WO2015163301A1 - Pcb用コネクタの製造方法 - Google Patents

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connector pin
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幹朗 佐藤
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株式会社オートネットワーク技術研究所
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住友電気工業株式会社
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    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a connector for a PCB (Printed Circuit Board).
  • PCB Print Circuit Board
  • connector pins having a core made of a copper alloy in which a metal of about several mass% is added to copper, such as brass, are used.
  • a plating film is formed on the surface of the connector pin for the purpose of reducing the contact resistance with the counterpart terminal.
  • Sn (tin) which is highly effective in reducing contact resistance and is inexpensive, is frequently used.
  • Patent Document 1 discloses an example of a spring member made of an alloy of 10 to 70% by mass of Fe in which 0.05 to 5% by mass of carbon is dissolved, and the balance being Cu and inevitable impurities.
  • a Cu—Fe-based alloy having such a chemical component tends to have a higher strength than conventional copper alloys.
  • the Cu—Fe-based alloy contains Fe, which is cheaper than metal, than Cu, the material cost can be easily reduced by increasing the Fe content.
  • the Cu—Fe-based alloy is a material that has a possibility of achieving both a sufficient strength as a core material for a connector pin and a material cost.
  • the Cu-Fe-based alloy exists in a state where the Cu phase and the Fe phase are phase-separated, the Fe phase with low corrosion resistance is exposed on the surface. Therefore, when a connector pin is manufactured using a core material made of a Cu—Fe alloy, it is necessary to cover the core material with a plating film to block the Fe phase from the outside air.
  • the connector for PCB is manufactured by press-fitting the connector pin into the housing and then bending the portion of the connector pin protruding outside the housing by 90 degrees. Since the 90 degree bending process causes cracks in the plating film, there is a problem that the Fe phase is in direct contact with the outside air, and rust and corrosion are likely to occur.
  • the present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide an inexpensive method for manufacturing a PCB connector having excellent corrosion resistance.
  • the process of heating the bent portion to melt the Sn plating film is performed simultaneously with the bending process or after the bending process.
  • the method for manufacturing the PCB connector includes a step of press-fitting the connector pin into a housing, a step of bending the exposed portion, and the bending process or the bending process. And heating the bent portion to melt the Sn plating film. At the same time as the bending process or after the bending process, the Sn plating film is melted to repair the crack of the Sn plating film generated in the bent portion by the bending process, and the surface of the core material is the Sn plating. A state covered with a film can be realized.
  • the exposure of the Fe phase with low corrosion resistance can be prevented by covering the surface of the core material with the Sn plating film having high corrosion resistance. Therefore, according to the above manufacturing method, it is possible to obtain a connector including a connector pin having a corrosion resistance equal to or higher than that of the conventional one using a Cu—Fe alloy as a core material.
  • the connector since the connector uses a Cu—Fe based alloy for the core material of the connector pin, the cost can be easily reduced.
  • the perspective view of the connector in an Example The perspective view of the state in which the connector pin was press-fit in the housing in an Example.
  • (a) The perspective view of the state which made the bending jig contact the exposed part
  • (b) The perspective view of the state which completed the bending process.
  • (a) The partial cross section figure of the bending part in the state in which the Sn plating film had cracked
  • (b) The partial cross section figure of the bending part after heating and fuse
  • the process of heating the bent portion to melt the Sn plating film may be performed simultaneously with the bending process or after the bending process.
  • the heating temperature in the above treatment is preferably 300 to 400 ° C.
  • the heating time in the above treatment is preferably 10 to 30 seconds.
  • the heating temperature is less than 300 ° C. or when the heating time is less than 10 seconds, the Sn plating film may not be sufficiently melted and crack repair may be incomplete.
  • the heating temperature and the heating time are each in the above specific range, the cracking of the Sn plating film is sufficiently repaired. Therefore, even if the heating temperature and the heating time are set to the above specific range or more, the corrosion resistance, etc. There is no further improvement.
  • the treatment is preferably performed by locally heating the bent portion by a method such as infrared irradiation or laser heating.
  • a method such as infrared irradiation or laser heating.
