KR20090109586A

KR20090109586A - 프린트 기판 단자용 Ｓｎ 도금 구리 합금재

Info

Publication number: KR20090109586A
Application number: KR1020097018949A
Authority: KR
Inventors: 다카아키 하타노; 겐지 고이케
Original assignee: 닛코 킨조쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2007-03-22
Filing date: 2008-03-21
Publication date: 2009-10-20
Also published as: JP5373598B2; JPWO2008114868A1; CN101636514A; KR101155360B1; CN101636514B; TWI374950B; WO2008114868A1; TW200844267A

Abstract

2 ∼ 12 질량 % 의 Zn 및 0.1 ∼ 1.0 질량 % 의 Sn 을 함유하고, 필요에 따라 Ni, Mg, Fe, P, Mn, Co, Be, Ti, Cr, Zr, Al 및 Ag 중의 1 종 이상을 합계로 0.005 ∼ 0.5 질량 % 함유하고, 잔부가 구리 및 그 불가피적 불순물로 이루어지고, 150 ∼ 260 W/(m·K) 의 열전도율 및 120 ∼ 215 의 마이크로 비커스 경도를 갖고, 표면이 평균 두께로 0.1 ∼ 2.0 ㎛ 인 순 Sn 상으로 덮여 있는, Sn 도금 구리 합금재, 그리고, 그 합금재를 프레스 가공하여 얻어지는, 기판 실장부의 두께 (t) 가 0.2 ∼ 1.0 ㎜, 기판 실장부의 폭 (w) 이 0.9 t ∼ 2.0 t㎜ 인 핀 형상의 부재이며 프레스 파면에 구리 합금 모재가 노출되어 있는, 땜납 실장성이 우수한 프린트 기판 단자에 의해 프레스 가공 전에 도금 처리해도 우수한 실장성이 얻어지는 Sn 도금 구리 합금재, 및 이 소재로부터 가공된 프린트 기판 단자를 제공할 수 있다.

Description

프린트 기판 단자용 Ｓｎ 도금 구리 합금재{SN-PLATED COPPER ALLOY MATERIAL FOR PRINTED BOARD TERMINAL}

본 발명은, 프린트 기판의 스루홀에 삽입되고 플로우 공정을 거쳐 납 프리 땜납에 의해 실장되는 프린트 기판 단자의 소재로서 바람직한 Sn 도금 구리 합금재, 및 이 Sn 도금 구리 합금재로 제조된 프린트 기판 단자에 관한 것이다.

자동차의 전자 제어 유닛 중에는 프린트 기판이 내장되어 있고, 프린트 기판에는 수컷 단자 (이하, 기판 단자라고 한다) 가 장착되어 있다 (도 1 의 (a) 참조). 이 수컷 단자는, 일단에 메스 단자를 갖는 와이어하네스를 통하여, 외부의 전자 기기 등과 접속되어 있다.

프린트 기판 단자는, 프린트 기판의 스루홀에 삽입되고, 플럭스 도포, 예열, 플로우 납땜, 냉각, 세정의 공정을 실시함으로써, 프린트 기판에 땜납 실장된다.

종래, 기판 단자용 소재로서는, 황동 (C2600 또는 C2680) 의 Sn 도금조가 사용되어 왔다. 즉, 폭 300 ∼ 800 ㎜ 의 황동 광폭재 (廣幅材) 에, 연속 라인으로 Sn 도금을 실시하여, 세폭 (細幅) 의 조에 슬릿한다. 이 조로부터 연속 프레스로 핀을 펀칭하고, 핀을 수지의 하우징에 삽입하여 커넥터로 하고 있었다. 그러나, 이 공정에서 제조된 기판 단자의 프레스 파면 (破面) 에는, Sn 도금이 부 착되어 있지 않다.

최근, 지구 환경의 보전이라는 관점에서, 단자를 기판에 실장할 때에 사용하는 땜납이, 종래의 Sn-Pb 땝납으로부터, Sn-Ag 계, Sn-Cu 계, Sn-Zn 계, Sn-Bi 계 등의 납 프리 땜납으로 치환되었다. 종래의 Sn-Pb 땝납의 경우, 프레스 파면에 Sn 도금이 부착되어 있지 않은 황동 단자로도, 문제없이 땜납 실장할 수 있었다. 그러나, Sn-Pb 땜납이 납 프리 땜납으로 대체되고부터, 황동지 (黃銅地) 의 프레스 파면이 땜납을 튀겨 스루홀 내에 땜납이 젖으면서 올라가지 않는다는, 실장 트러블이 많이 발생하게 되었다.

