JP2017181200A - 端子の特性評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】特性評価の際の金属材への押圧荷重を所望の数値に設定することができ、簡易且つ効率的な端子の特性評価方法を提供する。【解決手段】第１の金属試料と、第２の金属試料との接触によって生じる第１及び第２の金属試料の特性の変化を評価することで端子の特性を評価する方法であって、第１の金属試料と第２の金属試料とを接触させ、調整可能なバネ圧力を有する押圧部材によって第１の金属試料と第２の金属試料とを押圧した状態で所定期間放置した後、第１及び第２の金属試料に生じる特性の変化を評価する端子の特性評価方法。【選択図】図３

Description

本発明は、端子の特性評価方法に関する。

コネクタのオス端子とメス端子等、異なる金属材同士が長期間に亘り、接触した状態となっている、或いは、接触状態を繰り返すことで、当該金属材同士に電位差腐食が生じる場合がある。また、このような異なる金属材の接触により、当該金属材間の接触抵抗が変化する、或いは、当該金属材にウィスカが発生する等の問題が生じることがある。このため、従来、端子の特性評価方法として、異なる金属材同士を接触させてそれらの特性を評価する方法が研究されている。

例えば、コネクタのオス端子とメス端子間の接触抵抗の評価方法としては、最も一般的には、オス端子とメス端子とを勘合させた状態で、所定環境下で所定期間放置した後、オス端子及びメス端子間の接触抵抗の変化を評価する方法がある。

しかしながら、評価したい金属同士の組み合わせについて、オス端子とメス端子との形で評価する必要があるため、例えば評価したい金属材で形成されたオス端子またはメス端子が入手困難なものであると、評価のコストがかかる又は評価するのに時間がかかる等の問題が生じる。

また、特許文献１には、錫又は錫合金被膜に外部荷重が加えられることにより発生する接圧ウィスカの発生状態を評価する方法として、所望の金属材であるめっき皮膜が形成された板材を目玉クリップによって挟み込む方法が用いられている。このような方法によれば、評価したい金属について、オス端子やメス端子の形で評価しなくてもよく、上述のような問題は軽減される。

特開２００５−１５４８３７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の評価方法では、目玉クリップを用いて評価対象の金属材を挟む込むため、バネ圧力の調整が困難であり、接触抵抗を測定する際の金属材への押圧荷重を所望の数値に設定することが困難であるという問題がある。

本発明者は、鋭意検討の結果、端子の特性評価において、第１の金属試料と第２の金属試料とを接触させ、調整可能なバネ圧力を有する押圧部材によって第１の金属試料と第２の金属試料とを押圧した状態で所定期間放置した後、第１及び第２の金属試料に生じる特性を評価することで、特性評価の際の金属材への押圧荷重を所望の数値に設定することができ、簡易且つ効率的な端子の特性評価が可能となることを見出した。

以上の知見を基礎として完成した本発明は一側面において、第１の金属試料と、第２の金属試料との接触によって生じる前記第１及び第２の金属試料の特性の変化を評価することで端子の特性を評価する方法であって、前記第１の金属試料と第２の金属試料とを接触させ、調整可能なバネ圧力を有する押圧部材によって前記第１の金属試料と第２の金属試料とを押圧した状態で所定期間放置した後、前記第１及び第２の金属試料に生じる特性の変化を評価する端子の特性評価方法である。

本発明の端子の特性評価方法は一実施形態において、前記第１の金属試料と第２の金属試料との間に電圧をかけた状態であり、且つ、前記押圧部材によって前記第１の金属試料と第２の金属試料とを押圧した状態で所定期間放置した後、前記第１及び第２の金属試料に生じる特性の変化を評価する。

本発明の端子の特性評価方法は別の一実施形態において、前記調整可能なバネ圧力を有する押圧部材が、前記第１の金属試料と第２の金属試料とを挟んで押圧する洗濯ばさみである。

