JP2000169996A - Metallic material - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は中間層に少なくとも
リン及び又はほう素とNiを含有し表層に錫又は錫合金
層を有する、ろう付け性および外観の時効劣化性ならび
にコンタクトに使用した場合の挿抜性に優れた電子部品
用金属材料に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an intermediate layer which contains at least phosphorus and / or boron and Ni and has a tin or tin alloy layer as a surface layer. The present invention relates to a metal material for an electronic component having excellent insertability.
【0002】[0002]
【従来の技術】電子部品用金属材料で、錫又は錫合金め
っきを施した接触子等の金属材料は、主として民生用の
コネクター接点および自動車電装用ワイヤーハーネスと
して大量に使われている。しかし、錫又は錫合金のめっ
き材は、下地金属である銅、ニッケル等と表層のめっき
層との間で相互拡散が進行し、経時的に接触抵抗、耐熱
剥離性、半田付け性といった諸特性が劣化する。すなわ
ち時効により特性が劣化する。この現象は高温であるほ
ど促進されるため、自動車のエンジン回り等では特に劣
化が激しい。2. Description of the Related Art Tin- or tin-alloy-plated metal contacts for electronic parts are mainly used in large quantities as consumer connector contacts and automotive wiring harnesses. However, tin or tin alloy plating materials undergo interdiffusion between the underlying metal, such as copper or nickel, and the surface plating layer, and have various properties such as contact resistance, heat-peeling resistance, and solderability over time. Deteriorates. That is, the characteristics deteriorate due to aging. Since this phenomenon is accelerated as the temperature becomes higher, the deterioration is particularly severe around an engine of an automobile.
【0003】このような状況の中で、米国の3大自動車
メーカーにより設立された自動車部品の規格を決定して
いるUSCARにおいて、コネクタ材の耐熱性の要求が
高まってきており、最も厳しい使用条件では、常時の使
用温度が155℃、最高使用温度が175℃での耐熱性
が要求されている。また、国内においても、特に自動車
関連のコネクター材でやはり耐熱性の要求が高まってき
ており、150℃程度での耐熱性が求められてきてい
る。Under these circumstances, the USCAR, which is established by three major automobile manufacturers in the United States and determines the standards of automobile parts, is increasing the demand for heat resistance of the connector material, and the most severe use conditions , Heat resistance is required at a normal use temperature of 155 ° C. and a maximum use temperature of 175 ° C. Also in Japan, the demand for heat resistance has been increasing, especially for automotive-related connector materials, and heat resistance at about 150 ° C. has been demanded.
【0004】さらに、コネクタメーカーの生産拠点の海
外への移転により、材料がめっきされた後、長期間放置
されてから使用されるケースがある。このため、長期間
保存しても、めっき材の諸特性が劣化しない材料、すな
わち耐時効性が高い材料が求められてきている。なお、
めっき材の特性劣化は高温下で促進される。したがって
高温下での特性劣化が少ない材料は長期間保存しても特
性が劣化しない材料と言い換えることができる。したが
ってこの分野でも耐熱性の高いめっき材が求められてい
ることになる。[0004] Further, there is a case where after the material is plated, it is left for a long time and then used after the connector maker's production base is relocated overseas. For this reason, there is a demand for a material that does not deteriorate various properties of the plated material even when stored for a long period of time, that is, a material having high aging resistance. In addition,
Deterioration of the properties of the plated material is promoted at high temperatures. Therefore, a material that has little property deterioration at high temperatures can be rephrased as a material that does not deteriorate in properties even when stored for a long period of time. Therefore, a plating material having high heat resistance is also required in this field.
【0005】上記特性劣化は、銅又はニッケルを中間層
としてめっきすれば、ある程度の緩和される。しかし、
銅を中間層とした場合、耐熱剥離性が著しく劣化する。
ニッケルを中間層とした場合も、ニッケルが銅の拡散を
抑制するため、銅を下地とした場合より特性は改善され
るものの、はんだ付け性の観点から十分満足されるもの
ではない。このほかめっき後に封孔処理を施す等の後処
理も試みられているが、改善には至っていない。[0005] The above-mentioned deterioration in characteristics can be alleviated to some extent by plating with copper or nickel as an intermediate layer. But,
When copper is used as the intermediate layer, the heat-resistant peeling property is significantly deteriorated.
When nickel is used as the intermediate layer, the characteristics are improved as compared with the case where copper is used as the base because nickel suppresses the diffusion of copper, but it is not sufficiently satisfactory from the viewpoint of solderability. In addition, post-treatments such as sealing treatment after plating have been attempted, but have not been improved.
【0006】また、銅の拡散を抑制する手段として、中
間に銅−ニッケル合金を存在させる手段が提案されてい
るが(PCT/US96/19768)、この手法では
接触抵抗の上昇を抑制することについて言及されている
ものの、半田付け性の時効劣化防止については解決され
ていない。As a means for suppressing the diffusion of copper, a means in which a copper-nickel alloy is present in the middle has been proposed (PCT / US96 / 19768). Although mentioned, there is no solution to the prevention of aging deterioration of solderability.
