JP5559981B2 - プレスフィット用端子及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、工場等で使用される電子機器、航空機、船舶、自動車等の各種電子機器、特に自動車の電子制御装置の使用に適したプレスフィット用端子及びその製造方法に関する。

例えば、自動車には、エンジン等の設置機器の制御を行うＥＣＵと称される電子制御装置が複数設けられている。それぞれのＥＣＵは、各センサー等で検出される電子情報に基づいて動作するマイクロコンピュータを備え、論理的な制御演算を行う制御回路系統と、演算結果に従って制御対象を動作するパワー回路系統とを有している。
この制御回路系統及びパワー回路系統と外部との接続には、基板に形成されたスルーホールの内幅より拡幅した膨出部を備えるプレスフィット用端子が使用され、このプレスフィット用端子の膨出部をスルーホールに差し込むことで、電気的な接続が行われている。なお、プレスフィット用端子の表面には、鉛フリーを考慮して接続基板のスルーホールとの接触性を高めるため、Ｓｎめっきがなされている。

このプレスフィット用端子は、従来行っていたはんだ付けを行うことなく、接続用端子と制御基板との接続を行うものであり、一度スルーホールに差し込んだプレスフィット用端子を、再度スルーホールから抜き出すことを想定したものではない。従って、当然のことながら、人が手によって、プレスフィット用端子をスルーホールに差し込むことはできない。例えば、プレスフィット用端子をスルーホールへ差し込むに際しては、１端子当り６〜７ｋｇ（６０〜７０Ｎ）の垂直力が必要であり、モールディングされたコネクタでは、５０〜１００本の端子を同時にプレスフィットするため、多大な押込力が必要である。

このため、プレスフィット用端子をスルーホールへ差し込む際に、プレスフィット用端子の外周面がスルーホールによって大きな加圧力を受け、比較的柔らかいＳｎめっきが削れてしまい、削られた破片が周囲に飛散し、場合によっては隣り合う端子のショートを引き起こすという問題があった。
なお、プレスフィット用端子とは異なる構造の端子として、かん合型端子がある。このかん合型端子は、一般に、めす端子がバネ構造を有するものであり、端子の取付けに際しては、プレスフィット用端子のように、多大な力を要しない（例えば、１端子当り０．３〜０．４ｋｇ程度）ため、めっき材に削れが発生しない。また、かん合型端子は、プレスフィット用端子の使用形態とは異なるため、例え削れかすが発生したとしても、この削れかすが基板の電気回路をショートさせるという問題も生じない。

そこで、従来よりも削れを低減できるプレスフィット用端子として、例えば、特許文献１には、少なくとも基板挿入部分に０．１〜０．８μｍ厚のＳｎめっきが施されたプレスフィット用端子が開示されている。これにより、Ｓｎめっき層が極めて薄い層となるため、プレスフィット用端子の母材（例えば、銅合金）の硬さが影響して、スルーホールへの挿入時のめっきの削れが抑制されるようになる。しかし、スルーホールの内幅より拡幅した膨出部を有する基板挿入部分にＳｎめっきが施されているため、Ｓｎの柔らかさに起因したＳｎのめくれが発生し、めっきの削れを防止することはできない。
このため、本願発明者らは、母材の表面に、Ｃｕ含有率が３５〜７５ａｔ％であるＣｕ−Ｓｎ合金層を設けたプレスフィット用端子を発明し、先に出願した（特許文献２参照）。

