JP2005187932A - 電気的接触部のめっき構造及び電気的接触部のめっき方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電気的接触部表面のはんだぬれ性を確保しつつ、ウィスカ発生を抑制することのできるめっき構造及びめっき方法を提供する。
【解決手段】 母材の表面上に形成された下地めっき層と、下地めっき層の表面上に形成され、光沢剤を含まない中間めっき層と、中間めっき層の表面上に形成され、光沢剤を含む上面めっき層と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気的接触部のめっき構造及び電気的接触部のめっき方法に関する。

コネクタ、ＦＰＣ、ＦＦＣ等の電気的接触部の表面処理に用いるめっき構造として、近年の鉛フリー化要求を反映して、図４に示すようなめっき構造１００がある。

このめっき構造１００は、電気的接触部の表面部を構成する母材１２０の表面に形成された下地めっき層１３０と、下地めっき層１３０の上に形成された上面めっき層１６０と、からなる。この上面めっき層１６０は、従来錫と鉛の合金を有していた上面めっき層に代えて、錫と銅の合金、及び、光沢剤を有する層として構成したものである。

特開２００１−２３４３８７号公報 特開２００２−３０２７９０号公報

上述のめっき構造１００においては、鉛フリー化の要求は満たすものの、上面めっき層１６０の表面からウィスカと呼ばれる針状の錫の単結晶が発生、成長し、これにより回路の短絡が生じやすくなっている。特に、ＦＰＣなどをコネクタに嵌合したときに、ＦＰＣの電気的接触部（導体露出部）及びコネクタのコンタクト（電気的接触部）に対して外部から力が加わる状態とすると、これらの双方又は一方に比較的短時間にウィスカが発生しやすい。

そこで、本発明の目的は、コネクタのコンタクトやＦＰＣの電気的接触部などの表面のはんだぬれ性を確保しつつ、ウィスカ発生を抑制することのできる電気的接触部のめっき構造及び電気的接触部のめっき方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のめっき構造においては、母材の表面上に形成された下地めっき層と、下地めっき層の表面上に形成され、光沢剤を含まない中間めっき層と、中間めっき層の表面上に形成され、光沢剤を含む上面めっき層と、を備えることを特徴としている。

上記中間めっき層の層厚は、中間めっき層の層厚と上面めっき層の層厚の合計厚に対して３０〜９０％の範囲内にあることが好ましい。

上記中間めっき層は錫−銅合金を含むとよい。

上記上面めっき層は錫−銅合金を含むことが好ましい。

本発明のめっき方法においては、母材の表面上に下地めっき層を形成する工程と、下地めっき層の表面上に光沢剤を含まない中間めっき層を形成する工程と、中間めっき層の表面上に光沢剤を含む上面めっき層を形成する工程と、を備えることを特徴としている。

本発明によると、下地めっき層と上面めっき層との間に、光沢剤を含まない中間めっき層を形成したことによって、コネクタ、ＦＰＣ、ＦＦＣ、ガラス基材銅張積層基板、紙基材銅張積層基板、電線、シェル等を互いに嵌合して電気的接触部（導体露出部）に対して外部から力が加わる状態としても、電気的接触部にウィスカが発生することを抑制することができる。

さらに、上面めっき層を錫と銅の合金、及び、光沢剤を有する層として構成したことによって、上述のようにウィスカの発生を抑制するとともに、良好なはんだのぬれ性を確保することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳しく説明する。
本発明をコネクタのコンタクトに適用した実施形態に係るめっき構造１０は、図１に示すように、電気的接触部（導体露出部）の表面部を構成する母材２０の表面２１に形成された下地めっき層３０と、この下地めっき層３０の表面３１上に形成された中間めっき層４０と、この中間めっき層４０の表面４１上に形成された上面めっき層５０と、から構成される。すなわち、従来の上面めっき層１６０（図４）に代えて、中間めっき層４０及び上面めっき層５０を下地めっき層３０上に形成してある。本発明は、本実施形態のコネクタと同様の構成を、ＦＰＣ、ＦＦＣ、ガラス基材銅張積層基板（例えばＦＲ−４等のガラスエポキシ銅張積層基板）、紙基材銅張積層基板（例えば紙フェノール銅張積層基板）、電線、シェル（例えばEMI(Electromagnetic Interference）対策用シェル）等の電気的接触部に適用することができる。