  • the bent part is heated simultaneously with the bending process to melt the Sn plated film. It is more preferable. In this case, since the bent portion can be locally heated, unnecessary thermal deterioration of the housing or the like can be avoided. Furthermore, since the bending process and the process of melting the Sn plating film can be performed in one step, the manufacturing process of the connector can be further simplified.
  • the Cu—Fe-based alloy used for the connector pin core preferably contains 10 mass% or more of Fe.
  • Cu—Fe-based alloys tend to have higher strength as the Fe content increases. Therefore, the intensity
  • material cost can be reduced rather than the conventional copper alloy by content of Fe being 10 mass% or more. Therefore, from the viewpoint of increasing the strength and further reducing the material cost, the Fe content is set to 10% by mass or more. From the same viewpoint, the Fe content is preferably 20% by mass or more, and more preferably 50% by mass or more.
  • the Fe content is preferably regulated to 70% by mass or less, and the Fe content is more preferably regulated to 60% by mass or less.
  • the Cu—Fe-based alloy is required for the connector pin by setting the Fe content to 10 mass% or more, preferably 10 to 70 mass%, more preferably 10 to 60 mass%.
  • Various properties such as strength, workability, and conductivity can be satisfied, and the material cost can be reduced as compared with the prior art.
  • the connector pin can be produced, for example, by punching a plate material made of a Cu—Fe-based alloy to form a core material, and then performing an Sn plating process, like a conventional copper alloy.
  • the connector pin can also be made from a wire made of a Cu—Fe alloy.
  • the housing 3 of the connector 1 has various shapes
  • the housing 3 of this example has a substantially rectangular parallelepiped shape as shown in FIG. 1, and includes a bottom wall portion 31 through which the connector pin 2 passes, And a side wall portion 32 erected from the outer peripheral edge of the wall portion 31.
  • a contact portion of the connector pin 2 is disposed in a space surrounded by the bottom wall portion 31 and the side wall portion 32, and is configured to be able to contact a female terminal of the mating connector.
  • the bottom wall 31 is provided with a through hole for inserting the connector pin 2 in advance.
  • the connector pin 2 of this example can be manufactured from a plate material made of a Cu—Fe based alloy, for example, by the following method. First, a plate material made of a Cu—Fe based alloy is prepared, and the plate material is punched to produce a terminal intermediate 200 shown in FIG.
  • the terminal intermediate body 200 has a structure in which a plurality of pin portions 201 to be connector pins 2 later are connected by a carrier portion 202.
  • the terminal intermediate 200 is subjected to electroplating, and the Sn plating film 4 is formed on the entire surface. Thereafter, the terminal intermediate body 200 is heated and reflowed to reflow the Sn plating film 4.
  • the formation and reflow treatment of the Sn plating film 4 can be performed under conventionally known conditions.
  • the connector pin 2 can be obtained by separating the carrier portion 202.
  • the connector pin 2 can replace with said method and can also produce the connector pin 2 from the wire which consists of Cu-Fe type alloys.
  • the connector pin 2 can be obtained by forming the Sn plating film 4 on the surface of the wire, performing the reflow process, and cutting it to a predetermined length. After cutting the wire, a step of adjusting the shape of the connector pin 2 by pressing or the like may be added as necessary.
  • the exposed portion 21 is bent using the bending jig 5 to form the bent portion 22.
  • the bending jig 5 has a wedge shape, a support portion 51 that presses against the inner surface of the bent portion 22, and a flat plate shape that presses against the outer surface of the bent portion 22.
  • a pressing portion 52 First, as shown in FIG. 3A, while the plate surface 521 of the pressing portion 52 is brought into contact with the substantially entire surface of the connector pin 2 from the bent portion 220 to the tip 211 of the exposed portion 21, A portion 220 to be bent is sandwiched between the tip 511 and the pressing portion 52.
  • the exposed portion 21 is bent so that the portion of the connector pin 2 to be bent to the tip 211 of the exposed portion 21 is in close contact with the plate surface 512 of the supporting portion 51 (FIG. 3). (See (b)). As described above, the bent portion 22 can be formed.
  • the process of heating the bent portion 22 to melt the Sn plating film 4 may be performed simultaneously with the bending process or after the bending process.
