JP2003082499A - 錫−銅金属間化合物分散錫めっき端子 - Google Patents
錫−銅金属間化合物分散錫めっき端子Info
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Abstract
抵抗が低く、加工性のよい嵌合型端子を提供する。 【解決手段】 銅又は銅合金からなる母材の表面に、錫
−銅金属間化合物が分散した錫めっき層を有する端子。
錫−銅金属間化合物が分散した錫めっき層の下地とし
て、ニッケル合金めっき層(図2(b))、錫めっき層
(図2(c))、錫めっき層及びニッケル合金めっき層
(図2(d))等を形成してもよい。錫−銅金属間化合
物が分散した錫めっき層及び下地の錫又は錫合金めっき
層は合計で0.5μm以上の厚さを有するのが望まし
い。
Description
品等に用いられる銅又は銅合金製嵌合型端子において、
特に接合時の挿入力が低く、接触抵抗が安定しており、
耐食性や曲げ加工性に優れる銅又は銅合金製嵌合型端子
に関する。
伴い、電子制御装置に要求される機能が増加し、端子の
小型化とともにピン数の増加が進んでいる。現在、電子
制御端子は増加して20ピンを超え、50ピンに到る数
となっており、挿入力の増加が作業性を悪くさせる原因
となっている。このような嵌合型端子には、従来、銅合
金に直接、又は下地に銅めっきを施した後に錫めっきを
施したものが用いられているが、錫は柔らかく、そのた
め挿入力が高くなっている。
青銅に錫めっきを施した後、加熱溶融処理を行った端子
が記載されている。しかし、加熱溶融させた錫層は電気
めっき直後の錫層より柔らかく、挿入力は電気錫めっき
より高くなる傾向があった。一方、錫めっき層の厚さを
薄くして挿入力を低くすることが考えられるが、錫めっ
きを薄くすると耐食性が低下する。この耐食性の低下を
防止するため、錫めっきの下地としてニッケルめっきを
施したものが提案されている。そのほか、錫めっきの下
地としてニッケルめっきを施すものとして、特公平1−
48355号公報や特開平8−7960号公報が提案さ
れているが、いずれも、錫めっき層の厚さが薄いとニッ
ケルめっき成分が錫めっき層の表層に拡散し、接触抵抗
が増加する問題がある。
カドミウム、アンチモン、インジウム、アルミニウム、
銀、亜鉛などを含むものをめっきすることも提案されて
いるが、錫合金めっきのみでは挿入力が高く、高温で使
用される場合(エンジンルーム等)に接触抵抗が高くな
るという問題がある。そのほか、厚い錫めっき層を形成
した後、加熱処理により該錫めっき層をすべて錫−銅金
属間化合物にして、耐食性と低挿入力を確保する方法も
提案されているが、全部を合金化させるには加熱時間が
長くなり、生産性が悪いとともに、加工性が悪く、Cu
6Sn5(η相)だけでなくCu3Snが成長するた
め、めっき剥離が発生しやすいという問題がある。さら
に最近、錫と鉛のはんだ合金めっき代替として錫と銅の
合金めっき浴が開発されているが、錫と銅の合金めっき
を施した材料でも、めっき厚さが厚いと挿入力が高くな
るという問題がある。
し、電子制御端子が増加すると、多数の嵌合型端子を同
時に接続する必要があり、挿入力の増加による作業性の
低下が問題となっている。さらに、耐食性や安定した接
触抵抗、加工性などの特性も当然要求されている。従っ
て、本発明は、挿入力が低く、耐食性に優れ、経時後の
接触抵抗が低く、加工性のよい端子材を提供することを
目的とする。
入力を下げるためには錫めっき厚を薄くすることが有効
であるが、錫めっき層の厚さを薄くすると、耐食性が低
下する。しかし、本発明者らは、錫めっき層の全部又は
一部を錫−銅金属間化合物(η相)が分散した錫めっき
層とすることにより、錫めっき層全体の厚さを厚くして
も、錫めっき層を薄くしたと同じく挿入力を低下させる
ことができることを見い出した。また、同時に、錫−銅
金属間化合物が分散した上記錫めっき層は生産性が高
く、加工性に優れ、かつめっき剥離もおきにくいことを
見い出した。
で、本発明に係る錫−銅金属間化合物分散錫めっき端子
