JP2012028139A - 接続用端子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】接続用端子10は、Cu又はCu合金からなる母材11の表面に、In又はInを主体とする合金からなる表面めっき層14が設けられ、表面めっき層14の下地に、表面めっき層14よりも硬い硬質めっき層13が形成されているので、総挿入力の低減が図れ、更には安定した電気的な接続信頼性を備えることが可能となる。
【選択図】図1
Description
自動車の電装化が進む中にあっては、このようなコネクタの極数、即ち、コネクタ中の端子の極数が増加する傾向にある。この端子の極数が増加するに伴って挿入力が大きくなるため、実装に際しては、道具が必要となったり、また人が挿入させる場合でも大きな力を必要とするようになり、組み立て作業の効率を低下させてしまう問題がある。
そのため、極数が増加しても、挿入力が従来よりも大きくならないような低挿入力端子が要求されている。
なお、PCB端子は、多極の端子より構成され、導電性、めっき性、曲げ加工性、機械的強度等の特性を必要とすることから、PCB端子に銅又は銅合金からなる母材を用いることが多い。また、表面には、耐食性等の問題から通常Snめっきが施されている。
この場合においても、端子嵌合部の低挿入力化は求められている。
例えば、このPCB端子の端子嵌合部をメス端子に挿入するに際しては、例えば、1端子あたり5N程度の挿入力が必要であるが、前記したように、PCB端子は多極の端子を有するため、例えば、20極の場合だと100N(10kg)程度の挿入力が必要となる。
このように、挿入力が高くなると組立て時における作業性等が悪くなる。そこで、摩擦係数を20%程度低減させ、総挿入力を80N以下にできる端子、具体的には、母材の表面に、Ni(ニッケル)めっき、Cu(銅)めっき、及びSnめっきを順次行い、更にリフロー処理により形成された表面被覆層を有する端子が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
ここで、前記硬質めっき層の平均厚みは0.05〜10μmであることが望ましい。
ここで、前記下地めっき層の平均厚みは10μm以下であることが好ましい。
従って、総挿入力の低減を図ることが可能な接続用端子を提供できる。
従って、安定した電気的な接続信頼性を備えることができる。
従って、下地めっき層を設けることで、製品の信頼性への効果がより大きくなる。
上記した硬質めっき層と表面めっき層は、リフロー処理を施さない場合においても、In及びCuの相互拡散により常温域で自然に形成できる。しかし、例えば、下地めっき層の表面に、CuもしくはCu合金めっき層と、InもしくはIn合金めっき層を形成した後、リフロー処理することで、硬質めっき層と表面めっき層を容易に形成できる。ここで、硬質めっき層となるCu−In合金層は、金属間化合物となっているため、十分な硬さを有している。このため、硬い硬質めっき層の上面に軟らかい表面めっき層を設けた相乗効果で、摩擦係数の低減が十分可能となる。
図1(A)、図2に示すように、本発明の一実施の形態に係る接続用端子10は、母材11の端子嵌合部の表面に、下地めっき層12と、硬質めっき層13と、表面めっき層14とを順次設けたものであり、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、特に自動車の電子制御装置(ECU)への使用に適したPCBコネクタ用端子や中継用端子等である。以下、詳しく説明する。
この母材11の端子嵌合部の表面には、Ni(ニッケル)又はNi合金(例えば、Ni−P(ニッケル/リン)、Ni−B(ニッケル/ホウ素)、Ni−Co(ニッケル/コバルト)等)からなる下地めっき層12が設けられている。なお、Niめっきには、無光沢めっきや半光沢めっき、更には、緻密な光沢めっきを使用することができるが、リフロー処理を施す場合は、半光沢めっきもしくは無光沢めっきを施すことが好ましい。
この下地めっき層12は、母材11中のCu、及びその他のCu合金中元素の拡散を抑制するためのもの(バリア層)であり、その平均厚みは、10μm以下(好ましくは、下限を0.05μm)とするのがよい。ここで、下地めっき層の厚みに上限を設けたのは、厚みの増加に伴う拡散抑制効果が小さいことによる。なお、生産性の観点から、好ましくは、5μm以下、更には3μm以下とするのがよい。また、下地めっき層は形成しなくてもよい。