本発明の端子の特性評価方法は更に別の一実施形態において、前記第１の金属試料と第２の金属試料との間の電位差腐食を評価する。

本発明の端子の特性評価方法は更に別の一実施形態において、前記第１の金属試料と第２の金属試料との間の接触抵抗を評価する。

本発明の端子の特性評価方法は更に別の一実施形態において、前記第１の金属試料と第２の金属試料とに生じるウィスカを評価する。

本発明によれば、特性評価の際の金属材への押圧荷重を所望の数値に設定することができ、簡易且つ効率的な端子の特性評価が可能となる。

ポリイミドテープでマスキングした第１の金属試料（平材）及び第２の金属試料（エンボス加工材）の模式図である。 第１の金属試料（平材）と第２の金属試料（エンボス加工材）とを接触させた状態で洗濯ばさみで挟んで保持した状態を示す模式図である。 第１の金属試料（平材）と第２の金属試料（エンボス加工材）とを接触させた状態で洗濯ばさみで挟んで保持した状態の外観写真である。 洗濯ばさみのバネ圧力を挿抜試験機で調整する様子を示す模式図である。 洗濯ばさみのバネの径を変えてバネ圧力を調整する様子を示す模式図である。 実施例に係る接触抵抗評価の試験結果である。

以下、本発明の実施形態に係る端子の特性評価方法について説明する。
まず、本発明の実施形態に係る端子の特性評価方法として、端子を構成する金属試料間の接触抵抗の変化の評価方法について例を挙げて説明する。
本発明の実施形態に係る金属試料間の接触抵抗の変化の評価方法は、第１の金属試料と、第２の金属試料との接触によって生じる前記第１及び第２の金属試料間の接触抵抗変化を評価する方法であり、前記第１の金属試料と第２の金属試料とを接触させ、調整可能なバネ圧力を有する押圧部材によって前記第１の金属試料と第２の金属試料とを押圧した状態で所定期間放置した後、前記第１及び第２の金属試料間の接触抵抗変化を評価する方法である。

第１の金属試料及び第２の金属試料としては、特に限定されないが、Ｓｎめっき、Ａｇめっき、Ａｕめっき等の種々のめっき皮膜が形成された金属基材等が挙げられる。金属基材としては、特に限定されないが、銅及び銅合金、Ｆｅ系材、ステンレス、チタン及びチタン合金、アルミニウム及びアルミニウム合金等の金属基材を用いることができる。

第１の金属試料及び第２の金属試料の形状は、特に限定されないが、具体的な電子部品材料として使用される形態であってもよいし、単なる板状体等であってもよい。第１の金属試料及び第２の金属試料が単なる板状体である場合、例えばコネクタのオス端子やメス端子等の形で評価する必要がないため、当該部品の入手困難性等の事情に影響を受けず、簡易且つ効率的な評価が可能となる。具体的には、例えば、開発中のめっき材の評価が即座に評価できるため、安価で簡易な評価が可能となる。また、試験材の加工の準備にかかる期間が非常に短くなる等の利点がある。

また、本発明の実施形態に係る金属試料間の接触抵抗の変化の評価方法は、第１の金属試料と第２の金属試料とを接触させ、調整可能なバネ圧力を有する押圧部材によって第１の金属試料と第２の金属試料とを押圧する。このため、例えば、挿抜試験機でバネ圧力を測定しながら、第１の金属試料と第２の金属試料とを押圧する際のバネ圧力を所望の数値に設定することができる。また、このようにバネ圧力を調整することができるため、試験後のバネ圧力の変化も抑制することができる。

また、前記調整可能なバネ圧力を有する押圧部材が、第１の金属試料と第２の金属試料とを挟んで押圧する洗濯ばさみであるのが好ましい。洗濯ばさみはコスト面や取り扱い性の面で非常に優れており、また、そのバネ圧力の調整が非常に容易であるという利点を有する。