【0007】さらに、錫めっき材固有の問題点として、
錫めっき材はその軟らかさからコネクタの接点におい
て、オスとメスを凝着させるガスタイト構造が採られ
る。このため、金めっき等で構成されるコネクタに比
べ、コネクタの挿入力が高いという欠点がある。[0007] Further, as a problem inherent in the tin-plated material,
The tin-plated material has a gas tight structure in which a male and a female adhere to each other at the contact point of the connector due to its softness. For this reason, there is a disadvantage that the insertion force of the connector is higher than that of a connector formed by gold plating or the like.
【0008】このような状況の中で、近年自動車部品の
みならず一般のコネクタにおいて、小型化、軽量化およ
び多機能化の進展に伴い、コネクタの多芯化の要求が益
々強くなってきている。しかし、現在の錫めっき材のま
まで多芯化を行うと、コネクタの挿入力が増大してしま
う。錫めっきのコネクタが多く用いられている自動車の
組立工程では、コネクタの接合が入力で行われているた
め、挿入力の増大は作業性の低下に直結する。Under these circumstances, demands for multi-core connectors have been increasing in recent years with the progress of miniaturization, weight reduction, and multi-functionality not only for automobile parts but also for general connectors. . However, when multicore is performed with the current tin-plated material, the insertion force of the connector increases. In an automobile assembling process in which tin-plated connectors are frequently used, since connectors are joined by input, an increase in insertion force directly leads to a decrease in workability.
【0009】これに対応する手段として、銅またはニッ
ケルを中間層としてめっきし、表層の錫めっきまたは錫
合金めっきの摩擦抵抗を低減させ、挿抜性を改善させる
手法も提案されているが(特開平9−320668)、
この手法によればコネクタの挿入に関する問題は回避で
きるが、前述の通り耐熱性、特にはんだ付け性の経時劣
化を防ぐことはできない。To cope with this, there has been proposed a method in which copper or nickel is plated as an intermediate layer to reduce the frictional resistance of the tin plating or tin alloy plating on the surface layer and to improve the insertion / extraction property (Japanese Patent Laid-Open Publication No. HEI 9-26139). 9-320668),
According to this method, the problem relating to the insertion of the connector can be avoided, but as described above, it is not possible to prevent the heat resistance, particularly the deterioration of the solderability over time.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、自動車のエ
ンジン回り等での高温環境下の経時劣化の防止と、挿抜
抵抗の両方を改善すること、さらに長期間保管してもは
んだ付け性等の特性が劣化しないという性能を併せ持っ
た、錫または錫合金めっきを提供するものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is intended to prevent deterioration over time in a high temperature environment around an engine of an automobile, to improve both insertion and removal resistance, and to improve solderability even when stored for a long period of time. The present invention provides tin or tin alloy plating, which also has the performance of not deteriorating the characteristics.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】そこで上記課題を解決す
るため研究を行った結果、(1)銅又は銅合金の母材に
対し、りん及び又はほう素を合計で0.05%〜20%
含有するニッケル合金めっき中間層を電気めっきし、さ
らに錫または錫合金層めっき表層をした後リフロー処理
を施し、錫または錫合金めっき層中のりん及び又はほう
素の濃度が0.01%〜1%であることを特徴とする高
耐熱性及び耐時効性を有する金属材料。(2)銅又は銅
合金の母材に対し、りん及び又はほう素を合計で0.0
5%〜20%含有するニッケル合金めっき中間層を電気
めっきし、さらに錫または錫合金層めっき表層をした後
リフロー処理を施し、錫または錫合金めっき層中のりん
及びほう素の濃度が0.01%〜1%であることを特徴
とする挿抜性を改善した端子・コネクタ接触子用金属材
料。Accordingly, as a result of conducting research to solve the above-mentioned problems, (1) phosphorus and / or boron are added in a total amount of 0.05% to 20% with respect to a copper or copper alloy base material.
The nickel alloy plating intermediate layer contained is electroplated, and further subjected to a reflow treatment after forming a tin or tin alloy layer plating surface layer, so that the concentration of phosphorus and / or boron in the tin or tin alloy plating layer is 0.01% to 1%. %, A metal material having high heat resistance and aging resistance. (2) Phosphorus and / or boron are added in a total of 0.0
The nickel alloy plating intermediate layer containing 5% to 20% is electroplated, and further subjected to a reflow treatment after a tin or tin alloy layer plating surface layer, so that the concentration of phosphorus and boron in the tin or tin alloy plating layer is 0.1%. A metal material for a terminal / connector contact having improved insertion / extraction properties, characterized in that the content is 0.01% to 1%.
【0012】(3)中間層がりん及び又はほう素を合計
で0.05%〜20%、Sn、Cu、Zn、の一種若し
くは2種以上を併せて10〜60%含有するニッケル合
金であることを特徴とする(1)および(2)記載の金
属材料。(4)表層の厚みが0.3μm〜3μmである
ことを特徴とする(1)から(3)記載の金属材料。
(5)中間層の厚みが0.5μm〜3μmであることを
特徴とする(1)から(3)記載の金属材料。(3) The intermediate layer is a nickel alloy containing 0.05 to 20% in total of phosphorus and / or boron and 10 to 60% of one or more of Sn, Cu and Zn. The metal material according to (1) or (2), wherein (4) The metal material according to (1) to (3), wherein the thickness of the surface layer is 0.3 μm to 3 μm.
(5) The metal material according to (1) to (3), wherein the thickness of the intermediate layer is 0.5 μm to 3 μm.