그 원인은, 단자에 프레스되고부터 기판에 실장될 때까지의 동안, 황동지의 프레스 파면이 산화되어 파면 표면에 생성되는 Zn 리치의 산화막에 있다. 일반적으로, 생성된 Zn 리치의 산화막은 안정되기 때문에 플럭스에 침지되어도 녹아 남고, 땜납과의 젖음이 나빠 땜납을 튀기는 성질이 있다. 종래의 Sn-Pb 땜납은 공정 (共晶) 조성인 점에서, 플로우 땜납 온도 (약 250 ℃) 에 비해 융점이 187 ℃ 로 매우 낮다. 그 때문에, 비록 Zn 리치의 산화막이 존재해도, Sn-Pb 땜납을 사용하면 스루홀의 양호한 땜납 젖음이 발생한다. 한편, 납 프리 땝납의 융점은 220 ℃ 정도로 높기 때문에, Zn 리치의 산화막에 튕겨져 충분한 젖음을 얻을 수 없게 되었다 (비특허 문헌 1 참조).

상기 실장 불량의 대책으로서, 프레스 가공 전의 황동 광폭재가 아닌 프레스 가공 후의 핀에 Sn 도금을 실시하는 공정 (이하, 후도금 공정이라고 한다) 이 채용되게 되었다. 즉, 황동 광폭재를 세폭조에 슬릿 후, 연속 프레스로 핀에 펀칭 한 후, 연속 라인으로 Sn 도금을 실시하는 공정이다. 이 경우, 프레스 파면이 Sn 도금으로 덮이기 때문에, Zn 리치의 산화막에 의해 땜납이 튕겨지는 문제를 회피할 수 있다. 그러나, 세폭조에 대해 Sn 도금을 실시하기 때문에, 광폭재에 도금을 실시하는 종래의 공정 (이하, 전도금 공정으로 한다) 에 비해, 도금의 생산 효율이 매우 나쁘고, 그 제조 비용은 매우 높은 것으로 되어 있다.

기판 단자에 관련된 상기 이외의 동향으로서, 단자 단면적의 소형화나 고밀도 실장이 진행되고 있다. 그 결과, 전류를 흐르게 했을 때의 줄열에 의한 단자의 온도 상승이 증가되고 있다. 온도 상승의 대책으로서는, 열방산성 즉 열전도율이 높은 소재를 사용하는 것이 유효하다.

이상, 자동차의 전자 제어 유닛의 프린트 기판을 예로 설명했는데, 이외의 프린트 기판에 있어서도 동일하다.

[비특허 문헌 1] 스에츠구 켄이치로우 ： 상설 납 프리 납땜 기술, 공업 조사회 (2004), p152

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

본 발명의 과제는, 납 프리 땜납에 의한 실장성이 우수한 프린트 기판 단자 및 그 소재를 제공하는 것이다. 보다 구체적으로는, 전도금 공정에 의해 저비용으로 제조해도 충분한 실장성이 얻어지고, 양호한 땜납 젖음성, 전기 특성, 강도 및 굽힘 가공성을 겸비하는 Sn 도금 구리 합금재, 및 이 소재를 가공하여 얻어지는 우수한 실장성을 갖는 프린트 기판 단자를 제공하는 것이다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명자들은, 황동 중의 Zn 을 감량하고, 또한 소량의 Sn 을 첨가하여 제조 조건을 조정하며, 추가로 적합한 조건의 Sn 도금을 실시함으로써, 양호한 땜납 젖음성, 전기 특성, 강도 및 굽힘 가공성을 겸비하여 기판 단자 소재로서 바람직한 재료를 개발하였다. 즉 본 발명은, 하기 구리 합금재를 제공한다.

(1) 2 ∼ 12 질량 % 의 Zn 및 0.1 ∼ 1.0 질량 % 의 Sn 을 함유하고, 잔부가 구리 및 그 불가피적 불순물로 이루어지는 구리 합금재이며, 150 ∼ 260 W/(m·K) 의 열전도율 및 120 ∼ 215 의 마이크로 비커스 경도를 갖고, 표면이 평균 두께로 0.1 ∼ 2.0 ㎛ 인 순 Sn 상으로 덮여 있는 것을 특징으로 하는 프린트 기판 단자용 Sn 도금 구리 합금재.

