JP2006111897A - 端子用材料 - Google Patents

Abstract

【課題】 軽量でかつ熱伝導率が大きく、鉛フリーハンダを用いた際のハンダ強度に優れた端子用材料を提供する。
【解決手段】 Ａｌ基板表面に置換めっきによりＺｎ層を形成させ、その上にＮｉ層、またはＮｉ層とＳｎ層、もしくはＮｉ層とＣｕ層をめっきにより形成させて端子用材料とする。このようにして得られる端子用材料は、４０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有しており、端子材をハンダ付けする回路基板などから熱を効率的に吸収して放熱することができる。
【選択図】 なし

Description

本発明は端子用材料に関わり、特にＡｌを基板とすることにより軽量でかつ熱伝導率が大きく、鉛フリーハンダを用いた際のハンダ強度に優れた端子用材料に関する。

電子機器等に用いられる端子用材料として、従来は真鍮板にハンダをめっきした材料が用いられてきたが、環境に与える影響から鉛を含まない鉛フリーのハンダを用いることが求められるようになっている。また、電子機器の小型化や軽量化が求められるようになり、それにともなってこれらの電子機器の部品である端子用材料などの部品についても、小型化や軽量化が求められるようになってきており、鉛フリーのハンダ付けが可能な軽量材料として、Ａｌ板にＳｎ系のめっきを施した材料が提案されている。

例えば特許文献１には、Ａｌ板またはＡｌ系合金金属材にＮｉ系めっき層を介してＳｎめっき層が形成されたハンダ付け性およびめっき密着性に優れたＡｌ系合金金属板が開示されている。このＡｌ系合金金属板においては、溶融Ａｌめっき鋼板などの基材に真空蒸着法を用いてＮｉ系めっきした後、続いてＳｎめっきを施す。この方法による場合、ＮｉおよびＳｎをめっきするために真空蒸着法を用いるが、真空装置などの大掛かりな装置が必要であり、また製膜速度が小さく生産性に乏しいため、安価に製造することが困難である。

また特許文献２には、アルミニウム基材上に錫または錫合金層が、アルミニウム基材と錫または錫合金層との界面に錫の濃度勾配を形成して被覆されたことを特徴とするハンダ付性に優れる錫または錫合金層を被覆したアルミニウム材料が開示されている。このアルミニウム材料においては、アルミニウム合金板に錫を電気めっきした後に加熱する、または溶融した錫合金中にアルミニウム合金板を通すことにより、アルミニウム基材と錫または錫合金層との界面に錫の濃度勾配を形成して錫めっきするが、アルミニウム基材と錫または錫合金層との密着性が不十分であり、特に曲げ加工を施した場合に、錫めっき被膜がアルミニウム基材から剥離しやすい欠点を有している。
特開平０５−３４５９６９号公報 特開平０９−２９１３９４号公報

本発明は、軽量でかつ熱伝導率が大きく、鉛フリーハンダを用いた際のハンダ強度に優れた端子用材料を提供することを目的とする。

本発明者は、上記問題点を解決するために、Ａｌ板へのハンダ濡れ性に優れ且つ高いハンダ強度を得る手段として、Ｎｉ層、あるいはＮｉ層の上にさらに一段とハンダ濡れ性に優れているＳｎ層又はＣｕ層を設けることを着想し、それをめっきが困難なアルミニウム板に真空蒸着によらないでめっきすることを種々研究した結果、Ｚｎめっきを施して後Ｎｉめっき層を形成することによって良好な密着性が得られることを見出し本発明に到達したものである。
即ち、上記目的を達成する本発明の表面処理Ａｌ板は、Ａｌ基板表面に、基板側から順にＺｎ層、Ｎｉ層を形成してなることを特徴とするもの（請求項１）である。
Ａｌ板はめっきが困難であるが、ＺｎはＡｌ板への高い密着性を有するめっきが可能であり、またＺｎめっき上へのＮｉめっきも高い密着性を有するめっきが可能であるので、Ａｌ板表面に順にＺｎ層、Ｎｉ層を形成することによって、めっき密着性に優れ且つハンダ付けが可能で、放熱性に優れた軽量な表面処理Ａｌ板を得ることができる。