特開２００５−２２６０８９号公報 特開２００６−１１４４９２号公報

しかしながら、特許文献２に開示されたプレスフィット用端子では、Ｃｕ−Ｓｎ合金層の表面にＳｎが残存する場合もあり、高硬度の製品を生産性よく、しかも安定に製造することができない恐れがあった。
また、母材の表面に形成されるＣｕ−Ｓｎ合金層の種類が規定されておらず、製品品質がばらつき、更なる硬度向上の要求に対して十分に対応できない恐れもあった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、スルーホールとの接触性の低下を生じることなく、高硬度の製品を生産性よく、しかも安定に製造できるプレスフィット用端子及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係るプレスフィット用端子は、基板に形成されたスルーホールに圧入して該基板に取付けるプレスフィット用端子において、
加熱処理により、母材の表面に、下地めっき層を介して、Ｃｕ_３Ｓｎ合金層とＣｕ_６Ｓｎ_５合金層が順次設けられ、該Ｃｕ_６Ｓｎ_５合金層の表面におけるＳｎの露出をなくし、
前記Ｃｕ_３Ｓｎ合金層と前記Ｃｕ_６Ｓｎ_５合金層との合計厚みが０．２μｍ以上５μｍ以下であり、しかも前記Ｃｕ_６Ｓｎ_５合金層の表面への前記Ｃｕ_３Ｓｎ合金層の露出を、全表面積の５０％以下とし、更に、前記スルーホールに接する部位のめっき厚を他の部分より薄くした。

第１の発明に係るプレスフィット用端子において、前記母材がＣｕ又はＣｕ合金であることが好ましい。

第１の発明に係るプレスフィット用端子において、前記下地めっき層はＮｉであり、該下地めっき層の厚みが０．２μｍ以上５μｍ以下の範囲にあることが好ましい。なお、ここで、Ｎｉめっきとは、Ｎｉ合金（例えば、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂ等）を含む（以下同じ）。
第１の発明に係るプレスフィット用端子において、前記スルーホールへの圧入時に、長さ３００μｍ以上の端子めっきの削れかすが発生しないことが好ましい。
第１の発明に係るプレスフィット用端子において、自動車の電子制御装置に使用されることが好ましい。

前記目的に沿う第２の発明に係るプレスフィット用端子の製造方法は、基板に形成されたスルーホールに圧入して該基板に取付けるプレスフィット用端子の製造方法において、
母材に下地めっきを行い、この下地めっき層の上にＣｕ又はＣｕ合金によるＣｕめっきを行い、更に、その上にＳｎ又はＳｎ合金によるＳｎめっきを行う第１工程と、
前記第１工程で、下地めっき、Ｃｕめっき、及びＳｎめっきが行われた前記母材を加熱して、該母材の表面に、前記下地めっき層を介してＣｕ_３Ｓｎ合金層とＣｕ_６Ｓｎ_５合金層を順次設け、加熱処理された該Ｃｕ_６Ｓｎ_５合金層の表面におけるＳｎの露出をなくし、しかも前記Ｃｕ_６Ｓｎ_５合金層の表面への前記Ｃｕ_３Ｓｎ合金層の露出を、全表面積の５０％以下とし、更に前記スルーホールに接する部位のめっき厚を他の部分より薄くする第２工程とを有し、
前記Ｃｕ_３Ｓｎ合金層と前記Ｃｕ_６Ｓｎ_５合金層との合計厚みが０．２μｍ以上５μｍ以下である。

第２の発明に係るプレスフィット用端子の製造方法において、前記母材は、予めプレス加工されたプレスフィット用端子材であって、前記下地めっき層はＮｉからなることが好ましい。

請求項１〜５記載のプレスフィット用端子、及び請求項６、７記載のプレスフィット用端子の製造方法は、母材の表面に、下地めっき層を介して、Ｃｕ_３Ｓｎ合金層とＣｕ_６Ｓｎ_５合金層が順次設けられているので、母材の表面側の硬度が高くなり、スルーホールへ圧入する際の削れを十分に低減できる。
また、Ｃｕ_６Ｓｎ_５合金層の下層にＣｕ_３Ｓｎ合金層を形成することで、Ｃｕ_６Ｓｎ_５合金層の表面へのＳｎの露出をなくした製品を製造する際の製造条件（例えば、下地めっき、Ｃｕめっき、及びＳｎめっきのめっき厚や、加熱処理時の温度等）を広げることができる。
従って、スルーホールとの接触性の低下を生じない高硬度の製品を、生産性よく、しかも安定に製造できる。
さらに、Ｃｕ_３Ｓｎ合金層とＣｕ_６Ｓｎ_５合金層の合計厚みを規定するので、ハンドリング（搬送）やアセンブリ（組立て）時に付く疵で母材が露出することを防止できると共に、めっき加工費の低減が図れ、しかも曲げ加工性も良好にできる。