(2) 2 ∼ 12 질량 % 의 Zn 및 0.1 ∼ 1.0 질량 % 의 Sn 을 함유하고, Ni, Mg, Fe, P, Mn, Co, Be, Ti, Cr, Zr, Al 및 Ag 중의 1 종 이상을 합계로 0.005 ∼ 0.5 질량 % 함유하고, 잔부가 구리 및 그 불가피적 불순물로 이루어지는 구리 합금재이며, 150 ∼ 260 W/(m·K) 의 열전도율 및 120 ∼ 215 의 마이크로 비커스 경도를 갖고, 표면이 평균 두께로 0.1 ∼ 2.0 ㎛ 인 순 Sn 상으로 덮여 있는 것을 특징으로 하는 프린트 기판 단자용 Sn 도금 구리 합금재.

(3) 상기 (1) ∼ (2) 의 Sn 도금 구리 합금조로부터 프레스 가공되고, 프레스 파면에 구리 합금 모재가 노출된 핀 형상의 부재이며, 기판 실장부의 두께 (t) 가 0.2 ∼ 1.0 ㎜, 기판 실장부의 폭 (w) 이 0.9 t ∼ 2.0 t㎜ (w/t = 0.9 ∼ 2.0) 인 것을 특징으로 하는 프린트 기판 단자.

(4) 상대 습도 85 %, 온도 85 ℃ 의 분위기에 24 시간 노출 후, 250 ℃ 의 납 프리 땜납에 2 ㎜ 깊이로 10 초 침지했을 때에, 프레스 파면에 있어서 땜납이 부착된 부분의 면적이, 땜납에 침지된 부분의 면적에 대해, 105 % 를 초과하는 것을 특징으로 하는 상기 (3) 의 프린트 기판 단자.

발명의 효과

프린트 기판의 스루홀에 삽입되고 플로우 공정을 거쳐 납 프리 땜납에 의해 실장되는 프린트 배선 기판 단자의 소재로서 바람직한 Sn 도금 구리 합금재, 및 이 소재로 제조된 실장성이 우수한 프린트 기판 단자를 저비용으로 제공할 수 있다.

도 1 은 프린트 기판에 수컷 단자를 장착하여, 기판 실장성을 평가하는 판단 기준을 나타내는 모식도이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

(1) 합금의 특성

본 발명의 구리 합금의 열전도율은 150 ∼ 260 W/(m·K) 이다. 열전도율이 260 W/(m·K) 를 초과하면, 기판에 대한 땜납 실장시에, 단자를 통과하여 땜납으로부터 빠져 나가는 열량이 증대되어, 충분한 스루홀의 땜납 젖어 오름을 얻을 수 없게 된다. 한편, 열전도율이 150 W/(m·K) 미만이 되면, 단자에 전류를 흘렸을 때의 온도 상승이 커져, 중·대전류용 커넥터로서 사용할 수 없게 된다.

본 발명의 구리 합금의 마이크로 비커스 경도 (이하, 경도로 한다) 는 120 ∼ 215 이다. 경도가 120 미만인 경우, 기판 단자로서의 강도가 부족하여, 메스 커넥터 삽입 발출시에 단자가 변형되는 등의 문제가 발생한다. 경도가 215 를 초과하면, 굽힘 가공으로 균열이 발생한다.

(2) 합금 성분

본 발명의 구리 합금은, Zn 와 Sn 을 기본 성분으로 하고, 양 원소의 작용에 의해 특성을 만들어 넣는다. Zn 농도의 범위는 2 ∼ 12 질량 %, Sn 농도의 범위는 0.1 ∼ 1.0 질량 % 이다.

Zn 이 2 % 미만이 되면, 경도가 부족하고, Sn 농도에 의해서는 열전도율이 260 W/(m·K) 를 초과한다. Zn 이 12 % 를 초과하면, 산화막의 성분이 Zn 리치가 되어 땜납이 스루홀에 충전되지 않아 실장성이 떨어지며, 또한 열전도율이 150 W/(m·K) 미만이 된다.

Sn 은 압연시의 가공 경화를 촉진시키는 작용을 갖는다. Sn 이 0.1 % 미만이 되면, 경도가 부족하고, Zn 농도에 의해서는 열전도율이 260 W/(m·K) 를 초과한다. Sn 이 1.0 % 를 초과하면, 열전도율이 150 W/(m·K) 미만이 된다.

