JP5027013B2

JP5027013B2 - コネクタ用めっき角線材料

Info

Publication number: JP5027013B2
Application number: JP2008052692A
Authority: JP
Inventors: 秀一北河; 賢悟水戸瀬
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2008-03-03
Filing date: 2008-03-03
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2028-03-03
Also published as: JP2009208106A

Description

本発明は電気・電子部品のコネクタに使用される、スズまたはスズ合金めっきされたコネクタ用めっき角線材料に関する。

電気、電子機器部品等のコネクタ材料として、従来、例えば特許文献１にはオス電気接栓や電子部品のリード線として使用されるめっき線が開示されている。この技術によれば、導電性のよい銅または銅合金を線材料とし、この線材料上に下地めっきとしてニッケルめっきまたは銅めっきを施し、この下地めっき上にスズまたはスズ合金を施しためっきを施し、加熱リフローした後に直ちに急冷し、ついで、長手方向と直行する方向に切断して所望する長さ寸法に加工することにより、スズまたはスズ合金がめっきされた線材が製造されている。
しかし、この方法で製造されためっき線材は、リフロー時の熱で偏肉を生じて、腹の部分が厚くなり、摩擦係数が大きくなってしまう。また、角の部分ではんだ濡れ性が悪いものであった。

一方、特許文献２は銅または銅合金からなる線材料上にニッケルめっき層および銅めっき層が順に積層された２層からなる下地めっき層が形成され、この下層めっき上にスズまたはスズ合金からなる上層リフローめっき層が形成されているコネクタ用ワイヤーを示す。このコネクタ用ワイヤーは黄銅からなる断面形状が略正方形の角線の表面にニッケルメッキ層および銅めっき層を順次形成し、その後スズめっきを施したあと、加熱リフロー処理を行い、急冷することによって製造されている。
しかしこの方法では、材料を加熱することにより、スズが偏肉して角の部分が濡れなくなる場合があった。
特許第２７４２７０２号公報国際公開ＷＯ２００２／１０３０８６号パンフレット

従来の、コネクタ用めっき線材では、ニッケル（Ｎｉ）下地、銅（Ｃｕ）下地、Ｎｉ／Ｃｕ下地に関らず、リフロー後のスズ（Ｓｎ）の凝集のために、角の部分ではんだ付け性が悪く、中央部で摩擦係数が高いといった問題点があった。
本発明は、スズまたはスズ合金めっきされた線材のリフロー時に、めっきされたスズまたはスズ合金が線材の各面の中央に偏肉することを防止し、良好な半田付け性と低い挿入力すなわち低い摩擦係数を両立した、コネクタ用めっき角線材料を提供することを目的とする。

本発明は、
（１）角線材料に少なくともスズまたはスズ合金めっきが施され後、リフロー処理された、電気・電子部品のコネクタに使用される導電性を持つコネクタ用めっき角線材料であって、前記角線材料の各面に長手方向に設けられた少なくとも１本の溝を有し、該溝の幅および深さがともに前記角線材料に施す全めっきの厚さに対して１０〜１００倍の大きさであることを特徴とするコネクタ用めっき角線材料、
（２）前記溝の断面形状がＵ字型、Ｖ字型、または四角形であることを特徴とする（１）項記載のコネクタ用めっき角線材料、
（３）前記溝の本数が各面で４本以上であることを特徴とする請求項１または２記載のコネクタ用めっき角線材料、
（４）前記溝は、ダイスにより溝加工されて設けられたものであることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項に記載のコネクタ用めっき角線材料、および
（５）前記角線材料が銅または銅合金からなるものであることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項に記載のコネクタ用めっき角線材料
を提供するものである。

本発明のコネクタ用めっき角線材料は、溝をつけることにより、リフロー時にＳｎが腹の部分に偏肉して摩擦係数が増加することがなく、角の部分でもＳｎ厚が薄くならないので、半田濡れ性は低下しない。また、溝の本数が多いほどめっき皮膜が均一化するので、表面状態も均一化し、良好な外観を得られる。