なお、硬質めっき層は、Cu−In合金の代わりに、例えば、Cu−Sn(銅/錫)合金、In−Zn(インジウム/亜鉛)合金、In−Ni(インジウム/ニッケル)合金、In−Fe(インジウム/鉄)合金等の金属間化合物(合金層)等で構成することもできる。
ここで、硬質めっき層中の金属間化合物の含有量は、90質量%以上100質量%未満であればよい。
更に、硬質めっきにCu−Inの金属間化合物からなるCu−In合金層(金属間化合物の含有量:100質量%)を用いる場合、Cu−In合金層中に下地めっき元素や素材元素であるNi、Co、Sn、Zn(亜鉛)、P(リン)、及びB(ホウ素)のいずれか1種又は2種以上を含むこともできる。
硬質めっきの平均厚みが0.05μm未満であると、下地めっきであるNi及び母材元素の拡散抑制効果が小さくなる。従って、望ましくは、0.1μm以上とするのがよい。
一方、硬質めっきの平均厚みが10μmを超えると、生産性を阻害させる。従って、望ましくは5μm以下とするのが良い。
表面めっき層は、In(インジウム及び不可避的不純物)で構成されることが好ましいが、表面めっき層中に、母材元素や下地めっきの元素、更には硬質めっきの元素が拡散して含まれる場合もある。
また、表面めっき層は、Inの代わりに、Inを主体とする合金めっきで構成することもできる。このIn合金めっきは、In含有量が40質量%以上(好ましくは60質量%以上、更に好ましくは80質量%以上)、100質量%未満であり、他は、Inの軟らかさを損なわない範囲で、添加元素及び不可避的不純物を含んでいる。
ここで、表面めっき層をInで構成した場合に、Inのめっき厚さが摩擦係数μに及ぼす影響について、図3を参照しながら説明する。この図3で説明した接続用端子の試験片は、厚さ1μmのNiの下地めっき層(無光沢Niめっき)の上に、厚みの異なるCuのめっき層(0.1μm:◆、0.18μm:■、0.26μm:▲)と、Inのめっき層を順次形成し、これをリフロー処理して、Inの表面めっき層を形成したものである。なお、図3の横軸は、リフロー処理前のInのめっき厚みを示している。
これら従来の端子の摩擦係数を考慮(目標値:摩擦係数0.4以下)すれば、Inの平均めっき厚みを0.4μm以上、更には0.45〜10μm(上限は、好ましくは5μm、更に好ましくは1.5μm)にすることが好ましい。ここで、Inのめっき厚みに上限を設けたのは、Inの使用量増加に伴う摩擦係数の低減効果が小さいことによる。
図4より、表面めっき層であるIn厚さは、0μmで摩擦係数が0.4〜0.5程度であるのに対し、In厚さを0.05μmとすることで、摩擦係数を0.38〜0.45まで低減できる。更に、摩擦係数の目標値0.4以下を考慮すると、表面めっき層であるIn厚さは、0.15μm以上が望ましい。なお、摩擦係数の目標値は、端子使用時の表面めっき層とその接触部との接触性等を考慮すれば、現実的には0.1以上であるのがよい。
図5に示すように、表面EDX組成分析で検出されるIn量が増加すると共に、摩擦係数が低下する傾向にあることが分かる。なお、上記した従来の端子の摩擦係数を考慮(目標値:摩擦係数0.4以下)すれば、Inの質量がCuの質量の0.8倍以上、更には1倍以上にすることが好ましい。
なお、使用した実施例1〜3の試験片は、0.9μmのNi下地めっき層の上に、0.18μmのCuめっき層と、厚みの異なるInのめっき層(0.7μm:◆、0.9μm:■、1.1μm:▲)を順次形成し、これをリフロー処理して、Cu−In合金の硬質めっき層の上にInの表面めっき層を形成したものである。また、図6には、前記した従来のSnめっき(リフロー処理済み)が設けられた比較例1の試験片(○)と、母材の表面に、Niめっき、Cuめっき、及びSnめっきを順次設けてリフロー処理した比較例2の試験片(●)の各接触抵抗も示している。
一方、比較例1の試験片は、時間の経過と共に、接触抵抗が増加する傾向にあった。これは、時間の経過と共に、母材元素であるCuがSnめっき中に拡散し、更にめっき表面にも拡散してCu−O酸化物を形成し、このCu−O酸化物が接触抵抗の増加をもたらしたことによる。
また、比較例2の試験片の接触抵抗は、比較例1よりは優れるものの、接触抵抗の大きさは実施例1〜3の試験片の1〜2倍程度であった。
以上のことから、実施例1〜3の試験片は、安定した電気的な接続信頼性を備えることが分かった。
なお、使用した実施例の試験片は、0.9μmのNi下地めっき層の上に、0.18μmのCuめっき層と、0.9μmのInのめっき層を順次形成し、これをリフロー処理して、Cu−In合金の硬質めっき層の上にInの表面めっき層を形成したものである。また、図7(A)は、メス端子側に、前記した従来のSnめっき(リフロー処理済み)を設け、図7(B)は、メス端子側に、Niめっき、Cuめっき、及びSnめっきを順次設けてリフロー処理したものを使用した。
