanschluss nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Unterplatierungsschicht drei Platierungsschichten enthält, wobei die Platierungsmetalle der Platierungsschichten Cu, Ni und Co, gesehen von der Oberfläche der Anschlussbasis aus, sind.
Verfahren zur Herstellung eines Presssitzanschlusses zum Einführen in eine leitfähige Durchgangsöffnung einer Platine, wobei das Verfahren die Schritte aufweist von: Ausbilden einer Unterplatierungsschicht mit einer oder mehrerer Platierungsschichten auf einer Oberfläche einer Anschlussbasis in einem Verbindungsteil des Presssitzanschlusses, der in elektrischen Kontakt mit der Durchgangsöffnung gelangt; Ausbilden einer Sn-Platierungsschicht mit einer Dicke von 0.1 bis 0.7 μm auf der Deckplatierungsschicht; und Durchführen eines Reflow-Prozesses zur Durchführung einer Wärmebehandlung, nachdem die Sn-Platierungsschicht gebildet wurde, um eine Legierungsschicht aus Sn und einem Unterplatierungsmetall der Deckplatierungsschicht auf der Unterplatierungsschicht auszubilden, sowie unlegiertes Sn in die Legierungsschicht einzumischen, wobei es eine Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm von einer Außenoberfläche der Legierungsschicht her hat.
Verfahren zur Herstellung des Presssitzanschlusses nach Anspruch 6, bei dem im Schritt des Durchführens des Reflow-Prozesses das umlegierte Sn inselförmig in der Legierungsschicht gebildet wird, so dass es eine Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm von einer Außenoberfläche der Legierungsschicht her hat.
Verfahren zur Herstellung des Presssitzanschlusses nach Anspruch 6 oder 8, bei dem, wenn die Unterplatierungsschicht eine Platierungsschicht enthält, ein Platierungsmetall der Platierungsschicht Ni oder Cu ist.
Verfahren zur Herstellung des Presssitzanschlusses nach Anspruch 6 oder 8, bei dem, wenn die Unterplatierungsschicht zwei Platierungsschichten enthält, die Platierungsmetalle der Platierungsschichten Ni oder Cu bzw. Cu oder Ni von der Oberfläche der Anschlussbasis aus gesehen sind.
Verfahren zur Herstellung des Presssitzanschlusses nach Anspruch 6 oder 8, wobei, wenn die Unterplatierungsschicht drei Platierungsschichten enthält, die Platierungsmetalle der Platierungsschichten Cu, Ni und Cu, gesehen von der Oberfläche der Anschlussbasis aus, sind.
Verfahren zur Herstellung des Presssitzanschlusses nach einem der Ansprüche 6 bis 10, bei dem eine Wärmebehandlungstemperatur beim Schritt des Durchführens des Reflow-Prozesses zwischen 200 und 270°C liegt.
Verbindungsstruktur zwischen einem Presssitzanschluss und einer leitfähigen Durchgangsöffnung einer Platine, bei der eine Unterplatierungsschicht, enthaltend eine oder mehrere Platierungsschichten auf einer Oberfläche einer Anschlussbasis in einem Verbindungsteil des Presssitzanschlusses ausgebildet ist; eine Legierungsschicht aus Sn und einem Unterplatierungsmetall der Deckplatierungsschicht auf der Unterplatierungsschicht gebildet ist; unlegiertes Sn in die Legierungsschicht gemischt ist, wobei es eine Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm von einer Außenoberfläche der Legierungsschicht her hat; und eine Oberflächenhärte des Presssitzverbindungsteils höher als eine Oberflächenhärte eines Verbindungsteils der Durchgangsöffnung ist.
Verbindungsstruktur zwischen dem Presssitzanschluss der Platine nach Anspruch 12, wobei das unlegierte Sn inselförmig in der Legierungsschicht gebildet ist, wobei es eine Tiefe von einigen wenigen bis 50 nm von einer Außenoberfläche der Legierungsschicht her hat.
Verbindungsstruktur zwischen dem Presssitzanschluss und der Platine nach Anspruch 12 oder 13, wobei, wenn die Unterplatierungsschicht eine Platierungsschicht enthält, ein Platierungsmetall der Platierungsschicht Ni oder Cu ist.
Verbindungsstruktur zwischen dem Presssitzanschluss und der Platine nach Anspruch 12 oder 13, wobei, wenn die Unterplatierungsschicht zwei Platierungsschichten enthält, die Platierungsmetalle der Platierungsschichten Ni oder Cu bzw. Cu oder Ni, gesehen von der Oberfläche der Anschlussbasis aus, sind.
Verbindungsstruktur zwischen dem Presssitzanschluss und der Platine nach Anspruch 12 oder 13, wobei, wenn die Unterplatierungsschicht drei Platie rungsschichten enthält, die Platierungsmetalle der Platierungsschichten Cu, Ni und Cu, gesehen von der Oberfläche der Anschlussbasis aus, sind.