JP2009230930A - コネクタ用金属材料およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】銅または銅合金により形成された条材または角線材を母材とするコネクタ用金属材料において、前記金属材料の表面の一部には、前記金属材料の長手方向にストライプ状に銅スズ合金層が形成され、前記金属材料の表面の残部にはスズ層またはスズ合金層が形成されているコネクタ用金属材料。また、銅または銅合金の条材または角線材を母材とし、この母材上にスズめっき層またはスズ合金めっき層を形成して中間材料を得たのち、前記中間材料の長手方向にストライプ状のリフロー処理を行い、銅スズ合金を表面の一部に露出させるコネクタ用金属材料の製造方法。
【選択図】なし
Description
薄くスズめっき層を残存させるレーザ照射条件であれば、安定した接触抵抗を維持したまま端子の低挿入力化が可能で、かつ直接レーザ照射を行わないので、スズめっき層が溶融変化を起こさず、接触抵抗が悪化しないとされている。
この嵌合型オス端子は、接続痕が形成されることになる接点部には接続信頼性を確保できるめっき層があり、その前部分の挿抜痕が形成される部分のめっき層は薄いため、挿入力低減効果と接続信頼性を両立することができるとされている。
(1)銅または銅合金により形成された条材または角線材を母材とするコネクタ用金属材料において、前記金属材料の表面の一部には、前記金属材料の長手方向にストライプ状に銅スズ合金層が形成され、前記金属材料の表面の残部にはスズ層またはスズ合金層が形成されていることを特徴とするコネクタ用金属材料、
(2)前記スズ層またはスズ合金層の下層に、銅層または銅合金層が形成されていることを特徴とする(1)項記載のコネクタ用金属材料、
(3)前記母材上に、ニッケル層またはニッケル合金層が形成されていることを特徴とする(1)項または(2)項記載のコネクタ用金属材料、
(4)銅または銅合金の条材または角線材を母材とし、この母材上にスズめっき層またはスズ合金めっき層を形成して中間材料を得たのち、前記中間材料の長手方向にストライプ状のリフロー処理を行い、銅スズ合金を表面の一部に露出させることを特徴とするコネクタ用金属材料の製造方法、
(5)前記リフロー処理前の前記スズめっき層またはスズ合金めっき層の厚さが0.3〜0.8μmであることを特徴とする(4)項記載のコネクタ用金属材料の製造方法、
(6)前記母材と、前記スズめっき層またはスズ合金めっき層との間に、前記母材上に近い側から、ニッケルめっき層またはニッケル合金めっき層、銅めっき層または銅合金めっき層を設けて中間材料を得ることを特徴とする(4)項記載のコネクタ用金属材料の製造方法、
(7)前記リフロー処理前の前記スズめっき層またはスズ合金めっき層の厚さが0.3〜0.8μmであり、かつ前記銅めっき層の厚さ(Cu厚)に対する前記スズめっきまたはスズ合金めっき層の厚さ(Sn厚)の比(Sn厚/Cu厚)が2未満であることを特徴とする(6)項記載のコネクタ用金属材料の製造方法、および
(8)前記リフロー処理がレーザ照射によることを特徴とする、(4)〜(7)のいずれか1項に記載のコネクタ用金属材料の製造方法
を提供するものである。
母材の形状としては、条材(板材を含む)または角線材(角棒材を含む)が好ましく、角線材であることがより好ましい。角線材では、その断面形状は、正方形、長方形、正六角形のいずれでも良く、異形線であっても良い。断面形状が略正方形の角線材は、本発明に好ましく用いることができる。
ニッケルめっき層の厚みは、0.02μm未満ではそのバリア機能が十分に発揮されなくなり、3.0μmを超えるとめっき歪みが大きくなって母材から剥離し易くなる。従って0.02〜3.0μmが好ましい。ニッケルめっき層の厚みの上限は端子加工性を考慮すると1.5μm、さらには1.0μmが好ましい。
また、スズめっきまたはスズ合金めっき厚が薄すぎるとスズの耐熱性、耐環境性が発現しにくいため、厚さは0.3μm以上が好ましく、0.3〜0.8μmがさらに好ましく、0.3〜0.6μmがより好ましい。
本発明において、Snめっきは、無電解めっきで行って形成しても良いが、電気めっきで形成するのが望ましい。また、Sn合金めっきとしては、Sn−Cu、Sn−Bi、Sn−Ag、Sn−Zn、Sn−In、Sn−Pb、Sn−Ag−CuなどのSn主体の合金のめっきを好ましく用いることができる。
