JP2010262861A - プレスフィット端子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ハウジングに取付ける装着部11の一方側にめす端子接続部12が、他方側に基板接続部13がそれぞれ設けられ、基板接続部13を基板14に形成されたスルーホール15に圧入して基板14に取付けるプレスフィット端子10において、母材16の全表面に、Ni又はNi合金の下地めっき層23が設けられ、母材16のめす端子接続部12の下地めっき層23の表面には、Cu−Sn合金層24とSn層25が順次、又はCu−Sn合金層とSn合金層が順次、あるいはAu合金層が設けられ、母材16の基板接続部13の下地めっき層23の表面には、Cu3Sn合金層26とCu6Sn5合金層27が順次設けられ、しかもCu6Sn5合金層27の表面にSnが露出していない。
【選択図】図1
Description
この制御回路系統及びパワー回路系統と外部との接続には、図4に示すプレスフィット端子80が使用され、このプレスフィット端子80をコネクタのハウジング81に多数取付けた後、各プレスフィット端子80の膨出した基板接続部82を基板83のスルーホール84にそれぞれ圧入することで、電気的な接続を行っている。なお、プレスフィット端子80は、ハウジング81に取付ける装着部85の一方側にめす端子接続部86が、他方側に基板接続部82がそれぞれ設けられ、その表面には、鉛フリーを考慮して基板83のスルーホール84との接触性を高めるため、Snめっきがなされている(例えば、特許文献1参照)。
プレスフィット端子80が取付けられるハウジング81は、ほとんどの場合、樹脂で構成されているが、ハウジング81に取付けられるプレスフィット端子80の装着部85の表面には、軟らかいSnめっきがなされているため、このSnめっきが削れ易かった。このため、削られた破片が周囲に飛散し、場合によっては隣り合う端子のショートを引き起こすという問題があった。
また、プレスフィット端子80の基板接続部82にも、Snめっきが施されているため、この基板接続部82を基板83のスルーホール84に圧入した際には、Snの軟らかさに起因したSnのめくれが発生し、めっきの削れを防止することができず、上記したように、場合によっては隣り合う端子のショートを引き起こすという問題があった。
更に、プレスフィット端子80のめす端子接続部86は、母材の表面にSnめっきが施された構成となっているが、多数のめす端子接続部86を同時にめす端子に嵌合する際の挿入力を、十分に低減できる構成ではなかった。
このように、従来のプレスフィット端子80は、装着部85、基板接続部82、及びめす端子接続部86のそれぞれの機能が、十分に高められたものではなかった。
母材の全表面に、Ni又はNi合金の下地めっき層が設けられ、前記母材の前記めす端子接続部の前記下地めっき層の表面には、Cu−Sn合金層とSn層が順次、又はCu−Sn合金層とSn合金層が順次、あるいはAu合金層が設けられ、前記母材の前記基板接続部の前記下地めっき層の表面には、Cu3Sn合金層とCu6Sn5合金層が順次設けられ、しかも該Cu6Sn5合金層の表面にSnが露出していない。
本発明に係るプレスフィット端子において、前記母材の前記基板接続部に設けた前記Cu6Sn5合金層の表面へのCu3Sn合金の露出は、前記母材の前記基板接続部の全表面積の50%以下であってもよい。
本発明に係るプレスフィット端子において、前記母材はCu又はCu合金であって、前記下地めっき層の厚みは0.4μm以上5μm以下であることが好ましい。
本発明に係るプレスフィット端子において、自動車の電子制御装置に使用されることが好ましい。
そして、母材の基板接続部の下地めっき層の表面には、Cu3Sn合金層とCu6Sn5合金層が順次設けられているので、母材の表面側の硬度が高くなり、スルーホールへ圧入する際の削れを十分に低減できる。また、Cu6Sn5合金層の下層にCu3Sn合金層を形成することで、Cu6Sn5合金層の表面へSnが露出していない製品を製造する際の製造条件(例えば、下地めっき、Cuめっき、及びSnめっきのめっき厚や、加熱処理時の温度等)を広げることができ、安定した品質のプレスフィット端子を生産性よく製造できる。
更に、母材のめす端子接続部の下地めっき層の表面には、Cu−Sn合金層とSn層が順次、又はCu−Sn合金層とSn合金層が順次、設けられているので、硬いCu−Sn合金層の上面に軟らかいSn層又はSn合金層を設けた相乗効果で、摩擦係数を改善できる。これにより、潤滑性が良好となるため、めす端子接続部の嵌合時の挿入力を弱めることができると共に、電気的なコンタクトも維持できる。なお、下地めっき層の表面にAu合金層を設けた場合も、摩擦係数を改善でき、潤滑性が良好となるため、めす端子接続部の嵌合時の挿入力を弱めることができると共に、電気的なコンタクトも維持できる。
従って、装着部、めす端子接続部、及び基板接続部のそれぞれの機能を向上でき、良好な品質の製品を安定に、しかも作業性よく製造可能なプレスフィット端子を提供できる。