また、本発明の実施形態に係る金属試料間の接触抵抗の変化の評価方法は、第１の金属試料と第２の金属試料との間に電圧をかけた状態であり、且つ、押圧部材によって第１の金属試料と第２の金属試料とを押圧した状態で所定期間放置した後、前記第１及び第２の金属試料に生じる特性の変化を評価してもよい。このように第１の金属試料と第２の金属試料との間に電圧をかけた状態で、押圧部材で第１の金属試料と第２の金属試料とを押圧しておくため、第１の金属試料及び第２の金属試料の劣化を促進させることができる。また、このときの電圧の値や放置時間を調整することで、第１の金属試料及び第２の金属試料の劣化の早さを調整することができる。第１の金属試料と第２の金属試料との間に印加する電圧としては、０．１〜１０Ｖの直流の電圧が好ましい。

また、本発明の実施形態に係る端子の特性評価方法は、端子を構成する金属試料間の電位差腐食を評価する方法であってもよい。この場合でも、上述の端子を構成する金属試料間の接触抵抗の変化の評価方法と同様に、第１の金属試料と第２の金属試料とを接触させ、調整可能なバネ圧力を有する押圧部材によって第１の金属試料と第２の金属試料とを押圧した状態で所定期間放置した後、第１及び第２の金属試料間の電位差腐食を評価することができる。当該電位差腐食は、電位が卑な金属が腐食し、酸化されて抵抗値が上昇することから、当該抵抗値を測定することで確認できる。また、試験終了後に接点部をエネルギー分散型Ｘ線分光法による表面分析（ＥＤＸ：Energy Dispersive X-ray Spectroscopy）することでも確認できる。

また、本発明の実施形態に係る端子の特性評価方法は、端子を構成する金属試料に生じるウィスカを評価する方法であってもよい。この場合でも、上述の端子を構成する金属試料間の接触抵抗の変化の評価方法と同様に、第１の金属試料と第２の金属試料とを接触させ、調整可能なバネ圧力を有する押圧部材によって第１の金属試料と第２の金属試料とを押圧した状態で所定期間放置した後、第１及び第２の金属試料に生じるウィスカを評価することができる。当該ウィスカは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）による観察等によって確認することができる。

以下、本発明の実施例を示すが、これは本発明をより良く理解するために提供するものであり、本発明が限定されることを意図するものではない。

（めっき処理材の準備）
０．２５ｍｍ厚のりん青銅の板材に、電解脱脂処理、及び、希硫酸処理をこの順で実施した。続いて、りん青銅の板材の表面に、電解Ｎｉめっきで０．７〜１．０μｍのＮｉ層を形成した。
続いて、以下の（１）〜（４）の各処理を実施することで、４種類のめっき処理材を作製した。
（１）電解Ｓｎめっきで１．０μｍ厚のＳｎ層を形成後、リフロー処理
（２）電解Ａｇめっきで１．０μｍ厚のＡｇ層を形成
（３）電解Ａｕめっきで０．８μｍ厚のＡｕ層を形成
（４）電解Ａｇめっきで０．２μｍ厚のＡｇ層を形成後、電解Ｓｎめっきで０．２μｍ厚のＳｎ層を形成し、続いてリフロー処理によってＡｇＳｎ合金層を形成

次に、（４）のめっき処理材から、１ｃｍ×２ｃｍの面積の平材を切り出し、片面に銅リード線をはんだ付けした。これを第１の金属試料（平材）とした。
また、上記（１）〜（４）の４種類のめっき処理材に、それぞれ株式会社山崎精機研究所製の接点プレス機ＹＳＲ−８Ｐを使用して、Ｒ１．５ｍｍのエンボス加工を施した後、１ｃｍ×２ｃｍの面積の平材を切り出し、片面に銅リード線をはんだ付けした。これを第２の金属試料（エンボス加工材）とした。

