JP2004339555A - めっき処理材およびその製造方法、コネクタ用端子部材、およびコネクタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】CuまたはCu合金製の基体3と、基体3の表面に形成された金属めっき層6とを有する。金属めっき層6には、網目状に広がる軟らかい領域6Aと、軟らかい領域6Aの網目に囲まれた硬い領域6Bとが混在する。軟らかい領域6Aのビッカース硬さは20〜250であり、硬い領域6Bのビッカース硬さは60〜700かつ軟らかい領域6Aのビッカース硬さよりも30以上高い。軟らかい領域6Aの網目の大きさの平均は5〜500μmである。
【選択図】 図4
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、めっき処理材およびその製造方法、コネクタ用端子部材、およびコネクタに関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車等に用いられる電気配線のコネクタ等の端子は、銅合金薄板をプレス加工、打ち抜き加工又は曲げ加工等を施すことによって作製されている。得られた端子の電気接続特性を高めるため、前記銅合金薄板には、SnまたはSn合金めっきが施されていることが多い。
【0003】
【特許文献1】
特開平07−268511号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、多機能化に伴って電気・電子回路が複雑化し、それに使われるコネクタも多極化が進み、多ピンコネクタの需要が増している。例えば、自動車の組み立て工程では、作業員がコネクタを装着する工程が数多くあるが、多ピン化に伴ってコネクタの挿入力(および引き抜き力)が増大する傾向にあり、作業員の疲労が無視できなくなってきている。したがって、挿抜力の小さな多ピンコネクタが求められている。
【0005】
しかし、従来のSnめっきされたCu合金薄板からなる端子では、雄端子及び雌端子の表面がいずれも比較的軟らかいため、端子同士の摺動抵抗が比較的大きかった。このため、挿抜力の低減には限界があった。
【0006】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、例えばコネクタに使用した場合に挿抜力が低減できるめっき処理材およびその製造方法、コネクタ用端子部材、およびコネクタを提供することを課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明のめっき処理材は、金属製の基体と、前記基体の表面に形成された金属めっき層とを有する。前記金属めっき層には、網目状に広がる軟らかい領域と、前記軟らかい領域の網目に囲まれた硬い領域とが混在する。前記軟らかい領域のビッカース硬さは20〜250であり、前記硬い領域のビッカース硬さは60〜700でありかつ前記軟らかい領域のビッカース硬さよりも30以上高い。前記軟らかい領域の網目の大きさの平均は5〜500μmである。
【0008】
このめっき処理材では、微細な網目状に広がる軟らかい領域の中に、硬い領域が混在する表面性状を有し、相互の硬さが前記のように設定されているから、軟らかい領域により摺動性を高めることができ、硬い領域により金属めっき層表面の過度の摩耗を防ぐことができる。また、表面硬度の不均一化により相手材との当接圧力を局部的に高めることができるから、導通を確実に確保し、電気抵抗を低く抑えることができる。
【0009】
前記軟らかい領域の表面は、前記硬い領域の表面よりも、基体の厚さ方向において0.2〜10μm高い位置にあってもよい。この場合、相対的に突出した軟らかい領域が相手材に主に接触するため、前記効果をいっそう高めることができる。前記金属めっき層はSnまたはSn合金で形成されていてもよい。
【0010】
本発明のコネクタ用端子部材は、前記のめっき処理材により、少なくとも一部(特に摺動部)が形成されている。本発明のコネクタは、端子部材を有し、この端子部材の少なくとも一部が前記めっき処理材により形成されている。
【0011】
前記基体は、Mg:0.3〜2質量%,P:0.001〜0.02質量%,C:0.0001〜0.0013質量%,O:0.0002〜0.002質量%を含有し、残りがCuおよび不可避不純物の組成を有する銅合金で形成されていてもよい。
【0012】
