JP2015167099A - Connector terminal and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コネクタ端子及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a connector terminal and a manufacturing method thereof.
例えばハイブリッドカーや電気自動車における高出力モータへの給電等に用いるコネクタ端子として、従来よりも大きな電流を通電可能な、Ag(銀)めっき層を備えたコネクタ端子が用いられている。Agは、汎用の端子に用いられているSn(スズ)に比べて電気抵抗値が小さいため、通電に伴う発熱量を低減することができる。また、AgはSnに比べて融点が高いため、耐熱性に優れている。これらのAgの特性により、Agめっき層を備えたコネクタ端子は、従来よりも大きな電流を通電する用途に好適である。 For example, a connector terminal provided with an Ag (silver) plating layer capable of supplying a larger current than that of a conventional connector terminal is used as a power supply terminal for a high-power motor in a hybrid car or an electric vehicle. Since Ag has a smaller electrical resistance value than Sn (tin) used for general-purpose terminals, it can reduce the amount of heat generated by energization. Moreover, since Ag has a higher melting point than Sn, it has excellent heat resistance. Due to these Ag characteristics, the connector terminal provided with the Ag plating layer is suitable for applications in which a larger current is applied than in the past.
しかしながら、Agめっき層は比較的軟らかいため、コネクタ端子を挿抜する際の相手方端子との摺動により摩耗が発生しやすい。また、Agめっき層を備えたコネクタ端子は、相手方端子との摺動時の摩擦係数を低減することが難しく、挿抜する際に必要な挿抜力が大きくなるという問題がある。本発明者らは、鋭意検討の結果、コネクタ端子の表面に純Agよりも硬いAg−Sn合金層を形成することにより、相手方端子との摺動時の摩擦係数を低減できることを見出した(特許文献1)。 However, since the Ag plating layer is relatively soft, wear is likely to occur due to sliding with the mating terminal when the connector terminal is inserted or removed. Moreover, the connector terminal provided with the Ag plating layer has a problem that it is difficult to reduce the coefficient of friction when sliding with the counterpart terminal, and the insertion / extraction force required for insertion / extraction increases. As a result of intensive studies, the present inventors have found that the friction coefficient when sliding with the mating terminal can be reduced by forming an Ag—Sn alloy layer harder than pure Ag on the surface of the connector terminal (patent). Reference 1).
一方、摺動部材の分野においては、AgをIn(インジウム)と合金化させたAg−In合金を表面に設けることにより、摩擦係数を低減する技術が知られている(特許文献2、3)。Ag−In合金は純Agに比べて硬いため、優れた耐摩耗性を有する。また、硬いAg−In合金を表面に設けることにより、コネクタ端子を挿抜する際の摩擦係数を小さくでき、ひいては挿抜力を低減する効果を期待することができる。
On the other hand, in the field of sliding members, a technique for reducing the friction coefficient by providing an Ag—In alloy obtained by alloying Ag with In (indium) on the surface is known (
また、InはSnに比べて融点が低いため、Agと合金化させるためのリフロー処理における加熱温度を低減することができる。それ故、Ag−Sn合金に換えてAg−In合金をコネクタ端子の表面に設けることにより、Ag−Sn合金と同等以上の性能を維持しつつ、リフロー処理を低温化することが期待できる。 In addition, since In has a lower melting point than Sn, the heating temperature in the reflow process for alloying with Ag can be reduced. Therefore, by providing an Ag—In alloy on the surface of the connector terminal instead of the Ag—Sn alloy, it can be expected that the temperature of the reflow process is lowered while maintaining the performance equivalent to or higher than that of the Ag—Sn alloy.
しかしながら、特許文献2や特許文献3に記載された摺動部材は、基材表面の全面にAg−In合金を有している。Ag−In合金は、純Agに比べて硬く、かつ、純Agに比べて高い電気抵抗率を有する。そのため、基材表面の全面にAg−In合金を有するコネクタ端子は、相手方端子との接触抵抗を低減することが困難である。
However, the sliding members described in
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、製造容易であり、優れた性能を示すコネクタ端子及びその製造方法を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such a background, and is intended to provide a connector terminal that is easy to manufacture and exhibits excellent performance, and a method for manufacturing the connector terminal.
