WO2006077827A1

WO2006077827A1 - プレスフィット端子とその製造方法及びプレスフィット端子－回路基板間の接続構造

Info

Publication number: WO2006077827A1
Application number: PCT/JP2006/300526
Authority: WO
Inventors: Yasushi Saitoh
Original assignee: Autonetworks Technologies, Ltd.; Sumitomo Wiring Systems, Ltd.; Sumitomo Electric Industries, Ltd
Priority date: 2005-01-18
Filing date: 2006-01-17
Publication date: 2006-07-27
Also published as: CN101138134A; DE112006000095T5; US20080188100A1; JPWO2006077827A1

Abstract

　回路基板のスルーホールへの圧入時にもめっき表面が削れることなく、かつ高接続信頼性を有するプレスフィット端子を提供すること。　回路基板の導電性スルーホールに挿入されるプレスフィット端子の製造において、前記スルーホールと電気的接触をするプレスフィット接続部の端子母材表面に下地めっき層を１層又は複数層形成する下地めっき工程と、その最上層の下地めっき層の上にＳｎめっき層を形成するＳｎめっき工程と、前記Ｓｎめっき層を形成した後、熱処理を行い、その最上層の下地めっき層の上にＳｎとその最上層の下地めっき金属との合金層を形成させ、かつその合金層の最表層に合金化されていないＳｎを混在させるリフロー工程とを備える。

Description

明細書

プレスフィット端子とその製造方法及びプレスフィット端子一回路基板間の接続構造

技術分野

[0001] 本発明は、プリント回路基板などのスルーホールに揷着されるプレスフィット端子に関し、さらに詳しくは、そのような回路基板のスルーホールに圧入される際にその端子接続部の最表面の Snめっき層が削れることのないプレスフィット端子とその製造方法、更にはそのプレスフィット端子回路基板間の接続構造に関する。

背景技術

[0002] 従来、例えばプリント回路基板のような回路基板とコネクタ端子とを電気的に接続したものとしては、そのコネクタ端子をその回路基板の導電性スルーホールに圧入し、はんだ付けすることなく機械的に固定したものが広く知られている。このものにおいて用いられる端子は、プレスフィット端子と称され、回路基板に揷入される端子揷入部と、基板用コネクタ等に揷着される端子取付部と、これら端子揷入部と端子取付部との間に配置されてスルーホールと電気接触するプレスフィット接続部を有している。

[0003] このプレスフィット端子は、端子揷入部より回路基板のスルーホールに揷入し、そのスルーホール径よりも大きな幅のプレスフィット接続部をスルーホールに圧入する事で接触荷重が発生し、電気的及び機械的な接続を得るものである。

[0004] この場合、接続において低い接触抵抗を安定して得るために、少なくともスルーホールと接触するプレスフィット接続部の最表面に Snめっきが一般的に施されている。

[0005] そして、端子表面に Snめっきを施すことにより安定した接触抵抗を維持したまま端子の挿入力を低下させる嵌合型接続端子の製造方法に関するものがある（特開平 1

1— 135226号公報）。

[0006] 例えば特開平 11 135226号公報は、端子表面に Niめっき層を形成し、その上に Cuめっき層を形成し、更にその上に Snめっき層を形成した後、端子母材に 150°C以上 170°C以下で熱処理を行って一方の端子の摺動部分に Snめっき層を 0. 1 /i m〜 0. 3 z mの厚さに残留させ、他方の端子の摺動部分に Snめっき層を 0. l x m以上の厚さに残留させるというものである。

[0007] し力し、スルーホールの内周面には通常 Cuめっきが施されていることから、上記のように端子表面に薄く Snめっき層を残留させたものでは、 Snめっき層がその Cuめつき層より軟らかいため、端子をスルーホールに圧入した時にスルーホールのエッジで端子の Snめっき層が削られて削れカスが出、回路のショートや誤作動等を生じると言う問題があった。

[0008] 上記問題の対処方法として、出てきためつきカスを吸引する方法や、端子のめっきに用いる金属を Snより硬い Niにする方法などもある。し力ながら吸引する方法では基板とコネクタの位置によっては吸引が困難であったり、完全に除去し切れているかの検査が煩雑であったり、更に吸引のための設備が必要なため、コストアップにつながるなどの問題があった。また、端子めつき金属を Niにした場合、接続信頼性の観点力、らスルーホール側のめっき金属を Snにしなければならず、基板の調達が困難、あるいは高コストであるとレ、う問題があった。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0009] 本発明が解決しょうとする課題は、回路基板のスルーホールへの圧入時にも最表面の Snめっき層が削れず、接続信頼性の高いプレスフィット端子とその製造方法及びプレスフィット端子一回路基板間の接続構造を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0010] 上記課題を解決するために本発明に係るプレスフィット端子は、請求項 1に記載の発明のように、回路基板の導電性スルーホールに揷入されるものであって、前記スル一ホールと電気的接触をするプレスフィット接続部の母材表面に下地めつき層が 1層又は複数層形成され、その最上層の下地めつき層の上に Snとその最上層の下地めつき金属との合金層が形成され、その合金層の最表層に合金化されていない Snが混在していることを要旨とする。