【0013】(6)銅又は銅合金の母材に対し、りん及
び又はほう素を合計で0.05%〜20%含有するニッ
ケル合金めっき中間層を電気めっきし、さらに錫または
錫合金層の表層めっきをした後、リフロー処理を施し
(および)または加熱処理を施し、さらにその後中間層
に含まれるりん及び又はほう素を錫又は錫合金めっき層
表面に拡散させたことを特徴とする挿抜性を改善した端
子・コネクタ接触子用金属材料。(7)錫とニッケルと
の拡散層の厚みが1.0μm以下であり、かつ拡散層の
平面粒径が1.0μm以下であることを特徴とする
(6)記載の電子部品用金属材料。(8)錫又は錫合金
めっき層中の炭素濃度が0.05〜0.5%であること
を特徴とする(1)から(4)記載の電子部品用金属材
料。(9)リフロー処理後または加熱処理後にりん酸イ
オンを0.1〜2mol/L含む水溶液に浸漬または水
溶液中で該材料を陽極として電解処理したことを特徴と
する(1)または(6)記載の電子部品用金属材料の製
造方法。(6) A nickel alloy plating intermediate layer containing 0.05% to 20% in total of phosphorus and / or boron is electroplated on a copper or copper alloy base material. After the surface plating, a reflow treatment (and / or a heat treatment) is performed, and then phosphorus and / or boron contained in the intermediate layer is diffused to the surface of the tin or tin alloy plating layer. Improved metal material for terminals and connectors. (7) The metal material for electronic parts according to (6), wherein the thickness of the diffusion layer of tin and nickel is 1.0 μm or less, and the planar diameter of the diffusion layer is 1.0 μm or less. (8) The metal material for electronic parts according to (1) to (4), wherein the carbon concentration in the tin or tin alloy plating layer is 0.05 to 0.5%. (9) The method according to (1) or (6), wherein after the reflow treatment or the heat treatment, the substrate is immersed in an aqueous solution containing 0.1 to 2 mol / L of phosphate ions or electrolytically treated using the material as an anode in the aqueous solution. Of producing a metal material for electronic parts.
【0014】(10)リフロー処理後又は加熱処理後
に、有機りん化合物もしくは無機りん化合物の皮膜を形
成したことを特徴とする(1)または(6)記載の電子
部品用金属材料。(11)リフロー処理後又は加熱処理
後に、封孔処理、ルブリカント処理を施したことを特徴
とする(1)または(5)記載の金属材料の製造方法。
(12)上記(1)から(7)記載の金属材料を接触子
としたことを特徴とした端子およびコネクタを見い出し
た。(10) The metal material for electronic parts according to (1) or (6), wherein a film of an organic phosphorus compound or an inorganic phosphorus compound is formed after the reflow treatment or the heat treatment. (11) The method for producing a metal material according to (1) or (5), wherein a sealing treatment or a lubricant treatment is performed after the reflow treatment or the heat treatment.
(12) A terminal and a connector characterized by using the metal material described in the above (1) to (7) as a contact have been found.
【0015】上記中間層のうち、ニッケルはリン、ホウ
素、銅、錫、亜鉛を中間層に入れるためのベース元素で
あり、いずれの元素との間でも合金めっきが可能であ
る。このほか、ニッケルの作用としては、耐熱性の劣化
の原因である銅の拡散を抑制する効果がある。しかし、
ニッケルのみを下地とした場合、高温加熱後のはんだ付
け性の劣化を防ぐことができない。これは、ニッケルの
みが中間層の場合、加熱(155℃、16時間)される
とめっき層の内部の酸化が進み、酸化ニッケルが一部生
成し、これによりはんだ付け性が劣化するものと推定し
ている。In the intermediate layer, nickel is a base element for putting phosphorus, boron, copper, tin, and zinc into the intermediate layer, and alloy plating can be performed with any of these elements. In addition, nickel has an effect of suppressing the diffusion of copper, which is a cause of deterioration of heat resistance. But,
When only nickel is used as a base, deterioration of solderability after high-temperature heating cannot be prevented. It is presumed that when only nickel is the intermediate layer, heating (155 ° C., 16 hours) promotes oxidation of the inside of the plating layer and partially generates nickel oxide, thereby deteriorating solderability. are doing.
【0016】これに対し、リン及び又はホウ素を含有し
たニッケルの合金を中間層とした場合、リフロー処理あ
るいはその後の時効処理によりリン及びホウ素が表面お
よび表層の錫又は錫合金めっき層の内部に拡散し、これ
らの元素が内部および表層の酸化を防止し、はんだ付け
性の劣化を抑制していると推定される。On the other hand, when a nickel alloy containing phosphorus and / or boron is used as the intermediate layer, phosphorus and boron diffuse into the surface and the inside of the tin or tin alloy plating layer on the surface by reflow treatment or subsequent aging treatment. However, it is presumed that these elements prevent oxidation of the inside and the surface layer and suppress deterioration of solderability.