前記基体は、Ni:0.5〜3質量%,Sn:0.1〜0.9質量%,Si:0.08〜0.8質量%,Zn:0.1〜3質量%,Fe:0.007〜0.25質量%,P:0.001〜0.2質量%,Mg:0.001〜0.2質量%,C:0.0001〜0.005質量%を含有し、残りがCuおよび不可避不純物の組成を有する銅合金で形成されていてもよい。
【0013】
本発明のめっき処理材の製造方法は、金属製の基体の表面のめっき付着状態を不均一にするための工程と、この基体の前記表面に金属めっきを施して金属めっき層を形成する工程と、前記金属めっき層を形成した前記基体を前記金属めっきの融点以上に加熱することによりリフロー処理を行う工程とを有する。前記リフロー処理によって、網目状に広がる軟らかい領域と、前記軟らかい領域の網目に囲まれた硬い領域とを混在させて形成し、前記軟らかい領域のビッカース硬さを20〜250とし、前記硬い領域のビッカース硬さを60〜700かつ前記軟らかい領域のビッカース硬さよりも30以上高くし、前記軟らかい領域の網目の大きさの平均を5〜500μmにする。この方法によれば、前記めっき処理材を低コストで製造することができる。
【0014】
前記めっき付着状態を不均一にするための工程としては、様々な処理が可能であるが、例えば、前記基材の結晶粒界に合金元素を偏析させてもよいし、前記基材の結晶粒界に酸化物を生じさせてもよい。また、前記基材の表面に予め凹凸を形成しておくことにより、リフロー処理後の金属めっき層の厚さを不均一にしてもよい。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るめっき処理材およびその製造方法、コネクタ用端子部材、およびコネクタの実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明のめっき処理材はコネクタ用に限定されることはなく、摺動抵抗を低減する目的であればいかなる用途にも適用可能である。
【0016】
図1は、本発明の一実施形態としてコネクタの要部を示している。このコネクタは、例えば車載用コネクタとして自動車に搭載されるが、本発明に係るコネクタの用途は車載用に限定されず、いかなる用途のコネクタにも適用可能である。
このコネクタは、図1に示すように、互いに嵌合可能な雄端子1及び雌端子2から構成され、少なくとも一方が本発明に係るめっき処理材で形成されている。例えば、雌端子2が本発明のめっき処理材で形成されている場合、雄端子1は、後述するように軟らかい領域および硬い領域を有しない表面が均一なめっき処理材で形成されていてもよい。雄端子1および/または雌端子2は全体がめっき処理材で形成されていなくてもよく、摺動部を含む一部のみがめっき処理材で形成されていてもよい。
【0017】
図2は、本発明に係るめっき処理材の一実施形態の表面の顕微鏡写真、図3はそれをさらに拡大した図、図4は断面拡大図である。このめっき処理材は、金属製の基体3と、基体3の表面全面に形成された金属めっき層6とを有する。金属めっき層6は、基体3に接する下層(拡散層)4と、下層4の上に形成された上層5とを有している。下層4と上層5の境界は明確に形成されていてもよいし、連続的な濃度勾配を以て下層4から上層5へ組成が変化していてもよい。その他に、金属めっき6(純金属あるいは合金)をめっきする前に、CuやNi、その他の金属を1層または2層下地めっきしてから、金属めっき6を行ってもよい。
例えば、Cu下地めっき+Snめっき、Ni下地めっき+Cu下地めっき+Snめっきが例示できる。この場合、下地めっきの厚さは、下地めっきがCuの場合には0〜0.3μm程度が好ましく、Niの場合には0〜0.2μm程度が好ましい。粒界への元素偏析、酸化の影響が少し残る必要があるためである。
【0018】
金属めっき層6には、網目状に広がる軟らかい領域6Aと、前記軟らかい領域6Aの網目に囲まれた硬い領域6Bとが混在する。軟らかい領域6Aのビッカース硬さは20〜250であり、より好ましくは30〜150である。硬い領域6Bのビッカース硬さは60〜700であり、かつ軟らかい領域6Aのビッカース硬さよりも30以上高くされている。上記の範囲を満たした場合には、雄端子1と雌端子2の摺動性を高めて接触抵抗も低減できる。硬い領域6Bのビッカース硬さは90〜300であることがより好ましい。硬い領域6Bのビッカース硬さは軟らかい領域6Aのビッカース硬さよりも60以上高いことが好ましく、より好ましくは100以上である。なお、本明細書におけるビッカース硬さHvは、荷重98.07×10ー3ニュートン(10g)における値である。
