JP4445014B2 - 超小形コンタクトおよびその製造方法並びに電子部品 - Google Patents
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Description
この発明は、超小形（特に中間部の幅が５ｍｍ以下）のコンタクトおよびその製造方法並びに電子部品に関するものであって、特に、超小形コンタクトの端子部を基板に半田接合する際に、半田上がりを所定位置で停止できる酸化露出表面をコンタクトの中間部内に簡便かつ精度よく形成する技術に関する。
例えば電気コネクタやリードフレームのような電子部品のコンタクトを配線基板の回路端子に電気接続する場合、配線基板に対しコンタクトの端子部を半田接合する方法を用いるのが一般的である。
上記コンタクトは、通常、金属板から打抜きや折曲げ加工などにより形成された、接触部、中間部および端子部からなる導電性素地材料の表面上に、素地材料の各部ごとに適した導電性めっきが施される。
例えば、この素地材料の接触部の表面には、耐食性や導電性などを考慮して電気接触用のめっきが施され、一方、この接触部と連続して形成された端子部には、後工程での半田付け（接合）が、確実かつ良好に行われるように、つまり半田との馴染み（濡れ性）がよくなるように、半田付けに適しためっき（以下「半田付け用めっき」という。）が施されるのが一般的である。
半田付け用めっきは、通常は、半田めっきであるが、金（Ａｕ）めっき、パラジウム（Ｐｄ）−ニッケル（Ｎｉ）めっき、パラジウムめっき、錫（Ｓｎ）めっきなどの場合もある。
ところで、コンタクトの端子部を基板に半田接合する場合、基板側からの溶融半田や端子部自体に施された半田めっきの溶融半田などが、コンタクトの形状等に起因する毛細管現象により、コンタクトの端子部位置を超えてコンタクトの接触部にまで濡れ上がったり、流動して上記接触部を汚染してしまうという問題が生じやすい。
この半田上がりを防止するための手段としては、例えば、Ｎｉめっき後のコンタクトのＮｉバリア部を必要とする部分をテープなどでマスキングしてめっきする方法や、Ｎｉバリア部を機械的に樹脂等でマスキングしてめっきする方法が挙げられる。
しかしながら、前者の方法は、テープの幅が限定されるため、本発明が対象とする超小型コンタクトのように、Ｎｉバリア層を狭幅で形成しなければならない用途には適さず、加えて、テープとして特殊なテープを使用する必要があるため、コスト上昇を招くという問題がある。
また、後者の方法は、機械マスクを製品ごとに作製しなければならないため、コストの上昇を招く他、コンタクトとマスクの位置制御を精密に行う必要があり、めっき速度を上げることは難しいという問題がある。
さらに、半田上がりを防止するための他の手段として、例えば、本願人が提案し出願公開された特許文献１に示すように、接触部と端子部との間に位置する中間部内に、酸化ニッケル層を設けることが有用である。特許文献１記載の酸化ニッケル層の形成方法は、まず、ニッケル層を下地めっき層として施した後に、接触部と端子部との間に、所定間隔（具体的には０．３〜２．８ｍｍ程度）を空けて、接触部と端子部にそれぞれ電気接触用めっきと半田付け用めっきを施し、その後、接触部と端子部との間で露出しているニッケル層部分を酸化処理することによって酸化ニッケル層を形成するものである。
特開平１０−２４７５３５号公報
しかしながら、特許文献１記載の酸化ニッケル層の形成方法は、ニッケル層を所定間隔で露出させた状態を維持しながら、電気接触めっきや半田付け用めっきを施さなければならず、特に、中間部の幅が５ｍｍ以下の超小形コンタクトに酸化ニッケル層を精度よく形成するには、高精度の位置決め設定が必要になるため、設備コストの上昇をもたらす傾向がある。また、特許文献１記載の方法は、ニッケル層を酸化させるために独立した付加工程が必要である。
この発明の目的は、端子部を基板に半田接合する際に、半田上がりを所定位置で停止できる酸化露出表面を、コンタクトの中間部内に簡便かつ精度よく形成することができる超小形コンタクトおよびその製造方法並びに電子部品を提供することにある。
