JP2008218187A - Ｓｎめっき付き銅合金端子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】両面Ｓｎめっきした銅合金板をプレス打抜き加工して製造する基板用の端子について、はんだ付け性を後めっきすることなく改善する。
【解決手段】Ｓｎめっき銅合金板をプレス打抜き加工した後、端子部３の下側の角部１５をプレス圧縮加工して平坦に潰し、かつディンプル状の破断面９を平滑化する。端子部３の両端面がプレス打抜き加工によるせん断切り口面６からなり、せん断面８の少なくとも一部がダレ部７から引き延ばされたＳｎ層１１で被覆され、下側の角部１５がプレス圧縮加工により平坦に潰され、かつ破断面９が平滑化されている。破断面９の一部が下表面から引き延ばされたＳｎ層１７で被覆されている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、自動車等に搭載される各種機器の電気接続に使用される端子に関し、特にはんだ付けが必要な基板用の端子に関する。

特許文献１に記載されているように、基板用端子は、銅合金板にＳｎめっきを施した後、プレス加工（打抜き）によって角線材断面（矩形断面）に形成される。そして、この端子は基板を貫通してはんだ付けされる。

特開２０００−２４３４９５号公報

しかし、プレス打抜き加工を行うことにより端子の端面（せん断切り口面という）は素材が露出し、特に破断面は素材が引きちぎられた結果生じたディンプル形状をしており、経時によるＣｕの酸化が促進され酸化膜が厚く成長する。このため、はんだ付け時のフラックスによる酸化膜除去が十分とならないために、はんだと素材との反応が生じ難く、はんだ濡れ性が劣化するという問題があった。
そのため、打抜き加工を施した後にＳｎめっきを施す、即ち後めっきを施すことで、素材が露出した端面をＳｎめっきで被覆し、はんだ付け性を維持させる方法が通常とられている。しかし、後めっきを施すことでコストが高くなるという問題がある。

本発明は上記問題に鑑み、各種電子部品用のめっき付き銅合金端子において、後めっきすることなくはんだ付け性を改善することを目的とする。

本発明に係るめっき付き銅合金端子は、上下両表面にＳｎめっき層を有する銅合金板から形成されたもので、両端面がプレス打抜き加工によるせん断切り口面からなり、前記せん断切り口面のせん断面がダレ部から引き延ばされたＳｎ層で被覆され、破断面と下表面により構成される角部が潰され、かつ前記破断面が平滑化されていることを特徴とする。前記せん断面は、少なくとも一部がＳｎ層で被覆されていればよい。また、前記破断面の一部が下表面から引き延ばされたＳｎ層で被覆されていることが望ましい。本発明においてＳｎめっき（Ｓｎ層）は純Ｓｎ及びＳｎ基合金を含む。
なお、この端子において打抜き加工によりダレ部が形成された側が上であり、破断面が形成された側が下である。

上記端子は、上下両表面にＳｎめっき層を有する銅合金板を所望の形状にプレス打抜き加工した後、せん断切り口面の破断面と下表面により構成される両側の角部をプレス圧縮加工して潰しかつ前記破断面を平滑化することにより製造することができる。前記プレス打抜き加工により、前記せん断切り口面のせん断面をダレ部から引き延ばされたＳｎ層で被覆する。前記潰し加工において下表面のＳｎ層を引き延ばし、前記破断面の一部を被覆することが望ましい。

本発明によれば、端子の端面において素材の露出面積を減少させる（相対的にＳｎ層の被覆面積を増加させる）ことにより、Ｃｕ酸化膜の成長を抑制し、はんだ付け性を向上させることができる。より具体的には、端面に形成されたせん断面の少なくとも一部がＳｎ層で被覆され、破断面側の角部を圧縮加工して潰すことにより素材の露出面積が減少し、かつ破断面が平滑化され、場合によっては破断面の一部がＳｎ層で被覆される。
本発明に係る端子ははんだ付け性が必要とされる端子、特に車載電装品等に使用される基板用端子に適しており、打ち抜き後の端面のＳｎめっき被覆を施さずとも、基板との良好な接合性を維持できる

