JP4916379B2 - Pcbコネクタ用オス端子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
近年、PCB端子の小型化及び接続の高密度化に対する要求が高まっており、その対応として、端子の嵌合側では、接続する際の挿入力を小さくすることが求められる。最上層のSnは、軟質金属であるため、挿入時に容易に塑性変形し、嵌合に大きな挿入力が必要となる。端子の嵌合側の挿入力の低下のため、錫の層厚を薄くする対応が考えられるが、半田付け部の半田付け性が悪化するという問題がある。
上記問題の対策として、黄銅などの銅合金を母材とし、順次Ni,Cu,Snの順でめっきを積層し、リフロー処理で上層のSnをCu−Sn合金化することで、最上層の硬度を上昇させ、PCB端子の挿入力を低減させることができる(特許文献1参照)。しかし、この対策では、PCB端子の挿入力を低減させることができるが、半田付け部の濡れ性が低下してしまうという問題がある。
又、最上層のSn層に、リフロー処理によるCu−Sn合金化層を一部露出させることで、硬度を確保し、端子の挿入力を低減させる工夫がある(特許文献2参照)。しかし、この対策も、PCB端子の挿入力を低減させることができるが、半田濡れ性が低下してしまう。
又、最上層のSn層に、カーボンを含有させる試みもある(特許文献3参照)。しかし、この対策も、PCB端子の挿入力を低減させることができるが、半田濡れ性の低下のほかに、耐食性や曲げ加工性の低下という問題がある。
嵌合部の低挿入力と半田付け部の半田濡れ性の両立が可能なPCB端子が望まれている。
<1> 嵌合部の摩擦係数が0.26以下で、半田付け部のエージング(PCT:105℃、相対湿度100%)後のゼロクロスタイムが5秒以下であることを特徴とするPCBコネクタ用オス端子。
<2> 嵌合部のSnめっきの光沢度が1.0以上であり、半田付け部のSnめっきの光沢度が1.0未満である<1>に記載のPCBコネクタ用オス端子。
<3> 嵌合部のSnめっきの光沢度が1.5以上であり、半田付け部のSnめっきの光沢度が0.6未満である<1>から<2>のいずれかに記載のPCBコネクタ用オス端子。
<4> 最表面に、Snめっきが施されたPCBコネクタ用オス端子であって、嵌合部が、リフロー処理を施したものであり、半田付け部が、無光沢Snめっきされ、かつリフロー処理されていない<1>から<3>のいずれかに記載のPCBコネクタ用オス端子。
<5> 最表面に、Snめっきが施され、嵌合部がリフロー処理され、半田付け部がリフロー処理されていないPCBコネクタ用オス端子の製造方法であって、リフロー処理炉の中で、温度差をつける事で半田付け部は、リフロー処理を施さず、嵌合部は、リフロー処理を施こすことを特徴とするPCBコネクタ用オス端子の製造方法。
本発明によるNi−SnめっきPCB端子の製造方法は、まず、黄銅その他の銅系金属板の表面を電解脱脂、水洗、酸洗、水洗後,Niめっきする。Niめっきの表面を水洗後、無光沢Snめっきを行う。無光沢Snめっきは、めっき浴に光沢剤が添加されていないめっきである。Sn表面の表面処理後、水洗、乾燥後、嵌合側のみをリフロー処理する。嵌合側のみをリフロー処理する方法を、図3、図4及び図5に示すリフロー処理炉を例にして説明する。被めっき材8は、熱源6の間で加熱される。被めっき材の半田付け部の位置には冷却流体が存在している(図3)。冷却流体は、半田付け部5のみについて熱源5からの輻射熱およびそれに伴う被めっき材内部における熱伝導を遮蔽する(図3)。嵌合側4は、熱を遮断する物質がないため、熱源6からの輻射熱を受け、リフロー処理される。その結果、リフロー処理されていない半田付け部5と、リフロー処理された嵌合部4を持つNi−SnめっきPCB端子を得ることができる。