【0017】さらに、リン及び又はホウ素が表面に拡散
することにより、これらの酸化物皮膜が形成され、この
皮膜が、コネクタに使用した場合の挿抜抵抗を下げるも
のと推定される。この他、ニッケルにリン及びホウ素を
添加した合金は母材や表層のめっきに比べ極めて硬いと
いう特性が有る。例えばニッケル中ににリンが1〜15
%含有された合金めっきを行なった場合、ビッカース硬
さ(Hv)が250〜700にまで達する。さらに、こ
の上に錫あるいは錫合金めっきを施し、リフロー処理を
行うと、300〜800まで上昇する。これに対し表層
の錫又は錫合金のめっきの硬さは10前後である。この
ように表層と中間層の硬さが著しく異なるため、薄膜金
属潤滑効果も起こり、挿抜抵抗を下がるということも推
定される。Furthermore, it is presumed that these oxide films are formed by the diffusion of phosphorus and / or boron to the surface, and this film lowers the insertion / extraction resistance when used for a connector. In addition, an alloy obtained by adding phosphorus and boron to nickel has a characteristic that it is extremely hard as compared with plating of a base material and a surface layer. For example, if phosphorus is 1 to 15 in nickel
When alloy plating containing% is performed, the Vickers hardness (Hv) reaches 250 to 700. Furthermore, when a tin or tin alloy plating is performed thereon and reflow treatment is performed, the temperature rises to 300 to 800. On the other hand, the hardness of tin or tin alloy plating on the surface layer is around 10. Since the hardness of the surface layer and the hardness of the intermediate layer are remarkably different from each other, it is also presumed that a thin-film metal lubrication effect also occurs, and the insertion / removal resistance is reduced.
【0018】中間層中のリン及び又はホウ素の合計含有
量は、要求される耐熱性に応じて決めればよいが、0.
05%未満では効果が得られず、より好ましくは0.5
%以上であることが望ましい。また、上限値である20
%はこれらの金属のニッケルとの合金めっきが可能であ
る上限値であり、これ以上リン、ホウ素を含有させるこ
とは困難である。また、リンとホウ素含有量の合計値が
15%を超えると、めっき皮膜内の引張り応力が高くな
り、めっきの割れが生じ易いので15%以下であること
がより望ましい。The total content of phosphorus and / or boron in the intermediate layer may be determined according to the required heat resistance.
If it is less than 05%, no effect can be obtained, more preferably 0.5%.
% Is desirable. In addition, the upper limit of 20
% Is the upper limit value at which alloy plating of these metals with nickel is possible, and it is difficult to further contain phosphorus and boron. Further, when the total value of the phosphorus and boron contents exceeds 15%, the tensile stress in the plating film increases, and cracking of the plating easily occurs. Therefore, the content is more preferably 15% or less.
【0019】リン、ホウ素のほかに添加される元素とし
て、銅及び亜鉛は、ニッケルーリン、ニッケルーホウ素
合金の加工性が低いことを補う場合、錫は中間層の硬さ
をさらに向上させることにより、挿抜性を向上させる場
合に必要に応じて添加する。錫、銅、亜鉛の一種以上を
併せて10〜60%含有する。これらの元素の合計値が
10%未満であると、それぞれの元素の効果が十分発揮
されない。また、60%を超えるとニッケル本来の効果
である、銅の拡散が抑えられなくなるためである。な
お、コバルトはニッケルめっきの浴やアノードに不可避
不純物として含まれるため、浴に使用するニッケル塩類
やアノードの品位によっては、めっき皮膜中に1〜2%
程度混入する可能性があるが、この程度の量ではニッケ
ルーリン合金およびニッケルーリンーホウ素合金めっき
の特性に大きな影響は与えないので、不純物としてのコ
バルトは無視できる。As elements to be added in addition to phosphorus and boron, copper and zinc are used to supplement the low workability of nickel-phosphorus and nickel-boron alloys, and tin is used to further improve the hardness of the intermediate layer. It is added as necessary to improve the insertion / extraction properties. It contains 10 to 60% of at least one of tin, copper and zinc. If the total value of these elements is less than 10%, the effect of each element will not be sufficiently exhibited. On the other hand, if it exceeds 60%, diffusion of copper, which is an original effect of nickel, cannot be suppressed. Since cobalt is contained as an unavoidable impurity in a nickel plating bath or anode, depending on the nickel salts used in the bath and the quality of the anode, 1-2% is contained in the plating film.
Although there is a possibility of contamination, the amount of such an amount does not significantly affect the characteristics of the nickel-phosphorus alloy and the nickel-phosphorus-boron alloy plating, so that cobalt as an impurity can be ignored.
【0020】中間層の厚みは、0.5μm未満である
と、前記の耐熱性の効果が得られないため、0.5μm
以上、好ましくは1.0μm以上必要である。厚みが厚
くなりすぎるとプレス性が損なわれるため、上限を3μ
m以下とする。If the thickness of the intermediate layer is less than 0.5 μm, the above-mentioned effect of heat resistance cannot be obtained.
More preferably, it is required to be 1.0 μm or more. If the thickness is too large, the pressability is impaired.
m or less.