本発明に係る端子の製造にあたり、両面にＳｎめっきを施した銅合金板を、まずプレス打抜き加工して、銅合金板上に端子の原形を形成する。図１にプレス打抜き加工した銅合金板を示す。図１において、１は銅合金板、２は打ち抜かれた箇所、３は端子部（端子の原形／以後の工程で端子に成形される部分）である。
端子部３の断面は、図４（ａ）に示すように略角形であり、銅合金素材４の上下両表面がＳｎめっき層５により被覆されている。端子部３の端面６（プレス打抜き加工により形成された端面であり、以後せん断切り口面６という）には、上からダレ部７、せん断面８、破断面９が形成されている。ダレ部７は、銅合金板１に打抜き工具の刃先が食い込むとき、銅合金板１の自由面が塑性変形したものであり、せん断面８は、銅合金板１に食い込んだ工具の側面によりバニッシュされ平滑化した面であり、破断面９は銅合金素材４が割れて分離した面で、ディンプル状となっている。

ダレ部７を被覆するＳｎめっき層５は、打抜き工具の側面でバニッシュされ下方に引き延ばされて、この例ではせん断面８の相当部分を被覆し、これにより、せん断切り口面６において銅合金素材４の露出面積が減少している。
銅合金素材４は酸化しやすく、酸化が進行しすぎると、端子と基板とを接合させる際のはんだ付け時に使用されるフラックスで酸化膜を除去しきれず、はんだ付け性を劣化させてしまう。即ち、端子と基板との接合信頼性を劣化させる。しかし、ダレ部７のＳｎめっき層５をせん断面８に引き延ばし、せん断面８をＳｎ層１１で被覆することにより、せん断面８において銅合金素材４の酸化を防ぎ、はんだ付け性を改善して、接合信頼性を向上することができる。

せん断面８及び破断面９の面積比率（せん断／破断率）は、打抜き時のクリアランス（上下の刃の隙間）に依存する。クリアランスが小さい方がせん断／破断率が大きく、破断面９の面積が少なくなり一般的には望ましい。一方、クリアランスが余り小さいと、ダレ部７が小さくなり、Ｓｎめっき層５のバニッシュが不十分でせん断面８をＳｎ層９で被覆できない。従って、以上の点等を考慮してクリアランスは適宜設定されるが、概ね、せん断／破断率＝７／３程度で打ち抜きを実施すればよい。

プレス打抜き加工しただけの破断面９はディンプル形状をしており、せん断面８とは形態が異なり、かつＳｎ層により被覆されていない。そのため、破断面９において露出した銅合金素材４は経時により酸化し、はんだ濡れ性を劣化させる要因となる。
これを防止するため、この例では、プレス打抜き加工後、図２，３に示す金型１２（下型のみ示す）及び図示しない上型を用い、銅合金素材１を通板方向に流しながら、端子部３を１リードずつプレス圧縮加工し、端子部３の下方側の角部１５を斜めに潰す。なお、金型１２は内面側が傾斜した成形型１３と側面に肉が逃げるのを防止する逃げ防止型１４からなる。むろん角部１５を潰すプレス圧縮加工手段は上記に限られない。

プレス圧縮加工後の端子部３Ａの断面は、図４（ｂ）に示すように、破断面９と下側の表面により構成されていた元の角部１５が、斜めに潰し加工されて平坦化（平坦部１６）したことにより、銅合金素材４の露出面積（破断面の面積）が減少し、かつディンプル状であった破断面９が成形型１３の内面にバニッシュされて平滑化している。また、下側の表面のＳｎめっき層５が成形型１３の内面にバニッシュされ引き延ばされて、破断面９であった部分が一部Ｓｎ層１７により被覆されている。
角部１５を潰し加工して銅合金素材４の露出面積を減少させることは、経時によるＣｕの酸化部位を減少させることになり、はんだ濡れ性の維持に寄与する。また、ディンプル状の破断面９を平滑にすることにより、表面形態が均一となりはんだ濡れ性が向上する。さらにＳｎ層１７による被覆面積が増加することにより、はんだ濡れ性が向上する。
プレス圧縮成形後、端子部３Ａは適宜曲げ加工等を施されて、製品としての端子が製造される。