本発明のコネクタ用めっき角線材料は、角線材料に少なくともスズまたはスズ合金めっきが施された後、リフロー処理された、電気・電子部品のコネクタに使用される導電性を持つコネクタ用めっき角線材料であって、前記角線材料の各面に長手方向に設けられた少なくとも１本の溝を有し、該溝の幅および深さがともに前記角線材料に施す全めっきの厚さに対して１０〜１００倍の大きさであるものである。

本発明に用いられる角線材料（母材）はダイス加工が可能な導体であればよく、特に限定は無いが、コネクタに要求される導電性、機械的強度および耐熱性を有する銅、リン青銅、黄銅、洋白、ベリリウム銅、コルソン合金などの銅合金が好ましい。
また、溝を設ける前の状態の角線材料の断面は、正方形、長方形、正六角形などが挙げられる。また、角をＲ状、直線状等に面取りしたものであってもよい。
なお、本発明において、角線材料の各面と言う場合には、長手方向に形成された面のみを指し、線の端面は除くものである。

上記の角線材料を、例えば、材料と接触する部分に微小の突起を有するダイスを用いて線引きを行うことにより、微小な溝を有した角線材料を得ることができる。ただし、溝加工はダイスによるものに限定されるものではなく、レーザーなどで行ってもよい。

図８は、本発明において溝２を設けられた角線材料１の１例を拡大して示す断面図である。設けられる溝の深さｄ、開口幅ｗは、当該材料に施したリフロー処理前の全めっき厚の１０倍ないし１００倍であり、好ましくは１０倍〜３０倍である。リフローによってＳｎが凝集する最大厚さより大きいとすることが好ましい。
全めっき厚に対してｄおよびｗが小さすぎると、めっきの凝集を防ぐ効果が小さい上、ダイス加工が難しい。逆に、ｄおよびｗが大きすぎると、めっきのつかない面積が増え、はんだ濡れ性が低下する。

溝の深さｄと開口幅ｗの比ｗ／ｄ（アスペクト比）はｗ／ｄ≦２であることが好ましい。溝の深さが浅すぎる（ｗ／ｄが大きすぎる）と、Ｓｎが溝を乗り越えてＳｎ凝集を防ぐ効果が薄れることがある。
開口部の傾斜は表面から内側に向けた角度で３０°以上が好ましい。開口部の傾斜角度が小さいと、溝中にもめっきがついて凝集を防ぐ効果が薄れることがある。
溝の断面形状は、特に限定されるものではないが、好ましくはＶ字型、Ｕ字型、四角形（好ましくは、長方形）である。

溝の位置は、特に限定されるものではないが、メス端子の接点部と接触する箇所に位置しないほうが好ましい。
溝の本数は各面に対して１本以上とするが、好ましくは４本以上である。

本発明のコネクタ用めっき角線材料は、例えば、母材表面に全めっきの厚さに対して幅・深さとも１０倍ないし１００倍の溝を各面で少なくとも１本設け、その後、常法により、脱脂、酸洗などのめっき前処理を行ったあと、ＳｎまたはＳｎ合金めっきを施し、リフロー処理をして急冷することで、製造することができる。

本発明において、Ｓｎめっきは、無電解めっきで行って形成しても良いが、電気めっきで形成するのが望ましい。Ｓｎめっきにより形成されるＳｎ層の厚さは０．０１〜５．０μｍが好ましい。また、Ｓｎめっきだけでなく、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｚｎ、Ｓｎ−Ｉｎ、Ｓｎ−ＰｂなどのＳｎ主体の合金めっきも用いることができる。
最上層の電気Ｓｎめっきは、例えば硫酸スズ浴を用い、めっき温度３０℃以下、電流密度５Ａ／ｄｍ^２で行えばよい。ただし、条件はこの限りではなく適宜設定可能である。