【0019】
軟らかい領域6Aの網目の大きさの平均は5〜500μmである。5μmよりも小さいと、摺動性を高めかつ挿抜力を低減する効果を得にくい。500μmよりも大きいと、小型端子などに使用する場合、雄端子1と雌端子2の接触状態が不安定になり、挿抜力を低減する効果にばらつきが生じる。軟らかい領域6Aの網目の大きさは、より好ましくは20〜300μmである。網目の大きさを測定するには、図3に示すように顕微鏡写真に一定長さ(例えば金属めっき層6上の実際の長さで0.2mmとする)の直線Lを引き、この直線と交わる軟らかい領域6Aの網目の数(図中P点の数)を記録し、直線Lの長さをP点の数で割って算出できる。網目が不明瞭な場合には、レーザー顕微鏡によりめっき表面のプロファイルを測定することにより算出するものとする。
【0020】
この実施形態では、図4に示すように、軟らかい領域6Aの表面は、硬い領域6Bの表面よりも、基体3からの高さが0.2〜10μm大きくされている。なお、軟らかい領域6Aの高さは最高点の平均値で示し、硬い領域6Bの高さは中央部の高さの平均値で示すものとする。この場合、相対的に突出した軟らかい領域6Aが相手材に主に接触するため、前記効果をいっそう高めることができる。
高さの差が0.2μm以上あると上記効果に優れる。段差10μmを超えると接触抵抗や摺動抵抗が不安定になる可能性がある。
【0021】
基体3の材質は必ずしも限定されないが、Cu、Cu合金、42アロイ、アルミニウム、アルミニウム合金が使用できる。その中でも特に、導電性の高いCuまたはCu合金が好ましい。Cu合金としては、Cu−Zn系合金、Cu−Ni−Si系合金、Cu−Mg−P系合金、Cu−Fe−P系合金、Cu−Sn−P系合金が好適である。金属めっき層6の材質(リフロー処理前)は、Sn,Cu,Ag,Ni,Pb,Zn,Cr,Mn,Fe,Co,Pd,Pt,Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo,W,In,Au,Al,Si,Sb,Bi,およびTeの中から選ばれる1種又は2種以上の金属が好ましい。コストや耐食性の点から特にSnが好ましい。
【0022】
基体3は、以下の銅合金で形成されていてもよい。
(1)Mg:0.3〜2質量%,P:0.001〜0.02質量%,C:0.0001〜0.0013質量%,O:0.0002〜0.002質量%を含有し、残りがCuおよび不可避不純物の組成を有する銅合金。
(2)Ni:0.5〜3質量%,Sn:0.1〜0.9質量%,Si:0.08〜0.8質量%,Zn:0.1〜3質量%,Fe:0.007〜0.25質量%,P:0.001〜0.2質量%,Mg:0.001〜0.2質量%,C:0.0001〜0.005質量%を含有し、残りがCuおよび不可避不純物の組成を有する銅合金。
【0023】
上記(1)および(2)の合金は、共に優れたばね特性を有し、かつ耐熱クリ−プ特性にも優れており、自動車のエンジンル−ムなどで用いられる耐熱性を必要とされるコネクタ−などにおいて特に有用である。最近は,コネクターの使用環境もより厳しくなり、Snめっき材について、高温、長時間での熱的安定性が求められてきているためである。
【0024】
上記2種の銅合金でコネクタを形成する場合、従来は、Cu下地―リフロ−Snめっき処理を行っていた。この場合、平滑なSnめっき表面を得るべく、例えば0.5ミクロン以上のCu下地を行うことが多かった。しかし、これらSnめっき材を180℃程度の高温で長時間加熱すると、めっき界面で剥離が起こり易かった。上記(1)の合金にはMgが、上記(2)の合金にはSiなど比較的酸化し易い元素が含まれており、かつ母材、Cu下地、Snめっきなどの間での、高温長時間加熱に伴う拡散速度の違いが熱剥離の原因になっていると考えられる。これに対し、上記2種の銅合金に本発明のSnめっき処理を行った場合には、低挿抜化が実現できるとともに、高温・長時間加熱に対する耐熱信頼性が向上できる利点がある。
【0025】
軟らかい領域6Aのめっき厚さ(上層5+下層4)は限定はされないが、0.3〜12μmであると好ましい。軟らかい領域6Aが0.3μmよりも薄いと十分な軟らかさを確保することができなくなり、12μmよりも厚いと、端子部材のプレス性が悪化したり、挿抜力の増大が起こる。軟らかい領域6Aのめっき厚さは0.5〜10μmであるとより好ましい。
【0026】