上記した接触抵抗の挙動は、試験片に従来のSnめっき(リフロー処理済み)を設け、メス端子側に、Niめっき、Cuめっき、及びSnめっきを順次設けてリフロー処理したものを用いて、微摺動磨耗試験を行った場合と同様の挙動を示した。
以上のことから、実施例の試験片は、Snと同程度の微摺動磨耗特性を備えることが分かった。
まず、Cu又はCu合金からなる板材(素材)を、接続用端子10と同一形状にプレス加工することにより、母材11を形成する(以上、準備工程)。
次に、図2に示すように、母材11の端子嵌合部の表面に、Niめっきによる下地めっきを行い、Niめっき層15を形成する。なお、Niめっき層15の平均厚みは、10μm以下である(以上、Niめっき工程)。
そして、このNiめっき層15の表面にCuめっきを行い、Cuめっき層16を形成する。なお、Cuめっき層16の平均厚みは、例えば、0.03〜5μm程度である。ここで、Cuめっき層の厚みが0.03μm未満(特に、0.02μm程度)であり、下地めっき層にNiめっきを施した場合、Niの拡散により、合金層が急成長してしまい、更に加熱経時後の接触信頼性に悪影響を及ぼす。一方、Cuめっき層の厚みは、生産性の観点より5μm以下とするのがよい。
また、Niめっきを施さない場合は、Cuめっきを省略することもできる(以上、Cuめっき工程)。
以上に示した、各めっきは、電解めっきが好ましいが、無電解めっきや溶融めっきでもよい。
そして、上記したNiめっき層15、Cuめっき層16、及びInめっき層17が形成された母材11をリフロー処理する。この加熱方法には、例えば、熱風等による直接加熱、雰囲気加熱、又は高周波加熱等のいずれかの方法がある。
これにより、図1(A)、図2に示すように、母材11の端子嵌合部の表面に、Niの下地めっき層12、Cu−In合金の硬質めっき層13、及びInの表面めっき層14が順次設けられた接続用端子10を製造できる。なお、本端子をPCB端子として使用する場合、母材11の基盤接続部については、特に限定されるものではなく、例えば、Snめっき(はんだ付け時)やCu−Snの硬質めっき(プレスフィット時)がなされている。
以上のように、Niめっき層15の上に、Cuめっき層16とInめっき層17を形成し、これらを加熱して、Cu−In合金の硬質めっき層13を形成しているので、比較的簡便に、端子嵌合部に硬質めっき層13とInの表面めっき層14を形成できる。
これにより、総挿入力の低減が図れ、更には安定した電気的な接続信頼性を備えることが可能な接続用端子を製造できる。
Claims (8)
- Cu又はCu合金からなる母材の表面に、In又はInを主体とする合金からなる表面めっき層が設けられ、該表面めっき層の下地に、該表面めっき層よりも硬い硬質めっき層が形成されていることを特徴とする接続用端子。
- 請求項1記載の接続用端子において、前記表面めっき層の平均厚みは0.05〜10μmであることを特徴とする接続用端子。
- 請求項1又は2記載の接続用端子において、前記硬質めっき層は、1)CuとInの金属間化合物、もしくは、2)Cu及びInに、更にNi、Co、Sn、Zn、P、及びBのいずれか1種又は2種以上を含む金属間化合物からなることを特徴とする接続用端子。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の接続用端子において、前記硬質めっき層の平均厚みは0.05〜10μmであることを特徴とする接続用端子。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の接続用端子において、前記硬質めっき層の下地に、Ni又はNi合金からなる下地めっき層を設けたことを特徴とする接続用端子。
- 請求項5記載の接続用端子において、前記下地めっき層の平均厚みは10μm以下であることを特徴とする接続用端子。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の接続用端子において、前記表面めっき層は、電気めっき処理して、又は該電気めっき処理後にリフロー処理して形成されていることを特徴とする接続用端子。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の接続用端子において、摩擦係数が0.1〜0.45であることを特徴とする接続用端子。
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