次に、第１の金属試料（平材）及び第２の金属試料（エンボス加工材）に対し、それぞれ、銅リード線がはんだ付けされていない面の中心部の４ｍｍ×７ｍｍの範囲を残し、それ以外をポリイミドテープでマスキングした（図１）。これはエンボス接点以外の金属面が接触するのを避けるためである。

次に、上記（４）のめっき処理材から加工された第１の金属試料（平材）と、上記（１）〜（４）の４種類のめっき処理材からそれぞれ加工された第２の金属試料（エンボス加工材）とを接触させて、８５℃、８５％ＲＨ（相対湿度）で１０００時間の恒温恒湿試験を実施した。このとき、３Ｎのバネ圧力に調整された洗濯ばさみによって、第１の金属試料（平材）と第２の金属試料（エンボス加工材）とを接触させた状態で挟んで保持した（図２、図３）。

なお、上記洗濯ばさみは、事前に、挿抜試験機であるアイコーエンジニアリング株式会社製ＭＯＤＥＬ−１３１１ＮＲを使用してバネ圧力を測定しながら（図４）、以下のようにバネ圧力を調整した。すなわち、バネ圧力を弱めるときは、洗濯ばさみのバネ（φ１．５ｍｍ）の径を拡げ、バネ圧力を強めるときは、洗濯ばさみのバネ（φ１．５ｍｍ）の径を狭くした（図５）。このようにして、バネ圧力を測定しながら、洗濯ばさみのバネ圧力を３Ｎに調整した。なお、１ピン当たりの接圧は２〜６Ｎが安定域と言われている。

恒温恒湿試験の開始から、終了までの間、所定期間の経過ごとに、第１の金属試料（平材）及び第２の金属試料（エンボス加工材）に、それぞれ銅リード線から通電させて、接触抵抗を測定した。接触抵抗は四端子測定法により測定した。抵抗値を算出する際、はんだ付けした銅リード線の抵抗は除外した。１００ｍＡを印加して電圧を測定し、抵抗値を算出した。
接触抵抗の評価結果を図６に示す。

図６によれば、上記（４）のめっき処理材から加工された第１の金属試料（平材）と、上記（１）〜（４）の４種類のめっき処理材からそれぞれ加工された第２の金属試料（エンボス加工材）との接触抵抗は、試験開始から１０００時間まで経過しても、ほとんど変化していないことが確認された。また、これによって、これらの金属試料に電位差腐食が生じていないことが確認された。

Claims (6)

1. 第１の金属試料と、第２の金属試料との接触によって生じる前記第１及び第２の金属試料の特性の変化を評価することで端子の特性を評価する方法であって、
   前記第１の金属試料と第２の金属試料とを接触させ、調整可能なバネ圧力を有する押圧部材によって前記第１の金属試料と第２の金属試料とを押圧した状態で所定期間放置した後、前記第１及び第２の金属試料に生じる特性の変化を評価する端子の特性評価方法。
2. 前記第１の金属試料と第２の金属試料との間に電圧をかけた状態であり、且つ、前記押圧部材によって前記第１の金属試料と第２の金属試料とを押圧した状態で所定期間放置した後、前記第１及び第２の金属試料に生じる特性の変化を評価する請求項１に記載の端子の特性評価方法。
3. 前記調整可能なバネ圧力を有する押圧部材が、前記第１の金属試料と第２の金属試料とを挟んで押圧する洗濯ばさみである請求項１又は２に記載の端子の特性評価方法。
4. 前記第１の金属試料と第２の金属試料との間の電位差腐食を評価する請求項１〜３のいずれか一項に記載の端子の特性評価方法。
5. 前記第１の金属試料と第２の金属試料との間の接触抵抗を評価する請求項１〜３のいずれか一項に記載の端子の特性評価方法。
6. 前記第１の金属試料と第２の金属試料とに生じるウィスカを評価する請求項１〜３のいずれか一項に記載の端子の特性評価方法。