[0011] この場合、請求項 2に記載のように、前記合金化されていない Snは、前記合金層の最表層に島状に点在してレ、るものであっても良レ、。

[0012] そして、請求項 3に記載のように、前記下地めつき層は 1層であり、そのめつき金属が Ni又は Cuであることが好適な例として挙げられる。

[0013] また、請求項 4に記載のように、前記下地めつき層は 2層であり、そのめつき金属が端子母材表面から順に Ni—Cu又は Cu—Niであることも好適な例として挙げられる。

[0014] また、請求項 5に記載のように、前記下地めつき層は 3層であり、そのめつき金属が端子母材表面から順に Cu_Ni_Cuであることも好適な例として挙げられる。

[0015] 更に、請求項 6に記載のように、前記合金化されていない Snは、前記合金層の最表面力、ら数 nmなレ、し 50nmの範囲にあることが望ましレ、。

[0016] そして、本発明に係るプレスフィット端子の製造方法は、請求項 7に記載の発明のように、前記スルーホールと電気的接触をするプレスフィット接続部の母材表面に下地めっき層を 1層又は複数層形成する下地めつき工程と、その最上層の下地めつき層の上に Snめっき層を形成する Snめっき工程と、前記 Snめっき層を形成した後、熱処理を行い、その最上層の下地めつき層の上に Snとその最上層の下地めつき金属との合金層を形成させ、かつその合金層の最表層に合金化されてレ、なレ、Snを混在させるリフロー工程とを備えることを要旨とする。

[0017] このとき、請求項 8に記載のように、前記リフロー工程においては、前記合金層の最表層に合金化されてレ、なレ、Snを島状に点在させても良レ、。

[0018] この場合、請求項 9に記載のように、前記 Snめっき層は、 0. 1ないし 0. 7 /i mの厚み幅であることが望ましい。

[0019] またこの場合、請求項 10に記載のように、前記下地めつき層は 1層であり、そのめつき金属が Ni又は Cuであることが好適な例として挙げられる。

[0020] そして、請求項 11に記載のように、前記下地めつき層は 2層であり、そのめつき金属が端子母材表面から順に Ni_Cu又は Cu_Niであることも好適な例として挙げられる。

[0021] また、請求項 12に記載のように、前記下地めつき層は 3層であり、そのめつき金属が端子母材表面から順に Cu_Ni_Cuであることも好適な例として挙げられる。

[0022] そして、請求項 13に記載のように、前記リフロー工程における熱処理温度力 200 °C以上 300°C以下であることが望ましい。

[0023] 更に、本発明は、請求項 14に記載の発明のように、プレスフィット端子と回路基板の導電性スルーホールとの接続構造であって、前記プレスフィット接続部の母材表面に下地めつき層が 1層又は複数層形成され、その最上層の下地めつき層の上に Snとその最上層の下地めつき金属との合金層が形成され、その合金層の最表層に合金化されていない Snが混在し、かつ前記プレスフィット接続部の表面硬度が前記スル一ホールの接続部の表面硬度より高いことを要旨とする。

[0024] このとき、請求項 15に記載のように、前記合金化されていない Snは、前記合金層の最表層に島状に点在してレ、ても良レ、。

[0025] この場合、請求項 16に記載のように、前記下地めつき層は 1層であり、そのめつき金属が Ni又は Cuであることが好適な例として挙げられる。

[0026] また、請求項 17に記載のように、前記下地めつき層は 2層であり、そのめつき金属が端子母材表面から順に Ni_Cu又は Cu_Niであることも好適な例として挙げられる。

[0027] そして、請求項 18に記載のように、前記下地めつき層は 3層であり、そのめつき金属が端子母材表面から順に Cu—Ni— Cuであることも好適な例として挙げられる。

[0028] また、請求項 19に記載のように、前記合金化されていない Snは、前記合金層の最表面から数 nmないし 50nmの範囲にあることが望ましい。

発明の効果

[0029] 請求項 1に記載のプレスフィット端子によれば、プレスフィット接続部の最表面は合金化されていなレ、 Snと Sn合金とが混在した層となっている。そしてこの Sn合金層の硬度が、回路基板のスルーホール内周面にされた Cuめっきの硬度より非常に高いものとなる。そのため、圧入時にプレスフィット接続部に力かる力をこの部分が受けて合金化されていない Snを保護するため、めっき層の削れを防ぐことができる。

[0030] また、合金層の最表層に混在する合金化されていない Snは非常に軟らかい性質を有する。それにより接続部における接触面積が増大して接続界面に隙間を作らないため、酸素の進入を防ぎ、高温環境下においてもめっきの酸化劣化等による接触抵抗の上昇を抑えることができる。

[0031] このような合金化されていない Snは、合金層の最表層に島状に点在している場合でも、請求項 1に記載のプレスフィット端子と同様の作用効果を奏することができる。

[0032] そして請求項 3ないし 5に記載のように、下地めつき金属が Ni又は Cuである場合、例えば、最上層の下地めつき層の上に形成された Snとその最上層の下地めつき金属との合金は回路基板のスルーホールにされた Cuめっきより硬度が高いため、 Snめつきされたプレスフィット端子がスルーホールへ圧入される際に発生していた端子表面のめっき層の削れを防ぐことができる。

[0033] この場合、下地めつき金属が Niの場合があるのは、例えば端子母材が銅亜鉛合金の場合、熱処理によって端子母材中の Zn成分が Sn層まで拡散することを防ぐためである。