下地めっき層３０としてはニッケル、銅等を用いることができる。下地めっき層３０にニッケルを用いる場合は、母材２０をニッケルめっき浴に浸漬して電着によって形成する。母材２０としては、無酸素銅等の銅、銅合金（例えばリン青銅、黄銅、ベリリウム銅、チタン銅、洋白、コルソン合金、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金）、ステンレス等を用いている。

中間めっき層４０は、錫と銅の合金から構成され、光沢剤を含まない層として構成されている。この中間めっき層４０は、表面２１に下地めっき層３０が形成された母材２０を、錫−銅合金めっき浴に浸漬して電着によって形成する。ここで、錫−銅合金としては、銅を５％以下、錫を９５％以上とすることが好ましい。これは、銅の比率が５％を超えると融点が高くなり、これにより中間めっき層４０のはんだぬれ性が低下するためである。中間めっき層４０のはんだぬれ性が低下すると、はんだ付けのときに上面めっき層５０のみが溶融したとしても、めっき構造１０全体としてのはんだぬれ性が低下するのに対し、中間めっき層４０のはんだぬれ性が高い場合は、上面めっき層５０及び中間めっき層４０の双方が溶融するためめっき構造１０全体として高いはんだぬれ性を実現することができる。さらに、中間めっき層４０は、純錫を用いて構成することもできる。

上面めっき層５０は、錫と銅の合金、及び、光沢剤から構成され、光沢剤を含む層として構成されている。この上面めっき層５０は、表面２１に下地めっき層３０及び中間めっき層４０が形成された母材２０を、光沢剤を含む錫−銅合金めっき浴に浸漬して電着によって形成する。ここで、錫−銅合金としては、錫９９％〜９５％に対して銅を１％〜５％としたものが好ましい。銅が１％未満であるとウィスカの発生抑制の効果が低下し、銅が５％を超えるとはんだぬれ性が低下するためである。また、上面めっき層５０と中間めっき層４０における錫と銅の比率を同一とすると、両層の融点が同一となるため、はんだ付けのときに上面めっき層５０及び中間めっき層４０の双方がほぼ同時に溶融し、めっき構造１０全体として高いはんだぬれ性を実現することができる。

ここで、光沢剤としては、例えば、ｍ−クロロベンズアルデヒド、ｐ−ニトロベンズアルデヒド、ｐ−ヒドロキシベンズアルデヒド、１−ナフトアルデヒド、ベンジリデンアルデヒド、サリチリアルデヒド、パラアルデヒドなどの各種アルデヒド、バニリン、トリアジン、イミダゾール、インドール、キノリン、２−ビニルピリジン、アニリンを用いることができる。

めっき構造１０においては、下地めっき層３０と上面めっき層５０との間に、光沢剤を含まない層としての中間めっき層４０を形成したことによって、このめっき構造１０を採用したコネクタに他のコネクタ、ＦＰＣ、ＦＦＣ等を嵌合してコンタクトに対して外部から力が加わる状態としても、このコネクタのコンタクト、さらには、このコネクタに嵌合した他のコネクタ、ＦＰＣ、ＦＦＣ等にウィスカが発生することを抑制することができる。

さらに、上面めっき層５０を、錫と銅の合金、及び、光沢剤を有する層として構成したことによって、上述のようにウィスカの発生を抑制するとともに、良好なはんだのぬれ性を確保することができる。

また、互いに接触する二つの電気的接触部の双方に本発明のめっき構造を適用すると、ウィスカの発生を抑制する効果が高くなるため好ましい。一方、出願人の実験によれば、互いに接触する二つの電気的接触部のうちの一方のみに本発明のめっき構造を適用した場合において、本発明のめっき構造を適用していない電気的接触部についてもウィスカの発生を抑制する効果があることが判明している。