본 발명의 합금에는, 합금의 강도, 내열성, 내응력 완화성 등을 개선하는 목적으로, Ni, Mg, Fe, P, Mn, Co, Be, Ti, Cr, Zr, Al 및 Ag 중의 1 종 이상을 합계로 0.005 ∼ 0.5 질량 % 첨가할 수 있다. 단, 합금 원소의 추가는, 열전도율의 저하, 굽힘 가공성의 저하 등을 초래하는 경우가 있으므로, 이 점에 대한 배려는 필요하다.

(3) 합금의 Sn 도금

본 발명의 구리 합금에는 프레스 펀칭 전에 Sn 도금을 실시한다. 통상적으로, 이 Sn 도금은, 연속 도금 라인에 있어서, 탈지 및 산세 후, 전기 도금법에 의해 하지 도금층을 형성하고, 다음으로 전기 도금법에 의해 Sn 도금층을 형성하며, 마지막에 리플로우 처리를 실시하여 Sn 도금층을 용융시키는 공정에서 제조된다.

하지 도금으로서는, Cu 하지 도금이 일반적이고, 내열성이 요구되는 용도에 대해서는 Ni 하지가 실시되는 경우가 있고, 더욱 높은 내열성이 요구되는 경우에는 Cu/Ni 2 층 하지 도금이 실시되는 경우도 있다. 여기서, Cu/Ni 2 층 하지 도금이란, Ni 하지 도금, Cu 하지 도금, Sn 도금의 순서대로 전기 도금을 실시한 후에 리플로우 처리를 실시한 도금이고, 리플로우 후의 도금 피막층의 구성은 표면으로부터 순 Sn 상, Cu-Sn 상, Ni 상, 모재가 된다.

이 리플로우 기술의 상세한 것은, 일본 공개특허공보 평 6-196349호, 일본 공개특허공보 2003-293187호, 일본 공개특허공보 2004-68026호 등에 개시되어 있다.

Sn 도금이 지나치게 얇으면, 도금 부위의 땜납 젖음성이 저하되어, 땜납이 스루홀을 적시면서 올라가지 않게 된다. 한편, Sn 도금이 지나치게 두꺼우면 무익하다. 본 발명에서의 적합한 Sn 도금의 두께는, 순 Sn 상의 평균 두께로 0.1 ∼ 2.0 ㎛ 이다.

또한, 하지 도금의 종류 (하지 도금을 실시하지 않는 경우도 포함한다) 및 리플로우 처리의 유무에 상관없이, 순 Sn 상의 평균 두께를 0.1 ∼ 2.0 ㎛ 로 조정하면 본 발명이 구성되어, 그 효과가 발휘된다.

(4) 단자의 형상

본 발명의 Sn 도금 구리 합금재로부터 프레스 가공되는 기판 단자는, 예를 들어 도 1 의 (a) 에 나타내는 핀 형상의 부재를 들 수 있다. 이 단자의 기판 실장에 이용되는 부분 (기판 실장부) 의 두께 (t(㎜)) 는 0.2 ∼ 1.0 ㎜ 로 한다. t 가 0.2 ㎜ 미만인 경우, 단자에 전류를 흘렸을 때의 온도 상승이 커져, 중·대전류용 커넥터로서 사용할 수 없게 된다. 또, 메스 커넥터 삽입 발출시 등에 단자가 변형되어 버린다. t 가 1.0 ㎜ 를 초과하는 경우, 프레스 파면 (구리 합금 모재가 노출) 의 면적이 지나치게 커져 땜납이 스루홀을 적시면서 올라가지 않게 된다.

실장부의 폭 (w(㎜)) 은 0.9 t ∼ 2.0 t 로 한다. w 가 0.9 t 미만인 경우, Sn 도금이 부착되어 있지 않은 부분 (프레스 파면) 의 면적이, Sn 도금이 부착되어 있는 부분 (압연면) 의 면적에 비해 지나치게 커져, 땜납이 스루홀을 적시면서 올라가지 않게 된다.

w 가 2.0 t 를 초과하는 경우, Sn 도금이 부착되어 있지 않은 부분 (프레스 파면) 의 면적이, Sn 도금이 부착되어 있는 부분 (압연면) 의 면적에 비해 충분히 작기 때문에, 황동의 전도금재에서도 스루홀의 땜납 젖음이 발생한다. 이 경우, 본 발명의 구성 및 효과는 필요하지 않게 된다.