特に、Ｃｕ_６Ｓｎ_５合金層の表面へのＣｕ_３Ｓｎ合金層の露出を、全表面積の５０％以下にするので、スルーホールとの接触性の低下を生じにくい製品の製造条件を、更に緩和できる。
また、スルーホールに接する部位のめっき厚を他の部分より薄くするので、スルーホールとの接触性の低下を生じない高硬度の製品を、更に生産性よく安定に製造できる。

請求項３記載のプレスフィット用端子は、下地めっき層であるＮｉの厚みを規定するので、母材からのＣｕの拡散を防止でき、Ｃｕ_３Ｓｎ合金層とＣｕ_６Ｓｎ_５合金層の形成が容易になる。

請求項４記載のプレスフィット用端子は、スルーホールへの圧入時に、長さ３００μｍ以上の端子めっきの削れかすが発生しないので、製品品質の低下を防止できる。
請求項７記載のプレスフィット用端子の製造方法は、母材が、予めプレス加工されたプレスフィット用端子材であるので、切断端面も含むプレスフィット用端子全体のめっきができる。

（Ａ）は本発明の一実施の形態に係るプレスフィット用端子の斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のＹ−Ｙ矢視断面図である。 （Ａ）〜（Ｅ）はそれぞれ変形例に係るプレスフィット用端子の膨出部の断面図である。 本発明の一実施の形態に係るプレスフィット用端子の膨出部の部分正断面図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。

図１（Ａ）、（Ｂ）に示す本発明の一実施の形態に係るプレスフィット用端子１０は、基板１１に形成されたスルーホール１２に圧入し、基板１１に取付けて使用するコンプライアント型のプレスフィット用端子であり、その圧入に際しては、例えば、１端子当り５０Ｎ以上（一般的には、５０Ｎ以上１００Ｎ以下程度）の垂直力が必要であり、５０〜１００本の端子を同時に圧入するものである。このプレスフィット用端子１０は、例えば、工場等で使用される電子機器、航空機、船舶、自動車等の各種電子機器に使用できるが、特に自動車の電子制御装置（ＥＣＵ）の使用に適している。以下、詳しく説明する。

プレスフィット用端子１０は、上下方向中間位置であってその中央に切れ目１３が入れられ、この部分が横方向に広げられた膨出部１４を備えている。なお、１５はスルーホール１２と膨出部１４との接触部を示している。
膨出部１４の開き幅は、スルーホール１２の直径（例えば、１ｍｍ）の１．１〜１．３倍の範囲（例えば、１．２ｍｍ）にあり、スルーホール１２にプレスフィット用端子１０を差し込んだ場合、一定の押圧力を発生するようになっている。

プレス加工されたプレスフィット用端子１０の膨出部１４は、断面矩形状になっており、これをスルーホール１２に挿入した場合、図１（Ｂ）に示すように、その角部がスルーホール１２の内側に接するので、角部を面取り加工（丸み付け加工）するのが好ましい。この面取りは、プレス加工の金型内で行う。
このとき、面取りされた角部の形状は、プレスフィット用端子１０をスルーホール１２へ挿入した際に、面取りされた各角部を通過する円の形状が、スルーホールと一致するのが好ましい。

なお、プレスフィット用端子の膨出部の断面形状は、上記した形状に限定されるものではなく、例えば、図２（Ａ）〜（Ｅ）に示す断面形状の膨出部１６〜２０でもよい。ここで、図２（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ部材の弾性力を用いて、また図２（Ｅ）は、部材自体の変形を考慮して、スルーホール１２に密着状態で嵌入させている。
これらの膨出部１６〜２０においても、その角部に丸み付け加工を行って、スルーホール１２により広い面積で密着させるようにするのが好ましい。