そして、母材の基板接続部に設けたCu6Sn5合金層の表面へのCu3Sn合金の露出が、母材の基板接続部の全表面積の50%以下である場合、スルーホールとの接触性の低下を生じにくい製品の製造条件を、更に緩和できる。
更に、母材がCu又はCu合金であって、下地めっき層の厚みが0.4μm以上5μm以下である場合、装着部での下地めっき層の厚みを十分に確保できる。また、母材の基板接続部でのCuの拡散を防止でき、Cu3Sn合金層とCu6Sn5合金層の形成が容易になる。
図1に示す本発明の一実施の形態に係るプレスフィット端子10は、コネクタのハウジング(図示しない)に取付ける装着部11の一方側にめす端子接続部12が、他方側に基板接続部13(膨出部ともいう)がそれぞれ設けられ、基板接続部13を基板14に形成されたスルーホール15に圧入し、基板14に取付けて使用するコンプライアント型のプレスフィット端子であり、その圧入に際しては、例えば、1端子当り5kg以上(50N以上:一般的には、50N以上100N以下程度)の垂直力が必要であり、50〜100本の端子を同時に圧入するものである。このプレスフィット端子10は、例えば、工場等で使用される電子機器、航空機、船舶、自動車等の各種電子機器に使用できるが、特に自動車の電子制御装置(ECU)への使用に適している。以下、詳しく説明する。
このプレスフィット端子10の装着部11とめす端子接続部12は、その断面形状が同一矩形状(長方形又は正方形)である。
また、プレスフィット端子10の基板接続部13の断面形状も、矩形状であるが、装着部11及びめす端子接続部12とは異なる形状である。なお、基板接続部13は、中央に切れ目17が入れられ、この部分が左右方向(横方向)に広げられた構成となっている。
プレス加工されたプレスフィット端子10の基板接続部13は、断面矩形状になっており、これをスルーホール15に挿入した場合、角部がスルーホール15の内側に接するので、角部を面取り加工(丸み付け加工)するのが好ましい。この面取りは、プレス加工の金型内で行う。このとき、面取りされた角部の形状は、プレスフィット端子10をスルーホール15へ挿入した際に、面取りされた各角部を通過する円の形状が、スルーホールと一致するのが好ましい。
これらの基板接続部18〜22においても、その角部に丸み付け加工を行って、スルーホール15により広い面積で密着させるようにするのが好ましい。
この下地めっき層23の平均厚みは、0.4μm以上5μm以下とするのがよい。
Niのめっき層は、母材からのCuの拡散を防止するバリア層として機能するが、0.4μm未満の場合、耐食性(塩水噴霧試験)と接触抵抗が悪化し、5μmを超える場合、曲げ加工性が低下するため、上記した範囲とした。なお、このような理由から、下限を0.6μm、更には0.8μmとするのが好ましく、上限を3μm、更には2μmとするのが好ましい。
Cu−Sn合金層24は、Cu6Sn5合金層(η層:イータ層)となっており、その平均厚みが、例えば、0.1〜3.0μm程度である。なお、Cu−Sn合金層は、他の組成でもよい。ここで、Cu6Sn5合金の硬度は、例えば、荷重10gfでHv200〜300であるため、Snの硬度と比較して高く、しかも高硬度で安定している。
このCu−Sn合金層24の表面に設けられたSn層25の平均厚みは、例えば、0.2〜5.0μm程度である。
このように、硬いCu−Sn合金層の上面に軟らかいSn層を設けた相乗効果で、摩擦係数を改善できる。
また、下地めっき層の表面には、Cu−Sn合金層とSn層を順次設ける代わりに、Au合金層(例えば、Au−Ni、又はAu−Co合金等)を設けても、摩擦係数の低減が図れる。
下地めっき層23の上に形成したCu3Sn合金層26とCu6Sn5合金層27の合計厚みは、0.2μm以上5μm以下(好ましくは、下限を0.3μm、更には0.5μm、上限を4μm、更には3μm)の範囲である。
なお、Cu6Sn5合金層は、接触抵抗性もSnめっき層を表面に用いた場合と遜色がなく、しかも腐食性を有するガス(例えば、亜硫酸ガス)に対しても耐食性を有し、長期の寿命を有するため、その厚みを0.15μm以上とするのがよい。
なお、製造条件によっては、Cu6Sn5合金層の表面へCu3Sn合金が露出(Cu3Sn合金層の表面を、Cu6Sn5合金層とCu3Sn合金で100%覆っている)する場合もあるが、このとき、Cu6Sn5合金層の表面へのCu3Sn合金の露出は、基板接続部13の全表面積の50%以下(好ましくは、40%以下、更には30%以下)であれば、製品品質上問題ない程度である。
ここで、削れかすの評価は、基板接続部の外寸法が1.2mmのコンプライアントタイプのプレスフィット端子を使用し、これを内径1mmのスルーホールにハンドプレスで挿入したときの削れかすの長さで評価する。これにより、端子めっきの削れかすの一般的評価を行うことができ、端子めっきの良否の判定ができる。
なお、この方法と実質的に等価の評価方法で削れかすの長さを評価する場合も、本発明は適用される。
なお、基板接続部13のめっき厚みは、例えば、めっき電流密度を低下させること、またリフロー(加熱)時にめっき金属を他の部分に流すこと、等の方法を用いることにより薄くできる。