表層の電気Snめっきは、例えば硫酸スズ浴を用い、めっき温度30℃以下、電流密度5A/dm2で行えばよい。ただし、条件はこの限りではなく適宜設定可能である。
リフローストライプ本数は1本以上であり、4〜8本が好ましい。また、用いられる条材および角線材の1面当たりのリフローストライプ本数は1〜2本が好ましい。ただし、角材料の端面には、通常、リフローストライプは設けない。
レーザの照射条件は、表面にまでCuSn合金が露出するような条件で行われる。レーザ出力は1W〜60Wが好ましい。
レーザのビーム径(スポット径)は、用いられる条材または線材の径(辺)より小さく、条材または線材の径の1/5より大きいことが好ましい。レーザのビーム径は、条材または線材の径に対して合計で1/5〜4/5であることがさらに好ましい。
また、リフローが過剰になることを防ぐため、レーザを照射する側と反対側から材料を冷却しながらレーザ照射してもよい。
レーザ処理は大気中で行ってもよいが、還元雰囲気下で行ってもよい。
なお、以下の実施例および比較例において、銅めっきは硫酸浴、ニッケルめっきはスルファミン酸浴、スズめっきは硫酸浴を用いて行った。
幅0.64mmの7/3黄銅角線に銅の下地めっきを厚さ0.3μm施した後、厚さ0.3μmのスズめっきを行った。その後、当該材料の各面幅方向中央部に、ビーム径0.2mmのYAGレーザ(出力30W、波長1064nm)を照射してリフローし、図1の拡大概略断面図に示す角線材を得た。図1中、1は母材(黄銅角線)および銅めっき層、2はスズめっき層、3は銅スズ合金層を示す。レーザ照射された部分の表面には銅スズ合金層3が露出したものとなった。
図2は、図1に示す角線材の銅スズ合金層を含む表面部分をさらに拡大して模式的に示す拡大概略断面図である。図中1aは母材、1bは銅めっき層、2はスズめっき層、3は銅スズ合金層を示す。
幅0.64mmのコルソン合金(古河電気工業(株)製、EFTEC−97:以下同様)の角線に銅の下地めっきを厚さ0.5μm施した後、厚さ0.6μmのスズめっきを行った。その後、当該材料の各面幅方向中央部に、ビーム径0.2mmのYAGレーザ(出力30W、波長1064nm)を照射してリフローし、角線材を得た。レーザ照射された部分の表面には銅スズ合金層が露出したものとなった。
幅0.64mmの7/3黄銅角線にニッケルの下地めっきを厚さ0.5μm、銅の下地めっきを厚さ0.3μm施した後、厚さ0.3μmのスズめっきを行った。その後、当該材料の各面幅方向中央部に、ビーム径0.2mmのYAGレーザ(出力30W、波長1064nm)を照射してリフローし、図3の拡大概略断面図に示す角線材を得た。図3中、1は母材(黄銅角線)および銅めっき層、2はスズめっき層、3は銅スズ合金層を示す。レーザ照射された部分の表面には銅スズ合金層が露出したものとなった。
図4は、図3に示す角線材の銅スズ合金層を含む表面部分をさらに拡大して模式的に示す拡大概略断面図である。図3では記載を省略したが、図4に示されるように母材1aと銅めっき層1bとの間にニッケルめっき層4が存在する。
幅0.64mmのコルソン合金角線にニッケルの下地めっきを厚さ0.5μm、銅の下地めっきを厚さ0.5μm施した後、厚さ0.6μmのスズめっきを行った。その後、当該材料の各面幅方向中央部に、ビーム径0.2mmのYAGレーザ(出力30W、波長1064nm)を照射してリフローし、角線材を得た。レーザ照射された部分の表面には銅スズ合金層が露出したものとなった。
幅0.64mmの7/3黄銅角線にニッケルの下地めっきを厚さ0.3μm、銅の下地めっきを厚さ0.3μm施した後、厚さ0.3μmのスズめっきを行った。その後、当該材料の各面幅方向中央部に、ビーム径が線径の1/3となるように調整した半導体レーザ(出力5W、波長915nm)を照射して、角線材を得た。レーザ照射された部分の表面には銅スズ合金層が露出したものとなった。
幅0.64mmのコルソン合金角線にニッケルの下地めっきを厚さ0.3μm、銅の下地めっきを厚さ0.5μm施した後、厚さ0.6μmのスズめっきを行った。その後、当該材料の各面幅方向中央部に、ビーム径が線径の1/3となるように調整した半導体レーザ(出力5W、波長915nm)を照射して、角線材を得た。レーザ照射された部分の表面には銅スズ合金層が露出したものとなった。
幅0.64mmの7/3黄銅角線にニッケルの下地めっきを厚さ0.5μm、銅の下地めっきを厚さ0.3μm施した後、厚さ0.3μmのスズめっきを行った。その後、当該材料の各面幅方向中央部に、ビーム径0.10mmの半導体レーザ(出力5W、波長915nm)を照射してリフローし、角線材を得た。レーザ照射された部分の表面には銅スズ合金層が露出したものとなった。