[0034] また、母材表面に最も近いめつき層が Cu層の場合があるのは、例えば Niめっきが着きにくい端子母材を選択した場合に、 Cuを挟むことによって Niめっきの濡れ性などを良くするためである。

[0035] そして、下地めつき層が 1層ないし 3層であり、下地めつき層が 1層の場合、めっき金属は Ni又は Cuであり、下地めつき層が 2層の場合、めっき金属は端子母材表面から順に Ni— Cu又は Cu— Niであり、下地めつき層が 3層の場合、めっき金属は端子母材表面から順に Cu—Ni—Cuであることにより種々の材料からなる母材に対応することができる。

[0036] また請求項 6に記載のように、合金化されていない Snが前記合金層の最表面から数 nmないし 50nmの範囲にあることで、合金化されていない Snの下部及び周囲にある硬度の高い合金の影響を受けることが可能となり、その軟らカ、 Snが保護されてめっき層の削れがなくなるとともに、その軟ら力い Snによって接触面積を増大させる効果を発揮することができる。

[0037] そして、請求項 7に記載のプレスフィット端子の製造方法によれば、最上層の下地めっき層の上に Snとその最上層の下地めつき金属との合金層を形成させ、その合金層の最表層に合金化されていなレ、 Snを混在させることができるため、プレスフィット接続部における端子表面のめっき層が削れるのを防ぐことができる。

[0038] また、プレスフィット接続部における接触面積が増大するので、接触抵抗を低下させること力 Sできる。そして、高温環境下での使用に対してもめっきの酸化劣化等が抑えられるため、接続信頼性の非常に高いプレスフィット端子を製造することができる。

[0039] このとき、請求項 8に記載の製造方法により、合金層の最表層に合金化されていなレ、 Snを島状に点在させる場合でも、請求項 7に記載のプレスフィット端子と同様の作用効果を奏することができる。

[0040] そして請求項 9に記載のように、 Snめっき層の厚み幅を 0· 1 /1 111なレヽし0. 7 /i mにすることによって、リフロー工程における熱処理により Snめっき層を完全に合金化させることなぐ最上層の下地めつき層の上に Snとその最上層の下地めつき金属との合金層を形成させ、その合金層の最表層に合金化されていない Snを混在または島状に点在させることが可能となる。

[0041] この場合、請求項 10ないし 12に記載のように、下地めつき金属に Ni又は Cuを用いることにより、回路基板のスルーホールにされた Cuめっきより硬度が高い合金層を最上層の下地めつき層の上に形成することができる。

[0042] また、下地めつき層を 1層ないし 3層とし、下地めつき層が 1層の場合、めっき金属を Ni又は Cuとし、下地めつき層が 2層の場合、めっき金属を端子母材表面から順に Ni — Cu又は Cu—Niとし、下地めつき層が 3層の場合、めっき金属を端子母材表面から順に Cu—Ni—Cuとすることにより、種々の材料からなる母材に対応することができる

[0043] また、請求項 13に記載のように、リフロー工程における熱処理温度を 200°C以上 3 00°C以下にすることにより、最上層の下地めつき層の上に Snとその最上層の下地めつき金属との合金層を形成させ、かつその合金層の最表層に合金化されていない S nを混在または島状に点在させることが可能となる。

[0044] そして、請求項 14に記載のプレスフィット端子—回路基板間の接続構造にすることにより、端子表面のめっき層の削れによる回路のショートや誤作動等を防ぐことができる。また、高温環境下において安定して低い接触抵抗を維持するため、接続信頼性が非常に高レ、ものとなる。

[0045] また、請求項 15に記載のように、合金化されていない Snが、プレスフィット端子接続部の母材表面に形成された合金層の最表層に島状に点在する場合でも、請求項 14に記載のプレスフィット端子一回路基板間の接続構造と同様の作用効果を奏すること力 Sできる。

[0046] この場合、請求項 16ないし 18に記載のように、種々の下地めつきをすることができる。

[0047] そして請求項 19に記載のように、合金化されていない Snが合金層の最表面から数 nmないし 50nmの範囲にあることで、合金化されていない Snの下部及び周囲にある硬度の高い合金の影響を受けることが可能となり、その軟らカ、 Snが保護される。そして、回路基板のスルーホールとの接続の際に、 Snめっき層の削れがなくなるとともに、その軟らかい Snによって接触面積を増大させるため、低い接触抵抗を安定して維持し、接続信頼性が非常に高レ、ものとなる。

図面の簡単な説明

[0048] [図 1]本発明の実施形態に係るプレスフィット端子を回路基板の導電性スルーホールに挿着する状態を示した図である。

[図 2]本発明の実施形態に係るプレスフィット端子表面のめっきの様子を斜視図で表したものである。

[図 3]本発明の実施形態に係るプレスフィット端子表面のめっき構成を示す図である

[図 4]本発明の実施形態に係るプレスフィット端子表面のリフロー工程後における SE M観察像を表す。

[図 5]本発明の実施形態に係るプレスフィット端子表面のリフロー工程後における AE S分析 (ォージェ分光分析)の結果を表す図である。

[図 6]本発明の実施形態に係るプレスフィット端子と回路基板の導電性スルーホールとの接続界面の SIM観察像である。

[図 7]プレスフィット接続部に Niめっきのみされたプレスフィット端子と回路基板の導電性スルーホールとの接続界面の SIM観察像である。

[図 8]本発明の実施形態に係るプレスフィット端子と回路基板の導電性スルーホールとを接続させた場合の、高温環境下での接触抵抗の変化を表す図である。

[図 9]プレスフィット接続部に Niめっきのみされたプレスフィット端子と回路基板の導電性スルーホールとを接続させた場合の、高温環境下での接触抵抗の変化を表す図である。