(5) 단자의 땜납 젖음성

양호한 스루홀의 땜납 젖어 오름이 안정적으로 발생하는 조건은, 하기 에이징 처리를 실시한 단자를, 납 프리 땜납욕에 2 ㎜ 깊이로 10 초 침지했을 때에, 프레스 파면에 있어서의 땜납 젖음 면적률 (S) 이 105 % 를 초과하는, 바람직하게는 110 % 이상이 되는 것이다.

S (%) = (땜납이 부착된 부분의 면적)/(땜납에 침지된 부분의 면적) × 100

S 가 100 % 를 초과한다는 것은, 땜납 침지선보다 상방에 땜납이 젖으면서 올라가는 것을 의미한다. 땜납 젖음성 시험의 조건은 다음과 같다.

·에이징 ： 상대 습도 85 %, 온도 85 ℃ 의 분위기에 24 시간 노출

·플럭스 ： 주식회사 타무라 제작소 제조, 상품명 ULF-300R

·땜납 조성 ： Sn-3.0 mass % Ag-0.5 mass % Cu (센쥬우 금속 공업 주식회사 제조)

·땜납 온도 ： 250 ℃

·땜납 침지 깊이 ： 2 ㎜

·땜납 침지 시간 ： 10 초

구리 합금의 특성, 성분 및 Sn 도금 조건 그리고 단자 형상이, 상기 서술한 본 발명의 조건을 만족하면, S 가 105 % 를 초과한다.

실시예

고주파 유도로를 사용하여 내경 60 ㎜, 깊이 200 ㎜ 의 흑연 도가니 중에서 2 kg 의 전기동을 용해시켰다. 용탕 표면을 목탄편으로 덮은 후, Zn 및 Sn 을 첨가하였다. 용탕 온도를 1200 ℃ 로 조정한 후, 용탕을 금형에 주입 (鑄入) 하고, 폭 60 ㎜, 두께 30 ㎜ 의 잉곳을 제조하였다. 잉곳을 850 ℃ 에서 3 시간 가열하고, 두께 8 ㎜ 까지 열간 압연을 실시하였다. 열간 압연판의 표면의 산화 스케일을 그라인더로 연삭 후, 냉간 압연, 재결정 소둔, 냉간 압연의 순서대로 공정을 진행시켜, 두께를 t(㎜) 로 마무리하였다.

재결정 소둔에서는, 재료를 대기 중, 400 ℃ 에서 30 분간 가열하였다. 또, 소둔에서 생성된 산화막을 제거하기 위해, 10 질량 % 황산-1 질량 % 과산화 수소 용액에 의한 산세 및 ＃1200 에머리지에 의한 기계 연마를 순차적으로 실시하였다. 최종 냉간 압연에서는 압연 가공도 (R) 를 변화시켰다. 여기서, R 은 다음 식으로 정의한다.

R (%) = (t₀-t)/t₀×100 (t₀：압연 전의 두께, t ： 압연 후의 두께)

다음으로, 이 구리 합금재에 대해, 여러 가지 두께의 Sn 도금을 실시하였다.

(1) 알칼리 수용액 중에서 시료를 음극으로 하여 다음의 조건으로 전해 탈지를 실시하였다.

·전류 밀도 ： 3 A/d㎡

·탈지제 ： 유켄 공업 (주) 제조 상표 「파크나 P105」. 탈지제 농도 ： 40 g/ℓ. 온도 ： 50 ℃. 시간 30 초

·전류 밀도 ： 3 A/d㎡.

(2) 10 질량 % 황산 수용액을 사용하여 산세하였다.

(3) 다음의 조건으로 두께 0.3 ㎛ 의 Ni 하지 도금을 실시하였다 (Ni 하지 및 Cu/Ni 2 층 하지의 경우).

·도금욕 조성 ： 황산 니켈 250 g/ℓ, 염화 니켈 45 g/ℓ, 붕산 30 g/ℓ

·도금욕 온도 ： 50 ℃

·전류 밀도 ： 5 A/d㎡

(4) 다음의 조건으로 두께 0.3 ㎛ 의 Cu 하지 도금을 실시하였다 (Cu 하지 및 Cu/Ni 2 층 하지의 경우).

·도금욕 조성 ： 황산 구리 200 g/ℓ, 황산 60 g/ℓ

·도금욕 온도 ： 25 ℃

·전류 밀도 ： 5 A/d㎡

(5) 다음의 조건으로 Sn 도금을 실시하였다.