図３に示すように、プレスフィット用端子１０を構成する母材２１（即ち、プレスフィット用端子材）の表面には、後めっきすることにより、下地めっき層２２を介して、Ｃｕ_３Ｓｎ合金層（ε層）２３とＣｕ_６Ｓｎ_５合金層（η層）２４が順次設けられている。
母材２１は、Ｃｕ板又はＣｕ合金板からなる素材を、プレスフィット用端子１０と同一形状にプレス加工することにより形成されている。
また、下地めっき層２２は、Ｎｉで形成するのが好ましく、その厚みを０．２μｍ以上５μｍ以下としている。

このＮｉのめっき層は、母材からのＣｕの拡散を防止するバリア層として機能するが、０．２μｍ未満の場合、耐食性（塩水噴霧試験）と接触抵抗が悪化し、５μｍを超える場合、曲げ加工性が低下するため、上記した範囲とした。
なお、Ｎｉめっきの種類によっては、ピンホールが存在する場合もある。このため、形成されるＮｉめっきが緻密な光沢めっきの場合は、下限を０．３μｍ（更には０．５μｍ）とすることが好ましく、無光沢めっきの場合は、下限を０．４μｍ（更には０．７μｍ）とすることが好ましい。一方、上限については、Ｎｉめっきが厚いほど割れが発生し易くなるため、２μｍとすることが好ましい。

Ｎｉの下地めっき層２２の上に形成したＣｕ_３Ｓｎ合金層２３とＣｕ_６Ｓｎ_５合金層２４の合計厚みは、０．２μｍ以上５μｍ以下（好ましくは、下限を０．３μｍ、更には０．５μｍ、上限を４μｍ、更には３μｍ）の範囲である。
ここで、各合金層の合計厚みの下限値は、ハンドリングやアセンブリ時に付く疵で、母材が露出しないことを考慮して、０．２μｍとした。一方、各合金層の合計厚みが５μｍを超える場合、めっき加工費のコストが上昇し、更には曲げ加工性が悪くなる。
なお、Ｃｕ_６Ｓｎ_５合金層は、接触抵抗性もＳｎめっき層を表面に用いた場合と遜色がなく、しかも腐食性を有するガス（例えば、亜硫酸ガス）に対しても耐食性を有し、長期の寿命を有するため、その厚みを０．１５μｍ以上とするのがよい。

このＣｕ_６Ｓｎ_５合金層２４の表面には、Ｓｎの露出はなく、Ｃｕ_６Ｓｎ_５合金が露出している。なお、製造条件によっては、Ｃｕ_６Ｓｎ_５合金層の表面へＣｕ_３Ｓｎ合金層が露出する場合もあるが、このとき、Ｃｕ_６Ｓｎ_５合金層の表面へのＣｕ_３Ｓｎ合金層の露出は、全表面積（めっきが施される全面積）の５０％以下（好ましくは、４０％以下、更には３０％以下）であればよい。
Ｃｕ_６Ｓｎ_５合金の硬度は、例えば、荷重１０ｇｆでＨｖ２００〜３００であるため、Ｓｎの硬度と比較して高く、しかも高硬度で安定している。
このため、プレスフィット用端子１０を基板１１のスルーホール１２へ圧入する際、長さ３００μｍ以上の端子めっきの削れかすが発生しない。なお、端子めっきの削れかすの下限は、１００μｍまで低減すると、プレスフィット用端子の製品品質を更に向上できる。

ここで、削れかすの評価は、膨出部の外寸法が１．２ｍｍのコンプライアントタイプのプレスフィット用端子を使用し、これを内径１ｍｍのスルーホールにハンドプレスで挿入したときの削れかすの長さで評価する。これにより、端子めっきの削れかすの一般的評価を行うことができ、端子めっきの良否の判定ができる。
なお、この方法と実質的に等価の評価方法で削れかすの長さを評価する場合も、本発明は適用される。

