JP4014739B2 - リフローＳｎめっき材及び前記リフローＳｎめっき材を用いた端子、コネクタ、又はリード部材 - Google Patents
リフローＳｎめっき材及び前記リフローＳｎめっき材を用いた端子、コネクタ、又はリード部材 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は耐摩耗性、半田付性、及び耐食性に優れるリフローＳｎめっき材及び前記リフローＳｎめっき材を用いた端子、コネクタ、又はリード部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｓｎめっき材は、銅合金などの導電性基体上にＳｎ層を設けたもので、銅合金などの持つ高強度高導電性とＳｎ層の持つ良好な耐食性と半田付性とを具備した高性能導体であり、コンデンサや半導体のリード線、端子、コネクタ、電線、ケーブルなどに広く用いられている。
ところで、前記Ｓｎ層は、通常、純Ｓｎを電気めっきして設けるが、この場合は、▲１▼電気めっきしたものは内部応力が大きいためＳｎウイスカーが発生し易く短絡事故の危険がある、▲２▼組織が緻密なため基体成分がＳｎ層表面に拡散して耐食性や半田付性が低下する、▲３▼Ｓｎは軟質なため耐摩耗性に劣り、さらに接合相手の表面が同じＳｎの場合は、凝着摩耗とアブレシブ摩耗が起きて動摩擦係数が大きくなり耐摩耗性が低下する、などの問題がある。
一方、Ｓｎ層をＳｎ合金で構成すると、Ｓｎウイスカーは発生せず、また耐摩耗性も向上するが、Ｓｎ層を設ける方法に問題がある。即ち、電気めっき法では組成のバラツキが大きく、溶融めっき法ではめっき厚さの制御が困難である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなことから、本発明者等は耐食性、半田付性、及び耐摩耗性に優れるＳｎめっき材について研究を進め、Ｓｎ層上にＢｉ層を薄く設け、これにリフロー処理を施してＳｎ層の表面及び表面近傍をＢｉで合金化したＳｎめっき材は、耐摩耗性、半田付性などに優れることを知見し、さらに研究を進めて本発明を完成させるに至った。
本発明は、耐摩耗性、半田付性、及び耐食性に優れるリフローＳｎめっき材及び前記リフローＳｎめっき材を用いた端子、コネクタ、又はリード部材の提供を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、導電性基体上にＳｎ層を設け、その上にＢｉ層又は／及びＡｇ層を置換析出法により０．０１μｍ以上０．５μｍ未満の厚さに設け、次いでリフロー処理を施して前記Ｓｎ層の表面及び表面近傍を前記Ｂｉ層又は／及びＡｇ層により合金化することを特徴とするリフローＳｎめっき材の製造方法である。
【０００５】
請求項２記載の発明は、導電性基体上にＳｎ層を設け、その上にＢｉ層又は／及びＡｇ層を置換析出法により０．０１μｍ以上０．５μｍ未満の厚さに設け、次いでリフロー処理を施して前記Ｓｎ層の表面及び表面近傍を前記Ｂｉ層又は／及びＡｇ層により合金化し、得られたリフローＳｎめっき材を所定の形状に加工することを特徴とする端子、コネクタ、又はリード部材の製造方法である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、導電性基体上に設けられたＳｎ層の表面及び表面近傍がＢｉ又は／及びＡｇにより合金化されているリフローＳｎめっき材である。
例えば、導電性基体上に設けられたＳｎ層上にＢｉ層又は／及びＡｇ層が設けられたのちリフロー処理が施されて、前記Ｓｎ層の表面及び表面近傍が前記Ｂｉ層又は／及びＡｇ層により合金化されたもので、表面及び表面近傍が合金化されて硬いため耐摩耗性に優れ、また前記表面及び表面近傍は合金化により融点が低くなり、半田付けが良好になされる。さらに基体と表面近傍間のＳｎ層が基体成分が表面に拡散するのを抑止するので耐食性に優れる。
前記Ｓｎ層の表面及び表面近傍がＢｉ層又は／及びＡｇ層により合金化されていない場合は電食が起きて耐食性が著しく低下する。
【０００７】
本発明において、導電性基体には、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｆｅ、Ｆｅ合金などが用いられる。前記基体上に設けられるＳｎ層にはＳｎ（純Ｓｎ）が用いられる。