上記目的を達成するため、この発明に従う超小形コンタクトの製造方法は、導電性素地材料と、その上に形成した下地表面処理層および上側表面処理層とで構成され、相手コネクタと電気接触する接触部と、他の基板に半田接合によって電気接続される端子部と、これら接触部と端子部の間を連結する中間部とからなる超小形コンタクトの中間部内に、下地表面処理層の酸化露出表面を形成してなる超小形コンタクトの製造方法において、下地表面処理層はニッケルめっき層であり、前記酸化露出表面は、コンタクトの表裏面側にそれぞれ離隔配置した対をなすレーザー装置を用い、コンタクトの表面および一の幅端面に、一方のレーザー装置からのレーザー光を２５〜４５mJ/mm2のエネルギー密度で所定の傾斜角度で照射し、コンタクトの裏面および他の幅端面に、他方のレーザー装置からのレーザー光を２５〜４５mJ/mm2のエネルギー密度で所定の傾斜角度で照射して、コンタクトの中間部内の全周にわたって上側表面処理層の除去と、この除去により露出した狭幅の下地表面処理層の酸化を同時に行うことにより形成することを特徴とする超小形コンタクトの製造方法である。
前記接触部と前記端子部との間である中間部の幅が５ｍｍ以下であることが好ましい。
中間部内の酸化露出表面の幅は、０．１〜１．０ｍｍの範囲であることが好ましい。
また、上側表面処理層は、接触部及び中間部がいずれも金めっき層であり、端子部が半田めっき層若しくは金めっき層であることが好ましく、さらに、前記ニッケルめっき層の膜厚は０．６〜１．５μｍの範囲であることがより好適である。
さらに、前記所定の傾斜角度は、端子の端面と表面の二面をレーザ照射できる範囲であることが好ましい。
さらにまた、前記レーザー光の照射は、コンタクトの表裏面側にそれぞれ離隔配置した対をなすレーザー装置により行い、一方のレーザー装置からのレーザー光が、コンタクトの表面および一の幅端面に照射され、他方のレーザー装置からのレーザー光が、コンタクトの裏面および他の幅端面に照射されるように配置する必要がある。
また、本発明に従う電子部品は、上記コンタクトの複数本と、該コンタクトを所定の間隔で配列したハウジングとを具える。
さらに、本発明に従う超小形コンタクトの製造方法は、上記コンタクトを製造する方法であって、導電性素地材料の表面に下地表面処理層と上側表面処理層を順次形成する表面被覆工程と、中間部の表裏面に対しそれぞれ所定の傾斜角度でレーザー光を照射することにより、上層を除去するとともに、この除去により露出した狭幅の下地表面処理層を同時に酸化させて酸化露出表面を形成する工程とを具えることを特徴とする超小形コンタクトの製造方法である。
この発明によれば、コンタクト表裏面に対しそれぞれ所定の傾斜角度でレーザー光を照射して、上側表面処理層の除去と、この除去により露出した狭幅の下地表面処理層の酸化を同時に行うことにより酸化露出表面を、コンタクトの中間部内に簡便かつ精度よく形成することができ、超小形（特に全長１０ｍｍ以下）のコンタクトを容易に作製できるとともに確実に半田上りを防止することができる。
次に、この発明を実施するための最良の形態を図面を参照しながら以下で説明する。
図１は、この発明に従う代表的な超小形コンタクトを示した斜視図である。
図１に示すコンタクト１は、全長が１０ｍｍ以下、特に中間部の幅が５ｍｍ以下の超小形コンタクトであり、導電性素地材料と、その上に形成した下地表面処理層および上側表面処理層とで構成され、相手コネクタと電気接触する接触部２と、他の基板８に半田接合によって電気接続される端子部３と、これら接触部２と端子部３の間を連結する中間部４とからなっている。
導電性素地材料は、例えば、リン青銅やベリリウム銅のような金属板から打抜きや折曲げ加工などにより一体的に形成することができる。
下地表面処理層はニッケルめっき層であり、上側表面処理層は、接触部２及び中間部４がいずれも金めっき層であり、端子部３が半田めっき層若しくは金めっき層であることが、本発明の効果を顕著に奏する上で好ましいが、かかる構成だけには限定されない。