本発明の一態様は、金属よりなる基材と、
該基材上に形成されたAg−In合金層と、
該Ag−In合金層上に積層され、表面に露出した表面Ag層とを有することを特徴とするコネクタ端子にある。
One aspect of the present invention is a substrate made of a metal,
An Ag-In alloy layer formed on the substrate;
A connector terminal having a surface Ag layer laminated on the Ag—In alloy layer and exposed on the surface.
本発明の他の態様は、金属よりなる基材の表面に複数回のめっき処理を施し、第1Agめっき膜と、該第1Agめっき膜上に積層されたInめっき膜と、該Inめっき膜上に積層され、表面に露出した第2Agめっき膜とを含む多層金属層を形成する工程と、
上記多層金属層を加熱するリフロー処理を施して上記多層金属層に含まれるAgとInとを合金化させ、上記基材上に、Ag−In合金層と、該Ag−In合金層上に積層され、表面に露出した表面Ag層とを形成する工程とを有することを特徴とするコネクタ端子の製造方法にある。
According to another aspect of the present invention, a surface of a base material made of a metal is subjected to a plurality of plating treatments, a first Ag plating film, an In plating film laminated on the first Ag plating film, and the In plating film Forming a multilayer metal layer including a second Ag plating film laminated on the surface and exposed on the surface;
Reflow treatment for heating the multilayer metal layer is performed to alloy Ag and In contained in the multilayer metal layer, and the Ag—In alloy layer and the Ag—In alloy layer are laminated on the base material. And a step of forming a surface Ag layer exposed on the surface.
上記コネクタ端子は、上記基材上に形成された上記Ag−In合金層を有している。上記Ag−In合金層は純Agに比べて硬いため、コネクタ端子の挿抜時における摩耗を抑制することができる。また、上記Ag−In合金層の存在により、相手方端子との摺動時における摩擦係数を低減し、ひいてはコネクタ端子の挿抜力を低減することができる。 The connector terminal has the Ag—In alloy layer formed on the base material. Since the Ag—In alloy layer is harder than pure Ag, it is possible to suppress wear during insertion and removal of the connector terminal. In addition, the presence of the Ag—In alloy layer can reduce the coefficient of friction when sliding with the counterpart terminal, thereby reducing the insertion / extraction force of the connector terminal.
また、上記コネクタ端子は、上記Ag−In合金層上に積層され、表面に露出した表面Ag層を有している。上記表面Ag層は、上記Ag−In合金層よりも軟らかく、電気抵抗率が低いため、相手方端子との接触抵抗を低減することができる。また、上記表面Ag層が上記Ag−In合金層上に積層されているため、相手方端子により上記表面Ag層に負荷される荷重が上記Ag−In合金層により十分に支持される。その結果、上記コネクタ端子は、挿抜時における上記表面Ag層の摩耗を抑制することができる。 The connector terminal is laminated on the Ag—In alloy layer and has a surface Ag layer exposed on the surface. Since the surface Ag layer is softer than the Ag-In alloy layer and has a lower electrical resistivity, the contact resistance with the counterpart terminal can be reduced. Further, since the surface Ag layer is laminated on the Ag—In alloy layer, the load applied to the surface Ag layer by the counterpart terminal is sufficiently supported by the Ag—In alloy layer. As a result, the connector terminal can suppress wear of the surface Ag layer during insertion / extraction.
以上のように、上記コネクタ端子は、低い接触抵抗、低い摩擦係数及び優れた耐摩耗性を有する。 As described above, the connector terminal has low contact resistance, a low coefficient of friction, and excellent wear resistance.
また、上記コネクタ端子の製造方法によれば、上記多層金属層に上記リフロー処理を施すことにより、上記基材上に、上述した構造を容易に形成することができる。また、Snよりも融点の低いInを用いているため、Snを用いる場合に比べて上記リフロー処理を低温で行うことができる。それ故、上記コネクタ端子を容易に作製することができる。 Moreover, according to the manufacturing method of the said connector terminal, the structure mentioned above can be easily formed on the said base material by giving the said reflow process to the said multilayer metal layer. In addition, since In having a lower melting point than Sn is used, the reflow process can be performed at a lower temperature than when Sn is used. Therefore, the connector terminal can be easily manufactured.