本発明においては、最上層にＳｎめっきされた材料を熱処理する。この熱処理の条件はＣｕ濃度が基体側から表面に向けて徐々に減少しているＣｕ−Ｓｎ合金層を形成する条件とすることが好ましい。熱処理をリフロー処理（連続処理）により施す場合は、炉内温度５００〜９００℃で０．１〜３００秒（より好ましくは０．５〜１０秒、さらに好ましくは０．５〜５秒）の加熱が好ましい。バッチ処理により熱処理する場合は前記材料を５０〜２５０℃の炉内に０．５〜数時間保持するのが好ましい。
上記のリフロー処理後、水中に浸漬することにより急冷することが好ましい。

本発明においては、リフロー処理によって、Ｃｕ−Ｓｎ合金層を形成することが好ましい。このＣｕ−Ｓｎ合金層は、Ｃｕ−Ｓｎ金属間化合物層を包含するものである。本発明におけるＣｕ−Ｓｎ金属間化合物としてはＣｕ_６Ｓｎ_５、Ｃｕ_３Ｓｎなどが挙げられる。また、これらの金属間化合物が混在したものも包含するものである。

また、本発明においては、角線材料上に、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎなどの下地めっきをしても良い。
例えば、Ｎｉ下地めっきを行い、Ｎｉ下地層を設けることで母材の成分が最外層に拡散するのが防止される。母材成分が最外層に熱拡散するのを防止するバリア機能を有する下地めっきとしては、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅなどの金属、これらを主成分とするＮｉ−Ｐ系、Ｎｉ−Ｓｎ系、Ｃｏ−Ｐ系、Ｎｉ−Ｃｏ系、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｐ系、Ｎｉ−Ｃｕ系、Ｎｉ−Ｃｒ系、Ｎｉ−Ｚｎ系、Ｎｉ−Ｆｅ系などの合金が好適に用いられる。これら金属および合金は、めっき処理性が良好で、価格的にも問題がない。中でも、ＮｉおよびＮｉ合金はバリア機能が高温環境下にあっても衰えないため推奨される。

前記下地層に用いるＮｉなどの金属（合金）は、融点が１０００℃以上と高く、接続コネクタの使用環境温度は２００℃以下と低いため、下地層はそれ自身熱拡散を起こし難いうえ、そのバリア機能が有効に発現される。

下地層の厚みは、０．０２μｍ未満ではそのバリア機能が十分に発揮されなくなり、３．０μｍを超えるとめっき歪みが大きくなって母材から剥離し易くなる。従って０．０２〜３．０μｍが好ましい。下地層の厚みの上限は端子加工性を考慮すると１．５μｍ、さらには１．０μｍが好ましい。

本発明では、角線材料上にＣｕ下地めっきを行い、Ｃｕ下地層を設けることも好ましい。Ｃｕ下地層を設けることにより、Ｃｕ濃度を減少させたＣｕ−Ｓｎ合金層の形成を容易にすることができる。Ｃｕ下地層の厚みは０．０１〜３．０μｍが好ましい。さらには０．０５〜１．０μｍが好ましい。
本発明の一つの好ましい態様では、角線材料上に、Ｎｉ層、Ｃｕ層、Ｓｎ層の順でめっきが施され、リフロー処理されたものである。

以下に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
なお、以下の実施例および比較例において、銅めっきは硫酸浴、ニッケルめっきはスルファミン酸浴、スズめっきは硫酸浴を用いて行った。
また、リフロー処理は、誘導加熱を用いて、スズの融点以上に加熱して処理を行った。

実施例１
幅０．６４ｍｍの７／３黄銅角線に、開口幅０．０１５ｍｍ、深さ０．０１５ｍｍの断面がＶ字型の溝を各面４本、材料と接触する部分に微小の突起を有するダイスを用いて線引きを行うダイス引き法によってつけ、図１の概略断面図に示す角線材料を得た。図中、１は角線材料、２は溝を示す。当該材料に銅の下地めっきを厚さ０．５μｍ施した後、厚さ１．０μｍのスズめっきを行い、リフロー処理し、急冷して、スズめっき角線材料を得た。