【０００８】
本発明において、Ｂｉ層又は／及びＡｇ層の厚さを０．０１μｍ以上０．５μｍ未満に規定する理由は、０．０１μｍ未満では厚さが薄いため、耐摩耗性が改善されず、０．５μｍ以上になるとＳｎ層全体が合金化してＳｎ層による基体成分の拡散防止効果（バリヤ効果）が減じて耐食性などが低下するためである。Ｂｉ層又は／及びＡｇ層の特に望ましい厚さは０．０５〜０．２μｍである。
【０００９】
本発明のリフローＳｎめっき材は、例えば、表面を脱脂及び酸洗により活性化した導電性基体上にＳｎ層を、直接又はＮｉやＣｕなどを下地めっきしたのち、電気めっきし、次いでこれをＢｉイオンを含む置換液中に浸漬して前記Ｓｎ層上にＢｉ層を置換析出させ、次いでリフロー処理が施されて製造される。このリフロー処理によりＳｎ層表面がＢｉ層により合金化され、その表面は光沢のある平滑面に仕上げられる。
【００１０】
本発明において、Ｂｉ層又はＡｇ層を置換析出法により設ける理由は、置換析出法は電気めっきのように種々の添加剤を入れて液を高精度に管理しなくても、薄い被膜を簡単に形成でき、さらに設備費及びランニングコストが安いためである。
【００１１】
本発明において、Ｂｉを含有する置換液には塩化ビスマス、硝酸ビスマス、メタスルホン酸ビスマスなどの水溶液が用いられ、Ａｇを含有する置換液には硝酸銀などの水溶液が用いられる。
置換析出の条件は特に規定しないが、置換液中のＢｉ又はＡｇの濃度は０．１〜２０％、処理温度は室温〜８０℃、処理時間は１秒〜１０分程度が適当である。リフロー処理条件は、特に限定しないが、４００〜８００℃の温度で０．５〜１０秒程度加熱する条件が適当である。
【００１２】
【実施例】
以下に本発明を実施例により詳細に説明する。
（実施例１）
定速で走行する厚さ０．３ｍｍの６５／３５黄銅条の表面に純Ｓｎを電気めっきし、その上にＢｉ層又は／及びＡｇ層を本発明規定値内に置換析出させ、次いでリフロー処理を施してリフローＳｎめっき材を製造し、これをコイルに巻取った。工程及び条件を下記に示す。
【００１３】
（比較例１）
Ｂｉ層の厚さを本発明規定値外とした他は、実施例１と同じ方法によりリフローＳｎめっき材を製造した。
【００１４】
（比較例２）
実施例１でリフロー処理を施さなかった。
【００１５】
実施例１及び比較例１、２で得られた各々のリフローＳｎめっき材について、動摩擦係数及び恒温恒湿試験前後の半田付性を下記方法により調べた。
動摩擦係数は耐摩耗性の良否を判定する基準となるもので、動摩擦係数が小さいほどコネクタにおける挿入力及び挿抜力が小さくなり耐摩耗性が優れることになる。結果を表１、２に示す。
〔動摩擦係数〕荷重：９８ｍＮ（１０ｇｆ）。摺動距離：１０ｍｍ。
摺動回数：１００回。使用プローブ：リフローＳｎめっき条にダボ（凹凸）加工（先端５Ｒ）を施したもの。
〔半田付性〕メニスコグラフ法（MIL-STD-883 M2022,IEC68-2-54に基づく濡れ性試験）によりゼロクロスタイムを求めて判定した。ゼロクロスタイムが小さいほど半田付性に優れる。
恒温恒湿試験条件：温度６０℃、相対湿度９５ＲＨ、
暴露時間５００ｈｒ。半田：融点２３０℃の共晶半田。
浸漬時間：１０sec 。浸漬速度：２５ｍｍ/sec。
浸漬深さ：８ｍｍ。フラックス：２５％ロジン／メタノール。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【表２】
【００１８】
表１、２より明らかなように、本発明例のNo.1〜9 はいずれも動摩擦係数が小さく耐摩耗性に優れ、また半田濡れ性にも優れた。この半田濡れ性は恒温恒湿試験後も良好で、本発明例品は耐食性にも優れた。
これに対し、比較例のNo.10 はＢｉ層が薄かったため動摩擦係数が大きく耐摩耗性に劣った。 No.11はＢｉ層が厚かったため耐食性に劣った。比較例の No.12は表面及び表面近傍がＢｉ層のため耐摩耗性は問題なかったが、リフロー処理を施さなかったため、融点(271℃) が高く半田付性に劣り、また耐食性にも劣った。 No.13は表面及び表面近傍がＡｇ層のため耐摩耗性に劣り、またリフロー処理を施さなかったため耐食性にも劣った。
