JP2015094000A - 基板用端子および基板コネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】低挿入力化を実現でき、かつ、はんだ濡れ性の良好な基板用端子、また、これを用いた基板コネクタを提供する。【解決手段】基板用端子１は、金属材料よりなる基材１１と、基材１１の表面を覆うめっき被膜１２とを有する。めっき被膜１２は、Ｓｎ母相１２０ａと、Ｓｎ母相１２０ａに分散されたＳｎ−Ｐｄ系合金相１２０ｂとを備え、かつ、Ｓｎ母相１２０ａおよびＳｎ−Ｐｄ系合金相１２０ｂが外表面に存在する最外層１２０を有している。最外層１２０におけるＰｄ含有率は、７原子％以下とされている。基板コネクタ２は、基板用端子１と、基板用端子１を保持するハウジング２０とを有する。【選択図】図３

Description

本発明は、基板用端子および基板コネクタに関する。

従来、プリント回路基板に用いられる基板用端子として、Ｃｕ合金からなる基材と、基材の表面を覆うＳｎめっき被膜とを有する端子が知られている。この種の基板用端子は、一般に、ハウジングに保持させて基板コネクタを構成し、これをプリント回路基板に取り付けたり、プリント回路基板に端子を直接取り付けたりして使用される。

本願に先行する特許文献１には、各種コネクタに使用される端子として、Ｃｕ合金からなる基材の表面に、順次、Ｎｉめっき層、Ｃｕめっき層およびＳｎめっき層を積層してなるめっき被膜を有する端子が開示されている。同文献には、当該構成を採用することにより、相手方端子と接続する際の挿入力を低くすることができる点が記載されている。

なお、本願に先行する特許文献２には、表面凹凸を形成したＣｕ板表面に、Ｃｕめっき、Ｓｎめっきを形成した後、リフロー処理を施して得た接続部品用の導電材料が開示されている。

特開２００３−１４７５７９号公報 特許第３９２６３５５号公報

しかしながら、従来技術は、以下の点で改良の余地がある。すなわち、Ｓｎめっき被膜を有する従来の端子は、Ｓｎの軟らかさに起因してＳｎめっき被膜表面の摩擦係数が高く、相手方端子と接続する際の挿入力が大きくなるという問題がある。特に、基板コネクタは、複数の基板用端子を用いる多極構造が採用されることが多く、端子数の増加に伴って挿入力が大きくなりやすいという問題がある。

また、基板用端子は、その一端がはんだ接合によってプリント回路基板に接続されることが多い。そのため、めっき被膜のはんだ濡れ性が悪いと、接続信頼性が低下するという問題がある。

本発明は、上記背景に鑑みてなされたものであり、低挿入力化を実現でき、かつ、はんだ濡れ性の良好な基板用端子、また、これを用いた基板コネクタを提供しようとして得られたものである。

本発明の一態様は、金属材料よりなる基材と、該基材の表面を覆うめっき被膜とを有し、
該めっき被膜は、
Ｓｎ母相と該Ｓｎ母相に分散されたＳｎ−Ｐｄ系合金相とを備え、かつ、上記Ｓｎ母相および上記Ｓｎ−Ｐｄ系合金相が外表面に存在する最外層を有しており、
該最外層におけるＰｄ含有率は、７原子％以下とされていることを特徴とする基板用端子にある。

本発明の他の態様は、上記基板用端子と、該基板用端子を保持するハウジングとを有することを特徴とする基板コネクタにある。

上記基板用端子は、上記構成を有している。特に、上記基板用端子は、めっき被膜における最外層の外表面に、比較的軟らかいＳｎ母相だけではなく、比較的硬度の高いＳｎ−Ｐｄ系合金相が存在している。そのため、上記基板用端子は、最外層の外表面における摩擦係数が低減され、相手方端子と接続する際の挿入力を低く抑制することができる。

