JP2017212062A

JP2017212062A - 端子材料、その製造方法および端子

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Publication number: JP2017212062A
Application number: JP2016103285A
Authority: JP
Inventors: 洋人中田; Hiroto Nakata
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2016-05-24
Filing date: 2016-05-24
Publication date: 2017-11-30

Abstract

【課題】比較的小さな接触荷重で十分な導通性能を発揮することができ、端子の一層の小型化に資することができる端子材料、その製造方法および端子を提供する。【解決手段】母材（１０）上に形成されたＳｎメッキ層（１１）と、Ｓｎメッキ層の略垂直方向に所定厚さで成膜された酸化膜（１２、１３）と、酸化膜中の略垂直方向に形成された複数箇所の結晶粒界（１００）と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、端子材料、その製造方法および端子に関する。

自動車等の車両には種々の電子機器が搭載され、これらの電子機器に電力を供給したり、各種信号を伝達するために、端子を設けた電線やワイヤハーネスが多数用いられている。

従来、このような端子には、電気的特性の一種である接触抵抗の低減や耐食性の向上を目的に、母材としての銅や銅合金上にＳｎメッキを施した端子材料が用いられている（特許文献１等参照）。

ここで、図８に示すように、銅等で構成される母材１０上に形成されたＳｎメッキ層１１の表面には、空気との接触により、ＳｎＯ_２から成る絶縁性の酸化膜（例えば、アモルファス状の酸化膜）５０が厚さＨ３（約１０ｎｍ）で形成されてしまう。

そのため、従来の端子では、オス端子とメス端子とを接続する際に、接触点で生じる接触荷重によって酸化膜５０を破壊し、Ｓｎメッキ層１１の一部を露出させて電気的導通を図っていた。

特開２０００−１６４２７９号公報

ところが、車両等に搭載する電子機器の増加に伴い、集合端子におけるコネクタの極数が増加し、各端子が小型化される傾向にある。

このような端子の小型化により、オス端子とメス端子とを接続する際の接触荷重が小さくなり、酸化膜５０を十分に破壊できないという不都合を生じる。これに伴い、各端子においてＳｎメッキ層１１が十分に露出されず、導通性能が低下するという問題が生じる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、比較的小さな接触荷重で十分な導通性能を発揮することができ、端子の一層の小型化に資することができる端子材料、その製造方法および端子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明に係る端子材料は、母材上に形成されたＳｎメッキ層と、前記Ｓｎメッキ層の略垂直方向に所定厚さで成膜された酸化膜と、前記酸化膜中の略垂直方向に形成された複数箇所の結晶粒界と、を有することを特徴とする。

請求項２に記載の発明に係る端子材料は、請求項１に係る発明において、前記酸化膜は、前記Ｓｎメッキ層の略垂直方向に並列状態で形成されるＳｎＯから成る第１の酸化膜と、前記第１の酸化膜に隣接して形成されるＳｎＯ_２から成る第２の酸化膜と、から構成され、前記各結晶粒界は、前記第１の酸化膜と前記第２の酸化膜との間に形成されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明に係る端子材料は、請求項１に係る発明において、前記酸化膜は、前記Ｓｎメッキ層の略垂直方向に並列状態で形成されるＳｎＯから成る第１の酸化膜としての多数のセルと、前記ＳｎＯから成る各セルに隣接して形成されるＳｎＯ_２から成る第２の酸化膜としてのセルと、から構成され、前記各結晶粒界は、前記ＳｎＯの各セルと前記ＳｎＯ_２の各セルとの間に形成されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明に係る端子材料は、請求項２または請求項３に係る発明において、前記第１の酸化膜と前記第２の酸化膜の少なくとも一方は、略円柱形または略角柱形を呈するセルであることを特徴とする。

請求項５に記載の発明に係る端子材料は、請求項１から請求項４の何れかに係る発明において、前記所定厚さは、１ｎｍ〜１０ｎｍであることを特徴とする。

請求項６に記載の発明に係る端子材料の製造方法は、母材上にＳｎメッキ層を形成する工程と、前記Ｓｎメッキ層の略垂直方向に、ＳｎＯから成る第１の酸化膜を所定間隔を挟んで成膜する工程と、前記第１の酸化膜の間に、ＳｎＯ_２から成る第２の酸化膜を成膜する工程と、を有することを特徴とする。