本発明によるNi−Cu−SnめっきPCB端子の製造方法の第一の態様は、Niめっき層と、Snめっき層の間に、Cuめっきを行うことを除けば、Ni−SnPCB端子の製造方法と同様である。リフロー処理で、半田付け部5への熱を遮断、半田付け部のリフロー処理を避ける。リフロー処理されていない半田付け部5と、リフロー処理された嵌合部4を持つNi−Cu−SnめっきPCB端子を得ることができる。
本発明の半田付け部めっきの最上層である無光沢かつリフロー処理無しSnめっきと従来技術であるリフロー処理Snめっきには、以下の相違点がある。リフロー処理Snめっきは、熱処理を受けるため、拡散合金層が生成し、結晶粒サイズは粗大化する。また、有機成分が揮発することで、めっき層に含まれるカーボン量が少ない。これに対し、リフロー処理無しSnめっきは、熱処理を受けないため、拡散合金層の生成は少なく、結晶粒サイズは小さく、また、めっき層に含まれるカーボン量は少ない。これらの要素を判断して、本発明の無光沢かつリフロー処理無しSnめっきと、従来技術であるリフロー処理Snめっきを判別することができる。
一般的に無光沢Snとリフロー処理Sn(光沢Sn)は外観の光沢で判別できる。無光沢Snは光沢が無く、リフロー処理Sn(光沢Sn)は光沢があるため一目瞭然である。ただし半光沢Snとは判別が難しい。本件では、光沢度でも定義する。本件でいう無光沢Snは光沢度が1未満であり、リフロー処理Sn(光沢Sn)は1以上である。
光沢度は、(株)日本電色工業製 デンシトメータND−1を使用した。
以上、これらをすべて踏まえた上で無光沢Snとリフロー処理Sn(光沢Sn)とを判別することができる。
又、本発明のPCB端子は、嵌合部の摩擦係数が0.26以下で、半田付け部のエージング(PCT:105℃、相対湿度100%)後のゼロクロスタイムが5秒以下である。嵌合部のコネクタへの挿入力が小さく、半田付け部の半田濡れ性が良いPCB端子とするためである。
めっき処理前のPCB端子サンプルを、Ni,無光沢Snの順にめっきした。Niめっき液は、常法のスルファミン酸ニッケル浴を使用し、電流密度2A/dm2とした。Niめっきの狙い膜厚は、0.4μmとした。無光沢Snめっき液は、常法のアルカノールスルフォン酸浴を使用し、電流密度は7A/dm2とした。無光沢Snめっきの狙い膜厚は、0.7μmとした。前記図1及び図2で示す方法で、嵌合部のみを400℃、10秒のリフロー処理した。リフロー処理されていない半田付け部と、リフロー処理された嵌合部を持つNi−SnめっきPCB端子を得た。
(実施例2)
めっき処理前のPCB端子サンプルを、Ni,Cu,無光沢Snの順にめっきした。Ni,無光沢Snのめっき液は実施例1と同じである。
Cuめっき液は、常法の硫酸銅浴を使用し、電流密度4A/dm2とした。Niめっきの狙い膜厚は、0.4μm、Cuめっきの狙い膜厚は、0.4μm、無光沢Snめっきの狙い膜厚は、0.7μmとした。前記図3〜図5で示す方法で、実施例1と同じ条件で嵌合部のみをリフロー処理した。リフロー処理されていない半田付け部と、リフロー処理された嵌合部を持つNi−Cu−SnめっきPCB端子を得た。
(比較例1)
めっき処理前のPCB端子サンプルを、Ni,Snの順にめっきした。Niめっきの狙い膜厚は、0.4μm、Snめっきの狙い膜厚は、0.7μmとした。めっきの条件は、実施例1と同じである。
Ni,Snの順にめっきしたPCB端子サンプルの全体をリフロー処理して、半田付け部と嵌合部共にリフロー処理されたNi−SnめっきPCB端子を得た。リフロー処理の温度、時間の条件は実施例1と同じである。
(比較例2)
Snめっきの狙い膜厚を、1.5μmとした以外は、比較例1と同じ条件で、半田付け部と嵌合部共にリフロー処理されたNi−SnめっきPCB端子を得た。
(比較例3)