また、上記基板用端子は、最外層におけるＰｄ含有率が７原子％以下とされているので、良好なはんだ濡れ性を確保することができる。

上記基板コネクタは、上記構成を有しており、特に、上記基板用端子を有している。そのため、上記基板コネクタは、低挿入力で相手方コネクタと嵌合させることができる。また、上記基板コネクタは、上記基板用端子を、はんだ接合によりプリント回路基板に取り付ける際に良好に接合することができる。

実施例１の基板用端子、基板コネクタの説明図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ断面図である。 実施例１の基板用端子、基板コネクタにおける基材とめっき被膜とを模式的に示した説明図である。 実施例２の基板用端子、基板コネクタにおける基材とめっき被膜とを模式的に示した説明図である。 実験例１で作製しためっき部材の摩擦係数の測定結果を示したグラフである。 最外層中のＰｄ含有率とゼロクロスタイムとの関係を示すグラフである。

上記基板用端子は、一端がプリント回路基板に電気的に接続され、他端が相手方端子に接続されて用いられる端子である。上記基板用端子は、ハウジングに保持された状態でプリント回路基板に接続されるものであってもよいし、プリント回路基板に直接接続されるものであってもよい。前者の場合は、通常、ハウジングに複数の基板用端子が保持されるため、相手方コネクタとの嵌合時に、端子数の増加に伴う挿入力の増加を抑制しやすく、上記低挿入力化の効果を十分に発揮させることができる。

上記基板用端子において、端子形状を形づくる基材は、金属材料よりなる。基材を構成する金属としては、例えば、ＣｕまたはＣｕ合金、ＡｌまたはＡｌ合金などを用いることができる。基材を構成する金属としては、導電率が高く、加工性に富み、適度な強度を有する等の観点から、ＣｕまたはＣｕ合金を好適に用いることができる。

基材は、線材や板材などから構成することができる。具体的には、基材は、線材を切断したり、板材を打ち抜き加工したりすることにより構成することができる。なお、上記線材に対して切断前および／または切断後にプレス加工等による塑性加工を施すことができる。また、打抜き加工した板材に対してプレス加工等による塑性加工を施すことができる。基材が線材から構成されている場合、基材が板材から構成される場合に比べ、基材に表面凹凸を付与することが比較的困難である。そのため、基材が線材から構成されている場合は、基材の表面構成に関わらず、めっき被膜にて低挿入力化を図らなければならなくなる。それ故、この場合は、本願の構成を有するめっき被膜を採用することによる低挿入力化の効果を十分に発揮することができる。

上記基板用端子において、めっき被膜は、上記最外層を有している。当該最外層において、Ｓｎ母相は、Ｓｎを主な構成元素とする相であり、Ｓｎ以外にも、Ｎｉ等の後述する内層に含まれることがある元素や、Ｓｎ−Ｐｄ系合金相に取り込まれなかったＰｄや、Ｃｕ等の基材を構成する元素などを含みうる。また、上記最外層において、Ｓｎ−Ｐｄ系合金相は、主としてＳｎとＰｄとの合金よりなる相であり、合金構成元素としてのＰｄ以外にも、Ｎｉ等の後述する内層に含まれることがある元素や、Ｃｕ等の基材を構成する元素などを含みうる。

上記基板用端子は、最外層の外表面に、Ｓｎ母相とＳｎ−Ｐｄ系合金相との双方が存在している。なお、Ｓｎ母相、Ｓｎ−Ｐｄ系合金相は、最外層の内部にも存在することができる。また、最外層の外表面には、低挿入力化の実現、良好なはんだ濡れ性の確保に悪影響を及ぼさない範囲内であれば、Ｓｎ酸化物被膜が存在していてもよい。

上記基板用端子において、最外層の外表面に占めるＳｎ−Ｐｄ系合金相の面積率は、具体的には、１０％以上、好ましくは、２０％以上とすることができる。Ｓｎ−Ｐｄ系合金相が摩擦係数の低減に高い効果を有するため、この場合は、最外層の外表面における摩擦係数を効果的に低減することが可能となる。また、最外層の外表面に占めるＳｎ−Ｐｄ系合金相の面積率は、具体的には、８０％以下、好ましくは、５０％以下とすることができる。Ｓｎ母相が低い接触抵抗を有しているため、この場合は、端子の接触抵抗を小さくしやすくなる。上記面積率を１０％以上８０％以下とすることにより、摩擦係数の低減と接触抵抗の低減との両立を図りやすくなる。