請求項７に記載の発明に係る端子材料の製造方法は、母材上にＳｎメッキ層を形成する工程と、前記Ｓｎメッキ層の略垂直方向に、ＳｎＯ_２から成る第２の酸化膜を所定間隔を挟んで成膜する工程と、前記第２の酸化膜の間に、ＳｎＯから成る第１の酸化膜を成膜する工程と、を有することを特徴とする。

請求項８に記載の発明に係る端子は、請求項１から請求項５の何れか１項に記載の端子材料からなる圧着部を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、比較的小さな接触荷重で十分な導通性能を発揮することができ、端子の一層の小型化に資することができる端子材料、その製造方法および端子を提供することができる。

第１の実施の形態に係る端子材料の模式的構成を示す平面図である。第１の実施の形態に係る端子材料の模式的構成を示すＡ−Ａ断面図である。第２の実施の形態に係る端子材料の模式的構成を示す平面図である。第２の実施の形態に係る端子材料の模式的構成を示すＢ−Ｂ断面図である。実施の形態に係る端子材料の製造方法の例を示す説明図である。実施の形態に係る端子材料の製造方法の他の例を示す説明図である。実施の形態に係る端子材料の製造方法の他の例を示す説明図である。従来の端子材料の模式的構成を示す断面図である。

［第１の実施の形態に係る端子材料］
図１、図２を参照して、本発明の第１の実施の形態について説明する。

ここで、図１は第１の実施の形態に係る端子材料１Ａの模式的構成を示す平面図、図２はそのＡ−Ａ断面図である。

図１および図２に示すように、第１の実施の形態に係る端子材料１Ａは、母材１０上に形成されたＳｎメッキ層１１と、Ｓｎメッキ層１１の略垂直方向に所定厚さＨ１で成膜された酸化膜１２、１３と、酸化膜中の略垂直方向に形成された複数箇所の結晶粒界１００とを有している。

より具体的には、酸化膜は、Ｓｎメッキ層１１の略垂直方向に並列状態で形成されるＳｎＯ（酸化第一スズ）から成る多数のセル（第１の酸化膜）１３と、各セル１３を囲繞するように形成されるＳｎＯ_２（酸化第二スズ）から成る第２の酸化膜１２とから構成される。

また、各結晶粒界１００は、ＳｎＯの各セル１３と、ＳｎＯ_２から成る第２の酸化膜１２との間に形成されている。

なお、厚さＨ１は、例えば１〜１０ｎｍとすることができる。

また、本実施の形態に係る端子材料１Ａでは、ＳｎＯの各セル１３は略円柱形を呈するように構成されている。但し、これには限定されず、各セル１３を略角柱形を呈するように構成してもよい。

また、このような構成に代えて、ＳｎＯ_２によってセルを形成し、その各セルを略円柱形または略角柱形を呈するように構成してもよい。なお、この場合には、ＳｎＯ_２によって形成されたセルを囲むようにＳｎＯから成る第１の酸化膜を形成する。

なお、図２に示すように、結晶粒界１００間の距離Ｗ１は、例えば１０μｍとすることができる。また、ＳｎＯの各セル１３の幅Ｗ２は、例えば１μｍとすることができる。

ここで、原子が規則正しく配列した構造を結晶構造というが、ＳｎＯやＳｎＯ_２等の実際の材料は、全体で同じ原子配列を有しているわけではなく、配列の向きが異なる領域（結晶粒）が複数集まった構造を有している。

このような結晶粒の境界を結晶粒界と呼び、原子配列が乱れた領域となっている。

そのため、結晶粒界１００は、ＳｎＯの各セル１３およびＳｎＯ_２から成る第２の酸化膜１２に比して脆性であり、従来のＳｎＯ_２から成る絶縁性の酸化膜（例えば、アモルファス状の酸化膜）５０よりも小さな接触荷重で破壊することができる。

したがって、本実施の形態に係る端子材料１Ａを圧着部に用いた端子では、接触荷重を低減することができ、一層の小型化を図ることができる。

また、結晶粒界１００が電気経路を構成するので、端子の圧着部において、母材１０およびＳｎメッキ層１１と、端子側金属との電気的導通を結晶粒界１００を介して行うことができ、電気的特性を向上させることができる。

［第２の実施の形態に係る端子材料］
図３、図４を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。

ここで、図３は第２の実施の形態に係る端子材料１Ｂの模式的構成を示す平面図、図４はそのＢ−Ｂ断面図である。

図３および図４に示すように、第２の実施の形態に係る端子材料１Ｂは、母材１０上に形成されたＳｎメッキ層１１と、Ｓｎメッキ層１１の略垂直方向に所定厚さで成膜された酸化膜１２ａ、１３ａと、酸化膜１２ａ、１３ａ中の略垂直方向に形成された複数箇所の結晶粒界１００とを有している。