従来材のNo.14,15は、耐摩耗性及び耐食性に劣り、特にNo.15 はリフロー処理を施さなかったため半田付性に劣った。
【００１９】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明のリフローＳｎめっき材は、例えば、導電性基体上に設けられたＳｎ層上にＢｉ層又は／及びＡｇ層が設けられたのちリフロー処理が施されて前記Ｓｎ層の表面及び表面近傍が合金化されたものであり、従って前記表面及び表面近傍は合金化により硬化して耐摩耗性に優れ、また耐食性も向上する。さらに前記表面及び表面近傍は合金化により低融点化して半田付性が改善される。また基体と合金化された表面近傍との間のＳｎ層により基体成分の表面への拡散が抑制されて半田付性及び耐食性の低下が防止される。依って、工業上顕著な効果を奏する。
【発明の属する技術分野】
本発明は耐摩耗性、半田付性、及び耐食性に優れるリフローＳｎめっき材及び前記リフローＳｎめっき材を用いた端子、コネクタ、又はリード部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｓｎめっき材は、銅合金などの導電性基体上にＳｎ層を設けたもので、銅合金などの持つ高強度高導電性とＳｎ層の持つ良好な耐食性と半田付性とを具備した高性能導体であり、コンデンサや半導体のリード線、端子、コネクタ、電線、ケーブルなどに広く用いられている。
ところで、前記Ｓｎ層は、通常、純Ｓｎを電気めっきして設けるが、この場合は、▲１▼電気めっきしたものは内部応力が大きいためＳｎウイスカーが発生し易く短絡事故の危険がある、▲２▼組織が緻密なため基体成分がＳｎ層表面に拡散して耐食性や半田付性が低下する、▲３▼Ｓｎは軟質なため耐摩耗性に劣り、さらに接合相手の表面が同じＳｎの場合は、凝着摩耗とアブレシブ摩耗が起きて動摩擦係数が大きくなり耐摩耗性が低下する、などの問題がある。
一方、Ｓｎ層をＳｎ合金で構成すると、Ｓｎウイスカーは発生せず、また耐摩耗性も向上するが、Ｓｎ層を設ける方法に問題がある。即ち、電気めっき法では組成のバラツキが大きく、溶融めっき法ではめっき厚さの制御が困難である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなことから、本発明者等は耐食性、半田付性、及び耐摩耗性に優れるＳｎめっき材について研究を進め、Ｓｎ層上にＢｉ層を薄く設け、これにリフロー処理を施してＳｎ層の表面及び表面近傍をＢｉで合金化したＳｎめっき材は、耐摩耗性、半田付性などに優れることを知見し、さらに研究を進めて本発明を完成させるに至った。
本発明は、耐摩耗性、半田付性、及び耐食性に優れるリフローＳｎめっき材及び前記リフローＳｎめっき材を用いた端子、コネクタ、又はリード部材の提供を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、導電性基体上にＳｎ層を設け、その上にＢｉ層又は／及びＡｇ層を置換析出法により０．０１μｍ以上０．５μｍ未満の厚さに設け、次いでリフロー処理を施して前記Ｓｎ層の表面及び表面近傍を前記Ｂｉ層又は／及びＡｇ層により合金化することを特徴とするリフローＳｎめっき材の製造方法である。
【０００５】
請求項２記載の発明は、導電性基体上にＳｎ層を設け、その上にＢｉ層又は／及びＡｇ層を置換析出法により０．０１μｍ以上０．５μｍ未満の厚さに設け、次いでリフロー処理を施して前記Ｓｎ層の表面及び表面近傍を前記Ｂｉ層又は／及びＡｇ層により合金化し、得られたリフローＳｎめっき材を所定の形状に加工することを特徴とする端子、コネクタ、又はリード部材の製造方法である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、導電性基体上に設けられたＳｎ層の表面及び表面近傍がＢｉ又は／及びＡｇにより合金化されているリフローＳｎめっき材である。
例えば、導電性基体上に設けられたＳｎ層上にＢｉ層又は／及びＡｇ層が設けられたのちリフロー処理が施されて、前記Ｓｎ層の表面及び表面近傍が前記Ｂｉ層又は／及びＡｇ層により合金化されたもので、表面及び表面近傍が合金化されて硬いため耐摩耗性に優れ、また前記表面及び表面近傍は合金化により融点が低くなり、半田付けが良好になされる。さらに基体と表面近傍間のＳｎ層が基体成分が表面に拡散するのを抑止するので耐食性に優れる。