は、銅又は銅合金からなる母材の表面に錫−銅金属間化
合物が分散した錫めっき層が形成されていることを特徴
とする。この場合、錫−銅金属間化合物が分散した前記
錫めっき層の下地に、ニッケル又はニッケル合金めっき
層、錫又は錫合金めっき層あるいは銅又は銅合金層のい
ずれかが形成され、若しくは、錫−銅金属間化合物が分
散した前記錫めっき層の下地に、錫又は錫合金めっき層
と、その下にニッケル又はニッケル合金めっき層が形成
されていてもよい。また、下地めっき層の構成は上記の
例に限定されるものではなく、前記下地錫又は錫合金の
さらに下地として例えば銅又は銅合金層が形成されてい
てもよく、さらに、前記錫−銅金属間化合物が分散した
錫めっき層の下地としてあるいは前記下地錫又は錫合金
めっき層のさらに下地として、例えばニッケル又はニッ
ケル合金めっき層と銅又は銅合金層が多層に形成されて
いてもよい。上記錫−銅金属間化合物分散錫めっき端子
において、錫−銅金属間化合物が分散した錫めっき層と
下地錫めっき層(下地錫めっき層が形成されている場
合)が合計で0.5μm以上の厚さ施されていることが
望ましい。
めっき層は、錫と銅を同時にめっき(錫−銅合金めっ
き)した後、熱処理することにより製造できる。下地め
っきを形成する場合は、下地めっきを行い、その上に錫
−銅合金めっきを行った後、熱処理を行う。錫−銅合金
めっきのめっき浴として、硫酸と硫酸第一錫、硫酸銅5
水和物をベースとする硫酸系錫−銅合金めっき浴を挙げ
ることができる。加熱するとめっき皮膜中の不純物成分
が表面に拡散・濃縮し、接触抵抗などの特性を低下させ
るため、めっき皮膜中の不純物や有機成分は0.1質量
%以下にすることが望ましい。めっき添加剤として、ポ
リオキシエチレンクミルフェニルエーテル、ポリオキシ
エチレンラウリルエーテルなどの分散剤、クレゾールス
ルホン酸、アセトアルデヒド、アセチルアセトンなどの
光沢剤、ホルマリン、カテコール、ヒドロキノンなどの
酸化防止剤を少量添加する。めっき温度は液の劣化、錫
と銅の置換・酸化を少なくするため30℃以下、例えば
15〜20℃が好適である。また電流密度が変化すると
錫−銅合金の組成が変化するため、めっき液中の金属濃
度比と電流密度(例えば1〜10A/dm2)を調整
し、所望の錫−銅合金組成のめっき皮膜を得る。熱処理
としては、加熱溶融しない範囲の100〜300℃で、
5〜30秒程度加熱することにより、いずれも表層に形
成された錫−銅合金めっき層の錫と銅が金属間化合物を
形成し、前記のような錫−銅金属間化合物が分散した錫
めっき層が形成される。
らなる母材に錫めっきを行い、その後に熱処理を行い、
下地銅の拡散により錫−銅金属間化合物層を形成させる
とCu6Sn5だけでなく、Cu3Snが成長するた
め、めっき剥離が発生しやすくなる。実際には、めっき
剥離を起こさせないために、錫−銅金属間化合物層を
0.5μm以上にすることは難しかった。そして、この
場合、耐食性及び加工性に問題があった。
の下地として必要に応じて形成される錫又は錫合金めっ
きは、耐食性及びはんだ付け性を向上させる作用があ
る。また、下地として形成されるニッケル又はニッケル
合金めっき層などのバリア層は、めっき皮膜の耐熱信頼
性を高める。例えば自動車のエンジンルーム内などの高
温雰囲気中で長期間使用される場合に、母材の銅が錫め
っき層(錫−銅金属間化合物が分散した錫めっき、下地
錫又は錫合金めっき)へ拡散するのを阻み、接触抵抗が
増加したり、錫−銅金属間化合物の成長によるめっき剥
離が発生するのを防止する。なお、ニッケル合金として
は、母材元素の拡散防止効果が得られる組成であれば、
鉄、錫、亜鉛、銅、コバルト、リン、銀、ボロンなどの
1、2種類を含むものが使用でき、これは長期加熱後に
ニッケルと錫又はニッケルと銅の2元合金層が層状に成
長して合金層界面を形成するのを防ぎ、めっき剥離を防
止する効果がある。錫−銅金属間化合物が分散した錫め
っき層及び下地錫又は錫合金めっき層は、要求される耐
食性にあわせて厚みを選定でき、例えば、前者は0.1
〜1.5μm、後者は0.1〜10μmの間で選択すれ