  • the bending process and the melting process of the Sn plating film 4 can be performed simultaneously by performing the bending process in a state where the support part 51 and the pressing part 52 are heated.
  • what is necessary is just to add the process of heating the bending part 22 with a heater etc., when melt-processing the Sn plating film 4 after a bending process.
  • the connector 1 can be manufactured.
  • the manufacturing method of this example includes a step of press-fitting the connector pin 2 into the housing 3 (FIG. 2), a step of bending the exposed portion 21 (FIG. 3), and a bending portion simultaneously with or after the bending processing. And a step of melting the Sn plating film 4 by heating 22.
  • a crack C is generated in the Sn plating film 4 as shown in FIG. Therefore, the Cu—Fe-based alloy of the core material 40 is in direct contact with the outside air, and the Fe phase is likely to be rusted or corroded.
  • FIG. 4B by melting the Sn plating film 4 simultaneously with the bending process or after the bending process, as shown in FIG. 4B, the crack C of the Sn plating film 4 is repaired, and the surface of the core material 40 is Sn plated.
  • the state covered with the film 4 can be realized.
  • the connector 1 including the connector pin 2 having a corrosion resistance equal to or higher than that of the conventional one can be obtained by using the Cu-Fe alloy as the core material 40.
  • the connector 1 uses a Cu—Fe based alloy for the core material 40 of the connector pin 2, the cost can be easily reduced.

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Abstract

Cu-Fe系合金よりなる芯材(40)の表面にSnめっき膜(4)を有するコネクタピン(2)を準備した後、コネクタピン(2)をハウジング(3)に圧入する。その後、コネクタピン(2)における、ハウジング(3)の外部に露出した露出部(21)に曲げ加工を施して屈曲部(22)を形成する。そして、屈曲部(22)を加熱してSnめっき膜(4)を溶融させる処理を、曲げ加工と同時又は曲げ加工の後に行い、PCB用コネクタを作成する。

Description

PCB用コネクタの製造方法
 本発明は、PCB(Printed Circuit Board)用コネクタの製造方法に関する。
 自動車用PCBコネクタには、例えば黄銅などの、銅に数質量%程度の金属を添加した銅合金を芯材とするコネクタピンが用いられている。コネクタピンの表面には、相手方端子との接触抵抗を低減する目的で、めっき膜が形成されている。めっき膜に用いられる金属としては、接触抵抗を低減する効果が高く、安価なSn(スズ)が多用されている。