前記Ｓｎ層の表面及び表面近傍がＢｉ層又は／及びＡｇ層により合金化されていない場合は電食が起きて耐食性が著しく低下する。
【０００７】
本発明において、導電性基体には、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｆｅ、Ｆｅ合金などが用いられる。前記基体上に設けられるＳｎ層にはＳｎ（純Ｓｎ）が用いられる。
【０００８】
本発明において、Ｂｉ層又は／及びＡｇ層の厚さを０．０１μｍ以上０．５μｍ未満に規定する理由は、０．０１μｍ未満では厚さが薄いため、耐摩耗性が改善されず、０．５μｍ以上になるとＳｎ層全体が合金化してＳｎ層による基体成分の拡散防止効果（バリヤ効果）が減じて耐食性などが低下するためである。Ｂｉ層又は／及びＡｇ層の特に望ましい厚さは０．０５〜０．２μｍである。
【０００９】
本発明のリフローＳｎめっき材は、例えば、表面を脱脂及び酸洗により活性化した導電性基体上にＳｎ層を、直接又はＮｉやＣｕなどを下地めっきしたのち、電気めっきし、次いでこれをＢｉイオンを含む置換液中に浸漬して前記Ｓｎ層上にＢｉ層を置換析出させ、次いでリフロー処理が施されて製造される。このリフロー処理によりＳｎ層表面がＢｉ層により合金化され、その表面は光沢のある平滑面に仕上げられる。
【００１０】
本発明において、Ｂｉ層又はＡｇ層を置換析出法により設ける理由は、置換析出法は電気めっきのように種々の添加剤を入れて液を高精度に管理しなくても、薄い被膜を簡単に形成でき、さらに設備費及びランニングコストが安いためである。
【００１１】
本発明において、Ｂｉを含有する置換液には塩化ビスマス、硝酸ビスマス、メタスルホン酸ビスマスなどの水溶液が用いられ、Ａｇを含有する置換液には硝酸銀などの水溶液が用いられる。
置換析出の条件は特に規定しないが、置換液中のＢｉ又はＡｇの濃度は０．１〜２０％、処理温度は室温〜８０℃、処理時間は１秒〜１０分程度が適当である。リフロー処理条件は、特に限定しないが、４００〜８００℃の温度で０．５〜１０秒程度加熱する条件が適当である。
【００１２】
【実施例】
以下に本発明を実施例により詳細に説明する。
（実施例１）
定速で走行する厚さ０．３ｍｍの６５／３５黄銅条の表面に純Ｓｎを電気めっきし、その上にＢｉ層又は／及びＡｇ層を本発明規定値内に置換析出させ、次いでリフロー処理を施してリフローＳｎめっき材を製造し、これをコイルに巻取った。工程及び条件を下記に示す。
（比較例１）
Ｂｉ層の厚さを本発明規定値外とした他は、実施例１と同じ方法によりリフローＳｎめっき材を製造した。
【００１４】
（比較例２）
実施例１でリフロー処理を施さなかった。
【００１５】
実施例１及び比較例１、２で得られた各々のリフローＳｎめっき材について、動摩擦係数及び恒温恒湿試験前後の半田付性を下記方法により調べた。
動摩擦係数は耐摩耗性の良否を判定する基準となるもので、動摩擦係数が小さいほどコネクタにおける挿入力及び挿抜力が小さくなり耐摩耗性が優れることになる。結果を表１、２に示す。
〔動摩擦係数〕荷重：９８ｍＮ（１０ｇｆ）。摺動距離：１０ｍｍ。
摺動回数：１００回。使用プローブ：リフローＳｎめっき条にダボ（凹凸）加工（先端５Ｒ）を施したもの。
〔半田付性〕メニスコグラフ法（MIL-STD-883 M2022,IEC68-2-54に基づく濡れ性試験）によりゼロクロスタイムを求めて判定した。ゼロクロスタイムが小さいほど半田付性に優れる。
恒温恒湿試験条件：温度６０℃、相対湿度９５ＲＨ、
暴露時間５００ｈｒ。半田：融点２３０℃の共晶半田。
浸漬時間：１０sec 。浸漬速度：２５ｍｍ/sec。
浸漬深さ：８ｍｍ。フラックス：２５％ロジン／メタノール。
【００１６】
【表１】
【表２】
表１、２より明らかなように、本発明例のNo.1〜9 はいずれも動摩擦係数が小さく耐摩耗性に優れ、また半田濡れ性にも優れた。この半田濡れ性は恒温恒湿試験後も良好で、本発明例品は耐食性にも優れた。