また、中間部４内に、その全周にわたって、半田上がり防止層として、下地表面処理層を酸化・露出させた狭幅の酸化露出表面５を形成したものである。
そして、本発明のコンタクトの構成上の主な特徴は、酸化露出表面５の形成技術にあり、より具体的には、コンタクト１の表面１ａおよび裏面１ｂに対しそれぞれ所定の傾斜角度θａ、θｂでレーザー光を２５〜４５mJ/mm 2 のエネルギー密度で照射して、上側表面処理層の除去と、この除去により露出した狭幅の下地表面処理層の酸化を同時に行うことにより酸化露出表面５を簡便かつ精度よく形成することにある。
図２は、複数本のコンタクト１と、該コンタクト１を所定の間隔で配列したハウジング６とを具える本発明の電子部品である電気コネクタ７を、他の基板８に半田９を用いて接合して電気接続した状態の一例を示す。
図３は、各コンタクト１の酸化露出表面５を形成したときのものであって、複数本のコンタクト１が一体的に連なって帯状部材１０の状態にあるときの斜視図であり、また、図４は、この帯状部材１０の各コンタクト１に対し、レーザー光を照射して酸化露出表面５を形成するための加工装置１１の一例を示したものであって、この加工装置１１は、コンタクト１の表面１ａおよび裏面１ｂ側に、それぞれ離隔配置した対をなすレーザー装置、図４では、１対のレーザー装置１２ａ，１２ｂを有する。
図４に示す加工装置１１を用いて、各コンタクト１に酸化露出表面５を形成する場合を説明すると、導電性素地材料の上に下地表面処理層（例えばニッケル下地めっき層）および上側表面処理層（例えば金めっき層）を形成した帯状部材１０が層間紙１３（剥離紙）とともに予め巻き取られたリール１４から、帯状部材１０を層間紙１３と分離しながら送給される。この送給方法としては、例えば、帯状部材１０に、図３に示すような複数個のガイド孔１６またはガイド突起を設けるとともに、加工装置１１の側に、帯状部材のガイド孔１６またはガイド突起と連結可能な突起又は孔を設けることによって、帯状部材を図４の送給方向１５に送給することができる。
次に、送給される帯状部材１０は、１対のレーザー装置１２ａ，１２ｂ間を通過した後、巻取りリール１７により巻き取られる。
これらのレーザー装置１２ａ，１２ｂは、コンタクト表裏面に対しそれぞれ端子の表裏面を同時にレーザ照射できる範囲の所定の傾斜角度θａ、θｂでレーザー光を照射し、一方のレーザー装置１２ａからのレーザー光が、コンタクト１の表面１ａおよび一の幅端面１ｃに照射され、他方のレーザー装置１２ｂからのレーザー光が、コンタクト１の裏面１ｂおよび他の幅端面１ｄに照射されるように配置したものであり、これにより、コンタクト１の全周（４面）にわたって、レーザーを照射することが可能になる。
前記所定の傾斜角度θａ、θｂは、端子の側面と表面の二面をレーザ照射できる範囲、具体的には、５〜９０°であることが好ましく、特に、エネルギー密度が低くなり、上側表面処理層の除去（剥離）ができなくなる点から、４５°±５°の範囲にすることがより好適である。
このようにコンタクトの全周にわたってレーザーを照射することによって、上側表面処理層の除去と、この除去により露出した狭幅の下地表面処理層の酸化を同時に行うことにより、狭幅の酸化露出表面５を簡便かつ精度よく形成することができる。
なお、特開２００４−１５２５５９号公報には、素材に下地ニッケルめっき後、表面金めっきを施し、その後にはんだ上がり防止が必要な部分の表面を、レーザー加工技術を適用、して、下地ニッケルめっきを露出させることや、下地ニッケルめっきと金めっきがニッケル−金合金層に改質されることが記載されているものの、本発明のように、上側表面処理層の除去と、この除去により露出した狭幅の下地表面処理層の酸化を同時に行うためのものではない。
本発明は、特に、レーザー照射条件を、レーザーのエネルギー密度を一定の範囲で制御することにより、上側表面処理層（例えば金めっき層）だけを除去するとともに、この除去により露出した狭幅の下地表面処理層（例えば下地ニッケルめっき層）の酸化を同時に行うことができ、その結果、狭幅の酸化露出表面５を簡便かつ精度よく形成することができるのである。