 近年では、コネクタ全体の軽量化、小型化及び低コスト化のために、より高い剛性を有すると共に、材料コストを低減できるコネクタピンが望まれている。そこで、材料の強度が高く、材料コストの低い銅合金として、銅(Cu)に鉄(Fe)を添加したCu-Fe系合金をコネクタピンの芯材として用いることが検討されている。
 例えば特許文献1には、0.05~5質量%の炭素が固溶した10~70質量%のFeと、残部がCu及び不可避不純物との合金からなるばね部材の例が開示されている。かかる化学成分を有するCu-Fe系合金は、従来の銅合金よりも高い強度を有するものとなりやすい。また、Cu-Fe系合金は、Cuよりも地金代の安価なFeを含有しているため、Feの含有量を多くすることにより材料コストを容易に低減することができる。
 このように、Cu-Fe系合金は、コネクタピンの芯材として十分な強度と、材料コストとを両立する可能性を有する材料である。
特開平5-125468号公報
 Cu-Fe系合金は、Cu相とFe相とが相分離した状態で存在しているため、耐食性の低いFe相が表面に露出している。それ故、Cu-Fe系合金よりなる芯材を用いてコネクタピンを作製する場合には、めっき膜により芯材を被覆し、Fe相を外気から遮断する必要がある。
 しかしながら、PCB用コネクタは、コネクタピンをハウジングに圧入した後、コネクタピンにおけるハウジングの外部に突出した部分に90度曲げ加工を施して作製される。この90度曲げ加工により、めっき膜に割れが発生するため、Fe相が外気と直接接触し、さびや腐食が発生し易くなるという問題がある。
 90度曲げ加工によるめっき膜の割れは従来から知られている現象であるが、従来のコネクタピンは、芯材の銅合金が比較的高い耐食性を有しているため、めっき膜の割れが性能面や品質面において悪影響を及ぼすことはなかった。それ故、めっき膜の割れの問題を解決する手段は十分に検討されているとは言えず、Cu-Fe系合金をコネクタピンに適用するに当たっては、かかる問題を解決する手段が強く望まれている。
 本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、優れた耐食性を有し、安価なPCB用コネクタの製造方法を提供しようとするものである。
 本発明の一態様は、Cu-Fe系合金よりなる芯材の表面にSnめっき膜を有するコネクタピンを準備した後、
 上記コネクタピンをハウジングに圧入し、
 その後、上記コネクタピンにおける、上記ハウジングの外部に露出した露出部に曲げ加工を施して屈曲部を形成し、
 該屈曲部を加熱して上記Snめっき膜を溶融させる処理を、上記曲げ加工と同時または上記曲げ加工の後に行うことを特徴とするPCB用コネクタの製造方法にある。
 上記PCB用コネクタ(以下、「コネクタ」という。)の製造方法は、上記コネクタピンをハウジングに圧入する工程と、上記露出部に曲げ加工を施す工程と、該曲げ加工と同時または上記曲げ加工の後に、上記屈曲部を加熱して上記Snめっき膜を溶融させる工程とを含んでいる。上記曲げ加工と同時または上記曲げ加工の後に上記Snめっき膜を溶融させることにより、上記曲げ加工により上記屈曲部に生じた上記Snめっき膜の割れを修復し、上記芯材の表面が上記Snめっき膜に覆われた状態を実現することができる。
 そして、上記芯材の表面が高い耐食性を有する上記Snめっき膜に覆われることにより、耐食性の低いFe相の露出を防止することができる。それ故、上記製造方法によれば、芯材にCu-Fe系合金を用い、従来と同等以上の耐食性を有するコネクタピンを備えたコネクタを得ることができる。
 また、上記コネクタは、上記コネクタピンの芯材にCu-Fe系合金を用いているため、容易にコストを低減することができる。
 以上のように、上記製造方法によれば、優れた耐食性を有し、安価なPCB用コネクタを提供することができる。
実施例における、コネクタの斜視図。 実施例における、ハウジングにコネクタピンを圧入した状態の斜視図。 実施例における、(a)曲げ治具を露出部に当接させた状態の斜視図、(b)曲げ加工が完了した状態の斜視図。 実施例における、(a)Snめっき膜に割れが生じた状態の屈曲部の一部断面図、(b)Snめっき膜を加熱して溶融させた後の屈曲部の一部断面図。 実施例における、板材に打ち抜き加工を施してなる端子中間体の斜視図。