[図 10]本発明の実施形態に係るプレスフィット端子表面のリフロー工程における温度プロファイルを示す図である。

[図 11]各種プレスフィット端子のプレスフィット接続部における断面形状を表す図である。

発明を実施するための最良の形態

[0049] 以下に本発明の実施形態について図 1〜： 11を参照して詳細に説明する。

[0050] 図 1に示すように、本発明の実施形態に係るプレスフィット端子 10は、銅合金等の導電性に優れた金属線をプレス加工することにより形成される。そして、基板接続部 12がプリント回路基板のような回路基板 13のスルーホール 14に挿入されるようになつている。

[0051] そして、各種プレスフィット端子の接続部の断面形状は、例えば図 11に示したものが知られている。

[0052] 図 l l (a)、（b)に示すものは分割梁型と呼ばれるものであり、そのうちの図 11 (a)に示すものは段違い型と呼ばれるものである。その断面形状は 2つの独立した方形 11 1 aと 112aが段違レ、に形成されており、方形 111 aと 112aが溝部 113aを図中の矢印方向に動くことによってスルーホールに挿入できるように変形され、圧入される。そして、 A点、 B点の 2箇所でスルーホールの内周面 114aに電気接触して固定されるようになっている。

[0053] 図 11 (b)に示すものはニードルアイ型と呼ばれるものであり、その断面形状は 2つの独立した方形 11 lbと 112bが形成されており、それら 2つの方形間に溝部 113bが形成されてレ、る。方形 11 lbと 112bが溝部 113bを図中の矢印方向に動くことによつてスルーホールに圧入され、 C面、 D面の 2箇所でスルーホールの内周面 114bに電気接触して固定されるようになっている。

[0054] 図 11 (c)〜（f)に示すものは、断面の形状がアルファベットの形状をしており、その形状が変形するタイプのものである。

[0055] 図 11 (c)に示すものは C型と呼ばれるものであり、その断面形状はアルファベットの Cの形状をしている。端子断面 111cが溝部 113cを矢印方向に弾性変形することによって C型の径が縮小されてスルーホールに圧入され、 C型の端子接続部外周全面でスルーホールの内周面 114cに電気接触して固定されるようになっている。 [0056] 図 11 (d)に示すものは M型と呼ばれるものであり、その断面形状はアルファベットの Mの形状をしてレ、る。端子断面 11 Id及び 112dが溝部 113dを図中の矢印方向に弾性変形しながらスルーホールに圧入され、 E面、 F面の 2箇所でスルーホールの内周面 114dに電気接触して固定されるようになっている。

[0057] 図 11 (e)に示すものは N型と呼ばれるものであり、その断面形状はアルファベットの Nの形状をしてレ、る。端子断面 11 le及び 112eが溝部 113eを図中の矢印方向に弹性変形しながらスルーホールに圧入され、 G面、 H面の 2箇所でスルーホールの内周面 114eに電気接触して固定されるようになってレ、る。

[0058] 図 11 (f)に示すものは H型と呼ばれるものであり、その断面形状はアルファベットの Hの形状をしてレ、る。端子断面 11 If及び 112fが溝部 113fを図中の矢印方向に弹性変形しながらスルーホールに圧入され、 I面、 J面の 2箇所でスルーホールの内周面 114fに電気接触して固定されるようになってレ、る。

[0059] 上記図 11 (a)〜（f)の形状のものはプレスフィット接続部の弾性変形量が大きいため、プリント回路基板のスルーホール径の寸法変動に対応しやすぐ現在主流の端子となっている。

[0060] 一方、図 11 (g)に示すものはいわゆるソリッドタイプというものであり、その断面形状は方形に形成されており、 K点、 L点、 M点、 N点の 4箇所でスルーホールの内周面 1 14gに電気接触して固定されるようになっている。このようなソリッドタイプはプレスフィット接続部の弾性変形量が少ないものであり、塑性変形することによってスルーホールに圧入される。

[0061] 回路基板 13は、その表面に各種導電路 15が形成されているとともに、多数のスル一ホール 14が開口されている。このスルーホール 14の内周面には、めっき等により接点部 16が形成され、導電路 15と接続されている。

[0062] 上記プレスフィット端子 10の基板接続部 12は、スルーホール 14に揷入する端子を案内する案内部 17が先端に形成されているとともに、その上方にはスルーホール 14 の深さの約 2倍の領域に亘つて一対の弾性変形部 18が形成されている。この弾性変形部は厚肉の帯状をなし、溝部 19を挟んだ状態で外側へほぼ円弧状に膨出形成されている。 [0063] 但し、長手方向の中央部から少し上方に寄った位置では、全長のほぼ 1/3の領域に亘つて外面が略直線部 18Aとされ、互いに平行もしくはゆるやかな円弧になっている。この略直線部 18Aに相当する部位がプレスフィット接続部とされ、スルーホール 14の接点部 16と電気的に接触する。