下地表面処理層の膜厚は、例えばニッケルめっき層の場合、０．６〜１．５μｍの範囲が好ましく、特に、０．９〜１．１μｍの範囲とすることが、レーザー照射時におけるレーザーのエネルギー密度の適正範囲が広くなる点でより好適である。ニッケルめっき層の膜厚が０．６μｍよりも薄い場合には、レーザー照射により上側表面処理層だけを除去してニッケルめっき層を露出させるのが難しいからであり、また、ニッケルめっき層の膜厚が１．５μｍよりも厚くしても、コストの増加を招くに過ぎないからである。
また、本発明では、レーザー照射時におけるレーザーのエネルギー密度は、素材の銅が露出しない点で、２５〜４５ｍＪ／ｍｍ２の範囲にすることが必要である。
図５（ａ）、（ｂ）は、導電性素地材料を銅とし、下地表面処理層をニッケルめっき層（膜厚：２μｍ）とし、上側表面処理層を金層（膜厚：０．１μｍ）とするコンタクトの中間部にレーザーを照射する前のコンタクト表面を、それぞれ異なる倍率（１５０倍と５００倍）で観察したときの写真であり、図６（ａ）、（ｂ）は、図５（ａ）、（ｂ）のコンタクトの中間部にレーザー（エネルギー密度：４０ｍＪ／ｍｍ２）を照射した後の本発明のコンタクト表面を、それぞれ異なる倍率（１５０倍と５００倍）で観察したときの写真であり、図７および図８は、図５及び図６に対応するレーザー照射前後のコンタクトの中間部を、それぞれオージェ電子分光法により、表面から深さ方向に元素分析を行なったときの結果を示したものである。
図７および図８の元素分析結果から、レーザー照射前のコンタクトの中間部は、自然酸化皮膜と考えられる５ｎｍ程度のＮｉ酸化皮膜層が存在しており、一方、レーザー照射後のコンタクトの中間部は、自然酸化皮膜の約４倍の２０ｎｍ程度の厚いＮｉ酸化皮膜層が存在しており、これは、レーザー照射によって厚くＮｉ酸化皮膜層が形成されたことを示している。
図９は、導電性素地材料を銅とし、下地表面処理層を種々の膜厚で形成したニッケルめっき層とし、上側表面処理層を金層（膜厚：０．１μｍ）とするコンタクトの中間部に、種々のエネルギー密度でレーザーを照射した部分の表面について、元素分析と半田接合時の半田上がりの有無を調べた結果を示したものであり、縦軸がレーザーのエネルギー密度（ｍＪ／ｍｍ２）、横軸がニッケルめっき膜厚（μｍ）である。
図９から、ニッケルめっき層の膜厚が１．１μｍ以下の範囲では、ニッケルめっき層の膜厚が厚くなるほど、レーザー照射時におけるレーザーのエネルギー密度の適正範囲が広くなる傾向があり、０．９μｍ以上の膜厚では、膜厚によらずレーザーのエネルギー密度の適正範囲はほぼ同様であることがわかる。
図１０は、導電性素地材料を銅とし、下地表面処理層をニッケルめっき層（膜厚：２μｍ）とし、上側表面処理層を金層（膜厚：０．１μｍ）とするコンタクトの中間部にレーザー（エネルギー密度：４０ｍＪ／ｍｍ２）を照射した後の本発明のコンタクトの表面を観察したときの（ａ）ＳＥＭ像および（ｂ）Ａｕ、（ｃ）Ｎｉおよび（ｄ）ＣｕのＸ線像であり、図１１は、図１０のコンタクトの断面を観察したときの（ａ）ＳＥＭ像および（ｂ）Ｘ線像であり、そして、図１２は、図１０のコンタクトの端子部にはんだ付けを施す前（ａ）とはんだ付けを施した後（ｂ）のコンタクトの表面を観察したときの写真である。
また、図１３は、導電性素地材料を銅とし、下地表面処理層をニッケルめっき層（膜厚：２μｍ）とし、上側表面処理層を金層（膜厚：０．１μｍ）とするコンタクトの中間部にレーザー（エネルギー密度：４０ｍＪ／ｍｍ２）を照射した後の比較例のコンタクトの表面を観察したときの（ａ）ＳＥＭ像および（ｂ）Ａｕ、（ｃ）Ｎｉおよび（ｄ）ＣｕのＸ線像であり、図１４は、図１３のコンタクトの断面を観察したときの（ａ）ＳＥＭ像および（ｂ）Ｘ線像であり、そして、図１５は、図１３のコンタクトの端子部にはんだ付けを施す前（ａ）とはんだ付けを施した後（ｂ）のコンタクトの表面を観察したときの写真である。