上記基板用端子において、最外層におけるＰｄ含有率は、７原子％以下とされている。Ｐｄ含有率は、最外層中に含まれるＳｎとＰｄとの合計に対するＰｄの原子％を意味する。

最外層におけるＰｄ含有率は、最外層のはんだ濡れ性の指標であるゼロクロスタイムと相関がある。ゼロクロスタイムは、具体的には、メニスコグラフ法を用い、上記めっき被膜を有する試験片をはんだ浴に浸漬し、濡れ応力値が０になるまでの時間であり、はんだの濡れる速さを表す。一般的に、はんだに濡れる速さが速いほど、ゼロクロスタイムが短くなり、はんだ濡れ性がよいとされる。基板用端子では、ゼロクロスタイムは、２．５秒以下が望ましく、より好ましくは２秒以下であるとよい。

最外層におけるＰｄ含有率が７原子％を超えると、ゼロクロスタイムが２．５秒を超えるようになり、基板用端子のはんだ濡れ性が悪化する。最外層におけるＰｄ含有率は、はんだ濡れ性の向上の観点から、好ましくは６．５原子％以下、より好ましくは６原子％以下、さらに好ましくは５．５原子％以下、さらにより好ましくは５原子％以下とすることができる。なお、最外層におけるＰｄ含有率は、Ｓｎ−Ｐｄ系合金相の確保の観点から、１原子％以上とすることができる。

上記基板用端子において、最外層の厚みは、耐摩耗性、電気伝導性などの観点から、０．５〜３μｍ程度、好ましくは、１〜２μｍ程度とすることができる。

上記基板用端子において、めっき被膜は、基材と接する最外層から構成されていてもよいし、基材と最外層との間に介在する内層とを有していてもよい。後者の場合は、内層の種類を選択することにより、めっき被膜の基材への密着性向上や、最外層への基材成分の拡散抑制等を図ることが可能となる。

上記内層は、１層または２層以上から構成することが可能である。上記内層の材質としては、例えば、Ｎｉ、Ｎｉ合金等を例示することができる。この場合、より具体的には、上記めっき被膜は、基材に接するＮｉ層と該Ｎｉ層に接するＮｉ−Ｓｎ合金層との二層構造よりなる内層と、この内層に接する上記最外層とを有する構成などとすることができる。

上記基板用端子において、基材は、端子形状加工時に形成された破面を有しており、めっき被膜は、上記破面を含んで基材の表面を覆っている構成とすることができる。

この場合は、基材の主面のみならず、端子形状加工時に形成された基材の破面についても上記めっき被膜で覆われている。そのため、この場合は、はんだ濡れ性を確保しやすくなり、基板とはんだ接合する際の接続信頼性の向上を図りやすくなる。なお、上記破面としては、具体的には、基材を構成しうる線材の切断面や板材の打ち抜き加工面等を典型的なものとして例示することができる。また、基材の破面は、その全てがめっき被膜にて覆われていてもよいし、プリント回路基板との接続に関与しない部分の破面が一部めっき被膜に覆われることなく残っていてもよい。

上記基板用端子は、例えば、ＣｕまたはＣｕ合金などよりなる基材表面に、電気めっき法を用いて、厚み１〜３μｍ程度のＮｉめっき層を必要に応じて形成した後、厚み１０〜２０ｎｍ程度のＰｄめっき層、厚み１〜２μｍ程度のＳｎめっき層を順次形成し、２３０〜４００℃程度の加熱温度でリフロー処理を施すことなどによって形成することが可能である。