本発明に係るはんだ付け性に優れる端子は、Ｓｎめっきを施した銅合金板から形成されるが、このＳｎめっきは、光沢Ｓｎめっき、半光沢Ｓｎめっき、無光沢Ｓｎめっき、リフローＳｎめっき、溶融Ｓｎめっきを含む。また、本発明でいうＳｎめっきはＳｎ基合金（Ｓｎが５０重量％以上）めっきを含み、例えばＳｎ−Ａｇ合金めっき、Ｓｎ−Ｃｕ合金めっき、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき、Ｓｎ−Ｚｎ合金めっきを用いることができる。
本発明に係るはんだ付け性に優れる端子は、最上層をＳｎめっきとする多層めっきが形成されたものでもよい。この場合、Ｓｎめっきの下地層には例えばＮｉめっき、Ｃｏめっき、Ｎｉ−Ｃｏめっき、Ｃｕめっき等が施される。
それぞれのめっき厚さは、Ｓｎめっきは０．５μｍ以上、１０μｍ以下が望ましく、下地めっきを行う場合、その厚さは１μｍ以下程度が望ましい。Ｓｎめっきが０．５μｍ未満でははんだ濡れ性が劣化し、１０μｍを超えるとはんだ濡れ性は維持できるが表面性状が十分でない。一方、下地めっき層は１μｍを超えると端子成形時の曲げ加工性に劣る。
そのほか本発明は、Ｓｎめっき層の下にリフロー処理等によりＣｕ−Ｓｎ合金層が形成されたもの（例えば特開平１０−６０６６６号公報参照）、さらにその下にＮｉめっき層が形成されたもの（例えば特開２００２−２２６９８２号公報、特開２００４−６８０２５号公報参照）、このような多層めっきにおいて表面に凹凸が形成されたもの（例えば特開２００６−７７３０７号公報参照）、さらに凹凸表面にＳｎフラッシュめっきを施したものなど、種々の多層めっきが形成されたものにも適用できる。

本発明に使用される銅合金素材は、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系、Ｃｕ−Ｆｅ系、Ｃｕ−Ｍｇ系、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系、Ｃｕ−Ｃｒ系、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｐ系、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ系等が使用できる。
本発明に係る端子の接合に用いられるはんだは、Ｓｎ−Ｐｂはんだ、Ｐｂを含まないＰｂフリーはんだ（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｚｎ、Ｓｎ−Ｃｕ等）のいずれでも使用できる。

板厚０．６４ｍｍのＣｕ−０．１ｗｔ％Ｆｅ−０．０３ｗｔ％Ｐ−２ｗｔ％Ｓｎからなる銅合金板に、表１で示す条件にて下地めっき（Ｎｉめっき、Ｃｕめっき）及びＳｎめっきを施した。Ｎｉめっき厚さは０．４μｍ、Ｃｕめっきは０．２μｍ、Ｓｎめっきは１．０μｍである。表２に示すように、Ｎｏ．５及びＮｏ．１０では、下地にＮｉめっき、その上地にＣｕめっき、最表層にＳｎめっきを施し、Ｎｏ．１１，１２についてはＳｎめっきを施さず、Ｎｏ．１，２，６，７，１１，１２については下地めっきを施さなかった。
なお、Ｎｉめっき厚さ及びＳｎめっき厚さは、蛍光Ｘ線膜厚計（セイコー電子工業株式会社；型式ＳＦＴ３２００）を用いて測定した。