ここで、基板１１のスルーホール１２に挿入する部位、即ち膨出部１４の接する部位のＮｉの下地めっき層２２、Ｃｕ_３Ｓｎ合金層２３、及びＣｕ_６Ｓｎ_５合金層２４のめっき厚みを、膨出部１４の他の部位（接しない部位）のめっき厚みより薄くすることが好ましい。例えば、膨出部１４の他の部位のめっき厚みの２０％以上８０％以下（更に好ましくは、下限を５０％、上限を７０％）のめっき厚みにするとよい。これにより、プレスフィット用端子１０のスルーホール１２への挿入時に、Ｃｕ_６Ｓｎ_５合金層２４の削れを減少できる。
なお、膨出部１４のめっき厚みは、例えば、めっき電流密度を低下させること、またリフロー（加熱）時にめっき金属を他の部分に流すこと、等の方法を用いることにより薄くできる。

続いて、本発明の一実施の形態に係るプレスフィット用端子の製造方法について説明する。
まず、Ｃｕ板又はＣｕ合金板からなる素材を、プレスフィット用端子１０と同一形状にプレス加工することにより、母材２１を形成する。
次に、プレス加工後の母材２１にＮｉめっきによる下地めっきを行い、この下地めっき層２２の上にＣｕによるＣｕめっきを行い、更にその上にＳｎによるＳｎめっきを行い、Ｃｕめっき層とＳｎめっき層を順次形成する。ここで、Ｎｉの下地めっき層の厚みを０．２μｍ以上５μｍ以下とし、Ｃｕめっき層の厚みを０．０５μｍ以上２μｍ以下とし、Ｓｎめっき層の厚みを、形成されるＣｕ_３Ｓｎ合金層２３とＣｕ_６Ｓｎ_５合金層２４の厚みに応じて調整（例えば、Ｃｕめっき層の厚みの１．０倍以上１．９倍未満）している（以上、第１工程）。

そして、上記した下地めっき、Ｃｕめっき、及びＳｎめっきが行われた母材２１を加熱（リフロー）して、母材２１の表面に、下地めっき層２２を介してＣｕ_３Ｓｎ合金層２３とＣｕ_６Ｓｎ_５合金層２４を順次設ける。ここで、母材２１の加熱温度と加熱時間は、Ｃｕ_３Ｓｎ合金層２３とＣｕ_６Ｓｎ_５合金層２４が形成されれば、特に限定されるものではない（Ｓｎを短時間に溶かすため、その融点２３２℃よりも高い加熱温度であることは当然である）。
なお、Ｃｕ_６Ｓｎ_５合金層の表面へＣｕ_３Ｓｎ合金層が露出する場合もあるが、このとき、Ｃｕ_６Ｓｎ_５合金層の表面へのＣｕ_３Ｓｎ合金層の露出は、全表面積の５０％以下（好ましくは、４０％以下、更には３０％以下）であればよい。

このように、母材２１の表面に、下地めっき層２２を介してＣｕ_３Ｓｎ合金層２３とＣｕ_６Ｓｎ_５合金層２４を順次設けることで、加熱処理されたＣｕ_６Ｓｎ_５合金層の表面におけるＳｎの露出をなくすことができる（以上、第２工程）。
以上のように、下地めっき層２２の上に、Ｃｕめっき層とＳｎめっき層を形成し、これらを加熱して合金を生成しているので、比較的簡便にＣｕ_３Ｓｎ合金層２３とＣｕ_６Ｓｎ_５合金層２４を形成できる。

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
Ｃｕ合金からなるプレスフィット用端子の母材の表面に、厚み２μｍのＮｉめっきを介して、Ｃｕめっき、及びＳｎめっきを順次行い、これを加熱（リフロー）し、Ｃｕ_３Ｓｎ合金層とＣｕ_６Ｓｎ_５合金層を順次設けた。その結果、Ｃｕ_６Ｓｎ_５合金層の表面には、Ｓｎの露出がなかった。
一方、Ｃｕ合金からなるプレスフィット用端子の母材の表面に、厚み２μｍのＮｉめっきを介して、Ｃｕめっき、及びＳｎめっきを順次行い、これを加熱し、上記したＣｕ_３Ｓｎ合金層がない、Ｃｕ含有率が３５〜５０ａｔ％のＣｕ−Ｓｎ合金層を設けた。その結果、Ｃｕ−Ｓｎ合金層の表面にＳｎが散在的に露出した。
このように、母材の表面に、Ｃｕ_３Ｓｎ合金層とＣｕ_６Ｓｎ_５合金層を順次設けることで、Ｓｎの露出がなく、高硬度の製品を生産性よく、しかも安定に製造できることを確認できた。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明のプレスフィット用端子及びその製造方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態においては、第１工程で、下地めっき層の上にＣｕからなるＣｕめっき層とＳｎからなるＳｎめっき層を順次形成した場合について説明したが、Ｃｕめっき層をＣｕ合金で構成してもよく、またＳｎめっき層をＳｎ合金で構成してもよい。また、下地めっき層の上に直接Ｃｕ_３Ｓｎ合金とＣｕ_６Ｓｎ_５合金を順次めっきしてもよい。この場合、組織の合金化を高めるために更に加熱するのが好ましい。