上記基板コネクタは、上記基板用端子と、上記基板用端子を保持するハウジングとを有している。基板用端子は、例えば、ハウジングの背面壁に圧入されることによってハウジングに保持されるよう構成することができる。この場合、基板用端子は、具体的には、相手方端子と嵌合により接続される嵌合接続部と、基板に接続される基板接続部と、嵌合接続部と基板接続部との間を連結する「Ｌ」字状等の屈曲部とを有する構成などを採用することができる。また、基板コネクタは、例えば、プリント回路基板上に配置されるハウジングに複数の基板用端子が配置されている構成等とすることができる。この場合は、各基板用端子が低挿入化されているので、端子数の増加に伴う挿入力の増大を効果的に抑制することが可能となり、低挿入力で相手方コネクタと嵌合させることができる。

上記基板コネクタにおいて、基板用端子は、はんだ接合によりプリント回路基板に取り付けられて使用されることが好ましい。上記基板コネクタは、上記最外層を有するめっき被膜を有しているので、はんだ濡れ性に優れ、接続信頼性の向上を図ることができる。

なお、上述した各構成は、上述した各作用効果等を得るなどのために必要に応じて任意に組み合わせることができる。

以下、実施例の基板用端子、基板コネクタについて、図面を用いて説明する。なお、同一部材については同一の符号を用いて説明する。

（実施例１）
実施例１の基板用端子、基板コネクタについて、図１〜図３を用いて説明する。図１〜図３に示すように、本例の基板用端子１は、金属材料よりなる基材１１と、基材１１の表面を覆うめっき被膜１２とを有している。めっき被膜１２は、Ｓｎ母相１２０ａとＳｎ母相１２０ａに分散されたＳｎ−Ｐｄ系合金相１２０ｂとを備え、かつ、Ｓｎ母相１２０ａおよびＳｎ−Ｐｄ系合金相１２０ｂが外表面に存在する最外層１２０を有している。最外層１２０におけるＰｄ含有率は、７原子％以下とされている。以下、これを詳説する。

本例において、基板用端子１は、基板コネクタ２に適用されるものである。基板用端子１は、具体的には、相手方端子（不図示）と嵌合により接続される嵌合接続部１０１と、プリント回路基板Ｐに接続される基板接続部１０２と、嵌合接続部１０１と基板接続部１０２との間を連結するＬ字状の屈曲部１０３とを有している。基板用端子１は、めっき被膜１２が形成されたＣｕまたはＣｕ合金線材をＬ字状に折り曲げ加工することにより形成されている。なお、基板用端子１は、ＣｕまたはＣｕ合金板材を線状に打ち抜き加工した後、めっき被膜１２を形成し、Ｌ字状に折り曲げ加工することにより形成されていてもよい。

本例において、めっき被膜１２は、具体的には、最外層１２０と、基材１１と最外層１２０との間に介在する内層１２１とを有している。内層１２１は、基材１１に接するＮｉ層１２１ａと、Ｎｉ層１２１ａに接するＮｉ−Ｓｎ合金層１２１ｂとの二層構造より構成されている。最外層１２０は、この内層１２１を構成するＮｉ−Ｓｎ合金層１２１ｂに接している。

なお、めっき被膜１２は、ＣｕまたはＣｕ合金よりなる基材１１表面に、電気めっき法を用いて、厚み１〜３μｍのＮｉめっき層、厚み１０〜２０ｎｍのＰｄめっき層、厚み１〜２μｍのＳｎめっき層を順次形成し、２３０〜４００℃の加熱温度でリフロー処理を施すことによって形成されている。

また、本例の基板コネクタ２は、上記基板用端子１と、この基板用端子１を保持するハウジング２０とを有している。

本例において、基板コネクタ２は、具体的には、プリント回路基板Ｐに固定されるハウジング２０と、ハウジング２０に組み付けられた複数の基板用端子１とから構成されている。
いる。

ハウジング２０は合成樹脂製であり、その前方側には嵌合時に相手方コネクタ（不図示）を収容するフード部２０１が形成され、そのフード部２０１の奥には背面壁２０２が一体に形成されている。基板用端子１は、ハウジング２０の背面壁２０２に圧入されて保持されている。