ばよい。両者の合計厚みは、0.5μm以上が望まし
い。これが0.5μmより薄いと下地金属の拡散を抑え
る効果が弱く、耐食性の低下、接触抵抗の増加など、長
期使用時の信頼性が低下するためである。なお、この合
計厚みが0.5μm以上になると、はんだ付け性が向上
するので、特に良好なはんだ付け性が必要とされるメス
端子等に好適である。ニッケル又はニッケル合金めっき
層などのバリア層を形成する場合、その厚みは0.1〜
3μm程度が望ましい。また、耐食性を得るためトータ
ルめっき厚みは0.8μm以上あることが望ましい。
の銅含有量は50原子%以下とする。これは、銅の含有
量が50原子%を越えると、層全体が金属間化合物自体
の特性を示し、変色しやすくなり、耐食性が低下すると
ともにはんだ濡れ性が悪くなるためである。加熱による
変色を防止するため、銅含有量は10原子%以下が望ま
しく、銅含有量3.5原子%以下でも挿入力を低くする
効果が得られる。一方、銅含有量が1原子%より少ない
と挿入力を低くする効果がなくなる。従って、挿入力を
低くする度合及び上記の点を考慮して、この錫めっき層
に含まれる銅含有量を1〜50%原子の間で選定すれば
よい。特に1〜10原子%の範囲で選択することが望ま
しい。なお、本発明のめっきは、板・条を端子に成形加
工した後に施してもかまわない。その場合、熱処理によ
り錫−銅金属間化合物が形成されると同時に端子加工時
の応力が緩和される。
めっき銅又は銅合金板(厚さ0.30mm)を作成し、
これを供試材として、下記に示す各種試験を行った。そ
の結果を表1に示す。 ・実施例1;Cu−0.1質量%Fe−0.03質量%
P−2.0質量%Sn−2.25質量%Znで強度54
0N/mm2の銅合金板の表面に銅を3.5原子%含む
錫−銅合金めっきを1.2μm厚施し、その後200℃
で10秒間加熱した。 ・実施例2;Cu−0.1質量%Fe−0.03質量%
P−2.0質量%Snで強度400N/mm2の銅合金
板の表面にコバルトを1質量%含むニッケル合金めっき
を0.3μm厚施し、その上に銅を3.5原子%含む錫
−銅合金めっきを0.8μm厚施し、その後200℃で
10秒間加熱した。
強度410N/mm2の銅合金板の表面に錫めっきを
0.8μm厚施し、その上に銅を3.5原子%含む錫−
銅合金めっきを0.3μm厚施し、その後200℃で1
0秒間加熱した。 ・実施例4;Cu−1.8質量%Ni−0.4質量%S
i−0.1質量%Sn−1.1質量%Znで強度650
N/mm2の銅合金板の表面にコバルトを1質量%含む
ニッケル合金めっきを0.5μm厚施し、その上に錫め
っきを0.8μm厚施し、その上に銅を3.5原子%含
む錫−銅合金めっきを0.3μm厚施し、その後200
℃で10秒間加熱した。
0.03質量%Pで強度350N/mm 2の銅合金板の
表面に1.2μm厚の錫−銅合金をめっきし、加熱処理
はしなかった。 ・比較例2;Cu−0.1質量%Fe−0.03質量%
P−2.0質量%Snで強度400N/mm2の銅合金
板の表面に0.3μm厚の錫をめっきし、加熱処理はし
なかった。 ・比較例3;Cu−0.1質量%Fe−0.03質量%
Pで強度350N/mm 2の銅合金板の表面に錫をめっ
きした後、加熱処理を行い、錫層すべてをSn−Cu金
属間化合物層とした。 ・比較例4;Cu−4.0質量%Sn−0.1質量%P
で強度450N/mm2の銅合金板の表面に1.0μm
厚の錫をめっきした後、加熱処理を行い、めっき皮膜の
一部(下層域)を錫−銅金属間化合物層とした。 ・比較例5;Cu−40.0質量%Znで強度410N
/mm2の銅合金板の表面にコバルトを1%含むニッケ
ル合金めっきを0.3μm厚施し、その上に0.2μm
厚の銅めっきを施し、さらにその上に0.2μm厚のS
nめっきを施した後、加熱処理350℃により錫層と銅
層すべてを金属間化合物層とした。
形状を模擬し、図1に示すように、各供試材から切り出
した板状のオス試験片1を水平な台2に固定し、その上
に供試材を内径1.5mmで半球加工したメス試験片3
を置いてめっき面同士を接触させ、メス試験片3に2.