また上記目的は、Ａｌ基板表面に、基板側から順にＺｎ層、Ｎｉ層、Ｓｎ層を形成してなる端子用材料（請求項２）、またはＡｌ基板表面に、基板側から順にＺｎ層、Ｎｉ層、Ｃｕ層を形成してなる端子用材料（請求項３）によってより効果的に達成できる。そして、上記（請求項１〜３）のいずれかの端子用材料の他の特徴は、鉛フリーハンダを用いるハンダ強度が３ｋｇ／７ｍｍ以上であること（請求項４）にある。

本発明の端子用材料は、Ａｌ基板表面に置換めっきによりＺｎ層を形成させ、その上にＮｉ層、またはＮｉ層とＳｎ層、もしくはＮｉ層とＣｕ層をめっきにより形成させているので、Ａｌ板とめっき層の密着性に優れている。また、最表面となるＮｉ層、Ｓｎ層、Ｃｕ層は鉛フリーハンダを用いる場合に３ｋｇ／７ｍｍ以上の高いハンダ強度が得られる。さらに基板がＡｌ板であるので熱伝導率が大きく、端子材を接続する回路基板などの放熱にも寄与することができる。そのため、本発明の端子用材料は、小型で軽量の電子機器などの用途に鉛フリーハンダのハンダ付けが可能な端子用材料として好適に適用することができる。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の表面処理Ａｌ板の基板となるＡｌとしては、純Ａｌ板およびＪＩＳ規格の１０００系、２０００系、３０００系、５０００系、６０００系、７０００系のいずれのＡｌ合金板も用いることができる。これらのＡｌ合金板を脱脂し、次いで酸性エッチングし、引き続きスマットを除去した後、Ｚｎを置換めっきする。Ｚｎの置換めっきは、硝酸浸漬処理した後、Ｚｎによる置換めっき処理を行う。Ｚｎ置換めっき処理は第一Ｚｎ置換めっき処理、第二Ｚｎ置換めっき処理の２回の工程に分けて行うのが好ましいが、１回で行ってもよい。Ｚｎ置換めっき処理を２回分けて行うことによって、Ａｌ板上にＺｎ層をより均一に形成することができ、後工程でその上にめっきするＮｉめっきをめっき不良（密着不良）を起こすことなく形成できる利点がある。

この場合、各工程の処理後には水洗処理を実施する。この第一Ｚｎ置換めっき処理および第二Ｚｎ置換めっき処理により形成するＺｎめっき層は、この置換めっき処理後にＮｉめっきを施す際にわずかに溶解するので、Ｚｎ層の皮膜量としてはＮｉめっき後の状態で５〜５００ｍｇ／ｍ^２であることが好ましく、３０〜３００ｍｇ／ｍ^２であることがより好ましい。皮膜量は処理液中のＺｎイオン濃度および第二Ｚｎ置換めっき処理において処理液中に浸漬する時間を適宜選択して調整する。皮膜量が５ｍｇ／ｍ^２未満であるとＺｎ層の上に形成するＮｉめっき層との密着性に乏しくなり、曲げ加工を施した際にめっき層が剥離しやすくなる。一方、皮膜量が５００ｍｇ／ｍ^２を超えるとＮｉめっきが不均一になり、ハンダ強度が低下する。

次いでこのようにして形成されたＺｎ層の上にＮｉ層をめっきにより形成する。Ｎｉめっきは電気めっき法または無電解めっき法のいずれを用いて形成してもよい。無電解めっき法を用いる場合は、還元剤としてＰ化合物やＢ化合物を用いるので、Ｎｉめっき皮膜はＮｉ−Ｐ合金やＮｉ−Ｂ合金からなる皮膜として形成するが、電気めっき法による純Ｎｉからなる皮膜と同様に、めっき皮膜のＡｌ基板に対する密着性や、優れたハンダ濡れ性およびハンダ強度が得られる。このようにして得られるＮｉ層は、皮膜量として０．２〜５０ｇ／ｍ^２であることが好ましく、１〜１０ｇ／ｍ^２であることがより好ましい。皮膜量が０．２ｇ／ｍ^２未満であるとＮｉ層がＺｎ層の全面を均一に被覆することができないので十分なハンダ強度が得られない。一方、皮膜量が５０ｇ／ｍ^２を超えるとハンダ濡れ性およびハンダ強度の向上効果が飽和し、コスト的に有利でなくなる。このようにして本発明の端子用材料が得られる。