硬い領域6Bのめっき厚さ(上層5+下層4)は限定されないが、0.1〜2μm程度が好ましい。0.1μmよりも薄いと金属めっき層6による耐食性向上効果が得られなくなったり、金属めっき層6が摩耗して基体3が露出しやすくなる。硬い領域6Bが2μmよりも厚いと軟らかい領域6Aとの硬度差を確保しにくくなる。硬い領域6Bのめっき厚さは0.1〜1μmであるとより好ましい。
【0027】
拡散によって生成した合金層である下層4の厚さは、0.1〜2μm程度が好ましい。この範囲であると金属めっき層6による基体3の保護効果が適切になる。下層4の厚さはまた、硬い領域6Bの厚さの10〜100%程度であることが好ましい。この範囲であると硬い領域6Bの硬さのばらつきが少なくなり、挿抜安定性が高められるという効果が得られる。より好ましくは、下層4の厚さは硬い領域6Bの厚さの30〜80%とされる。
【0028】
下層4の組成は基体3と金属めっき層6の材質によって異なるが、基体3が銅または銅合金、リフロー処理前の金属めっき層が錫または錫合金である場合には、Cu−Snを主体とする合金となる。Cu−Sn主体合金の元素比は例えば、Cu:25〜65質量%、Sn:35〜75質量%とされる。
【0029】
上記実施形態によれば、雄端子1および雌端子2の一方もしくは両方として使用されているめっき処理材が、微細な網目状に広がる軟らかい領域6Aの中に、硬い領域6Bが混在する表面性状を有し、それぞれの硬さが前記のように設定されているから、相対的に凸部となっている軟らかい領域6Aが相手材に当たって摺動する。したがって、摺動抵抗が小さく、コネクタの挿抜力を低減することができる。
【0030】
特に、雄端子1と雌端子2の当接面の全面が平坦な場合に比べて、本実施形態では両者の当接面積が少なくなり、さらに軟らかい領域6Aの存在が単位当接面積あたりの摩擦抵抗を低減するため、両者の相乗により挿抜力が低減できる。さらに、表面硬度の不均一化により相手材との当接圧力を局部的に高めることができるから、端子の全表面が硬い場合に比べて導通を確実に確保し、電気抵抗を低く抑えることができる。
【0031】
雄端子1と雌端子2の摺動によって摩耗するのは、凸部である軟らかい領域6Aだけであり、たとえ軟らかい領域6Aが摩耗した後にも、硬い領域6Bは摩耗せずに残る。よって、金属めっき層6に要求される耐食性および強度の点で従来品に比べて遜色はない。
【0032】
軟らかい領域6Aが硬い領域6Bの表面よりも、0.2〜10μm高い位置にある場合には、突出した軟らかい領域6Aが相手材に主に接触するため、前記効果をいっそう高めることができる。
【0033】
一例として、このようなめっき処理材から雌端子2を作り、雌端子2の硬い領域6Bと軟らかい領域6Aの中間の硬さのめっき材料から雄端子を作ることが好ましい。この場合、軟らかい領域6Aが摩耗することによって挿抜力が低減され、硬い領域6Bは摩耗が基体3まで達するのを防止する。軟らかい領域6Aは半田付け性の確保にも役立つ。
【0034】
この実施形態では、雄端子1は、前述のめっき処理材で形成されていてもよいが、より好ましくは、軟らかい領域6Aおよび硬い領域6Bを有しない金属めっき層を金属基体上に形成したものとされる。
【0035】
この場合、雄端子1の金属基体は基体3と同様でもよい。金属めっき層は、Sn,Cu,Ag,Ni,Pb,Zn,Cr,Mn,Fe,Co,Pd,Pt,Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo,W,In,Au,Al,Si,Sb,Bi,およびTeの中から選ばれる1種又は2種以上の金属をめっきして形成してもよいし、さらに、前記めっきを行った後、この基体をリフロー処理することにより、金属めっきを溶融させ、めっき金属と基体との間に拡散を生じさせ、下層として合金層を形成したものとしてもよい。めっき金属としては、コストや耐食性の点から特にSnまたはSn合金が好ましい。
【0036】
雄端子1では、CuまたはCu合金製の基体上に、厚さ0.2〜10μmのSn層を各種めっき法で形成した後、熱処理によりSn層中のSnと基体中のCuを互いに熱拡散させてCu−Sn合金層を形成し、純Sn層の厚さを0〜8μmとすることが好ましい。さらに好ましくは、雄端子1における純Sn層の厚さを0.3μm未満とする。さらに好ましくは、雄端子1における純Sn層の厚さが0になるまで熱処理を行い、表面をCu−Sn合金層として硬質化を図ってもよい。
【0037】
次に、上記実施形態の製造方法を説明する。