·도금욕 조성 ： 산화 제 1 주석 41 g/ℓ, 페놀술폰산 268 g/ℓ, 계면활성제 5 g/ℓ

·도금욕 온도 ： 50 ℃

·전류 밀도 ： 9 A/d㎡

전착 시간에 의해 Sn 도금 두께를 변화시켰다.

(6) 리플로우 처리로서, 온도를 400 ℃ 의 가열로 중에 시료를 10 초간 삽입 하여 수랭하였다.

얻어진 구리 합금 Sn 도금조에 대해, 다음의 특성을 평가하였다.

(A) 도금 후의 측정

전해식 막두께 합계 (코클레법) 에 의해, 순 Sn 상의 두께를 측정하였다. 전해액은 R-50 을 사용하였다. 전해액 R-50 으로 전해를 실시하면, Sn 도금층을 전해하여 Cu-Sn 합금층 바로 앞에서 전해가 멈추고, 여기서의 장치의 표시값이 순 Sn 도금층의 두께가 된다.

(B) 열전도율

주식회사 리가쿠 제조 열전도율 측정 장치 FA8510 을 사용하여, 레이저-플래시법에 의해 열전도율을 구하였다. 온도는 25 ℃, 분위기는 진공에서 측정을 실시하였다.

(C) 마이크로 비커스 경도

아카시 제작소사 제조, 상품명 「마이크로 비커스 경도 시험기 MVK-E 형」을 사용하여 압연 방향에 대해 평행한 단면에 있어서 JISZ 2244 에 규정된 비커스 경도 (HV0.5) 를 구하였다.

다음으로, 구리 합금 Sn 도금조로부터, 폭이 w (㎜) 이고 길이가 30 ㎜ 인 핀을 프레스 펀칭 가공으로 채취하고, 다음의 특성을 평가하였다.

(D) 땜납 젖음성

상기 서술한 조건으로, 에이징 후의 시료를 납 프리 땜납에 침지하고, 프레스 파면에 있어서의 땜납 젖음 면적률 (S) 을 측정하였다. S 가 105 % 를 초과하는 경우를 양호한 것으로 판단하였다.

(E) 기판 실장 시험

85 ℃, 85 % 로 24 시간 에이징 후의 시료를, 주식회사 츠나토리 전기 제작소 제조, 탁상형 분류 (噴流) 납땜 장치 SR-300 을 사용하여 땜납 젖음성의 평가에 서 사용한 것과 동일한 플럭스와 납 프리 땜납을 사용하여 기판에 실장하였다. 기판 재질은 유리 에폭시 FR4, 기판 판두께는 1.6 ㎜, 구리박 랜드 직경은 φ 2.0 ㎜, 스루홀 직경은 핀의 폭 w 에 대해 ＋0.2 ㎜ 이내로 하였다. 플럭스 도포 후, 기판의 하면을 250 ℃ 의 땜납의 분류와 접촉시켜, 냉각 후의 스루홀 단면을 관찰하였다. 땜납이 랜드 표면에 젖으면서 퍼져 있는 경우를 ○ 으로 하고, 스루홀의 도중까지밖에 상승되지 않는 경우를 × 로 하였다 (도 1 참조).

(F) 통전했을 때의 온도 상승

핀을 메스 단자와 끼워 맞추어, 12 V 에서 30 A 의 직류 전류를 30 분간 흐르게 하였다. 그 때, 단자에 열전기쌍을 용접하여 온도 상승량을 측정하였다. 온도 상승량이 30 ℃ 이하인 경우를 ○ 으로 하고, 30 ℃ 을 초과하는 경우를 × 로 하였다.

(G) 굽힘 가공성

JISH 3110 에 규정된 W 굽힘 시험을 실시하였다. 굽힘 반경은, 판두께값으로 하였다. 굽힘 후의 시료에 대해, 광학 현미경을 사용하여 배율 400 배로 굽힘부 단면 균열의 유무를 관찰하고, 균열이 발생하지 않은 경우를 ○, 균열이 발생한 경우를 × 로 평가하였다. 또한, 깊이가 10 ㎛ 를 초과하는 균열을 균열로 간주하였다.