さらに、中間めっき層の層厚と上面めっき層の層厚との合計厚は２μｍ〜６μｍの範囲内にあることが好ましい。合計厚が２μｍ未満であると耐腐食性などのめっきの機能が低下し、合計厚が６μｍを超えるとコストが増大するためである。

つづいて、本発明の実施例を具体的に説明する。
本実施例においては、以下の条件により下地めっき層３０、中間めっき層４０、及び、上面めっき層５０を形成した。

まず、下地めっき層３０については、以下の組成の下地めっき層めっき浴に厚さ０．２ｍｍの母材２０を浸漬して形成した。
スルファミン酸ニッケル ４１５［ｇ／ｌ］
ホウ酸 ４０［ｇ／ｌ］
塩化ニッケル ５［ｇ／ｌ］
浸漬中の浴温度は５０［℃］とし、電流密度５［Ａ／ｄｍ²］でニッケルを用いた下地めっき層３０を膜厚２［μｍ］だけ形成した。

中間めっき層４０については、以下の組成の中間めっき浴に、下地めっき層３０を形成した母材２０を浸漬して形成した。
遊離酸 １２０［ｍｌ／ｌ］
Ｓｎ ４５［ｇ／ｌ］
Ｃｕ １．５［ｇ／ｌ］
安定剤 １００［ｍｌ／ｌ］
ここで用いる遊離酸は、ユケン工業株式会社のメタスＡＭである。
浸漬中の浴温度は常温とし、電流密度１５［Ａ／ｄｍ²］で中間めっき層４０を形成した。

上面めっき層５０については、以下の組成の上面めっき浴に、下地めっき層３０及び中間めっき層４０を形成した母材２０を浸漬して形成した。
遊離酸 １２０［ｍｌ／ｌ］
Ｓｎ ４５［ｇ／ｌ］
Ｃｕ １．５［ｇ／ｌ］
安定剤 １００［ｍｌ／ｌ］
光沢剤 ５［ｍｌ／ｌ］
ここで、遊離酸としてはユケン工業株式会社のメタスＡＭを用い、光沢剤としては同社のメタスＦＣＬ−５０Ａ又はＦＣＬ−５０Ｂを用いた。
浸漬中の浴温度は常温とし、電流密度１５［Ａ／ｄｍ²］で上面めっき層５０を形成した。
中間めっき層４０の層厚と上面めっき層５０の層厚は、合計厚で膜厚：５［μｍ］だけ形成した。

上述の条件で形成しためっき構造１０について、ウィスカの最大長を測定した結果を図２に示す。この測定は、ウィスカ評価用荷重試験機による荷重試験により以下の条件で行った。
接触部形状：ＳＲ０．５
荷重：２００［ｇ］
時間：７２［ｈ］

図２に示すように、中間めっき層４０の層厚と上面めっき層５０の層厚の合計厚に対する中間めっき層４０の層厚の割合が０から大きくなるにしたがってウィスカの最大長は小さくなってウィスカ発生の抑制効果が高くなっていくことが分かる。ウィスカの最大長は中間めっき層４０の割合が８０％のところで最小となって、ウィスカ発生の抑制効果は最も高くなる。実用的には、ウィスカ最大長が２０μｍ未満であれば短絡を防止することができるため、中間めっき層４０の割合が３０％以上であれば、実用上十分なウィスカ発生の抑制効果を発揮することができる。

次に、上述の条件で形成しためっき構造１０について、以下の条件でゼロクロスタイム（ｓ）を測定した結果を図３に示す。
半田槽：６４Ｓｎ−Ｐｂ
半田槽温度：２３０［℃］
浸漬深さ：０．５［ｍｍ］
浸漬速度：２．５［ｍｍ／ｓ］
浸漬時間：５［ｓ］
フラックス：タムラ化研株式会社製ＳＯＬＤＥＲＩＴＥ Ｌ−３５
なお、測定の前に以下の条件で前処理を行った。
温度：１０５［℃］
湿度：１００［％ＲＨ］
圧力：１．２２×１０⁵［Ｐａ］
処理時間：８［ｈ］