上記コネクタ端子は、例えば、メス型端子に挿入されるタブ部を有するオス型端子として構成されていてもよく、上記タブ部が挿入される筒状体部を有するメス型端子として構成されていてもよい。また、PCB(Printed Circuit Board)用端子として構成されていてもよい。 The connector terminal may be configured, for example, as a male terminal having a tab portion inserted into a female terminal, or as a female terminal having a cylindrical body portion into which the tab portion is inserted. Also good. Further, it may be configured as a PCB (Printed Circuit Board) terminal.
上記Ag−In合金層及び上記表面Ag層は、少なくとも、相手方端子との電気接点を構成する接点部に設けられていればよく、上記コネクタ端子の全面に設けられていてもよい。例えば上記コネクタ端子がオス型端子として構成されている場合には、上記Ag−In合金層及び上記表面Ag層は、少なくとも上記タブ部に設けられていればよい。同様に、上記コネクタ端子がメス型端子として構成されている場合には、上記Ag−In合金層及び上記表面Ag層は、例えば上記タブ部を押圧する弾性片部、または上記筒状体部における、上記弾性片部に対向する内壁面等に設けることができる。 The Ag—In alloy layer and the surface Ag layer may be provided at least on the contact portion constituting the electrical contact with the counterpart terminal, and may be provided on the entire surface of the connector terminal. For example, when the connector terminal is configured as a male terminal, the Ag—In alloy layer and the surface Ag layer may be provided at least on the tab portion. Similarly, when the connector terminal is configured as a female terminal, the Ag-In alloy layer and the surface Ag layer are, for example, an elastic piece portion that presses the tab portion, or the cylindrical body portion. It can be provided on the inner wall surface or the like facing the elastic piece portion.
上記基材は、導電性を有する種々の金属から選択可能である。具体的には、上記基材としては、Cu、Al(アルミニウム)、Fe(鉄)、またはこれらの金属を含む合金が好適に用いられる。これらの金属材料は、導電性だけではなく、成形性やバネ性にも優れ、種々の態様の電気接点に適用可能である。基材の形状としては、棒状、板状等種々の形状があり、厚み等の寸法は、用途に応じて種々選択可能である。なお、通常、厚みは0.2〜2mm程度とすることが好ましい。 The base material can be selected from various conductive metals. Specifically, Cu, Al (aluminum), Fe (iron), or an alloy containing these metals is preferably used as the substrate. These metal materials are excellent not only in electrical conductivity but also in formability and springiness, and can be applied to various types of electrical contacts. As the shape of the substrate, there are various shapes such as a rod shape and a plate shape, and the dimensions such as the thickness can be variously selected according to the application. In general, the thickness is preferably about 0.2 to 2 mm.
上記Ag−In合金層は、Ag及びInを含む合金より構成されている。上記Ag−In合金層には、Ag及びInに加えて、上記基材から拡散した金属元素や不可避不純物等が含まれ得る。 The Ag—In alloy layer is made of an alloy containing Ag and In. In addition to Ag and In, the Ag—In alloy layer may include a metal element diffused from the base material, inevitable impurities, and the like.