これにより、装着部11、めす端子接続部12、及び基板接続部13のそれぞれの機能を向上でき、良好な品質の製品を安定に、しかも作業性よく製造可能なプレスフィット端子10を提供できる。
まず、Cu板又はCu合金板からなる素材を、プレスフィット端子10と同一形状にプレス加工することにより、母材16を形成する。
次に、プレス加工後の母材16の全表面に、Niめっきによる下地めっきを行い、この下地めっき層23上のめす端子接続部12及び基板接続部13の相当位置に、CuによるCuめっきを行い、更にその上にSnによるSnめっきを行い、Cuめっき層とSnめっき層を順次形成する。なお、めっきは、電解めっきが好ましいが、無電解めっきでもよい。
ここで、Niの下地めっき層23の平均厚みは、0.4μm以上5μm以下である。
そして、下地めっき層23上の基板接続部13の相当位置に形成するCuめっき層の平均厚みを0.05μm以上2μm以下とし、Snめっき層の平均厚みを、形成されるCu3Sn合金層26とCu6Sn5合金層27の厚みに応じて調整(例えば、Cuめっき層の厚みの1.0倍以上1.9倍未満)している。
なお、下地めっき層23上の装着部11の相当位置に、Cu3Sn合金層28とCu6Sn5合金層29を形成する場合は、上記した基板接続部13と同様の方法で、Cuめっき層とSnめっき層を順次形成する(以上、第1工程)。
これにより、母材16のめす端子接続部12の下地めっき層23の表面に、Cu−Sn合金層24とSn層25を順次設けることができる。また、母材16の基板接続部13の下地めっき層23の表面に、Cu3Sn合金層26とCu6Sn5合金層27を順次設けることができる。
なお、母材16の装着部11の下地めっき層23の表面に、Cuめっき及びSnめっきを形成した場合は、母材16の装着部11の下地めっき層23の表面に、Cu3Sn合金層28とCu6Sn5合金層29を順次設けることができる。
なお、母材16の基板接続部13については、その最表層部にCu6Sn5合金層27が形成されるように製造条件を調整しているが、この製造条件の自由度は小さい。このため、不可避的にCu6Sn5合金層の表面へCu3Sn合金が露出する場合もあるが、このとき、Cu6Sn5合金層の表面へのCu3Sn合金の露出は、全表面積の50%以下(好ましくは、40%以下、更には30%以下)であればよい。
以上のように、下地めっき層23の上に、Cuめっき層とSnめっき層を形成し、これらを加熱して合金を生成しているので、比較的簡便に、めす端子接続部12にCu−Sn合金層24とSn層25を形成でき、基板接続部13にCu3Sn合金層26とCu6Sn5合金層27を形成できる。
また、前記実施の形態においては、第1工程で、下地めっき層の上にCuからなるCuめっき層とSnからなるSnめっき層を順次形成した場合について説明したが、Cuめっき層をCu合金で構成してもよく、またSnめっき層をSn合金で構成してもよい。また、めす端子接続部の下地めっき層の上に、直接Cu−Sn合金とSnを順次めっきしてもよく、基板接続部の下地めっき層の上に、直接Cu3Sn合金とCu6Sn5合金を順次めっきしてもよい。この場合、組織の合金化を高めるために更に加熱するのが好ましい。
Claims (5)
- ハウジングに取付ける装着部の一方側にめす端子接続部が、他方側に基板接続部がそれぞれ設けられ、該基板接続部を基板に形成されたスルーホールに圧入して該基板に取付けるプレスフィット端子において、
母材の全表面に、Ni又はNi合金の下地めっき層が設けられ、前記母材の前記めす端子接続部の前記下地めっき層の表面には、Cu−Sn合金層とSn層が順次、又はCu−Sn合金層とSn合金層が順次、あるいはAu合金層が設けられ、前記母材の前記基板接続部の前記下地めっき層の表面には、Cu3Sn合金層とCu6Sn5合金層が順次設けられ、しかも該Cu6Sn5合金層の表面にSnが露出していないことを特徴とするプレスフィット端子。 - 請求項1記載のプレスフィット端子において、前記母材の前記装着部の前記下地めっき層の表面に、Cu3Sn合金層とCu6Sn5合金層が順次設けられていることを特徴とするプレスフィット端子。
- 請求項1及び2のいずれか1項に記載のプレスフィット端子において、前記母材の前記基板接続部に設けた前記Cu6Sn5合金層の表面へのCu3Sn合金の露出は、前記母材の前記基板接続部の全表面積の50%以下であることを特徴とするプレスフィット端子。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載のプレスフィット端子において、前記母材はCu又はCu合金であって、前記下地めっき層の厚みは0.4μm以上5μm以下であることを特徴とするプレスフィット端子。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載のプレスフィット端子において、自動車の電子制御装置に使用されることを特徴とするプレスフィット端子。
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