[0064] そして図 2は、本発明の実施形態に係るプレスフィット端子表面にめっきされたその構造を斜視図で表したものである。図中には端子母材 28の上に下地めつき層 26が形成され、その上には下地めつき金属と Snとの合金層 24が形成されている。そして、合金化されてレ、なレ、Sn層 22が混在してレ、る様子を示してレ、る。この合金化されてレヽなレヽ Sn層 22は、合金層 24の最表面力、ら数 nmないし 50nmの範囲にあることが好ましい。

[0065] 図 3は、本発明の実施形態に係るプレスフィット端子断面のめっき層の構成を示している。例えば図 3 (a)は、端子母材 36上に Niめっき層 34が形成され、その上に Sn

— Ni合金層 32が形成され、更にその Sn—Ni合金層 32の最表層に合金化されていない Sn31が混在しているものであり、また図 3 (b)は、端子母材 36上に Cuめっき層 3 5が形成され、その上に Sn— Cu合金層 33が形成され、更にその Sn— Cu合金層 33 の最表層に合金化されていない Sn31が混在しているものである。これらは、下地めつき層力層のものである。

[0066] そして図 3 (c)は、端子母材 36上に下地めつき層として上から順に Cuめっき層 35

— Niめっき層 34が形成され、その上に Sn—Cu合金層 33が形成され、更にその Sn

— Cu合金層 33の最表層に合金化されていない Sn31を混在させているものであり、また図 3 (d)は、端子母材 36上に下地めつき層として上から順に Niめっき層 34— Cu めっき層 35が形成され、その上に Sn_Ni合金層 32が形成され、更にその Sn_Ni 合金層 32の最表層に合金化されてレ、なレ、Sn31を混在させてレ、るものである。これらは、下地めつき層が 2層のものである。

[0067] また、図（e)は、端子母材 36上に下地めつき層として上から順に Cuめっき層 35— Niめっき層 34— Cuめっき層 35が形成され、その上に Sn_Cu合金層 33が形成され、更にその Sn_Cu合金層 33の最表層に合金化されてレ、なレ、Sn31を混在させてレヽるものである。これは、下地めつき層力 ¾層のものである。 [0068] そして、本発明に係るプレスフィット端子のめっき処理工程は、母材表面に下地めつき層を形成する工程と、その最上層の下地めつき層に Sn層を形成する工程と、その Snめっき層を形成した後、熱処理を行うリフロー工程とからなる。

[0069] 下地めつき層や Sn層を形成する方法は、通常用いられるめっき方法により行なうことが可能なため、説明を省略する。リフロー工程は、その熱処理温度が 200°C以上 3 00°C以下であることが好ましい。熱処理温度は、最高到達温度が 200°Cから 300°C であれば良ぐ室温から昇温させ、自然にあるいは強制的に降温させると良レ、。処理時間としては、数秒から数分の範囲であれば良レ、。図 10に熱処理の温度プロフアイノレの一例を示す。

[0070] このようなリフロー工程とすると、最上層の下地めつき層の上に Snとその最上層の下地めつき金属との合金層が形成されるとともに、その合金層の最表層に合金化されてレ、なレ、Snを混在させることができる。

[0071] なお、上記めつき処理工程における熱処理前の Snめっき層の厚みは、 0· 1ないし 0. 7 /i mであることが好ましレ、。 0. 1 /i m未満では、表面に均質な Snめっき層を形成させることが困難であるし、 0. 7 μ ΐη以上である場合には、合金化されていない Sn を混在させることができなレ、からである。

[0072] 図 4は、本発明に係るプレスフィット端子の、リフロー工程後のめっき表面を SEMを用いて観察した観察像である。

[0073] 図 6は、本発明に係るプレスフィット端子（図 3のめつき構成では（c)に当たる）とスル一ホール (TH)との接続界面を SIM (イオン電子顕微鏡）で見た像である。図中最下層にスルーホールが位置し、その上には界面から順に合金化されてレ、なレ、Sn及び合金層― Cuめっき層 _Niめっき層—端子母材が見えてレ、る。

[0074] また図 7は、プレスフィット端子母材表面に Niめっきした場合の、プレスフィット端子とスルーホールとの接続界面を SIM (イオン電子顕微鏡)で見た像である。図中最下層にスルーホールが位置し、その上には界面から順に Niめっき層—端子母材が見えている。

[0075] 次に、本発明の実施例について以下に詳しく説明する。

[0076] (実施例 1) 銅合金を母材とするプレスフィット端子の接続部に下地めつき層として Niめっきした後、 0. 4 μ ΐηの厚みに Snめっきした。その後、図 10に示す温度条件で、最高到達温度が 232°C +数。 Cになるように加熱—冷却処理 (約 30秒）を行レ、、 Niめっき層の上に Sn - Ni合金層を形成させた。

[0077] 次に、この加熱—冷却処理 (リフロー工程)後の端子のめっき表面を SEMにより観察した。その SEM像を図 4に示す。

[0078] 図 4力、 SEM像には白色部分 42とその他の黒色部分 44が混在する様子が観測された。そこでこの白色部分 42及び黒色部分 44における Sn及び Ni濃度を AES分光法 (ォージェ分光法）により測定した。その結果を図 5 (a)及び (b)に示す。

[0079] 図 5 (a)は、図 4の白色部分 42における測定結果であり、図 5 (b)は黒色部分 44における測定結果である。図 5 (a)、（b)ともに横軸は測定位置におけるめっき最表面からの深さを表し、縦軸は Sn元素及び Ni元素の測定位置における原子濃度（％)を表している。