上記Ag−In合金層は、上記基材上に積層されていてもよく、上記Ag−In合金層と上記基材との間に他の金属層が形成されていてもよい。かかる金属層として、例えば、上記基材から上記Ag−In合金層等への金属元素の拡散を抑制する作用を有する拡散バリア層を形成することができる。上記拡散バリア層は、例えば上記基材がCuまたはCu合金から構成されている場合には、上記基材のCuが上記Ag−In合金層等へ拡散することを抑制できる。その結果、拡散したCuに起因する耐食性の低下や電気伝導性の低下を抑制することができる。上記拡散バリア層としては、例えば、Ni(ニッケル)めっき膜等を用いることができる。また、上記拡散バリア層の膜厚は、通常、0.5〜2.0μmの範囲で適宜設定することができる。 The Ag-In alloy layer may be laminated on the base material, and another metal layer may be formed between the Ag-In alloy layer and the base material. As such a metal layer, for example, a diffusion barrier layer having an action of suppressing diffusion of a metal element from the substrate to the Ag—In alloy layer or the like can be formed. For example, when the base material is made of Cu or a Cu alloy, the diffusion barrier layer can suppress Cu of the base material from diffusing into the Ag—In alloy layer or the like. As a result, it is possible to suppress a decrease in corrosion resistance and a decrease in electrical conductivity due to the diffused Cu. As the diffusion barrier layer, for example, a Ni (nickel) plating film or the like can be used. Moreover, the film thickness of the said diffusion barrier layer can be suitably set normally in the range of 0.5-2.0 micrometers.
また、上述した金属層として、上記Ag−In合金層と上記基材との密着性を向上させる作用を有する金属層を形成してもよい。 Moreover, you may form the metal layer which has the effect | action which improves the adhesiveness of the said Ag-In alloy layer and the said base material as a metal layer mentioned above.
上記表面Ag層は、実質的に純Agより構成されており、Agの他に不可避不純物が含まれ得る。 The surface Ag layer is substantially composed of pure Ag, and may contain inevitable impurities in addition to Ag.
上記表面Ag層は、上記Ag−In合金層よりも膜厚が薄いことが好ましい。この場合には、端子挿抜時の摩擦係数をより低減することができる。上記表面Ag層の膜厚が上記Ag−In合金層の膜厚以上となる場合には、上記Ag−In合金層による摩擦係数低減の効果が不十分となるおそれがある。また、この場合には、上記Ag−In合金層による端子挿抜時の荷重の支持が不十分となるおそれがあり、ひいては上記コネクタ端子の耐摩耗性が不十分となるおそれがある。 The surface Ag layer is preferably thinner than the Ag-In alloy layer. In this case, the friction coefficient at the time of terminal insertion / extraction can be further reduced. When the film thickness of the surface Ag layer is equal to or greater than the film thickness of the Ag-In alloy layer, the effect of reducing the friction coefficient by the Ag-In alloy layer may be insufficient. Further, in this case, there is a possibility that the load at the time of terminal insertion / extraction by the Ag—In alloy layer may be insufficient, and the wear resistance of the connector terminal may be insufficient.
また、上記表面Ag層の膜厚は、1μm以下であることが好ましい。この場合には、上記表面Ag層の摩耗をより抑制することができると共に、相手方端子との摺動時の摩擦係数をより低減することができる。一方、上記表面Ag層による接触抵抗低減の効果を十分に得るためには、上記表面Ag層の膜厚は、0.5μm以上であることが好ましい。従って、耐摩耗性、摩擦係数低減の効果及び接触抵抗低減の効果をバランスよく得るためには、上記表面Ag層の膜厚を0.5〜1μmの範囲に制御することがより好ましい。 Moreover, it is preferable that the film thickness of the said surface Ag layer is 1 micrometer or less. In this case, the wear of the surface Ag layer can be further suppressed, and the friction coefficient when sliding with the counterpart terminal can be further reduced. On the other hand, in order to sufficiently obtain the effect of reducing the contact resistance by the surface Ag layer, the film thickness of the surface Ag layer is preferably 0.5 μm or more. Therefore, in order to obtain a good balance between the wear resistance, the effect of reducing the friction coefficient, and the effect of reducing the contact resistance, it is more preferable to control the film thickness of the surface Ag layer in the range of 0.5 to 1 μm.