94N(300gf)の荷重(錘4)をかけてオス試験
片を押え、横型荷重測定機(アイコーエンジニアリング
株式会社製)を用いてオス試験片1を水平方向に引っ張
り(摺動速度80mm/min)、摺動距離5mmまで
の最大摩擦力Fを測定した。摩擦係数を下記式(1)に
より求めた。なお、5はロードセル、矢印は摺動方向で
ある。 摩擦係数=F/2.94・・・・(1) 摩擦係数0.50以下を○(良好)とし、0.50を超
えるものは×(不良)と評価した。
おいて160℃で120時間の加熱を行った後、接触抵
抗を四端子法により、解放電圧20mV、電流10m
A、摺動ありの条件にて測定した。接触抵抗が3mΩ以
下のものを○(良好)とし、3mΩを超えたものは×
(不良)と評価した。
0時間加熱した供試材について、亜硫酸ガス濃度25p
pm、温度35℃、湿度75%RHの雰囲気に96時間
保管後、外観と腐食孔断面を評価した。素材が腐食して
いなものを○(良好)とし、素材にまで腐食が達したも
のものは×(不良)と評価した。 <曲げ加工性の評価>試験片を圧延方向が長手となるよ
うに切り出し、180°の曲げ試験を行い、外観と曲げ
断面を評価した。めっき皮膜の剥離がないものを○(良
好)とし、めっき皮膜の剥離や金属間化合物の形成によ
るボイドが発生したものは×(不良)と評価した。
係数が低く、接触抵抗の信頼性に優れ、加熱後にも良好
な耐食性を有し、かつ加工性にも優れている。なお、実
施例1〜4の断面模式図を図2(a)〜(d)に示す。
一方、比較例1は、加熱処理されていないため錫−銅合
金めっき層のままであり、摩擦係数が大きかった。その
ため多ピン嵌合型端子に使用すると挿入力が高く、作業
性・生産性が悪くなる。比較例2は、錫めっき層が薄い
ため、摩擦係数は小さいが、耐食性が劣る。比較例3
は、加熱処理により母材の銅が拡散して錫−銅金属間化
合物層が形成されている。錫−銅金属間化合物層の厚さ
が薄いため耐食性が悪く、錫層すべてが金属間化合物と
なっているため加工性も悪い。なお、このタイプでSn
−Cu金属間化合物層をさらに厚くしたものは、加熱処
理後に錫めっきの剥離が発生した。比較例4は、加熱処
理により母材の銅が拡散して錫めっき層の下層部分に錫
−銅金属間化合物層が形成されている。錫めっき層が厚
いため摩擦係数が大きい。そのため多ピン嵌合型端子に
使用すると挿入力が高く、作業性・生産性が悪くなる。
比較例5は、加熱処理により銅めっき層と錫めっき層か
ら錫−銅金属間化合物層が形成されている。この加熱処
理には時間がかかるため、下地ニッケルが表面に拡散し
て接触抵抗が大きくなっている。耐食性や加工性も悪
い。なお、比較例1〜5の断面模式図を図3(a)〜
(e)に示す。
抗が安定しており、耐食性や曲げ加工性に優れ、特に多
ピン嵌合型端子として作業性、生産性、信頼性に優れた
嵌合型端子を得ることができる。
Claims (4)
- 【請求項1】 銅又は銅合金からなる母材の表面に錫−
銅金属間化合物が分散した錫めっき層が形成されている
ことを特徴とする錫−銅金属間化合物分散錫めっき端
子。 - 【請求項2】 錫−銅金属間化合物が分散した錫めっき
層の下地に、ニッケル又はニッケル合金めっき層、錫又
は錫合金めっき層あるいは銅又は銅合金めっき層のいず
れかが形成されていることを特徴とする請求項1に記載
された錫−銅金属間化合物分散錫めっき端子。 - 【請求項3】 錫−銅金属間化合物が分散した錫めっき
層の下地に、錫又は錫合金めっき層と、その下にニッケ
ル又はニッケル合金めっき層が形成されていることを特
徴とする請求項1に記載された錫−銅金属間化合物分散
錫めっき端子。 - 【請求項4】 錫−銅金属間化合物が分散した錫めっき
層及び下地の錫又は錫合金めっき層が合計で0.5μm
以上の厚さ施されていることを特徴とする請求項1〜3
のいずれかに記載された錫−銅金属間化合物分散錫めっ
き端子。
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