この方法は、金属製の基体3の表面のめっき付着状態を不均一にするための工程と、この基体の前記表面に金属めっきを施して金属めっき層を形成する工程と、前記金属めっき層を形成した前記基体を前記金属めっきの融点以上に加熱することによりリフロー処理を行う工程とを有する。
【0038】
めっき付着状態を不均一にするための工程では、例えば、基体3の表面に対し、溶融金属に対するぬれ性を不均一にする処理を施す。これにより、金属めっき層6をリフロー処理で溶融させた際に、金属めっき層6の厚さに一定のパターンでばらつきが生じる。この工程で用いる処理方法は限定されないが、(1)基材3の結晶粒界に合金元素を偏析させる、あるいは、(2)基材3の結晶粒界に微量の酸化物を生じさせるといった方法が可能である。
【0039】
(1)基材3の結晶粒界に合金元素を偏析させるには、例えば、金属めっきを施す工程の前に、あるいは基体3の製造工程中に、弱還元性雰囲気中で熱処理を施し、Si,Fe,Mg,Ti,Ca,Zr,Alなどから選択される1種または2種以上を積極的に粒界に存在させるといった方法が可能である。
【0040】
(2)基材3の結晶粒界に酸化物を生じさせるには、例えば、Mg,Al,Si,Ca,Be,Cr,Ti,P,Zr,Feなどから選択される1種または2種以上を含むCu合金基体3について、金属めっきを施す工程の前に、もしくは基体3の製造工程中に、弱い酸化雰囲気中で熱処理を施すことによって、積極的に上記元素を含む酸化物を基材表面に生じさせるといった方法が可能である。
【0041】
この場合、リフロー処理工程において、金属めっき層をいったん溶融させると、融液の表面張力と基体3の表面のぬれ性との相互作用により、融液に局部的な盛り上がりが網目状のパターンで生じる。これにより、網目状に広がる軟らかい領域6Aと、軟らかい領域6Aの網目に囲まれた硬い領域6Bとを混在させて形成することができる。同時に、軟らかい領域6Aのビッカース硬さを20〜250とし、硬い領域6Bのビッカース硬さを60〜700かつ軟らかい領域6Aのビッカース硬さよりも30以上高くし、軟らかい領域6Aの網目の大きさの平均を5〜500μmにする。最適な製造条件は実験により求める。
【0042】
上記条件を満たすリフロー処理条件は、金属めっき層6の材質によって異なるため限定はされないが、基体3が銅または銅合金、リフロー処理前の金属めっき層がSnまたはSn合金である場合には、232〜1000℃が好ましい。この温度範囲内であると軟らかい領域6Aおよび硬い領域6Bを容易に形成することができる。より好ましくは300〜800℃である。リフロー処理時間は限定されないが、適度の拡散を図るためには0.05〜5分程度が好ましい。基体3からの母材元素の拡散により合金層である下層4が発生し、その分、硬い領域6Bでは軟質層である上層5の全体厚さに対する比率が低下するので、硬い領域6Bの硬度が相対的に上昇する。
【0043】
リフロー処理後に、金属めっき層6の溶融温度以下の温度で再度の加熱処理を行い、拡散を促進して下層4の厚さを増大させてもよい。
【0044】
なお、上記の製造方法では、リフロー処理によって金属めっき層6の厚さムラを生じさせ、軟らかい領域6Aと硬い領域6Bを形成していたが、軟らかい領域6Aと硬い領域6Bを生じさせる方法はこれに限定されない。
【0045】
例えば、図5に示すように、基体3の表面に対してエッチングや機械研磨を行う工程をさらに設け、基体3の表面に微細な凹部3Aおよび凸部3Bを予め形成しておき(この工程がめっき付着状態を不均一にするための工程に該当する)、この凹凸を平坦化するように金属めっき層を形成し、さらにリフロー処理を行うことも可能である。この方法では、凸部3B上の金属めっき層が薄い箇所では基体3から拡散する母材元素が表面または表面近くに達し、相対的にビッカース硬さが高い硬い領域6Bとなる。また、凹部3A上の金属めっき層が厚い箇所では基体3から拡散する母材元素が表面から深い位置までしか拡散しないため、相対的にビッカース硬さが低い軟らかい領域6Aとなる。軟らかい領域6Aと硬い領域6Bの条件は前述の通りである。
【0046】
リフロ−処理を行った後の金属めっき層にエッチングや切削を行うことによって、金属めっき層の表面に凹凸があり、かつ軟らかい領域6Aおよび硬い領域6Bを有するめっき処理材を得ることも可能である。例えば、均一な厚さの金属めっき層を基体上に形成し、従来と同様のリフロー処理を行って金属めっき層の下層部を均一な厚さの合金層とし、さらに金属めっき層にエッチングや切削を行って凹凸を形成する。これにより、凹部では、硬質な合金層を露出または軟質な上層を薄くして硬い領域6Bを形成する。凸部では軟質な上層を厚く残すことにより軟らかい領域6Aを形成する。ロール加工により前記微細な凹凸を形成するのであれば、効率よく凹凸を形成することができる。