より具体的には、酸化膜は、Ｓｎメッキ層１１の略垂直方向に並列状態で形成されるＳｎＯから成る第１の酸化膜としての多数のセル１３ａと、ＳｎＯから成る各セルに隣接して形成されるＳｎＯ_２から成る第２の酸化膜としてのセル１２ａとから構成されている。

また、各結晶粒界１００は、ＳｎＯの各セル１３ａとＳｎＯ_２の各セル１２ａとの間に形成されている。

また、本実施の形態に係る端子材料１Ｂでは、ＳｎＯの各セル１３ａおよびＳｎＯ_２の各セル１２ａは略角柱形を呈するように構成されている。

このように構成された第２の実施の形態に係る端子材料１Ｂは、図３に示すように全体で市松模様を呈する。

第１の実施の形態の説明で述べたように、結晶粒界１００は、ＳｎＯの各セル１３ａおよびＳｎＯ_２から成る各セル１２ａに比して脆性であり、従来のＳｎＯ_２から成る絶縁性の酸化膜（例えば、アモルファス状の酸化膜）５０よりも小さな接触荷重で破壊することができる。

したがって、本実施の形態に係る端子材料１Ｂを圧着部に用いた端子では、接触荷重を低減することができ、一層の小型化を図ることができる。

［端子材料の製造方法］
図５〜図７を参照して、上述の実施の形態に係る端子材料１Ａ、１Ｂの製造方法について説明する。

（スパッタリング成膜法）
図５は、ＳｎＯ（酸化第一スズ）から成るセル（第１の酸化膜）１３およびＳｎＯ_２（酸化第二スズ）から成る第２の酸化膜１２をイオンビーム・スパッタリング(Ion Beam Sputtering)法で成膜する場合を示す。

この成膜法では、例えば、真空チャンバ（図示せず）内に、Ｓｎメッキ層１１を形成した銅や銅合金から成る母材１０の表面を下方にして設置し、その表面側に所定のパターン（例えば、多数の円孔あるいは多数の方形孔を穿孔したパターン）を有するマスク４００を配置する。

マスク４００の下方に、スパッタリングターゲット（成膜材料）２００としてＳｎＯ（酸化第一スズ）またはＳｎＯ_２（酸化第二スズ）をバッキングプレート２０１上に配置する。

次いで、真空チャンバ内にアルゴン（Ａｒ）ガス３００を流通させた状態でイオンビームを照射してアルゴンイオンを生成し、そのアルゴンイオンをスパッタリングターゲット２００に衝突させる。

これにより、ＳｎＯまたはＳｎＯ_２の粒子が飛散し、マスク４００のパターンを介してその粒子がＳｎメッキ層１１に付着することにより酸化膜１２、１３が成膜される。

なお、イオンビーム・スパッタリング法に代えて、マグネトロン・スパッタリング(Magnetron Sputtering)法、ＥＣＲスパッタリング(ECR Sputtering)法、反応性スパッタリング(Reactive Sputtering)法等によって酸化膜１２、１３を成膜するようにしてもよい。

（蒸着成膜法）
図６および図７は、ＳｎＯ（酸化第一スズ）から成るセル（第１の酸化膜）１３およびＳｎＯ_２（酸化第二スズ）から成る第２の酸化膜１２を蒸着成膜法（vapor deposition）で成膜する場合を示す。

図６に示す蒸着成膜法では、例えば、真空チャンバ（図示せず）内に、銅や銅合金から成る母材１０の表面にＳｎメッキ層１１を形成し、そのＳｎメッキ層１１上にフォトレジスト７０によって所定のパターン（例えば、多数の方形パターン等）を形成する。

そして、真空チャンバを真空状態とし、蒸着材料としてのＳｎＯ_２（酸化第二スズ）を加熱して蒸発させる。

これにより、図６（ａ）に示すように、フォトレジスト７０が付着していない位置のＳｎメッキ層１１およびフォトレジスト７０上にＳｎＯ_２（酸化第二スズ）から成る第２の酸化膜１２が成膜される。