図３の縦軸に示すゼロクロスタイムは、上面めっき層５０のはんだのぬれ性を示すものであって、中間めっき層４０の層厚と上面めっき層５０の層厚の合計厚に対する中間めっき層４０の層厚の割合が０から大きくなるにしたがってゼロクロスタイムは小さくなってはんだのぬれ性が高くなっていくことが分かる。ゼロクロスタイムは中間めっき層４０の割合が５０％の付近で最小となって、はんだのぬれ性は最も高くなる。実用的には、ゼロクロスタイムは２．０ｓ未満であればはんだのぬれ性は十分であるため、中間めっき層の割合が０〜１００％の全範囲で良好なはんだぬれ性を実現することができる。

一方、中間めっき層４０の割合を１００％として上面めっき層５０をなくすと、コネクタの製造工程又はコネクタの使用中において中間めっき層４０の表面に傷がつきやすくなることが発明者の実験により判明している。よって、中間めっき層４０の割合を１００％としたコネクタは、ハンドリングが困難となるため、この点において中間めっき層４０の割合は９０％以下とすることが好ましい。

以上より、中間めっき層４０の割合が３０〜９０％とすると、実用上十分なはんだのぬれ性を発揮しつつ、ウィスカ発生の抑制効果を発揮することができ、かつハンドリングも容易なコネクタを実現することができる。

本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。

本発明の実施形態に係るコネクタのめっき構造の構成を示す模式図である。 本発明の実施例に係るコネクタのめっき構造において、中間めっき層の層厚と上面めっき層の層厚の合計に対する中間めっき層の層厚の割合（％）を横軸とし、発生、成長したウィスカの最大長（μｍ）を縦軸とした、ウィスカ発生の抑制効果を示すグラフである。 本発明の実施例に係るコネクタのめっき構造において、中間めっき層の層厚と上面めっき層の層厚の合計に対する中間めっき層の層厚の割合（％）を横軸とし、上面めっき層のゼロクロスタイム（秒）を縦軸とした、はんだのぬれ性を示すグラフである。 従来のめっき構造の構成を示す模式図である。

符号の説明

１０ めっき構造
２０ 母材
３０ 下地めっき層
４０ 中間めっき層
５０ 上面めっき層

Claims (8)

1. 母材の表面上に形成された下地めっき層と、
   前記下地めっき層の表面上に形成され、光沢剤を含まない中間めっき層と、
   前記中間めっき層の表面上に形成され、光沢剤を含む上面めっき層と、
   を備えることを特徴とする電気的接触部のめっき構造。
2. 前記中間めっき層の層厚は、前記中間めっき層の層厚と前記上面めっき層の層厚の合計厚に対して３０〜９０％の範囲内にある請求項１記載の電気的接触部のめっき構造。
3. 前記中間めっき層は錫−銅合金を含む請求項１又は請求項２記載の電気的接触部のめっき構造。
4. 前記上面めっき層は錫−銅合金を含む請求項１から請求項３のいずれか１項記載の電気的接触部のめっき構造。
5. 母材の表面上に下地めっき層を形成する工程と、
   前記下地めっき層の表面上に光沢剤を含まない中間めっき層を形成する工程と、
   前記中間めっき層の表面上に光沢剤を含む上面めっき層を形成する工程と、
   を備えることを特徴とする電気的接触部のめっき方法。
6. 前記中間めっき層の層厚は、前記中間めっき層の層厚と前記上面めっき層の層厚の合計厚に対して３０〜９０％の範囲内にある請求項５記載の電気的接触部のめっき方法。
7. 前記中間めっき層は錫−銅合金を含む請求項５又は請求項６記載の電気的接触部のめっき方法。
8. 前記上面めっき層は錫−銅合金を含む請求項５から請求項７のいずれか１項記載の電気的接触部のめっき方法。
   
   

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