Ni,Snの順にめっきしたPCB端子サンプルの全体をリフロー処理しなかったこと以外は、比較例1と同じ条件で、半田付け部と嵌合部共にリフロー処理されていないNi−SnめっきPCB端子を得た。
(比較例4)
めっき処理前のPCB端子サンプルを、Ni,Cu,無光沢Snの順にめっきし、全体をリフロー処理した以外は実施例2と同じ条件で、半田付け部と嵌合部共にリフロー処理されたNi−Cu−SnめっきPCB端子を得た。
(比較例5)
Snめっきの狙い膜厚を、1.5μmと厚くした以外は、比較例4と同じ条件で、半田付け部と嵌合部共にリフロー処理されたNi−Cu−SnめっきPCB端子を得た。
挿入力及び半田付け性の評価結果を表1に示す。
<評価基準>
摩擦係数 0.26以下 :○
0.26以上 :×
ゼロクロスタイム(初期評価)
2.0sec 未満:○
2.0sec 以上:×
ゼロクロスタイム(エージング後)
半田濡れする :〇
半田濡れしない :×
<初期半田条件>
半田:Sn−37Pb
200℃±1℃
フラックス:タムラ化研製 UFL−300R
<メニスコ条件>JIS C 0053
メニスコ試験機:株式会社レスカ製 SAT−5100
試験片サイズ:10×25mm
浸漬速度:20±5mm/s
浸漬時間:10±1s
浸漬深さ:2mm
<エージング条件>
PCT:楠本化成(株)製 PM250
105℃、相対湿度100%、8時間
<エージング後半田条件>
半田:Sn−37Pb
230℃±1℃
フラックス:タムラ化研製 ULF−300R
<メニスコ条件>JIS C 0053
メニスコ試験機:株式会社レスカ製 SAT−5100
試験片サイズ:10×25mm
浸漬速度:20±5mm/s
浸漬時間:10±1s
浸漬深さ:2mm
<摩擦係数の測定器>
(株)山崎精機研究所製 電気接点シュミレーターCRS−1
<使用サンプル>
ベース側(メス側)
圧子:DOWAメタルテック(株)製 NB109EH(厚さ0.25mm)に1μmのSnリフローめっきを施したものをインデント加工(R=3)
<測定条件>
摺動速度:60mm/min
接触荷重:3N
摺動距離:7mm
サンプリングデータ範囲:摺動距離2〜5mmの平均値
嵌合部と半田付け部の光沢度について測定した結果を表2に示す。リフロー処理された嵌合部の光沢度は、1.0以上で、リフロー処理されていない半田付け部の光沢度は、1.0未満であった。
2.コネクタ
3.PCB端子の半田付け部
4.PCB端子の嵌合部
5.PCB端子の半田付け部
6.熱源
7.冷却流体
8.被めっき材
Claims (5)
- 嵌合部の摩擦係数が0.26以下で、半田付け部のエージング(PCT:105℃、相対湿度100%)後のゼロクロスタイムが5秒以下であることを特徴とするPCBコネクタ用オス端子。
- 嵌合部のSnめっきの光沢度が1.0以上であり、半田付け部のSnめっきの光沢度が1.0未満である請求項1に記載のPCBコネクタ用オス端子。
- 嵌合部のSnめっきの光沢度が1.5以上であり、半田付け部のSnめっきの光沢度が0.6未満である請求項1から2のいずれかに記載のPCBコネクタ用オス端子。
- 最表面に、Snめっきが施されたPCBコネクタ用オス端子であって、嵌合部が、リフロー処理を施したものであり、半田付け部が、無光沢Snめっきされ、かつリフロー処理されていない請求項1から3のいずれかに記載のPCBコネクタ用オス端子。
- 最表面に、Snめっきが施され、嵌合部がリフロー処理され、半田付け部がリフロー処理されていないPCBコネクタ用オス端子の製造方法であって、リフロー処理炉の中で温度差をつける事で、半田付け部は、リフロー処理を施さず、嵌合部は、リフロー処理を施こすことを特徴とするPCBコネクタ用オス端子の製造方法。
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