次に、上記コネクタ端子の製造方法について説明する。上記コネクタ端子の製造方法においては、まず、金属よりなる基材の表面に複数回のめっき処理を施し、上記多層金属層を形成する。上記多層金属層には、少なくとも、第1Agめっき膜と、該第1Agめっき膜上に積層されたInめっき膜と、該Inめっき膜上に積層され、表面に露出した第2Agめっき膜とが含まれる。このように、上記Inめっき膜を上記第1Agめっき膜と上記第2Agめっき膜との間に設けることにより、上記Ag−In合金層を容易に形成することができる。また、上記第2Agめっき膜を表面に露出させることにより、上記表面Ag層を容易に形成することができる。 Next, a method for manufacturing the connector terminal will be described. In the method for manufacturing a connector terminal, first, the surface of a base material made of metal is subjected to a plurality of plating treatments to form the multilayer metal layer. The multilayer metal layer includes at least a first Ag plating film, an In plating film laminated on the first Ag plating film, and a second Ag plating film laminated on the In plating film and exposed on the surface. It is. Thus, the Ag—In alloy layer can be easily formed by providing the In plating film between the first Ag plating film and the second Ag plating film. Further, the surface Ag layer can be easily formed by exposing the second Ag plating film to the surface.
なお、上記多層金属層は、上記第1Agめっき膜、上記Inめっき膜及び上記第2Agめっき膜以外に、他の金属膜を含んでいても良い。例えば、上記基材と上記Ag−In合金層との間にNiよりなる上記拡散バリア層を設ける場合には、上記基材と上記第1Agめっき膜との間にNiめっき膜を設ければよい。 The multilayer metal layer may include other metal films in addition to the first Ag plating film, the In plating film, and the second Ag plating film. For example, when the diffusion barrier layer made of Ni is provided between the base material and the Ag—In alloy layer, a Ni plating film may be provided between the base material and the first Ag plating film. .
上記多層金属層において、上記第2Agめっき膜は、上記第1Agめっき膜よりも膜厚が厚いことが好ましい。表面に露出した上記第2Agめっき膜の膜厚を厚くすることにより、上記表面Ag層をより容易に形成することができる。 In the multilayer metal layer, the second Ag plating film is preferably thicker than the first Ag plating film. The surface Ag layer can be more easily formed by increasing the thickness of the second Ag plating film exposed on the surface.
上記多層金属層を形成した後、該多層金属層を加熱するリフロー処理を施して上記多層金属層に含まれるAgとInとを合金化させ、上記基材上にAg−In合金層と、該Ag−In合金層上に積層されると共に表面に露出した表面Ag層とを形成する工程を実施する。上記リフロー処理においては、上記第2Agめっき膜の一部はInと合金化せず、上記表面Ag層となる。また、上記第1Agめっき膜は、全体がInと合金化してもよく、一部がInと合金化せずに純Agとして残存しても良い。 After forming the multilayer metal layer, a reflow treatment for heating the multilayer metal layer is performed to alloy Ag and In contained in the multilayer metal layer, and an Ag-In alloy layer on the base material, A step of forming a surface Ag layer laminated on the Ag—In alloy layer and exposed on the surface is performed. In the reflow process, a part of the second Ag plating film is not alloyed with In and becomes the surface Ag layer. Further, the first Ag plating film may be entirely alloyed with In, or a part thereof may remain as pure Ag without being alloyed with In.
上記リフロー処理における加熱温度は、Inの融点よりも高く、Agの融点よりも低いことが好ましい。即ち、上記リフロー処理において上記特定の温度範囲で加熱を施すことにより、Inのみを溶融させることができる。これにより、上記Ag−In合金層をより容易に形成することができる。 The heating temperature in the reflow process is preferably higher than the melting point of In and lower than the melting point of Ag. That is, by heating in the specific temperature range in the reflow process, only In can be melted. Thereby, the Ag—In alloy layer can be formed more easily.