(실시예 1)

합금 성분 및 최종 압연 가공도가, 열전도율, 경도, 단자 성능에 미치는 영향을, 표 1 에 기초하여 설명한다. 시료 모두 0.3 ㎛ 의 Cu 하지 도금 후, 1.0 ㎛ 의 Sn 도금을 실시하고 있다. 표 1 중의 시료 리플로우 후의 순 Sn 상의 두께는 0.6 ± 0.2 ㎛ 였다. 또, 단자의 치수는 t = 0.64 ㎜, w = 0.64 ㎜ 이다.

Zn 을 2 ∼ 12 %, Sn 을 0.1 ∼ 1.0 질량 % 로 하여 적절한 최종 압연 가공도를 선택한 No.1 ∼ 28 에서는, 열전도율이 150 ∼ 260 W/(m·K) 의 범위, 경도가 120 ∼ 215 에 들어와 있고, 단자에 가공 후의 땜납 젖음성 및 기판 실장성은 양호하며, 통전시의 온도 상승은 기준의 30 ℃ 이하이고, 굽힘 가공에서의 균열은 확인되지 않았다.

비교예 No.29 는 Zn 농도가 2 % 에 미치지 않기 때문에, 열전도율이 260 W/(m·K) 를 초과하여 땜납 젖음 면적률이 105 % 이하가 되고, 땜납 실장성도 나빴다. 또, 경도가 120 미만이 되고, 커넥터 삽입 발출시의 단자 변형이 우려된다.

비교예 No.30 은 Sn 농도가 0.1 % 에 미치지 않기 때문에 경도가 120 미만이 되고, 커넥터 삽입 발출시의 단자 변형이 우려된다.

비교예 No.31 은 Zn 농도가 12 % 를 초과했기 때문에 산화막 조성이 Zn 리치가 되고, 그 결과 땜납 젖음 면적률이 105 % 이하가 되어 땜납 실장성도 열화되었다. 또, 열전도율이 150 W/(m·K) 미만이 되고, 통전시의 온도 상승이 기준의 30 ℃ 를 초과하였다.

비교예 No.32 는 Sn 농도가 1.0 % 를 초과했기 때문에, 열전도율이 150 W/(m·K) 미만이 되고, 통전시의 온도 상승이 기준의 30 ℃ 를 초과하였다.

비교예 No.33 은 최종 압연 가공도가 지나치게 낮은 것에 기인하여 경도가 120 미만이 된 것으로서, 커넥터 삽입 발출시의 단자 변형이 우려된다.

비교예 No.34 는 최종 압연 가공도가 지나치게 높은 것에 기인하여 경도가 215 를 초과하는 것으로서, 굽힘 가공으로 균열이 발생하였다.

비교예 No.35 는 황동의 예이다. 땜납 젖음 면적률은 80 % 에 미치지 않고, 프레스 파면에는 땜납이 튕겨져 황동 모재가 노출된 부분이 보였다. 기판에 대한 실장은 불가능하였다. 또 통전시의 온도 상승도 기준의 30 ℃ 를 크게 초과하였다.

(실시예 2)

Sn 도금의 조건이, 단자에 가공 후의 땜납 젖음성 및 기판 실장성에 미치는 영향을 표 2 에 기초하여 설명한다. 시료 모두, 구리 합금 모재의 성분은 Cu-8.0 % Zn-0.3 % Sn, 최종 압연 가공도는 40 %, 열전도율은 170 W/(m·K), 경도는 150 이다. 또, 단자의 치수는, t = 0.80 ㎜, w = 0.80 ㎜ 이다.

No.36 ∼ 44 는, 0.3 ㎛ 의 Cu 하지 도금을 실시하는 경우에 대해, Sn 의 전착 두께를 바꿈으로써, 리플로우 후의 순 Sn 상의 평균 두께를 변화시킨 것이다. 순 Sn 상이 0.1 ㎛ 미만인 No.36 에서는, 땜납 실장성이 열화되었다. 순 Sn 상이 0.1 ㎛ 이상인 No.37 ∼ 44 에서는 양호한 땜납 젖음성과 땜납 실장성이 얻어졌다. 단, 순 Sn 상이 2.0 ㎛ 를 초과하는 No.44 에 대해서는, 순 Sn 상이 불필요하게 두껍고 무익하다.

No.45 ∼ 46 은 0.3 ㎛ 의 Ni 와 0.3 ㎛ Cu 의 2 층 하지 도금을 실시하는 경우, No.47 ∼ 48 은 0.3 ㎛ 의 Ni 하지 도금을 실시하는 경우, No.49 ∼ 50 은 하지 도금을 실시하지 않는 경우이다. 이들에 대해서도, 리플로우 후의 순 Sn 상의 평균 두께를 0.1 ㎛ 이상으로 함으로써 양호한 땜납 젖음성과 땜납 실장성이 얻어지고 있다.