【0021】拡散層の厚みは1μm以下であることが好
ましい。1μmを超えると、表層の純Sn或いはSn合
金めっき層が相対的に薄くなり耐熱性が劣化する。又、
粒径は、めっきの表層を電解法により純粋なめっき部の
みを溶解させることによりこれを剥離し、観察する。拡
散層平均粒径が1μmを超えるとはんだが拡散層表面で
濡れる際、濡れる表面積が小さくなり、半田付け性が低
下するため1μm以下であることが必要で、より好まし
くは0.8μm以下であることが望ましい。The thickness of the diffusion layer is preferably 1 μm or less. If it exceeds 1 μm, the surface pure Sn or Sn alloy plating layer becomes relatively thin and the heat resistance deteriorates. or,
The particle size is observed by dissolving only the pure plating portion of the surface layer of the plating by an electrolytic method and peeling off the plating layer. When the average particle diameter of the diffusion layer exceeds 1 μm, when the solder is wet on the surface of the diffusion layer, the surface area to be wetted is small, and the solderability is reduced. Therefore, the average particle diameter needs to be 1 μm or less, and more preferably 0.8 μm or less. It is desirable.
【0022】表層の錫又は錫合金のめっき層の厚みは、
0.3μm未満では、接触抵抗の劣化が防げないため、
0.3μm以上必要である。厚みの上限については厚み
の増加とともに挿抜性は低下するため3μm以下である
ことが必要である。リフロー処理を行うと、錫又は錫合
金めっき層の一部は中間層との間で拡散層を形成し、純
粋なめっき層の厚みが薄くなるため、リフロー前の錫め
っき層の厚みは0.5μm以上である必要があり、生産
性等も考慮すると1μm〜2μmであることが好まし
い。The thickness of the tin or tin alloy plating layer on the surface is
If the thickness is less than 0.3 μm, the contact resistance cannot be prevented from deteriorating.
0.3 μm or more is required. The upper limit of the thickness is required to be 3 μm or less since the insertion / extraction property decreases as the thickness increases. When the reflow treatment is performed, a part of the tin or tin alloy plating layer forms a diffusion layer with the intermediate layer, and the thickness of the pure plating layer becomes thin. It is necessary to be 5 μm or more, and preferably 1 μm to 2 μm in consideration of productivity and the like.
【0023】さらに、金属の薄膜潤滑効果を出すため、
表層の錫又は錫合金めっき層と中間層の厚みの比は1:
2〜1:3の範囲にすることが好ましい。Furthermore, in order to obtain a thin film lubricating effect of metal,
The ratio of the thickness of the surface tin or tin alloy plating layer to the thickness of the intermediate layer is 1:
It is preferable to set it in the range of 2-1: 3.
【0024】表層をリフローめっきとしているのは、上
記拡散層の形成のほか、中間層にリン及びホウ素の表層
への拡散を促し表層の錫又は錫合金めっき中に所定のリ
ン及びホウ素を含有させるためである。また、リフロー
だけでリンあるいはホウ素の拡散が不十分な場合、必要
に応じて時効、例えば100℃で12時間行い、リンの
拡散を行わせることで、これを補うことが可能である。
これらのリン又はホウ素がめっき層内部の酸化を防ぐほ
か、表層にこれらの酸化物の保護皮膜を形成する作用が
ある。以上の効果により半田付け性、挿抜性といった特
性の改善が行われる。The surface layer is formed by reflow plating. In addition to the formation of the diffusion layer, the intermediate layer promotes diffusion of phosphorus and boron into the surface layer so that predetermined phosphorus and boron are contained in tin or tin alloy plating of the surface layer. That's why. If the diffusion of phosphorus or boron is insufficient only by reflow, it is possible to compensate for this by performing aging, if necessary, for example, at 100 ° C. for 12 hours to diffuse phosphorus.
These phosphorus or boron not only prevent oxidation inside the plating layer but also form a protective film of these oxides on the surface layer. Due to the above effects, characteristics such as solderability and insertion / extraction properties are improved.
【0025】表層のめっき層は、錫の他錫合金、主とし
て錫−鉛といったはんだめっきのほか、錫−銀、錫−ビ
スマスといった鉛フリーはんだを選択することも可能で
ある。As the surface plating layer, in addition to tin, a tin alloy, mainly tin-lead solder plating, or a lead-free solder such as tin-silver or tin-bismuth can be selected.
【0026】中間層のめっき液として、基本となるニッ
ケル−リン、ニッケル−ホウ素の合金めっきは、硫酸ニ
ッケル、塩化ニッケルを含む浴をベースに、亜リン酸あ
るいは次亜りん酸ナトリウム、ボランアミン錯体を添加
した浴等を用いることができる。ボランアミン錯体はめ
っき皮膜中にホウ素を添加するための供給源になる。し
かし、本出願において、いずれのめっきにおいても、め
っき浴の組成や条件は任意に選択できる。その他の合金
元素は銅は硫酸銅等、錫は硫酸錫等、亜鉛は硫酸亜鉛等
の金属塩を必要量添加することで合金化する。なお、銅
の添加にあたっては、銅の自然電位が他に比べて高いの
で、錯化剤を使用する。錯化剤として添加するグリシン
は銅とニッケルを共析させるためである。錯化剤、めっ
き浴のpHにより最適なものを選ぶ必要がある。ただ
し、これらの条件の選定では本願発明の効果は何ら制限
されていない。As the plating solution for the intermediate layer, the basic nickel-phosphorus and nickel-boron alloy plating is performed by using a phosphoric acid or sodium hypophosphite, boraneamine complex based on a bath containing nickel sulfate and nickel chloride. An added bath or the like can be used. The borane amine complex becomes a source for adding boron to the plating film. However, in the present application, in any plating, the composition and conditions of the plating bath can be arbitrarily selected. Other alloying elements are alloyed by adding a required amount of a metal salt such as copper sulfate or the like for copper, tin sulfate or the like for tin, and zinc for zinc or the like. When copper is added, a complexing agent is used because the natural potential of copper is higher than the others. Glycine added as a complexing agent is for co-depositing copper and nickel. It is necessary to select an optimum one depending on the complexing agent and the pH of the plating bath. However, the effects of the present invention are not limited at all by selecting these conditions.