[0080] 線 51及び 53は Sn濃度の値を表し、線 52、 54は同様に Ni濃度を表す。また、楕円で囲った部分 55は、白色部分 42における数ないし 50nmの深さの Sn濃度の変化を表している。

[0081] 図 5 (a)の f泉 51、 52を見ると、 50nmなレヽし 300nmの深さにおレヽて Sn濃度力 S約 40 %、 Ni濃度が約 60%と一定であり、図 4の白色部分 42のこの範囲には Snと下地めつき金属である Niとの合金層が均一に形成されていることが分かる。その一方で、表面力数 nmないし 50nmの範囲（楕円で囲った部分 55)においては、急激に Sn濃度が上昇し (最高 50ないし 60%)、また Ni濃度が減少している。但し、 AES分光法（ォージェ分光法）における測定ビーム径と図 4の白色部分 42の直径とを比較した場合測定ビーム径の方が大きいことから、白色部分 42のみを完全に測ることはできないため、表面から数ないし 50nmの範囲（楕円で囲った部分 55)における実際の Sn 濃度はもつと高レ、ものと考える。

[0082] 次に図 5 (b)の線 53、 54を見ると、数 nmないし 450nmの深さにおいてほぼ一定に Sn濃度が推移していることが分かる。これは、数 nmないし 450nmの範囲において S nと Niとからなる合金層が均一に形成されていることを示しており、黒色部分 44におレ、て Sn濃度が非常に高くなつている部分はなかった。

[0083] そして表 1に、図 4の白色部分 42 (軟部）及び黒色部分 44 (硬部）の表面硬度を測定した結果を示す。力 0えて、最上層の下地めつき層が Cuの場合において、リフロー工程後の端子母材表面に混在する軟部と硬部の表面硬度を測定した結果についても表 1に示す。また、表 2には従来の Snめっきにおける表面硬度データ等を示す。

[0084] [表 1]

[0085] [表 2]

[0086] 表 1に示すように、最上層の下地めつき層が Niの場合の白色部分 42 (軟部）のビッカース硬度は 92HVであり、黒色部分 44 (硬部）の硬度 1104HVと比べてかなり低く、その組成が大きく異なっていることが分かる。その一方で表 2の従来の Snめっきの硬度 25HVにかなり近くなつていることから、その組成は純 Snに近ぐほとんど合金化されていないものと考える。これに対し、硬部 44は、 Snめっきの硬度より相当高ぐ Niめっきの硬度よりも高いため、 Snと下地めつき金属（Ni)の拡散による合金が形成されていることを表している。

[0087] 以上の結果から、本発明に係るプレスフィット端子のめっき表面には、 Snとその最上層の下地めつき金属との合金層が形成され、その合金層の最表面から数 nmないし 50nmの範囲にぉレ、て合金化されてレ、なレ、Snが混在してレ、ることが分かる。

[0088] そして、表 1に示される最上層の下地めつき層が Niの場合におけるプレスフィット接続部の表面硬度（全体としての表面硬度） 735HVと、表 2に示される Cuめっきされたスルーホールの接続部における表面硬度 104HVとを比べると、プレスフィット接続部の表面硬度のほうが高いことが分かる。これにより、回路基板の Cuめっきされたスル一ホールへプレスフィット端子を挿入する際に、プレスフィット接続部における端子母材表面のめっき層が削れるのを防ぐことが可能となる。

[0089] また、表 1に示されるように、最上層の下地めつき層が Cuの場合、めっき後リフロー処理された端子母材表面に混在する軟部と硬部のうち、軟部のピツカース硬度は 92 HVであり、硬部の硬度は 828HVであった。 Niの場合と同様、端子表面の軟部と硬部とではその組成が大きく異なり、軟部の硬度は、表 2に示される従来の Snめっきの硬度 25HVにかなり近いため、軟部の組成は純 Snに近ぐほとんど合金化されていないものと考える。

[0090] そして、 Niの場合と同様、表 1に示される最上層の下地めつき層力 Cuの場合におけるプレスフィット接続部の表面硬度（全体としての表面硬度） 552HVと、表 2に示される Cuめっきされたスルーホールの接続部における表面硬度 104HVとを比べると、プレスフィット接続部の表面硬度のほうが高いことが分かる。これにより、回路基板の Cuめっきされたスルーホールへプレスフィット端子を挿入する際に、プレスフィット接続部における端子母材表面のめっき層が削れるのを防ぐことが可能となる。

[0091] (実施例 2〜3)

実施例 1と同様に、銅合金を母材としたプレスフィット端子の接続部に Ni金属で下地めつきをし、更に 0· 2 μ ΐη又は 0. 7 /i mの厚みにそれぞれ Snめっきした。その後、最高到達温度が 232°C +数 °Cになるように加熱—冷却処理 (約 30秒）を行レ、、 Niめつき層の上に Sn— Ni合金層を形成させた。この端子のめっき表面をそれぞれ SEM 観測したところ、実施例 1と同様に合金化されていない Snが Sn_Ni合金層の最表層に混在してレ、る様子が観測された。

[0092] (比較例 1)