これに対し、比較例のNo.10 はＢｉ層が薄かったため動摩擦係数が大きく耐摩耗性に劣った。 No.11はＢｉ層が厚かったため耐食性に劣った。比較例の No.12は表面及び表面近傍がＢｉ層のため耐摩耗性は問題なかったが、リフロー処理を施さなかったため、融点(271℃) が高く半田付性に劣り、また耐食性にも劣った。 No.13は表面及び表面近傍がＡｇ層のため耐摩耗性に劣り、またリフロー処理を施さなかったため耐食性にも劣った。
従来材のNo.14,15は、耐摩耗性及び耐食性に劣り、特にNo.15 はリフロー処理を施さなかったため半田付性に劣った。
【００１９】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明のリフローＳｎめっき材は、例えば、導電性基体上に設けられたＳｎ層上にＢｉ層又は／及びＡｇ層が設けられたのちリフロー処理が施されて前記Ｓｎ層の表面及び表面近傍が合金化されたものであり、従って前記表面及び表面近傍は合金化により硬化して耐摩耗性に優れ、また耐食性も向上する。さらに前記表面及び表面近傍は合金化により低融点化して半田付性が改善される。また基体と合金化された表面近傍との間のＳｎ層により基体成分の表面への拡散が抑制されて半田付性及び耐食性の低下が防止される。依って、工業上顕著な効果を奏する。
Claims (2)
- 導電性基体上にＳｎ層を設け、その上にＢｉ層又は／及びＡｇ層を置換析出法により０．０１μｍ以上０．５μｍ未満の厚さに設け、次いでリフロー処理を施して前記Ｓｎ層の表面及び表面近傍を前記Ｂｉ層又は／及びＡｇ層により合金化することを特徴とするリフローＳｎめっき材の製造方法。
- 導電性基体上にＳｎ層を設け、その上にＢｉ層又は／及びＡｇ層を置換析出法により０．０１μｍ以上０．５μｍ未満の厚さに設け、次いでリフロー処理を施して前記Ｓｎ層の表面及び表面近傍を前記Ｂｉ層又は／及びＡｇ層により合金化し、得られたリフローＳｎめっき材を所定の形状に加工することを特徴とする端子、コネクタ、又はリード部材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31669198A JP4014739B2 (ja) | 1998-11-06 | 1998-11-06 | リフローＳｎめっき材及び前記リフローＳｎめっき材を用いた端子、コネクタ、又はリード部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31669198A JP4014739B2 (ja) | 1998-11-06 | 1998-11-06 | リフローＳｎめっき材及び前記リフローＳｎめっき材を用いた端子、コネクタ、又はリード部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000150008A JP2000150008A (ja) | 2000-05-30 |
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ID=18079835
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31669198A Expired - Fee Related JP4014739B2 (ja) | 1998-11-06 | 1998-11-06 | リフローＳｎめっき材及び前記リフローＳｎめっき材を用いた端子、コネクタ、又はリード部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| DE102012213505A1 (de) * | 2012-07-31 | 2014-02-06 | Tyco Electronics Amp Gmbh | Schicht für ein elektrisches Kontaktelement, Schichtsystem und Verfahren zur Herstellung einer Schicht |
-
1998
- 1998-11-06 JP JP31669198A patent/JP4014739B2/ja not_active Expired - Fee Related
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