基板コネクタ２において、基板用端子１のうち、フード部２０１内に突出している部分が、相手方コネクタが備える雌型端子と嵌合によって接続される嵌合接続部１０１であり、その反対側の端部がプリント回路基板Ｐのランドにはんだ付けによって接続される基板接続部１０２とされている。

次に、本例の基板用端子、基板コネクタの作用効果について説明する。

本例の基板用端子１は、上記構成を有している。特に、基板用端子１は、めっき被膜１２における最外層１２０の外表面に、比較的軟らかいＳｎ母相１２０ａだけではなく、比較的硬度の高いＳｎ−Ｐｄ系合金相１２０ｂが存在している。そのため、基板用端子１は、最外層１２０の外表面における摩擦係数が低減され、相手方端子と接続する際の挿入力を低く抑制することができる。

また、基板用端子１は、最外層１２０におけるＰｄ含有率が７原子％以下とされているので、良好なはんだ濡れ性を確保することができる。

また、基板用端子１のめっき被膜１２は、内層１２１を有している。そのため、めっき被膜１２の基材１１への密着性向上や、最外層１２０への基材成分の拡散抑制等を図ることが可能となる。

本例の基板コネクタ２は、上記構成を有しており、特に、基板用端子１を有している。そのため、基板コネクタ２は、低挿入力で相手方コネクタと嵌合させることができる。特に、本例では、基板コネクタ２は、複数の基板用端子１を有しているので、個々の基板用端子１の摩擦低減により、コネクタ嵌合時における端子数増加に起因する挿入力の増大を効果的に抑制することができる。また、基板コネクタ２は、基板用端子１を、はんだ接合によりプリント回路基板Ｐに取り付ける際に良好に接合することができる。

（実施例２）
実施例２の基板用端子、基板コネクタについて、図４を用いて説明する。図４に示すように、実施例２の基板用端子１は、めっき被膜１２が内層１２１を有しておらず、最外層１２０から構成されている点で、実施例１の基板用端子１と異なっている。また、実施例２の基板コネクタ２は、実施例２の基板用端子１を用いた点で、実施例１の基板コネクタ２と異なっている。その他の構成は、実施例１と同様である。

上記構成とした場合でも、低挿入力化を実現でき、かつ、はんだ濡れ性の良好な基板用端子、これを用いた基板コネクタを得ることができる。

＜実験例＞
以下、実験例を用いてより具体的に説明する。

（実験例１）
清浄な銅基板（大きさ４０ｍｍ×１００ｍｍ、厚み３００μｍ、）の表面に、厚み２．０μｍのＮｉめっき層、厚み２０ｎｍのＰｄめっき層、厚み１．０μｍのＳｎめっき層を順次形成した。その後、これを大気中にて３００℃で加熱し、試料１のめっき部材を作製した。

得られた試料１のめっき部材の断面について走査型イオン顕微鏡（ＳＩＭ）による観察を行った。その結果、図３に示すように、めっき被膜は、最外層と二層構造の内層とから構成されていた。最外層は、具体的には、Ｓｎ母相とＳｎ母相に分散されたＳｎ−Ｐｄ系合金相とを備え、かつ、Ｓｎ母相およびＳｎ−Ｐｄ系合金相が外表面に存在していた。また、内層は、具体的には、基材に接するＮｉ層と、Ｎｉ層に接するＮｉ−Ｓｎ合金層との二層より構成されていた。また、本実験例において、リフロー処理する前のＳｎめっき層、Ｐｄめっき層の厚み、元素の密度、原子量を用いて算出される最外層中のＰｄ含有率は、３．０原子％である。

なお、試料１のめっき部材の作製において、厚み１．０μｍのＳｎめっき層のみを形成し、比較試料のめっき部材とした。

端子の挿入力の指標として、試料１および比較試料のめっき部材について、動摩擦係数を評価した。つまり、平板状のめっき部材と半径１ｍｍのエンボス状にしためっき部材とを鉛直方向に接触させて保持し、ピエゾアクチュエータを用いて鉛直方向に５Ｎの荷重を印加しながら、１０ｍｍ／ｍｉｎ．の速度でエンボス状のめっき部材を水平方向に引張り（引っ張った距離を摩擦距離とする。）、ロードセルを使用して摩擦力を測定した。摩擦力を荷重で割った値を摩擦係数とした。