本発明の端子用材料は上記のようにして、Ａｌ基板表面に、Ｚｎ層とＮｉ層を形成した後、さらにその上にＳｎ層またはＣｕ層をめっきにより形成してもよい。ＣｕめっきおよびＳｎめっきは、それぞれ電気めっき法または無電解めっき法のいずれを用いて形成してもよい。Ｃｕめっきの皮膜量およびＳｎめっきの皮膜量は、それぞれ０．２〜２０ｇ／ｍ^２であることが好ましく、１〜１０ｇ／ｍ^２であることがより好ましい。皮膜量が０．２ｇ／ｍ^２未満であると非活性のフラックスを用いた場合にハンダが濡れにくくなる。一方、皮膜量が２０ｇ／ｍ^２を超えるとハンダ濡れ性およびハンダ強度の向上効果が飽和し、コスト的に有利でなくなる。

以上のようにしてＡｌ基板上にＺｎ層、Ｎｉ層、Ｓｎ層、もしくはＺｎ層、Ｎｉ層、Ｃｕ層を形成することによっても、本発明の端子用材料を得ることができる。また、この表面処理Ａｌ板をＡｌの融点以下の温度に加熱して、Ａｌ基板とＺｎ層、Ｚｎ層とＮｉ層、またはＡｌ基板とＺｎ層とＮｉ層、Ｚｎ層とＮｉ層とＳｎ層、もしくはＡｌ基板とＺｎ層とＮｉ層、Ｚｎ層とＮｉ層とＣｕ層をそれぞれ相互拡散させることにより、Ａｌ基板とめっき層、および各めっき層同士の密着強度を向上させることもできる。

このようにして得られる本発明の端子用材料は、４０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有しており、端子材をハンダ付けする回路基板などから熱を効率的に吸収して放熱することができる。

以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明する。
[供試板の作成］
Ａｌ合金板（ＪＩＳ ５０５２ Ｈ１９、板厚０．５ｍｍ）をめっき基板として、アルカリ液中で脱脂し、次いで硫酸中に浸漬するエッチング処理を施し、引き続いて硝酸中で脱スマット処理を施した後、水酸化ナトリウム：１５０ｇ／Ｌ、ロッシェル塩：５０ｇ／Ｌ、酸化亜鉛：２５ｇ／Ｌ、塩化第一鉄：１．５ｇ／Ｌを含む処理液中に浸漬する第一Ｚｎ置換めっき処理を行い、次いで４００ｇ／Ｌの硝酸水溶液中に浸漬して置換析出したＺｎを除去した後、第一Ｚｎ置換めっき処理で用いたのと同一の処理液中に浸漬して第二Ｚｎ置換めっき処理を行った。この第二Ｚｎ置換めっき処理において、浸漬時間を種々変化させて、表１に示す皮膜量のＺｎ層を形成したＺｎめっきＡｌ板を得た。

次いで、ＺｎめっきＡｌ板に無電解めっき法を用いて、Ｚｎ層上にＮｉ−１２重量％Ｐ合金めっき皮膜を、表１に示す皮膜量で形成して供試板とした。一部の供試板については引き続いてＺｎ層とＮｉ層を形成したＡｌ板に電気めっき法を用いてＮｉ層上に純Ｓｎめっきまたは純Ｃｕめっき皮膜を、表１に示す皮膜量で形成して供試板とした。一部の供試板については、これらのめっきを施した後、３５０℃に加熱し、Ａｌ板とめっき層および各めっき層同士を相互拡散させる拡散熱処理を施した。

また、比較用として、上記のＡｌ合金板にＺｎ置換めっき層を設けずに直接Ｎｉめっき層を設けた供試板、または直接Ｎｉ層とその上にＳｎ層を設けた供試板、もしくは直接Ｎｉ層とその上にＣｕ層を設けた供試板、さらに上記のＡｌ合金板にＺｎ置換めっき層を設けずにＮｉめっき層のみを設けた供試板、Ｓｎめっき層のみを設けた供試板、Ｃｕめっき層のみを設けた供試板を作成した。