【0047】
以上説明したように、上記各実施形態のめっき処理材の製造方法によれば、本発明に係るめっき処理材を低コストで製造することができる。
【0048】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
[実験1]
表1に示す条件で、図1に示す形状の雌端子として実施例1〜7および比較例1〜8を製造した。実施例1〜7には、本発明の条件を満たす軟らかい領域および硬い領域を形成した。比較例1、4〜6は、実施例に比較してCu下地めっきを厚く形成し、基体表面の影響を極力受けないようにしたものである。比較例2は、軟らかい領域および硬い領域の硬さの差(めっき厚さの差)が少ない場合の例である。比較例3は硬化Snめっき(合金層の割合を大きくしたもの)を採用した例である。比較例7および8は通常のリフローSnめっきを想定(粒界酸化物生成処理又は偏析処理なし)した例である。
【0049】
基体としては、表2に示す銅合金A〜Eのいずれかを使用した。これら銅合金の基体に、粒界酸化物生成処理(または偏析処理)を表1記載の条件で行い、基体の表面の結晶粒界に合金元素を偏析させ、さらにそれらの酸化物を生じさせた。処理雰囲気は、窒素ガスに800ppmの酸素を添加した弱酸化性雰囲気とした。この酸化物の偏析により、Snめっき厚の差を生じさせるようにした。
【0050】
図15は、銅合金Aからなる基体に、300℃×3時間の粒界酸化物生成処理を施したあとの基体表面のEPMA分析結果を示す。図15(a)は酸素原子の濃度分布を示し、図15(b)は珪素原子の濃度分布を示している。酸素と珪素は同じ位置で検出されていることから、結晶粒界に沿って珪素酸化物が生じていることがわかる。図15(c)および(d)は、図15(a)および(b)をそれぞれ拡大して、矢印で酸化物の濃度差を示したものである。
【0051】
【表1】
【0052】
【表2】
【0053】
次に、基体上に0〜0.51μmのごく薄いCu下地層を電解めっきにより形成し、このCu下地層の厚さを変化させて、リフロー処理時のSnに対する濡れ性への前記酸化物の影響に差が生じるようにした。このCu下地層が厚いほど酸化物の影響は少なくなり、軟らかい領域と硬い領域との差が少なくなる。Cu下地層を形成するためのめっき液の組成は、硫酸銅200g/l、硫酸55g/lとし、めっき浴温度は30℃、電流密度は2A/dm2とした。
【0054】
次に、Cu下地層の上にSnめっき層を形成した。めっき液の組成は、硫酸第一錫40g/l、硫酸110g/l、クレゾールスルホン酸25g/l、添加剤7g/lとし、めっき浴温度は20℃、電流密度は3A/dm2とした。
【0055】
これらの基体を表1記載のリフロー条件下で窒素雰囲気下で加熱してSnめっき層を溶融させ、Cu下地層および基体表面のCuと、Snめっき層のSnとを相互に拡散させ、両者の界面にCu−Sn合金層を形成した。
【0056】
得られた雌端子の表面において、ビッカース硬さ(10gf)を多点で測定し、軟らかい領域の硬度と、硬い領域の硬度を求めた。また、軟らかい領域および硬い領域のそれぞれについて、Snめっき層の厚さおよびCu下地層の残存厚さを、測定した。めっき厚さの測定には、蛍光X線膜厚計、電解式膜厚計、断面SEM観察法、断面EPMA観察法、およびレーザー顕微鏡を併用した。結果を表1に示す。実施例1〜7および比較例2では軟らかい領域と硬い領域が生じていたが、比較例1,3〜8では生じていなかった。なお、図6および図7は実施例1のめっき処理材の表面の顕微鏡写真である。図8および図9は実施例2のめっき処理材の表面の顕微鏡写真である。図10および図11は実施例3のめっき処理材の表面の顕微鏡写真である。図12および図13は比較例1のめっき処理材の表面の顕微鏡写真である。また、図14は、実施例1の断面SEM写真を示している。Sn層が厚く形成されている軟らかい領域と、Sn層が薄く形成されている硬い領域の存在が確認できた。
【0057】