幅0.64mmの7/3黄銅角線にニッケルの下地めっきを厚さ0.5μm、銅の下地めっきを厚さ0.3μm施した後、厚さ0.3μmのスズめっきを行い、図5の拡大概略断面図に示す角線材を得た。図5中、11は母材(黄銅角線)および下地めっき層、12はスズめっき層である。
図6は、図5に示す角線材の表面部分をさらに拡大して模式的に示す拡大概略断面図である。図中11aは母材、11bは銅めっき層、11cはニッケルめっき層、12はスズめっき層を示す。
幅0.64mmの7/3黄銅角線にニッケルの下地めっきを厚さ0.5μm、銅の下地めっきを厚さ0.3μm施した後、厚さ0.3μmのスズめっきを行った。その後、バーナーによってSnの融点以上に加熱してリフローし、図7の拡大概略断面図に示す角線材を得た。図7中、11は母材(黄銅角線)および下地めっき層、13は銅スズ合金層である。
図8は、図7に示す角線材の表面部分をさらに拡大して模式的に示す拡大概略断面図である。図中11aは母材、11cはニッケルめっき層、13は銅スズ合金層を示す。
上記実施例1〜7、比較例1〜2の角線材の接触抵抗、はんだ濡れ性、動摩擦係数について、評価試験を行った。
(接触抵抗)
接触抵抗は、4端子法によって測定し、接触子にはAgプローブを用い1Nの荷重をかけて測定した。
2mΩ以内を良好◎、5mΩ以内が合格○、それ以上を不合格×とした。
(はんだ濡れ性)
はんだ濡れ性は、メニスコグラフ法によって測定を行った。
装置はレスカ(株)製ソルダーチェッカーSAT−5100を用いた。
はんだはSn−3.0Ag−0.5Cuの鉛フリーはんだを用いて、25%ロジンフラックスを使用した。
判定基準は、浸漬面積の95%以上が濡れている場合に良好◎、浸漬面積の90%以上濡れている場合に合格○、それ以下を不合格×とした。
(動摩擦係数)
動摩擦係数の測定には、バウデン試験器を用いた。
摺動子にはメス端子を模擬したディンプルを取り付けて測定した。
判定基準は、μk<0.25を良好◎、μk<0.3を合格○とし、それ以上を不合格×とした。
1a 母材
1b 銅めっき層
2 スズめっき層
3 銅スズ合金層
4 ニッケルめっき層
11 母材及びニッケルめっき層
11a 母材
11b 銅めっき層
11c ニッケルめっき層
12 スズめっき層
13 銅スズ合金層
Claims (8)
- 銅または銅合金により形成された条材または角線材を母材とするコネクタ用金属材料において、前記金属材料の表面の一部には、前記金属材料の長手方向にストライプ状に銅スズ合金層が形成され、前記金属材料の表面の残部にはスズ層またはスズ合金層が形成されていることを特徴とするコネクタ用金属材料。
- 前記スズ層またはスズ合金層の下層に、銅層または銅合金層が形成されていることを特徴とする請求項1記載のコネクタ用金属材料。
- 前記母材上に、ニッケル層またはニッケル合金層が形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2記載のコネクタ用金属材料。
- 銅または銅合金の条材または角線材を母材とし、この母材上にスズめっき層またはスズ合金めっき層を形成して中間材料を得たのち、前記中間材料の長手方向にストライプ状のリフロー処理を行い、銅スズ合金を表面の一部に露出させることを特徴とするコネクタ用金属材料の製造方法。
- 前記リフロー処理前の前記スズめっき層またはスズ合金めっき層の厚さが0.3〜0.8μmであることを特徴とする請求項4記載のコネクタ用金属材料の製造方法。
- 前記母材と、前記スズめっき層またはスズ合金めっき層との間に、前記母材上に近い側から、ニッケルめっき層またはニッケル合金めっき層、銅めっき層または銅合金めっき層を設けて中間材料を得ることを特徴とする、請求項4記載のコネクタ用金属材料の製造方法。
- 前記リフロー処理前の前記スズめっき層またはスズ合金めっき層の厚さが0.3〜0.8μmであり、かつ前記銅めっき層の厚さ(Cu厚)に対する前記スズめっきまたはスズ合金めっき層の厚さ(Sn厚)の比(Sn厚/Cu厚)が2未満であることを特徴とする請求項6記載のコネクタ用金属材料の製造方法。
- 前記リフロー処理がレーザ照射によることを特徴とする、請求項4〜請求項7のいずれか1項に記載のコネクタ用金属材料の製造方法。
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