図１０（ａ）〜（ｄ）の結果から、本発明のコンタクトは、中間部のレーザー照射面には、Ａｕはほとんど存在せず、Ｎｉが表面全体に存在し、素地材料の銅は露出していないことが観察でき、また、図１１（ａ）および（ｂ）の結果からも、Ｎｉ層がレーザー照射面全体にわたって表面に均一に存在するのが観察できる。
また、図１２のはんだ付け性の結果から、本発明のコンタクトは、はんだの濡れ上がりが、コンタクトの中間部に形成したレーザー照射面の直下位置で抑制されており、Ｎｉ酸化層の濡れ上がり抑制効果が確認できる。
一方、図１３（ａ）〜（ｄ）の結果から、エネルギー密度が低いレーザーで照射した比較例のコンタクトは、中間部のレーザー照射面全体に、Ａｕが付着したままであることが観察でき、また、図１４（ａ）および（ｂ）の結果からも、Ａｕ層がレーザー照射面全体にわたって表面に均一に存在するのが観察でき、図１５のはんだ付け性の結果から、比較コンタクトは、はんだの濡れ上がりが、コンタクトの中間部に形成したレーザー照射面を越えて接触部近くまで発生しているのがわかる。
また、図１６に、本発明のコンタクトに形成した酸化露出表面５（Ｎｉめっき膜厚：１μｍ、レーザーエネルギー密度：３０ｍＪ／ｍｍ２）をレーザー顕微鏡（倍率：１０００倍）により撮影したときの写真の一例を示す。
さらに、この発明の他の実施形態として、図４の加工装置１１には、帯状部材１０のテンション調整等のため、リール１４，１７間に、複数個のガイドローラー１８ａ〜１８ｈを配設する場合を示してあるが、かかる構成は必要に応じて適宜選択することができる。
尚、上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。
この発明によれば、コンタクト表裏面に対しそれぞれ所定の傾斜角度でレーザー光を照射して、上側表面処理層の除去と、この除去により露出した狭幅の下地表面処理層の酸化を同時に行うことにより酸化露出表面を、コンタクトの中間部内に簡便かつ精度よく形成することができる。
Claims (8)
- 導電性素地材料と、その上に形成した下地表面処理層および上側表面処理層とで構成され、相手コネクタと電気接触する接触部と、他の基板に半田接合によって電気接続される端子部と、これら接触部と端子部の間を連結する中間部とからなる超小形コンタクトの中間部内に、下地表面処理層の酸化露出表面を形成してなる超小形コンタクトの製造方法において、
下地表面処理層はニッケルめっき層であり、
前記酸化露出表面は、コンタクトの表裏面側にそれぞれ離隔配置した対をなすレーザー装置を用い、コンタクトの表面および一の幅端面に、一方のレーザー装置からのレーザー光を２５〜４５mJ/mm2のエネルギー密度で所定の傾斜角度で照射し、コンタクトの裏面および他の幅端面に、他方のレーザー装置からのレーザー光を２５〜４５mJ/mm2のエネルギー密度で所定の傾斜角度で照射して、コンタクトの中間部内の全周にわたって上側表面処理層の除去と、この除去により露出した狭幅の下地表面処理層の酸化を同時に行うことにより形成することを特徴とする超小形コンタクトの製造方法。 - 前記中間部の幅が５ｍｍ以下である請求項１記載の超小形コンタクトの製造方法。
- 前記中間部内の酸化露出表面の幅は、０．１〜１．０ｍｍの範囲である請求項１または２記載の超小形コンタクトの製造方法。
- 上側表面処理層は、接触部及び中間部がいずれも金めっき層であり、端子部が半田めっき層若しくは金めっき層である請求項１、２または３記載の超小形コンタクトの製造方法。
- 前記ニッケルめっき層の膜厚は０．６〜１．５μｍの範囲である請求項４記載の超小形コンタクト
の製造方法。 - 前記所定の傾斜角度は、端子の側面と表面の二面をレーザ照射できる範囲である請求項
１〜５のいずれか１項記載の超小形コンタクトの製造方法。 - 請求項１〜６のいずれか１項記載の方法を用いて製造した超小形コンタクトの複数本と
、該コンタクトを所定の間隔で配列したハウジングとを具える電子部品。 - 前記請求項１〜６のいずれか１項記載の方法を用いて製造した超小形コンタクト。
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