【0027】表層の錫めっき又は錫合金めっきについて
は、公知の硫酸系、メタンスルホン酸系、フェノールス
ルホン酸系等のめっき液が使用できる。めっきをした
後、リフロー処理を行い、ニッケル−錫の拡散層を成長
させるとともに、中間層に含まれるリン、ホウ素を表層
に拡散させ、耐熱性、挿抜性の改善を行う。For the tin plating or tin alloy plating of the surface layer, known sulfuric acid-based, methanesulfonic acid-based, phenolsulfonic acid-based plating solutions and the like can be used. After plating, a reflow treatment is performed to grow a nickel-tin diffusion layer, and at the same time, phosphorus and boron contained in the intermediate layer are diffused into the surface layer to improve heat resistance and insertability.
【0028】表層の錫めっき中の炭素は界面活性剤を添
加する関係で不可避不純物として混入する存在するが、
炭素の含有量が増すと耐熱性、特にはんだ付け性に悪影
響を与える。したがって、炭素含有量が0.5%以下に
なるようめっき条件を設定することが必要である。Carbon in the tin plating on the surface layer is present as an inevitable impurity due to the addition of a surfactant.
Increasing the carbon content has an adverse effect on heat resistance, especially solderability. Therefore, it is necessary to set plating conditions so that the carbon content is 0.5% or less.
【0029】また、挿抜性および耐熱性をさらに向上さ
せる手段として、上記めっき処理を行った後に、表面処
理を行うことも有効である。一つはりん酸塩処理であ
り、リフローあるいは加熱処理を行った材料をりん酸イ
オンを0.1〜2mol/L含む溶液に浸漬あるいは該
当試料を陽極として電解処理することにより、表層に有
機リン化合物または無機リン化合物皮膜を形成させる手
法である。例えば、可溶性のりん酸塩溶液と遊離りん酸
からなる溶液に供試材を浸漬させ、表面の錫の一部を遊
離りん酸で溶解させ、不溶性のりん酸塩を表層に形成さ
せるといった方法が取れる。ただし、その手段について
も本出願の効果を制約するものではない。そしてをこれ
らの皮膜で被覆することにより、めっきの表層を保護
し、また内部の酸化等も防止し挿抜性、耐熱性を改善さ
せる。As a means for further improving the insertability and heat resistance, it is also effective to perform a surface treatment after the plating treatment. One is a phosphate treatment, in which the reflowed or heat-treated material is immersed in a solution containing 0.1 to 2 mol / L of phosphate ions or electrolytically treated using the corresponding sample as an anode, so that the surface of the organic phosphorous is treated. This is a technique for forming a compound or inorganic phosphorus compound film. For example, a method of immersing a test material in a solution composed of a soluble phosphate solution and free phosphoric acid, dissolving a part of tin on the surface with free phosphoric acid, and forming an insoluble phosphate on the surface layer is known. I can take it. However, the means does not limit the effects of the present application. By coating these films with these films, the surface layer of the plating is protected, and the inside is prevented from being oxidized and the like and the heat resistance is improved.
【0030】もう一つの方法は、封孔処理又はルブリカ
ント処理である。封孔処理はめっき表面にできる孔を塞
ぐ処理であり、耐食性耐熱性の向上に効果がある。ルブ
リカント処理は表面に潤滑性のある薬品を塗布する処理
である。これらの処理は通常のめっき材においては、短
時間の耐熱性、および挿抜性の改善しか得られないが、
上記のめっき材を用いることで、その効果が発揮され、
耐熱性が改善される。なお、本発明の請求項において
は、ニッケルを含む合金を中間層として規定している
が、本発明は表層の金又は金合金めっき層の下にニッケ
ルを含む合金層が存在していればその下即ち母材である
銅合金との間に別のめっき層があっても問題はなく、そ
のような場合においても本発明は有効である。Another method is a sealing treatment or a lubricating treatment. The sealing treatment is a treatment for closing a hole formed on the plating surface, and is effective in improving corrosion resistance and heat resistance. The lubricant treatment is a treatment for applying a lubricating chemical to the surface. These treatments can only improve the heat resistance in a short time and the insertion / extraction of ordinary plating materials,
By using the above plating material, the effect is exhibited,
Heat resistance is improved. In the claims of the present invention, an alloy containing nickel is defined as the intermediate layer.However, the present invention is applicable to the case where an alloy layer containing nickel exists under a surface gold or gold alloy plating layer. There is no problem even if there is another plating layer between the lower part, that is, the copper alloy as the base material, and the present invention is effective in such a case.
【0031】[0031]
【実施例】次に、本発明の効果を実施例に基づき具体的
に説明する。母材には、耐熱性の評価用として厚み0.