図５に、試料１および比較試料のめっき部材の摩擦係数の測定結果を示す。図５に示されるように、比較試料のめっき部材は、めっき被膜が従来のＳｎめっき被膜からなるため、高い摩擦係数を示していることがわかる。これに対し、試料１のめっき部材は、めっき被膜が上記構成を有しているため、比較試料のめっき部材に比べ、摩擦係数が低減されていることが確認された。

（実験例２）
試料１のめっき部材の作製と同様にして、最外層におけるＰｄ含有率の異なる試料２〜試料４のめっき部材を作製した。この際、Ｐｄ含有率は、Ｓｎめっき層の厚みを１．０μｍとするとともに、Ｐｄめっき層の厚みを１０ｎｍ（試料２）、２０ｎｍ（試料３）、５０ｎｍ（試料４）とすることにより調節した。試料２は、Ｐｄ含有率が１．６原子％、試料３は、Ｐｄ含有率が３．０原子％、試料４は、Ｐｄ含有率が６．４原子％である。

ＪＩＳ Ｚ ３１９８−４に準拠し、メニスコグラフ法を用い、各試料、比較試料のめっき部材をはんだ浴に浸漬してゼロクロスタイムを測定した。上記測定条件は、使用はんだ：Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ（石川金属株式会社製、「Ｊ３」）、はんだ温度：２５０℃、浸漬深さ：２ｍｍ、浸漬速度：５ｍｍ／秒、浸漬時間：１０秒とした。その結果を、図５に示す。

図５に示されるように、最外層のＰｄ含有率が７原子％以下の場合、ゼロクロスタイムを２．５秒以下にすることができることがわかる。換言すれば、最外層のＰｄ含有率が７原子％を超えると、ゼロクロスタイムが２．５秒を超えるようになり、基板用端子のはんだ濡れ性が悪化し、接続信頼性が低下するといえる。また、基板用端子のはんだ濡れ性をより向上させるためにゼロクロスタイムを２秒以下とするには、Ｐｄ含有率を５．５％以下とすればよいこともわかる。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、上記実施例では、上記基板用端子を基板コネクタに適用した例について説明した。これに限定されることなく、上記基板用端子は、その形状を最適な形状に構成し、ハウジングに保持することなく、プリント回路基板に直接接続して使用することが可能である。

１ 基板用端子
１１ 基材
１２ めっき被膜
１２０ 最外層
１２０ａ Ｓｎ母相
１２０ｂ Ｓｎ−Ｐｄ系合金相
２ 基板コネクタ
２０ ハウジング

Claims (6)

1. 金属材料よりなる基材と、該基材の表面を覆うめっき被膜とを有し、
   該めっき被膜は、
   Ｓｎ母相と該Ｓｎ母相に分散されたＳｎ−Ｐｄ系合金相とを備え、かつ、上記Ｓｎ母相および上記Ｓｎ−Ｐｄ系合金相が外表面に存在する最外層を有しており、
   該最外層におけるＰｄ含有率は、７原子％以下とされていることを特徴とする基板用端子。
2. 上記めっき被膜は、上記基材と上記最外層との間に介在する内層とを有していることを特徴とする請求項１に記載の基板用端子。
3. 上記基材は、端子形状加工時に形成された破面を有しており、
   上記めっき被膜は、上記破面を含んで上記基材の表面を覆っていることを特徴とする請求項１または２に記載の基板用端子。
4. 上記基材は、ＣｕまたはＣｕ合金であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板用端子。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の基板用端子と、該基板用端子を保持するハウジングとを有することを特徴とする基板コネクタ。
6. 上記基板用端子は、はんだ接合によりプリント回路基板に取り付けられて使用されることを特徴とする請求項５に記載の基板コネクタ。

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