実施例 1と同様に、銅亜鉛合金を母材としたプレスフィット端子の接続部に Ni金属で下地めつきをし、更に 0. 8 mの厚みに Snめっきした。その後、最高到達温度が 2 32°C +数 °Cになるように加熱—冷却処理（約 30秒）を行レ、、 Niめっき層の上に Sn_ Ni合金層を形成させた。この端子のめっき表面を SEM観測したところ、合金化されていない Snが Sn—Ni合金層の最表層に混在している様子は観測されなかった。

[0093] 実施例 1ないし 3及び比較例 1の方法でめっき処理されたプレスフィット端子を、回路基板の Cuめっきされたスルーホールへ圧入させた。その結果を表 3に示す。

[0094] [表 3]

[0095] 実施例 1ないし 3では、加熱—冷却処理（リフロー工程）後のプレスフィット端子のめつき表面に図 4のように、合金化されてレ、なレ、Snが Sn_Ni合金層の最表層に混在している様子が観測された。そして、これらのプレスフィット端子を回路基板の Cuめつきされたスルーホールへ圧入したところ、めっき層の削れはなかった。一方、比較例 1 (従来の Snめっき方法）は Snめっき厚を 0. 8 mにしたものである力この場合には上記のような合金化されていない Snが Sn— Ni合金層の最表層に混在している様子は観測されず、めっき層の削れが発生した。

[0096] これは、最上層の下地めつき層（Niめっき層）の上に Snとその最上層の下地めつき金属（Ni)との合金層が形成され、その合金層の最表層に合金化されてレ、なレ、Sn力 S 混在する状態となった結果、硬度が非常に高い合金層（1104HV)が、回路基板の Cuめっきされたスルーホールへプレスフィット端子を圧入するときの力を受けて、軟らカ、部分 (表面硬度が 92HVの合金化されてレ、なレ、Snの部分）を保護し、端子表面全体の硬度（735HV)が Cuめっきされたスルーホールの表面硬度（104HV)より上回ったために、削れが発生しな力たものと思われる。

[0097] 一方、比較例 1では、従来の Snめっき方法と同様、上記のように、合金化されていない Snが Sn— Ni合金層に混在している様子は観測されず、従来の Snめっきと同様の表面硬度（25HV)であるため、めっき層の削れが発生した。

[0098] 次に、本発明に係るプレスフィット端子と回路基板のスルーホールとの接続信頼性を評価するため、接続させた時の接続面の観察と高温環境下における接続特性 (接触抵抗値の変化)を調べた。

[0099] (実施例 4)

銅合金を母材とするプレスフィット端子の接続部に下地めつき層として順に Niめつき _Cuめっきをし、更に 0. 4 mの厚みに Snめっきした。その後、最高到達温度が 232°C +数 °Cになるように加熱—冷却処理（約 30秒）を行レ、、 Cuめっき層の上に Sn _Cu合金層を形成させた。このプレスフィット端子と回路基板の Cuめっきされたスル一ホールとを圧入により接続させ、その接続界面を SIM (イオン電子顕微鏡)観察した。また、高温環境下における接続特性を調べるため、接続させた状態のプレスフィット端子と回路基板を 125°Cの温度条件下で 1000時間放置させ、その時の接触抵杭の経時変化を測定した。

[0100] (比較例 2)

銅合金を母材とするプレスフィット端子の接続部に Niめっきのみをしたプレスフイツト端子と、回路基板の Cuめっきされたスルーホールとを圧入により接続させ、接続界面を SIM観察した。また、高温環境下における接続特性を調べるため、接続させた状態のプレスフィット端子と回路基板を 105°Cの温度条件下で 500時間放置させ、その時の接触抵抗の経時変化を測定した。

[0101] 実施例 4及び比較例 2における接続界面の SIM像をそれぞれ図 6、 7に、高温環境下での接続特性の結果をそれぞれ図 8及び 9に示す。

[0102] 本発明に係るプレスフィット端子とスルーホールとの接続界面（実施例 4)は、図 6のように界面がきれいに密着しており、隙間がなくガスタイト性が維持されている。その結果、高温環境下においても接続面のめっきの酸化劣化が発生しないため、図 8のように時間の経過によっても接触抵抗の上昇が起こらず、安定した良好な接続特性を示した。

[0103] 一方、 Niめっきのみがされた端子とスルーホールとの接続界面（比較例 2)は、図 7 のように界面に隙間が見られ、ガスタイト性がない状態であった。この状態で高温環境下での接触抵抗の変化を追跡したところ、図 9のように時間の経過によって接触抵抗が高くなる傾向が見られ、特に接触荷重が 50Nよりも小さい場合では顕著であり、接続信頼性が低レ、ものとなった。 [0104] 以上より、本発明に係るプレスフィット端子は、従来の方法で Snめっきされたプレスフィット端子で起こっていた、スルーホールへの圧入時にスルーホールのエッジで端子の Snめっき層が削られ、削れカスが出、回路のショートや誤作動等を生じると言う問題が解消されることとなる。

[0105] 一方、このめつき層の削れを防ぐためにめつき金属を Niに変える場合には、接続信頼性が低下するという問題があつたが、上記により本発明に係るプレスフィット端子ではこの問題も解消されることとなる。

[0106] 以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなぐ本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