一方、雄端子の基体としては、表2に示す銅合金Iを使用し、この銅合金製の基体上に0.54μmのCu下地層を前記と同一条件の電解めっきにより形成し、その上にSnめっき層を0.98μmの厚さで形成した。この基体を280℃×65秒間で加熱してSnめっき層を溶融させ、Cu下地層および基体表面のCuと、Snめっき層のSnとを相互に拡散させ、両者の界面にCu−Sn合金層を形成した。この雄端子では、粒界酸化物生成処理または偏析処理は施していないために軟らかい領域と硬い領域は生じず、全面に亘って均一な拡散層が生じただけであった。
【0058】
得られた実施例1〜7および比較例1〜8の端子加工前の平板と、前記雄端子の端子加工前の平板をそれぞれ組み合わせ、ASTM−D1894に準拠する方法により摺動性の試験を行った。結果を表3に示す。摺動時の移動速度は100mm/min、移動距離は30mmとし、静摩擦係数(μS=A/B)および動摩擦係数(μK=C/B)を求めた。なお、A=測定初期に現れる荷重ピーク値、B=移動重錘の重量(この場合1000g)、C=均一な走行になってからの平均荷重値である。
【0059】
【表3】
【0060】
次に、上記平板を用いて、雄端子および雌端子をプレス加工して、実際の挿抜力を測定した。雄端子の寸法は、厚さ0.64mm×幅1.0mmであり、雌端子の寸法は厚さ0.25mm×幅5.0mm×長さ30mmとした。形状は図1の通りである。挿抜力評価は、初期(1回目)および10回目の挿入・離脱に伴う最大値を示している。結果を表3に示す。表3から明らかなように、実施例1〜7の雌端子では比較例1、2、4〜8に比して摩擦係数および挿抜力を概ね低減できた。
【0061】
[実験2]
次に、表4に示す条件で、雄端子である実施例8〜14および比較例9〜16、並びに雌端子(表4の最下欄に記載)を製造した。実施例8〜14および比較例9〜16の基体としては、表2の銅合金F〜Jを使用し、雌端子の基体としては銅合金Dを使用した。特記していないめっき条件などは実験1と同じである。
実施例8〜14および比較例10では軟らかい領域と硬い領域が生じていたが、比較例9,11〜16では生じていなかった。比較例9、12〜14はCu下地めっき厚を比較的厚く処理し、基体表面の影響を極力受けないようにした例である。15、16は通常のリフローSnめっきを想定(粒界酸化物生成処理又は偏析処理なし)した例である。比較例10は硬軟部のめっき厚さの差が少ない場合の例を示す。比較例11は硬化Snめっき(合金層の割合を大きくしたもの)を施した例である。
【0062】
【表4】
【0063】
得られた実施例8〜14および比較例9〜16の雄端子と、前記雌端子とをそれぞれ組み合わせ、摺動性の試験を行った。摺動性の試験条件は、実験1と同じである。試験結果を表5に示す。表5から明らかなように、実施例8〜14の雌端子では比較例9,10,12〜16に比して摩擦係数および挿抜力を概ね低減できた。
【0064】
【表5】
【0065】
[実験3]
実施例1〜7および比較例1〜8についてはんだ濡れ性試験を行った。結果を表6に示す。はんだ濡れ性試験は、MIL−STD−883Eに準拠した方法で行い、メニスコグラフによって評価した。すなわち、ゼロクロスタイムおよび最大応力値を測定した。ゼロクロスタイムとは、試料がはんだで完全に濡れるまでの時間(試料にかかる浮力が0になる時間を測定)を示す。最大応力値とは、測定中(10sec)に示される、はんだで濡れることによって試料が引き上げられる際の最大応力値を示す。他の試験条件は以下の通りである。
はんだ組成:63Sn:37Pb
はんだ浴温:230℃±3℃
フラックス:商標名「SOLDERITEY−20」(株式会社タムラ製作所製/トルエン5〜10質量%,メタノール30〜40質量%含有)
【0066】
【表6】
【0067】
表6に示すように、はんだ濡れ性について、実施例1〜7の雄端子は、比較例1、2、4〜6の雄端子に比較して遜色が無かった。一方、比較例3では、リフロー条件を厳しくしてSn−Cu合金化を進行させたために表面が硬化し、挿抜力試験では良好な結果が得られたが、はんだ濡れ性が悪かった。
【0068】
[実験4]
実施例1〜7および比較例1〜8、15、16について耐熱信頼性試験を行った。表7は、耐熱信頼性の評価結果として、接触抵抗値および剥離の有無を示している。接触抵抗値は、JISC5402に準拠する方法で評価した。具体的には、実施例1〜7および比較例1〜8、15、16の平板に、金接触子(山崎精機株式会社商標名:CRS−113)を荷重50gfで接触させた時の接触抵抗値を、初期状態、120℃×500時間加熱後、150℃×500時間加熱後、および190℃×500時間加熱後のそれぞれにおいて測定した。加熱中は大気中に曝露した。