次いで、図６（ｂ）に示すように、フォトレジスト７０をエッチングによって除去するリフトオフ処理を行う。

同様の手法によって、図６（ｂ）において露出しているＳｎメッキ層１１にＳｎＯ（酸化第一スズ）から成る第１の酸化膜１３を成膜して、図６（ｃ）に示すような端子材料を製造することができる。

図７に示す蒸着成膜法（マスク蒸着）では、例えば、真空チャンバ（図示せず）内に、銅や銅合金から成る母材１０の表面にＳｎメッキ層１１を形成し、そのＳｎメッキ層１１の上に所定のパターン（例えば、多数の方形パターン等）を形成したステンシル・マスク４００を配置する。

これにより、図７に示すように、Ｓｎメッキ層１１上に、ステンシル・マスク４００のパターンに応じたＳｎＯ_２（酸化第二スズ）から成る第２の酸化膜１２が成膜される。

図示は省略するが、他のパターンを形成したステンシル・マスクを用いてＳｎメッキ層１１にＳｎＯ（酸化第一スズ）から成る第１の酸化膜１３を成膜することで、本実施の形態に係る端子材料１Ａ、１Ｂを製造することができる。

なお、上述の成膜方法に代えて、ＤＣ・ＲＦイオンプレーティング（DC,AC Ionplating）、活性化反応性蒸着（ARE:Activated Reactive Evaporation）、中空陰極法（HCD:Hollow Cathode Discharge）、プラズマＣＶＤ法等を用いるようにしてもよい。

（端子について）
本実施の形態に係る端子材料１Ａ、１Ｂは、端子の圧着部等に採用することができる。

これにより、本実施の形態に係る端子材料１Ａ、１Ｂを圧着部に用いた端子は、接触荷重を低減することができ、一層の小型化を図ることができる。

また、端子材料１Ａ、１Ｂにおける結晶粒界１００が電気経路を構成するので、端子の圧着部において、母材１０およびＳｎメッキ層１１と、端子側金属との電気的導通を結晶粒界１００を介して行うことができ、端子の電気的特性を向上させることができる。

以上、本発明の端子を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。

１Ａ、１Ｂ…端子材料
１０…母材
１１…Ｓｎメッキ層
１２…第２の酸化膜
１３…第１の酸化膜
１２ａ、１３ａ…セル
７０…フォトレジスト
１００…結晶粒界
２００…スパッタリングターゲット
４００…マスク

Claims

母材上に形成されたＳｎメッキ層と、
前記Ｓｎメッキ層の略垂直方向に所定厚さで成膜された酸化膜と、
前記酸化膜中の略垂直方向に形成された複数箇所の結晶粒界と、
を有することを特徴とする端子材料。
前記酸化膜は、前記Ｓｎメッキ層の略垂直方向に並列状態で形成されるＳｎＯから成る第１の酸化膜と、前記第１の酸化膜に隣接して形成されるＳｎＯ_２から成る第２の酸化膜と、から構成され、
前記各結晶粒界は、前記第１の酸化膜と前記第２の酸化膜との間に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の端子材料。
前記酸化膜は、前記Ｓｎメッキ層の略垂直方向に並列状態で形成されるＳｎＯから成る第１の酸化膜としての多数のセルと、前記ＳｎＯから成る各セルに隣接して形成されるＳｎＯ_２から成る第２の酸化膜としてのセルと、から構成され、
前記各結晶粒界は、前記ＳｎＯの各セルと前記ＳｎＯ_２の各セルとの間に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の端子材料。
前記第１の酸化膜と前記第２の酸化膜の少なくとも一方は、略円柱形または略角柱形を呈するセルであることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の端子材料。
前記所定厚さは、１ｎｍ〜１０ｎｍであることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の端子材料。
母材上にＳｎメッキ層を形成する工程と、
前記Ｓｎメッキ層の略垂直方向に、ＳｎＯから成る第１の酸化膜を所定間隔を挟んで成膜する工程と、
前記第１の酸化膜の間に、ＳｎＯ_２から成る第２の酸化膜を成膜する工程と、
を有することを特徴とする端子材料の製造方法。
母材上にＳｎメッキ層を形成する工程と、
前記Ｓｎメッキ層の略垂直方向に、ＳｎＯ_２から成る第２の酸化膜を所定間隔を挟んで成膜する工程と、
前記第２の酸化膜の間に、ＳｎＯから成る第１の酸化膜を成膜する工程と、
を有することを特徴とする端子材料の製造方法。
請求項１から請求項５の何れか１項に記載の端子材料からなる圧着部を備えたことを特徴とする端子。