[0107] 例えば上記実施例において、下地めつき層が 1層であり、そのめつき金属が Cuである場合や、下地めつき層が 2層であり、そのめつき金属が端子母材表面から順に Cu Niである場合、そして下地めつき層が 3層であり、そのめつき金属が端子母材表面力順に Cu— Ni— Cuである場合については特に示していなレ、が、 Snめっき層を 0 . 1 /i mなレ、し 0. 7 /i mの厚み幅にし、リフロー工程によってその最上層の下地めつき金属と Snとの合金層を形成させかつ合金化されていない Snを合金層の最表層に混在させることが重要であることから、これらにおいても適用可能であることは勿論である。

産業上の利用可能性

[0108] 本発明に係るプレスフィット端子は、自動車等の電気配線における電線基板同士の接続に用いられ、車載時の高温、高振動などの過酷な条件においても高い接続信頼性を有する接続端子として使用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 回路基板の導電性スルーホールに揷入されるプレスフィット端子において、前記スルーホールと電気的接触をするプレスフィット接続部の母材表面に下地めつき層が 1 層又は複数層形成され、その最上層の下地めつき層の上に Snとその最上層の下地めっき金属との合金層が形成され、その合金層の最表層に合金化されていない Sn が混在していることを特徴とするプレスフィット端子。

[2] 前記合金化されていない Snは、前記合金層の最表層に島状に点在していることを特徴とする請求項 1に記載のプレスフィット端子。

[3] 前記下地めつき層は 1層であり、そのめつき金属が Ni又は Cuであることを特徴とする請求項 1または 2に記載のプレスフィット端子。

[4] 前記下地めつき層は 2層であり、そのめつき金属が端子母材表面から順に Ni—Cu 又は Cu—Niであることを特徴とする請求項 1または 2に記載のプレスフィット端子。

[5] 前記下地めつき層は 3層であり、そのめつき金属が端子母材表面から順に Cu— Ni

Cuであることを特徴とする請求項 1または 2に記載のプレスフィット端子。

[6] 前記合金化されていない Snは、前記合金層の最表面から数 nmないし 50nmの範囲にあることを特徴とする請求項 1から 5のいずれかに記載のプレスフィット端子。

[7] 回路基板の導電性スルーホールに揷入されるプレスフィット端子の製造方法であつて、前記スルーホールと電気的接触をするプレスフィット接続部の母材表面に下地めつき層を 1層又は複数層形成する下地めつき工程と、その最上層の下地めつき層の上に Snめっき層を形成する Snめっき工程と、前記 Snめっき層を形成した後、熱処理を行い、その最上層の下地めつき層の上に Snとその最上層の下地めつき金属との合金層を形成させ、かつその合金層の最表層に合金化されてレ、なレ、Snを混在させるリフロー工程とを備えることを特徴とするプレスフィット端子の製造方法。

[8] 前記リフロー工程においては、前記合金層の最表層に合金化されていない Snを島状に点在させることを特徴とする請求項 7に記載のプレスフィット端子の製造方法。

[9] 前記 Snめっき層は、 0· 1 /i mないし 0· 7 μ mの厚み幅であることを特徴とする請求項 7または 8に記載のプレスフィット端子の製造方法。

[10] 前記下地めつき層は 1層であり、そのめつき金属が Ni又は Cuであることを特徴とする請求項 7から 9のいずれかに記載のプレスフィット端子の製造方法。

[11] 前記下地めつき層は 2層であり、そのめつき金属が端子母材表面から順に Ni— Cu 又は Cu—Niであることを特徴とする請求項 7から 9のいずれかに記載のプレスフイツト端子の製造方法。

[12] 前記下地めつき層は 3層であり、そのめつき金属が端子母材表面から順に Cu_Ni _Cuであることを特徴とする請求項 7から 9のいずれかに記載のプレスフィット端子の製造方法。

[13] 前記リフロー工程における熱処理温度力 200°C以上 300°C以下であることを特徴とする請求項 7から 12のいずれかに記載のプレスフィット端子の製造方法。

[14] プレスフィット端子と回路基板の導電性スルーホールとの接続構造であって、前記プレスフィット接続部の母材表面には下地めつき層が 1層又は複数層形成され、その最上層の下地めつき層の上に Snとその最上層の下地めつき金属との合金層が形成され、その合金層の最表層に合金化されていない Snが混在し、かつ前記プレスフィット接続部の表面硬度が前記スルーホールの接続部の表面硬度より高いことを特徴とするプレスフィット端子回路基板間の接続構造。

[15] 前記合金化されていない Snは、前記合金層の最表層に島状に点在していることを特徴とする請求項 14に記載のプレスフィット端子回路基板間の接続構造。

[16] 前記下地めつき層は 1層であり、そのめつき金属が Ni又は Cuであることを特徴とする請求項 14または 15に記載のプレスフィット端子回路基板間の接続構造。

[17] 前記下地めつき層は 2層であり、そのめつき金属が端子母材表面から順に Ni— Cu 又は Cu—Niであることを特徴とする請求項 14または 15に記載のプレスフィット端子一回路基板間の接続構造。

[18] 前記下地めつき層は 3層であり、そのめつき金属が端子母材表面から順に Cu_Ni — Cuであることを特徴とする請求項 14または 15に記載のプレスフィット端子一回路基板間の接続構造。

[19] 前記合金化されていなレ、 Snは、前記合金層の最表面から数 nmないし 50nmの範囲にあることを特徴とする請求項 14から 18のいずれかに記載のプレスフィット端子一回路基板間の接続構造。