2mmのリン青銅2種(JIS C 5191)、挿抜
性の評価として厚み0.5mmの無酸素銅(JIS C
1020)を脱脂、酸洗したものを用いた。また、表
層のめっきはリフロー錫について評価した。 さらに、
上記めっき材をりん酸塩処理したもの、封孔処理、およ
びルブリカント処理したものについても評価を行った。Next, the effects of the present invention will be specifically described based on examples. The base material has a thickness of 0.
Two types of phosphor bronze of 2 mm (JIS C 5191) and oxygen-free copper of 0.5 mm in thickness (JIS C 5
1020) was used after degreasing and pickling. The plating of the surface layer was evaluated for reflow tin. further,
Evaluations were also made of the above-mentioned plated materials that had been subjected to phosphate treatment, sealing treatment, and lubricant treatment.
【0032】ニッケル−リン−ホウ素系、およびこれに
錫、銅、亜鉛を添加した系のめっき条件を表1〜4に示
す。また、表層の錫めっきの条件を表5に示す。また、
各めっき材の中間層厚み、拡散層の厚みおよび拡散層平
均粒径、表層のめっき厚を表6に示す。この他、比較材
として中間層が無いもの、0.5μmの銅を中間層とし
たもの、2.0μmのニッケルを中間層としたもの、お
よびNi−0.01%B合金を中間層としたものも用意
した。なお、各材料のリフロー処理後の錫めっき部のリ
ンおよびホウ素の含有量については、いずれも請求項に
ある0.01〜1%の範囲であることを確認している。
また、りん酸塩処理の条件を表7に示す。Tables 1 to 4 show the plating conditions of the nickel-phosphorus-boron system and the system to which tin, copper and zinc are added. Table 5 shows the conditions for tin plating of the surface layer. Also,
Table 6 shows the thickness of the intermediate layer, the thickness of the diffusion layer, the average particle size of the diffusion layer, and the plating thickness of the surface layer of each plating material. In addition, as a comparative material, one without an intermediate layer, one with 0.5 μm copper as an intermediate layer, one with 2.0 μm nickel as an intermediate layer, and one with Ni-0.01% B alloy as an intermediate layer I also prepared things. It has been confirmed that the content of phosphorus and boron in the tin-plated portion of each material after the reflow treatment is in the range of 0.01 to 1% in the claims.
Table 7 shows the conditions of the phosphate treatment.
【0033】[0033]
【表1】 [Table 1]
【0034】[0034]
【表2】 [Table 2]
【0035】[0035]
【表3】 [Table 3]
【0036】[0036]
【表4】 [Table 4]
【0037】[0037]
【表5】 [Table 5]
【0038】[0038]
【表6】 [Table 6]
【0039】[0039]
【表7】 [Table 7]
【0040】評価は、耐熱性の評価として、評価材を1
55℃、16時間加熱後の外観、はんだ付け性、熱剥離
の有無、接触抵抗の変化を評価した。挿抜性の評価は評
価材を図1に示すようにオスピン、メスピンの形状に加
工し、オスピンをメスピンに挿入する際の最大挿入力を
評価した。In the evaluation, the evaluation material was evaluated as 1 for heat resistance.
After heating at 55 ° C. for 16 hours, the appearance, the solderability, the presence or absence of thermal peeling, and the change in contact resistance were evaluated. For the evaluation of insertability, the evaluation material was processed into the shape of male pin and female pin as shown in FIG. 1, and the maximum insertion force when inserting the male pin into female pin was evaluated.
【0041】はんだ付け性は25%ロジン−エタノール
をフラックスとし、メニスコグラフ法によりはんだ濡れ
時間を測定することで評価した。熱剥離の有無はめっき
材を90℃繰返し曲げを行い、曲げ部の状況を目視で観
察することで評価した。接触抵抗は、図1に示すように
オスピン、メスピンを嵌合させ、この状態で155℃1
6時間加熱した前後の接触抵抗(電気抵抗)を評価し
た。結果を表8に示す。これより、接触抵抗の面で一部
比較材より劣る部分が見られたが、全体の傾向として
は、実施材の方が優れていることがわかる。The solderability was evaluated by measuring the solder wetting time by a meniscograph method using 25% rosin-ethanol as a flux. The presence or absence of thermal peeling was evaluated by repeatedly bending the plated material at 90 ° C. and visually observing the state of the bent portion. As shown in FIG. 1, the contact resistance was set at 155 ° C.
The contact resistance (electric resistance) before and after heating for 6 hours was evaluated. Table 8 shows the results. From this, it can be seen that, although a part inferior to the comparative material was seen in terms of contact resistance, the overall material was superior to the comparative material.
【0042】[0042]
【表8】 [Table 8]
【0043】なお、封孔処理およびルブリカント処理は
金めっき用の封孔処理用として市販されている液を塗布
し、ブロワーで乾燥させた。挿抜性の評価結果を表9に
示す。これより、端子の挿入力はいずれの系において
も、比較材に比べて優れていることが分かる。In the sealing treatment and the lubricating treatment, a commercially available solution for sealing treatment for gold plating was applied and dried with a blower. Table 9 shows the results of the evaluation of the insertability. This indicates that the insertion force of the terminal is superior to the comparative material in any system.
【0044】[0044]
【表9】 [Table 9]
【0045】[0045]
【発明の効果】以上記述した通り、本発明により、耐熱
性、挿抜性を同時に満足させる材料を供給することが可
能になる。As described above, according to the present invention, it is possible to supply a material that satisfies both heat resistance and insertability.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図1】本発明に係る挿抜性の評価テストを実施する説
明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram for carrying out an insertion / extraction evaluation test according to the present invention.