１０：プレスフィット用端子、１１：基板、１２：スルーホール、１３：切れ目、１４：膨出部、１５：接触部、１６〜２０：膨出部、２１：母材、２２：下地めっき層、２３：Ｃｕ_３Ｓｎ合金層、２４：Ｃｕ_６Ｓｎ_５合金層

Claims (7)

1. 基板に形成されたスルーホールに圧入して該基板に取付けるプレスフィット用端子において、
   加熱処理により、母材の表面に、下地めっき層を介して、Ｃｕ_３Ｓｎ合金層とＣｕ_６Ｓｎ_５合金層が順次設けられ、該Ｃｕ_６Ｓｎ_５合金層の表面におけるＳｎの露出をなくし、
   前記Ｃｕ_３Ｓｎ合金層と前記Ｃｕ_６Ｓｎ_５合金層との合計厚みが０．２μｍ以上５μｍ以下であり、しかも前記Ｃｕ_６Ｓｎ_５合金層の表面への前記Ｃｕ_３Ｓｎ合金層の露出を、全表面積の５０％以下とし、
   更に、前記スルーホールに接する部位のめっき厚を他の部分より薄くしたことを特徴とするプレスフィット用端子。
2. 請求項１記載のプレスフィット用端子において、前記母材がＣｕ又はＣｕ合金であることを特徴とするプレスフィット用端子。
3. 請求項１又は２記載のプレスフィット用端子において、前記下地めっき層はＮｉであり、該下地めっき層の厚みが０．２μｍ以上５μｍ以下の範囲にあることを特徴とするプレスフィット用端子。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のプレスフィット用端子において、前記スルーホールへの圧入時に、長さ３００μｍ以上の端子めっきの削れかすが発生しないことを特徴とするプレスフィット用端子。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のプレスフィット用端子において、自動車の電子制御装置に使用されることを特徴とするプレスフィット用端子。
6. 基板に形成されたスルーホールに圧入して該基板に取付けるプレスフィット用端子の製造方法において、
   母材に下地めっきを行い、この下地めっき層の上にＣｕ又はＣｕ合金によるＣｕめっきを行い、更に、その上にＳｎ又はＳｎ合金によるＳｎめっきを行う第１工程と、
   前記第１工程で、下地めっき、Ｃｕめっき、及びＳｎめっきが行われた前記母材を加熱して、該母材の表面に、前記下地めっき層を介してＣｕ_３Ｓｎ合金層とＣｕ_６Ｓｎ_５合金層を順次設け、加熱処理された該Ｃｕ_６Ｓｎ_５合金層の表面におけるＳｎの露出をなくし、しかも前記Ｃｕ_６Ｓｎ_５合金層の表面への前記Ｃｕ_３Ｓｎ合金層の露出を、全表面積の５０％以下とし、更に前記スルーホールに接する部位のめっき厚を他の部分より薄くする第２工程とを有し、
   前記Ｃｕ_３Ｓｎ合金層と前記Ｃｕ_６Ｓｎ_５合金層との合計厚みが０．２μｍ以上５μｍ以下であることを特徴とするプレスフィット用端子の製造方法。
7. 請求項６記載のプレスフィット用端子の製造方法において、前記母材は、予めプレス加工されたプレスフィット用端子材であって、前記下地めっき層はＮｉからなることを特徴とするプレスフィット用端子の製造方法。

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