(실시예 3)

단자 형상이, 단자에 가공 후의 땜납 젖음성, 기판 실장성, 통전시의 온도 상승에 미치는 영향을 표 3 에 기초하여 설명한다. 시료 모두, 구리 합금 모재의 성분은 Cu-2.7 % Zn-0.16 % Sn, 최종 압연 가공도는 60 %, 열전도율은 247 W/(m·K), 경도는 145 이다. 또, 0.3 ㎛ 의 Cu 하지 도금의 후, 1.0 ㎛ 의 Sn 도금을 실시하고 있다. 표 3 중의 시료 리플로우 후의 순 Sn 상의 두께는 0.6 ± 0.2 ㎛ 였다.

t 를 0.2 ∼ 1.0 ㎜, w 를 0.9 t ∼ 2.0 t 로 한 No.51 ∼ 60 에서는, 양호한 땜납 젖음성이 얻어지고, 기판 실장성도 양호하여 통전시의 온도 상승은 기준의 30 ℃ 이하였다.

t 가 0.2 ㎜ 미만인 No.61 에서는, 통전시에 온도 상승이 발생하기 쉽고, 커넥터 삽입 발출시의 단자 변형도 우려된다. t 가 1.0 ㎜ 를 초과하는 No.62 에서는, 땜납 젖음성이 발명예보다 떨어져, 땜납 실장성이 열화되었다.

w 가 0.9 t 미만인 No.63 ∼ 65 에서는 땜납 젖음성이 발명예보다 떨어져, 땜납 실장성이 열화되었다.

w 가 2.0 t 를 초과하는 No.66 ∼ 67 에 대해서는, 양호한 땜납 젖음성 및 기판 실장성이 얻어졌지만, 이 단자 치수의 경우 황동의 전 (前) 도금재로도 기판 실장이 가능했기 때문에 땜납 실장성 개선을 목적으로 본 발명을 이용할 필요는 없다.

Claims

2 ∼ 12 질량 % 의 Zn 및 0.1 ∼ 1.0 질량 % 의 Sn 을 함유하고, 잔부가 구리 및 그 불가피적 불순물로 이루어지는 구리 합금재이며, 150 ∼ 260 W/(m·K) 의 열전도율 및 120 ∼ 215 의 마이크로 비커스 경도를 갖고, 표면이 평균 두께로 0.1 ∼ 2.0 ㎛ 인 순 Sn 상으로 덮여 있는 것을 특징으로 하는 프린트 기판 단자용 Sn 도금 구리 합금재.
2 ∼ 12 질량 % 의 Zn 및 0.1 ∼ 1.0 질량 % 의 Sn 을 함유하고, Ni, Mg, Fe, P, Mn, Co, Be, Ti, Cr, Zr, Al 및 Ag 중의 1 종 이상을 합계로 0.005 ∼ 0.5 질량 % 함유하고, 잔부가 구리 및 그 불가피적 불순물로 이루어지는 구리 합금재이며, 150 ∼ 260 W/(m·K) 의 열전도율 및 120 ∼ 215 의 마이크로 비커스 경도를 갖고, 표면이 평균 두께로 0.1 ∼ 2.0 ㎛ 인 순 Sn 상으로 덮여 있는 것을 특징으로 하는 프린트 기판 단자용 Sn 도금 구리 합금재.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 Sn 도금 구리 합금재로부터 프레스 가공되고, 프레스 파면에 구리 합금 모재가 노출된 핀 형상의 부재이며, 기판 실장부의 두께 (t) 가 0.2 ∼ 1.0 ㎜, 기판 실장부의 폭 (w) 이 0.9 t ∼ 2.0 t㎜ 인 것을 특징으로 하는 프린트 기판 단자.
제 3 항에 있어서,

상대 습도 85 %, 온도 85 ℃ 의 분위기에 24 시간 노출 후, 250 ℃ 의 납 프리 땜납에 2 ㎜ 깊이로 10 초 침지했을 때에, 프레스 파면에 있어서 땜납이 부착된 부분의 면적이, 땜납에 침지된 부분의 면적에 대해, 105 % 를 초과하는 것을 특징으로 하는 프린트 기판 단자.