実施例２
幅０．６４ｍｍの７／３黄銅の角線に、幅０．０４５ｍｍ、深さ０．０４５ｍｍの断面がＶ字型の溝を２本、実施例１と同様のダイス引き法によってつけ、図２の概略断面図に示す角線材料を得た。図中、１は角線材料、２は溝を示す。当該材料に銅の下地めっきを厚さ０．５μｍ施した後、厚さ１．０μｍのスズめっきを行い、リフロー処理し、急冷して、スズめっき角線材料を得た。

実施例３
幅０．６４ｍｍの７／３黄銅の角線に、幅０．０５ｍｍ、深さ０．０５ｍｍの断面がＶ字型の溝を１本、実施例１と同様のダイス引き法によってつけ、図３の概略断面図に示す角線材料を得た。図中、１は角線材料、２は溝を示す。当該材料に厚さ０．５μｍのスズめっきを行い、リフロー処理し、急冷して、スズめっき角線材料を得た。

実施例４
幅０．６４ｍｍの７／３黄銅の角線に、幅０．０３ｍｍ、深さ０．０１５ｍｍの断面が長方形の溝を２本、実施例１と同様のダイス引き法によってつけ、図４の概略断面図に示す角線材料を得た。図中、１は角線材料、２は溝を示す。当該材料に銅の下地めっきを厚さ０．５μｍ施した後、厚さ１．０μｍのスズめっきを行い、リフロー処理し、急冷して、スズめっき角線材料を得た。

実施例５
幅０．６４ｍｍの７／３黄銅の角線に、幅０．０１５ｍｍ、深さ０．０３ｍｍの断面が長方形の溝を２本、実施例１と同様のダイス引き法によってつけ、図５の概略断面図に示す角線材料を得た。図中、１は角線材料、２は溝を示す。当該材料に銅の下地めっきを厚さ０．５μｍ施した後、厚さ１．０μｍのスズめっきを行い、リフロー処理し、急冷して、スズめっき角線材料を得た。

実施例６
幅０．６４ｍｍのコルソン合金（古河電気工業（株）製、ＥＦＴＥＣ−９７：以下同様）の角線に、開口幅０．０１５ｍｍ、深さ０．０１５ｍｍのＶ字型の溝を各面４本、実施例１と同様のダイス引き法によってつけ、当該材料に厚さ０．５μｍの下地ニッケルめっきを施した後、続いて銅を厚さ０．３μｍにめっきし、仕上げに厚さ０．７μｍのスズめっきを行い、リフロー処理し、急冷して、スズめっき角線材料を得た。

実施例７
幅０．６４ｍｍのコルソン合金角線の角線に、幅０．０４５ｍｍ、深さ０．０４５ｍｍの断面がＶ字型の溝を２本、実施例１と同様のダイス引き法によってつけ、当該材料に厚さ０．５μｍの下地ニッケルめっきを施した後、続いて銅を厚さ０．３μｍにめっきし、仕上げに厚さ０．７μｍのスズめっきを行い、リフロー処理し、急冷して、スズめっき線材を得た。

実施例８
幅０．６４ｍｍの７／３黄銅の角線に、幅０．０３ｍｍ、深さ０．０１５ｍｍの断面が長方形の溝を２本、実施例１と同様のダイス引き法によってつけ、当該材料に厚さ０．５μｍの下地ニッケルめっきを施した後、続いて銅を厚さ０．３μｍめっきし、仕上げに厚さ０．７μｍのスズめっきを行い、リフロー処理し、急冷して、スズめっき角線材料を得た。

実施例９
幅０．６４ｍｍのコルソン合金角線に幅０．０１５ｍｍ深さ０．０３ｍｍの長方形の溝を２本上記ダイス引き法によってつけ、当該材料に０．５μｍの下地ニッケルめっきを施した後、続いて銅を０．３μｍめっきし、仕上げに０．７μｍのスズめっきを行い、リフロー処理し、急冷して、スズめっき角線材料を得た。