上記コネクタ端子の実施例について、図1〜図4を用いて説明する。コネクタ端子1は、図1に示すように、金属よりなる基材2と、基材2上に形成されたAg−In合金層3と、該Ag−In合金層3上に積層され、表面100に露出した表面Ag層4とを有している。
Examples of the connector terminal will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the
コネクタ端子1は、例えば図3に示すように、タブ部11を有するオス型端子1aとして構成されていてもよく、図4に示すように、タブ部11が挿入される筒状体部12を有するメス型端子1bとして構成されていてもよい。また、図には示さないが、コネクタ端子1をPCBコネクタ用端子として構成することも可能である。
For example, as shown in FIG. 3, the
以下、コネクタ端子1の詳細な構成について、製造方法と共に説明する。まず、Cu合金よりなる基材2の表面に複数回のめっき処理を施し、図2に示すように、基材2上に積層された第1Agめっき膜51と、第1Agめっき膜51上に積層されたInめっき膜52と、Inめっき膜52上に積層され、表面500に露出した第2Agめっき膜53とからなる多層金属層5を形成する。これらのめっき処理を施す際の処理条件及び基材2の前処理条件としては、従来公知の条件を採用することができる。
Hereinafter, the detailed structure of the
次いで、多層金属層5を加熱するリフロー処理を施して多層金属層5に含まれるAgとInとを合金化させる。リフロー処理における加熱温度は、例えば150℃とすることができる。また、リフロー処理における加熱時間は、例えば120時間とすることができる。第1Agめっき膜51、Inめっき膜52及び第2Agめっき膜53の膜厚を、それぞれ1.5μm、2.0μm及び2.5μmに設定した場合には、上述の条件を用いてリフロー処理を施すことにより、基材2上に5.0μmのAg−In合金層3と1.0μmの表面Ag層4とを形成することができる。
Next, a reflow process for heating the
なお、上述しためっき膜の膜厚は、例えば以下の考え方に基づいて適宜変更することができる。AgとInの質量数及び密度を考慮すると、AgとInとを過不足なく合金化させるためには、Inめっき膜52の膜厚に対して合計で1.5倍の膜厚のAgめっき膜が必要である。リフロー処理によるInの拡散及びInとAgとの合金化は、第1Agめっき膜51及び第2Agめっき膜53において同じ速度で進行すると考えられる。そのため、第1Agめっき膜51及び第2Agめっき膜53がInめっき膜52の0.75倍の膜厚をそれぞれ有していれば、AgとInとを過不足なく合金化させることができる。つまり、第1Agめっき膜51は、少なくともInめっき膜52の0.75倍の膜厚を有していればよく、それ以上の膜厚を有する場合には、基材2とAg−In合金層3との間に純Agが残存し得る。
In addition, the film thickness of the plating film mentioned above can be suitably changed based on the following way of thinking, for example. Considering the mass number and density of Ag and In, in order to alloy Ag and In without excess or deficiency, the Ag plating film having a total thickness of 1.5 times the film thickness of the
一方、第2Agめっき膜53には、Inとの合金化に費やされる膜厚に加えて、表面Ag層4を形成するための膜厚が必要である。それ故、第2Agめっき膜53は、Inめっき膜52の0.75倍の膜厚に、狙いとする表面Ag層4の膜厚を加えた膜厚とすればよい。なお、以上の考え方は、膜厚を設定するための一例であり、これに限定されることはない。
On the other hand, the second
1 コネクタ端子
2 基材
3 Ag−In合金層
4 表面Ag層
DESCRIPTION OF
Claims (8)
該基材上に形成されたAg−In合金層と、
該Ag−In合金層上に積層され、表面に露出した表面Ag層とを有することを特徴とするコネクタ端子。 A base material made of metal;
An Ag-In alloy layer formed on the substrate;
A connector terminal having a surface Ag layer laminated on the Ag—In alloy layer and exposed on the surface.
上記多層金属層を加熱するリフロー処理を施して上記多層金属層に含まれるAgとInとを合金化させ、上記基材上に、Ag−In合金層と、該Ag−In合金層上に積層され、表面に露出した表面Ag層とを形成する工程とを有することを特徴とするコネクタ端子の製造方法。 The surface of the base material made of metal was subjected to a plurality of plating treatments, and the first Ag plating film, the In plating film laminated on the first Ag plating film, and the In plating film were laminated and exposed on the surface. Forming a multilayer metal layer including a second Ag plating film;
Reflow treatment for heating the multilayer metal layer is performed to alloy Ag and In contained in the multilayer metal layer, and the Ag—In alloy layer and the Ag—In alloy layer are laminated on the base material. And a step of forming a surface Ag layer exposed on the surface.
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