1 メスピン 2 オスピン 1 female pin 2 male pin
Claims (12)
はほう素を合計で0.05%〜20%含有するニッケル
合金めっき中間層を電気めっきし、さらに錫または錫合
金層めっき表層をした後リフロー処理を施し、錫または
錫合金めっき層中のりん及び又はほう素の濃度が0.0
1%〜1%であることを特徴とする高耐熱性及び耐時効
性を有する金属材料。1. A nickel or nickel alloy base layer containing a total of 0.05% to 20% of phosphorus and / or boron on a copper or copper alloy base material, and further electroplated with a tin or tin alloy layer After reflow treatment, the concentration of phosphorus and / or boron in the tin or tin alloy plating layer is reduced to 0.0
A metal material having high heat resistance and aging resistance, which is 1% to 1%.
はほう素を合計で0.05%〜20%含有するニッケル
合金めっき中間層を電気めっきし、さらに錫または錫合
金層めっき表層をした後リフロー処理を施し、錫または
錫合金めっき層中のりん及び又はほう素の濃度が0.0
1%〜1%であることを特徴とする挿抜性を改善した端
子・コネクタ接触子用金属材料。2. A copper or copper alloy base material is electroplated with a nickel alloy plating intermediate layer containing a total of 0.05% to 20% of phosphorus and / or boron, and further a tin or tin alloy layer plating surface layer. After reflow treatment, the concentration of phosphorus and / or boron in the tin or tin alloy plating layer is reduced to 0.0
A metal material for terminal / connector contacts having improved insertion / extraction characteristics, wherein the metal material is 1% to 1%.
0.05%〜20%、Sn、Cu、Zn、の一種若しく
は2種以上を併せて10〜60%含有するニッケル合金
であることを特徴とする請求項1および請求項2記載の
金属材料。3. The intermediate layer is a nickel alloy containing 0.05 to 20% in total of phosphorus and / or boron and 10 to 60% in total of one or more of Sn, Cu and Zn. The metal material according to claim 1, wherein:
ことを特徴とする請求項1から請求項3記載の金属材
料。4. The metal material according to claim 1, wherein the thickness of the surface layer is 0.3 μm to 3 μm.
ることを特徴とする請求項1から請求項3記載の金属材
料。5. The metal material according to claim 1, wherein the thickness of the intermediate layer is 0.5 μm to 3 μm.
はほう素を合計で0.05%〜20%含有するニッケル
合金めっき中間層を電気めっきし、さらに錫または錫合
金層の表層めっきをした後、リフロー処理を施し(およ
び)または加熱処理を施し、さらにその後中間層に含ま
れるりん及び又はほう素を錫又は錫合金めっき層表面に
拡散させたことを特徴とする挿抜性を改善した端子・コ
ネクタ接触子用金属材料。6. A copper or copper alloy base material is electroplated with a nickel alloy plating intermediate layer containing a total of 0.05% to 20% of phosphorus and / or boron, and further a tin or tin alloy layer surface layer. After the plating, a reflow treatment (and / or a heat treatment) is performed, and then the phosphorus and / or boron contained in the intermediate layer is diffused to the surface of the tin or tin alloy plating layer. Improved metal material for terminal and connector contacts.
μm以下であり、かつ拡散層の平面粒径が1.0μm以
下であることを特徴とする請求項6記載の電子部品用金
属材料。7. A diffusion layer of tin and nickel having a thickness of 1.0
7. The metal material for an electronic component according to claim 6, wherein the metal material has a planar particle size of 1.0 μm or less and a diffusion layer has a planar particle size of 1.0 μm or less.
0.05〜0.5%であることを特徴とする請求項1〜
請求項4に記載の電子部品用金属材料。8. The method according to claim 1, wherein the carbon concentration in the tin or tin alloy plating layer is 0.05 to 0.5%.
The metal material for an electronic component according to claim 4.
酸イオンを0.1〜2mol/L含む水溶液に浸漬また
は水溶液中で該材料を陽極として電解処理したことを特
徴とする請求項1または請求項6記載の電子部品用金属
材料の製造方法。9. The method according to claim 1, wherein after the reflow treatment or the heat treatment, the material is immersed in an aqueous solution containing 0.1 to 2 mol / L of phosphate ions or electrolytically treated using the material as an anode in the aqueous solution. 7. The method for producing a metal material for electronic parts according to 6.
機りん化合物もしくは無機りん化合物の皮膜を形成した
ことを特徴とする請求項1または請求項6記載の電子部
品用金属材料。10. The metal material for electronic parts according to claim 1, wherein a film of an organic phosphorus compound or an inorganic phosphorus compound is formed after the reflow treatment or the heat treatment.
孔処理、ルブリカント処理を施したことを特徴とする請
求項1または請求項5記載の金属材料の製造方法。11. The method according to claim 1, wherein a sealing treatment and a lubricating treatment are performed after the reflow treatment or the heat treatment.
を接触子としたことを特徴とした端子およびコネクタ。12. A terminal and a connector, wherein the metal material according to claim 1 is used as a contact.
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- 1999-03-30 JP JP11126199A patent/JP2000169996A/en active Pending
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