比較例１
幅０．６４ｍｍ７／３黄銅の角線に、幅０．００７５ｍｍ、深さ０．０７５ｍｍの断面がＶ字型の溝を各面２本、実施例１と同様のダイス引き法によってつけ、図６の概略断面図に示す角線材料を得た。図中、１は角線材料、２は溝を示す。当該材料に銅の下地めっきを厚さ０．５μｍ施した後、厚さ１．０μｍのスズめっきを行い、リフロー処理して、スズめっき角線材料を得た。

比較例２
幅０．６４ｍｍの７／３黄銅の角線に、幅０．０７５ｍｍ、深さ０．０７５ｍｍの断面がＶ字型の溝を２本、実施例１と同様のダイス引き法によってつけ、図７の概略断面図に示す角線材料を得た。図中、１は角線材料、２は溝を示す。当該材料に厚さ０．５μｍのスズめっきを行い、リフロー処理し、急冷して、スズめっき角線材料を得た。

比較例３
幅０．６４ｍｍの７／３黄銅の角線に銅の下地めっきを厚さ０．５μｍ施した後、厚さ１．０μｍのスズめっきを行い、リフロー処理し、急冷して、スズめっき角線材料を得た。

比較例４
幅０．６４ｍｍの７／３黄銅の角線に厚さ０．５μｍの下地ニッケルめっきを施した後、続いて銅を厚さ０．５μｍめっきし、仕上げに厚さ０．７μｍのスズめっきを行いリフロー処理して、スズめっき角線材料を得た。

試験例
上記実施例１〜９、比較例１〜４のめっき角線材料のめっきの外観、はんだ濡れ性、および動摩擦係数について、評価試験を行った。
（はんだ濡れ性）
メニスコグラフ法によって測定を行った。装置はレスカ（株）製ソルダーチェッカーＳＡＴ−５１００を用いた。
はんだはＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕの鉛フリーはんだを用いて、２５％ロジンフラックスを使用した。
判定基準は、浸漬面積の９５％以上が濡れている場合に良好◎、浸漬面積の９０％以上濡れている場合に合格○、それ以下を不合格×とした。
（動摩擦係数：挿入性）
動摩擦係数（挿入性）の測定には、バウデン試験器を用いた。摺動子にはメス端子を模擬したディンプルを取り付けて測定した。
判定基準は、μｋ＜０．３を合格○とし、それ以上を不合格×とした。
（めっきの外観）
ＪＩＳＺ８７４１に準拠する光沢度計により測定し、６０度鏡面光沢の光沢度６０％以上を○、６０度鏡面光沢の光沢度６０％未満を×とした。

表１に示されるように、比較例でははんだ濡れ性、動摩擦係数の少なくとも１つが不合格であったのに対し、実施例ではいずれも濡れ性、動摩擦係数のいずれも合格基準を満たし、さらに、外観も優れるものであった。

実施例１で用いた角線材料の概略断面図である。実施例２で用いた角線材料の概略断面図である。実施例３で用いた角線材料の概略断面図である。実施例４で用いた角線材料の概略断面図である。実施例５で用いた角線材料の概略断面図である。比較例１で用いた角線材料の概略断面図である。比較例２で用いた角線材料の概略断面図である。溝を設けられた角線材料の１例を拡大して示す断面図である。

符号の説明

１角線材料
２溝

Claims

角線材料に少なくともスズまたはスズ合金めっきが施された後、リフロー処理された、電気・電子部品のコネクタに使用される導電性を持つコネクタ用めっき角線材料であって、前記角線材料の各面に長手方向に設けられた少なくとも１本の溝を有し、該溝の幅および深さがともに前記角線材料に施す全めっきの厚さに対して１０〜１００倍の大きさであることを特徴とするコネクタ用めっき角線材料。
前記溝の断面形状がＵ字型、Ｖ字型、または四角形であることを特徴とする請求項１記載のコネクタ用めっき角線材料。
前記溝の本数が各面で４本以上であることを特徴とする請求項１または２記載のコネクタ用めっき角線材料。
前記溝は、ダイスにより溝加工されて設けられたものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のコネクタ用めっき角線材料。
前記角線材料が銅または銅合金からなるものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のコネクタ用めっき角線材料。