 上記製造方法において、屈曲部を加熱して上記Snめっき膜を溶融させる処理は、上記曲げ加工と同時に行っても良く、上記曲げ加工の後に行ってもよい。上記処理における加熱温度は、300~400℃が好ましい。また、上記処理における加熱時間は、10~30秒が好ましい。加熱温度が300℃未満の場合または加熱時間が10秒未満の場合には、Snめっき膜が十分に溶融せず、割れの修復が不完全となるおそれがある。一方、加熱温度及び加熱時間がそれぞれ上記特定の範囲であれば、Snめっき膜の割れの修復が十分になされるため、加熱温度及び加熱時間を上記特定の範囲以上に設定しても、耐食性等が更に向上することはない。
 上記処理は、例えば赤外線照射やレーザー加熱等の方法により、屈曲部を局所的に加熱して行うことが好ましい。この場合には、ハウジングや、コネクタ端子における屈曲部以外の部分等に不要な熱負荷が加わることを防止でき、ハウジング等の不要な熱劣化を回避できる。
 また、上記曲げ加工において、上記Snめっき膜を溶融可能な温度を有する曲げ治具を上記屈曲部に接触させることにより、上記曲げ加工と同時に上記屈曲部を加熱して上記Snめっき膜を溶融させることがより好ましい。この場合には、屈曲部を局所的に加熱できるため、ハウジング等の不要な熱劣化を回避できる。更に、曲げ加工と上記Snめっき膜を溶融させる処理とを一工程で行うことができるため、コネクタの製造工程をより簡略化することができる。
 コネクタピンの芯材に用いられるCu-Fe系合金は、10質量%以上のFeを含有していることが好ましい。Cu-Fe系合金は、Feの含有量が多くなるほど強度が高くなる傾向がある。そのため、Feの含有量を10質量%以上とすることにより、コネクタピンに要求される強度を十分に満足することができる。また、Feの含有量を10質量%以上とすることにより、従来の銅合金よりも材料コストを低減することができる。それ故、強度をより高くし、材料コストをより低減する観点から、Feの含有量は10質量%以上とする。同じ観点から、Feの含有量は20質量%以上が好ましく、50質量%以上がより好ましい。
 一方、Cu-Fe系合金は、Feの含有量が過度に多くなると、曲げ加工を施す際の加工性が悪化するため、曲げ加工に伴って屈曲部等に割れが生じ易くなる。また、FeはCuに比べて導電率が低いため、Feの含有量が過度に多い場合には、上記芯材の導電率が低くなりやすい。それ故、Feの含有量が過度に多い場合には、コネクタピンに要求される導電率を満足することが困難となるおそれがある。これらの問題を回避するためには、例えば、Feの含有量を70質量%以下に規制することが好ましく、Feの含有量を60質量%以下に規制することがより好ましい。
 以上のように、Cu-Fe系合金は、Feの含有量を10質量%以上とし、好ましくは10~70質量%、さらに好ましくは10~60質量%とすることにより、コネクタピンに要求される強度、加工性、導電性等の諸特性を満足でき、かつ、従来よりも材料コストを低減できる。
 上記コネクタピンは、例えば、従来の銅合金と同様に、Cu-Fe系合金よりなる板材に打ち抜き加工を施して芯材を作成した後、Snめっき処理を行うことにより作製することができる。また、コネクタピンは、Cu-Fe系合金よりなる線材から作製することも可能である。
 上記コネクタの製造方法に係る実施例を、図を用いて説明する。まず、Cu-Fe系合金よりなる芯材40の表面にSnめっき膜4を有するコネクタピン2を準備した後、図2に示すようにコネクタピン2をハウジング3に圧入する。その後、図3に示すように、コネクタピン2における、ハウジング3の外部に露出した露出部21に曲げ加工を施して屈曲部22を形成する。そして、屈曲部22を加熱してSnめっき膜4を溶融させる処理(図4参照)を、曲げ加工と同時または曲げ加工の後に行う。上記製造方法は、以上の工程を含んでいる。以下、各工程についてより詳細な説明をしつつ、得られるコネクタ1の構成について説明する。
<ハウジング3の準備>
 コネクタ1のハウジング3には種々の形状のものがあるが、本例のハウジング3は、図1に示すように略直方体状を呈しており、コネクタピン2が貫通する底壁部31と、底壁部31の外周縁部から立設された側壁部32とを有している。図には示さないが、底壁部31及び側壁部32により囲まれた空間には、コネクタピン2の接点部が配置され、相手方コネクタのメス型端子と接触可能に構成されている。また、底壁部31には、コネクタピン2を挿入するための貫通穴が予め設けられている。
<コネクタピン2の準備>
 本例のコネクタピン2は、例えば、以下の方法によりCu-Fe系合金よりなる板材から作製することができる。まず、Cu-Fe系合金よりなる板材を準備し、当該板材に打ち抜き加工を施して図5に示す端子中間体200を作製する。端子中間体200は、後にコネクタピン2となる複数のピン部201がキャリア部202により連なった構造を有している。