続いて、図４を参照して説明したように、前記銅合金板をプレス打抜き加工して０．６４ｍｍｗ×３０ｍｍｌの試験片素材を形成し、Ｎｏ．１〜５，１１についてはさらに下方側の角部をプレス圧縮加工して潰し（図３参照）、Ｎｏ．１〜１２のはんだ付け用試験片を作製した。Ｎｏ．１〜５の試験片は、プレス打抜き加工により形成されたせん断面の大部分がＳｎ層により被覆され、プレス圧縮加工により下方側の角部が平坦化され、かつ破断面が平滑化され、さらに元の破断面の一部がＳｎ層により被覆されていた。また、Ｎｏ．１１の試験片は、プレス圧縮加工により下方側の角部が平坦化され、かつ破断面が平滑化されていた。
続いて各試験片に付着した油分等を除去するため、試験片をアセトン及びエタノールにて超音波洗浄した。これら試験片を恒温湿潤試験機にて、８５℃×８５％ＲＨ×２４Ｈｒの経時試験を行った後、はんだ付け試験を行った。

はんだ付け試験は、市販のＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕはんだを、２６５±５℃に保持し溶融させ、各試験片を浸漬速度２５ｍｍ／ｓｅｃ、浸漬深さ１２ｍｍ、浸漬時間５ｓｅｃにて溶融はんだ中に浸漬させた。はんだ付け装置として、ソルダーチェッカー（ＳＡＴ５１００型）を用いた。フラックスには非活性フラックス（α１００；株式会社日本アルファメタルズ）を使用した。
評価は外観観察及び濡れ時間、濡れ力測定にて行った。外観観察はディウェットやピットが見られる場合は×、はんだ付け表面の荒れが見られる場合を△、見られない場合を○（合格）と評価し、濡れ時間は１．５ｓｅｃ以下を合格、濡れ力測定は０．５ｍＮ以上を合格と評価した。
以上の結果を表２にあわせて示す。

表２より、実施例Ｎｏ．１〜５は、Ｓｎめっきの種類、下地めっきの有無、下地めっきの種類に関らず、経時後もはんだ濡れ性に優れ、はんだ付け後の外観も優れる。
一方、比較例Ｎｏ．６〜１０は潰し加工が施されていないため、はんだ濡れ性及びはんだ付け後の外観が劣り、比較例Ｎｏ．１１、１２は潰し加工の有無に関らず、銅合金素材上にＳｎめっきが施されていないために、はんだ濡れ性及びはんだ付け後の外観が劣化している。

打抜き加工後の銅合金板の平面図である。 角部のプレス圧縮加工に用いる金型の斜視図である。 角部のプレス圧縮加工を説明する加工前（ａ）及び加工後（ｂ）の断面図である。 プレス打抜き後の端子の断面図（ａ）及び角部のプレス圧縮加工後の断面図（ｂ）である。

符号の説明

３，３Ａ 端子部
４ 銅合金素材
５ Ｓｎめっき層
６ せん断切り口面
７ ダレ部
８ せん断面
９ 破断面
１１，１７ Ｓｎ層
１５ 角部
１６ 平坦部

Claims (4)

1. 上下両表面にＳｎめっき層を有する銅合金板から形成されたＳｎめっき付き銅合金端子において、両端面がプレス打抜き加工によるせん断切り口面からなり、前記せん断切り口面のせん断面がダレ部から引き延ばされたＳｎ層で被覆され、破断面と下表面により構成される角部が潰され、かつ前記破断面が平滑化されていることを特徴とするＳｎめっき付き銅合金端子。
2. 前記破断面の一部が下表面から引き延ばされたＳｎ層で被覆されていることを特徴とする請求項１に記載されたＳｎめっき付き銅合金端子。
3. 上下両表面にＳｎめっき層を有する銅合金板を所望の形状にプレス打抜き加工して、せん断切り口面のせん断面をダレ部から引き延ばされたＳｎ層で被覆し、次いで前記せん断切り口面の破断面と下表面により構成される両側の角部をプレス圧縮加工して潰し前記破断面を平滑化することを特徴とするＳｎめっき付き銅合金端子の製造方法。
4. 前記圧縮加工において前記角部を潰すとき、下表面のＳｎ層を引き延ばして前記破断面の一部を被覆することを特徴とする請求項３に記載されたＳｎめっき付き銅合金端子の製造方法。

Images