[供試板の特性評価］
上記のようにして得られた供試板を、下記の特性について評価した。
[ハンダ濡れ性]
メニスコグラフ法（ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８３Ｂ）により、ＳＯＬＤＥＲＣＨＥＣＫＥＲ（ＭＯＤＥＬ ＳＡＴ−５０００、ＲＨＥＳＣＡ製）を使用し、上記の各供試板から切り出した幅７ｍｍの試片をフラックス（ＥＣ−１９Ｓ−８、タムラ化研製）に浸漬し、その後２５０℃に保持したＳｎ（６９．５％）−Ａｇ（３０％）−Ｃｕ（０．５％）の組成を有する鉛フリーハンダ浴（Ｍ７０５、千住金属（(株)）製）に前記のフラックスを塗布した試片を、浸漬速度２ｍｍ／秒で２ｍｍ浸漬し、ハンダが濡れるまでの時間（ゼロクロスタイム）を測定し、下記に示す基準でハンダ濡れ性を評価した。短時間であるほどハンダ濡れ性が良好であることを示す。
◎：５秒未満
○：５〜７秒未満
△：７〜１０秒未満
×：１０秒以上

[ハンダ強度］
上記の各供試板から切り出した幅７ｍｍ、長さ５０ｍｍの試片をＬ字型に折り曲げた２つの切り出し片を、評価面を向かい合わせてＴ字状になるように重ね、Ｔ字の縦棒の部分に厚さ０．５ｍｍの鋼板を挟み、Ｔ字の縦棒の下部に０．５ｍｍの空隙部を形成した試片を作成した。この試片の空隙部に上記のハンダ濡れ性の評価に用いたのと同様のフラックスを塗布した後、ソルダーチェッカー（ＳＡＴ−５０００、レスカ製）を用い、２５０℃に保持した上記の鉛フリーハンダ浴に試片の空隙部を１０ｍｍの深さまで浸漬し５秒間保持して空隙部にハンダを充填した後取り出し、Ｔピール試験片とした。次いでテンシロンを用い、Ｔピール試験片のＴ字の横棒の部分をチャックで挟んで引っ張ってＴ字の縦棒の部分のハンダ充填部を引き剥がし、このときの引張強度をハンダ強度として測定し、下記の基準でハンダ強度の優劣を評価した。
◎：４ｆｇｆ／７ｍｍ以上
○：３〜４ｆｇｆ／７ｍｍ未満
△：１〜３ｆｇｆ／７ｍｍ未満
×：１ｆｇｆ／７ｍｍ未満

[めっき皮膜の密着性］
上記の各供試板から幅１５ｍｍ、長さ５０ｍｍの試験片を切り出し、９０゜折り曲げ、折り曲げ部にスコッチテープを貼り付け、次いで引き剥がした後、めっき皮膜の剥離の有無を肉眼観察し、下記の基準でめっき皮膜の密着性を評価した。
○：剥離は認められない。
×：剥離が認められる。

その結果、表２に示すように、Ａｌ板にＺｎ層、Ｎｉ層、またはＡｌ板にＺｎ層、Ｎｉ層、Ｓｎ層を、もしくはＡｌ板にＺｎ層、Ｎｉ層、Ｃｕ層を形成した本発明の端子材料はハンダの濡れ性に優れ、ハンダ強度も大きい。

本発明のＡｌ基板表面に置換めっきによりＺｎ層を形成させ、その上にＮｉ層、またはＮｉ層とＳｎ層、もしくはＮｉ層とＣｕ層をめっきにより形成させている端子用材料は、Ａｌ板とめっき層の密着性に優れており、最表面にＮｉ層、またはＳｎ層、もしくはＣｕ層を設けているので、鉛フリーハンダを用いた際のハンダ濡れ性に優れるとともに、高いハンダ強度が得られる。また基板がＡｌ板であるので熱伝導率が大きく、放熱性に優れている。そのため、本発明の端子用材料は、小型で軽量の電子機器などの用途に鉛フリーハンダのハンダ付けが可能な端子用材料として好適に適用することができる。

Claims (4)

1. Ａｌ基板表面に、基板側から順にＺｎ層、Ｎｉ層を形成してなる端子用材料。
2. Ａｌ基板表面に、基板側から順にＺｎ層、Ｎｉ層、Ｓｎ層を形成してなる端子用材料。
3. Ａｌ基板表面に、基板側から順にＺｎ層、Ｎｉ層、Ｃｕ層を形成してなる端子用材料。
4. 鉛フリーハンダを用いるハンダ強度が３ｋｇ／７ｍｍ以上である、請求項１〜３のいずれかに記載の端子用材料。