 次いで、端子中間体200に電気めっき処理を施し、全面にSnめっき膜4を形成する。その後、端子中間体200を加熱してリフロー処理を施し、Snめっき膜4をリフローさせる。Snめっき膜4の形成及びリフロー処理は、従来公知の条件により行うことができる。
 Snめっき膜4をリフローさせた後、キャリア部202を切り離すことにより、コネクタピン2を得ることができる。
 なお、上記の方法に替えて、Cu-Fe系合金よりなる線材からコネクタピン2を作製することも可能である。この場合には、線材の表面にSnめっき膜4を形成し、リフロー処理を行った後に所定の長さに切断することにより、コネクタピン2を得ることができる。線材を切断した後、必要に応じて、プレス加工等によりコネクタピン2の形状を整える工程を追加しても良い。
<コネクタピン2の圧入及び曲げ加工>
 上記のようにして得られたコネクタピン2をハウジング3の貫通穴に圧入し、図2に示すように底壁部31を貫通させる。コネクタピン2の接点部は、底壁部31及び側壁部32により囲まれた空間内に配置される。また、コネクタピン2における、ハウジング3の外部に露出した露出部21は、図2に示すように底壁部31からまっすぐに伸びた状態となっている。
 次いで、曲げ治具5を用いて露出部21に曲げ加工を施し、屈曲部22を形成する。曲げ治具5は、例えば図3に示すように、楔状を呈し、屈曲部22の内側となる面に押し当てる支持部51と、平板状を呈し、屈曲部22の外側となる面に押し当てる押圧部52とを有している。まず、図3(a)に示すように、コネクタピン2における、屈曲させる部分220から露出部21の先端211までの略全面に押圧部52の板面521を当接させつつ、支持部51の先端511と押圧部52との間に屈曲させる部分220を狭持する。
 次いで、押圧部52を回動させることにより、コネクタピン2における、屈曲させる部分220から露出部21の先端211までが支持部51の板面512に密着するように露出部21を折り曲げる(図3(b)参照)。以上により、屈曲部22を形成することができる。
<屈曲部22の加熱>
 屈曲部22を加熱してSnめっき膜4を溶融させる処理は、曲げ加工と同時に行っても良く、曲げ加工の後に行っても良い。例えば、支持部51及び押圧部52を加熱した状態で曲げ加工を行うことにより、曲げ加工とSnめっき膜4の溶融処理とを同時に行うことができる。また、曲げ加工の後にSnめっき膜4の溶融処理を行う場合には、屈曲部22をヒーター等により加熱する工程を追加すればよい。以上により、コネクタ1を作製することができる。
 次に、本例の作用効果を説明する。本例の製造方法は、コネクタピン2をハウジング3に圧入する工程(図2)と、露出部21に曲げ加工を施す工程(図3)と、曲げ加工と同時または曲げ加工の後に、屈曲部22を加熱してSnめっき膜4を溶融させる工程とを含んでいる。通常、曲げ加工を施すと、図4(a)に示すようにSnめっき膜4に割れCが発生する。それ故、芯材40のCu-Fe系合金が外気と直接接触し、Fe相にさびや腐食等が発生しやすくなる。一方、曲げ加工と同時または曲げ加工の後にSnめっき膜4を溶融させることにより、図4(b)に示すように、Snめっき膜4の割れCを修復し、芯材40の表面がSnめっき膜4に覆われた状態を実現することができる。
 それ故、上記製造方法によれば、芯材40にCu-Fe系合金を用い、従来と同等以上の耐食性を有するコネクタピン2を備えたコネクタ1を得ることができる。
 また、コネクタ1は、コネクタピン2の芯材40にCu-Fe系合金を用いているため、容易にコストを低減することができる。
 以上のように、上記製造方法によれば、優れた耐食性を有し、安価なPCB用コネクタ1を提供することができる。

Claims (3)

  1.  Cu-Fe系合金よりなる芯材の表面にSnめっき膜を有するコネクタピンを準備した後、
     上記コネクタピンをハウジングに圧入し、
     その後、上記コネクタピンにおける、上記ハウジングの外部に露出した露出部に曲げ加工を施して屈曲部を形成し、
     該屈曲部を加熱して上記Snめっき膜を溶融させる処理を、上記曲げ加工と同時または上記曲げ加工の後に行うことを特徴とするPCB用コネクタの製造方法。
  2.  上記曲げ加工において、上記Snめっき膜を溶融可能な温度を有する曲げ治具を上記屈曲部に接触させることにより、上記曲げ加工と同時に上記屈曲部を加熱して上記Snめっき膜を溶融させることを特徴とする請求項1に記載のPCB用コネクタの製造方法。
  3.  上記Cu-Fe系合金は、10~70質量%のFeを含有し、残部がCu及び不可避不純物からなる化学成分を有することを特徴とする請求項1または2に記載のPCB用コネクタの製造方法。
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