【0069】
耐熱剥離性の評価は、まず試料(10mm幅×30mm長さ)を180゜曲げ、大気中に曝露した状態で500時間または1000時間に亘り190℃に加熱した。次いで、曲がった試料を元の形状に戻し、曲げて戻した箇所の表面を10倍のルーペを使用して観察し、剥離の有無を確認した。
【0070】
【表7】
【0071】
表7に示すように、実施例1〜7は、190℃×1000時間の大気中曝露後も剥離を生じず、接触抵抗値も3.1mmΩ未満であり、高い信頼性が認められた。実施例5はZn濃度が高く、高温用途には適さないため190℃での評価は行わなかった。比較例1〜6は、基体の粒界酸化物生成処理または偏析処理を行っており、かつ厚めのCu下地処理を施しているため、190℃×500時間の大気中曝露により剥離が生じた。比較例7,8,15,16は基体表面の粒界酸化物生成処理または偏析処理を行っていない従来のリフローSnめっきを施したものであるが、これらは高温信頼性が低く、190℃×1000時間の大気中曝露により剥離が生じた。
【0072】
【発明の効果】
本発明のめっき処理材、コネクタ用端子部材、およびコネクタでは、微細な網目状に広がる軟らかい領域の中に、硬い領域が混在する表面性状を有し、相互の硬さが前記のように設定されているから、軟らかい領域により摺動性を高めることができ、硬い領域により金属めっき層表面の過度の摩耗を防ぐことができる。
また、表面硬度の不均一化により相手材との当接圧力を局部的に高めることができるから、導通を確実に確保し、電気抵抗を低く抑えることができる。
【0073】
一方、本発明のめっき処理材の製造方法では、上記のように優れためっき処理材を効率よく製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るコネクタ用端子部材の一実施形態として、コネクタの雄端子および雌端子を示す斜視図である。
【図2】本発明のめっき処理材の一実施形態の表面の顕微鏡写真である。
【図3】同めっき処理材の表面の拡大図である。
【図4】同めっき処理材の断面の拡大図である。
【図5】本発明のめっき処理材の他の実施形態を示す断面拡大図である。
【図6】本発明の実施例1のめっき処理材の表面の顕微鏡写真である。
【図7】本発明の実施例1のめっき処理材の表面の顕微鏡写真である。
【図8】本発明の実施例2のめっき処理材の表面の顕微鏡写真である。
【図9】本発明の実施例2のめっき処理材の表面の顕微鏡写真である。
【図10】本発明の実施例3のめっき処理材の表面の顕微鏡写真である。
【図11】本発明の実施例3のめっき処理材の表面の顕微鏡写真である。
【図12】比較例1のめっき処理材の表面の顕微鏡写真である。
【図13】比較例1のめっき処理材の表面の顕微鏡写真である。
【図14】実施例1の断面SEM写真である。
【図15】銅合金Aからなる基体に300℃×3時間の粒界酸化物生成処理を施したあとの基体表面のEPMA分析結果である。
【符号の説明】
1 雄端子
2 雌端子
3 基体
4 下層
5 上層
6 金属めっき層
6A 軟らかい領域
6B 硬い領域
Claims (12)
- めっき処理材であって、金属製の基体と、前記基体の表面に形成された金属めっき層とを有し、前記金属めっき層には、網目状に広がる軟らかい領域と、前記軟らかい領域の網目に囲まれた硬い領域とが混在し、前記軟らかい領域のビッカース硬さは20〜250であり、前記硬い領域のビッカース硬さは60〜700でありかつ前記軟らかい領域のビッカース硬さよりも30以上高く、前記軟らかい領域の網目の大きさの平均は5〜500μmである。
- 請求項1のめっき処理材であって、前記軟らかい領域の表面は、前記硬い領域の表面よりも、0.2〜10μm高い位置にある。
- 請求項1のめっき処理材であって、前記金属めっき層はSnまたはSn合金で形成されている。
- 請求項1のめっき処理材であって、前記基体は、Mg:0.3〜2質量%,P:0.001〜0.02質量%,C:0.0001〜0.0013質量%,O:0.0002〜0.002質量%を含有し、残りがCuおよび不可避不純物の組成を有する銅合金で形成されている。
- 請求項1のめっき処理材であって、前記基体は、Ni:0.5〜3質量%,Sn:0.1〜0.9質量%,Si:0.08〜0.8質量%,Zn:0.1〜3質量%,Fe:0.007〜0.25質量%,P:0.001〜0.2質量%,Mg:0.001〜0.2質量%,C:0.0001〜0.005質量%を含有し、残りがCuおよび不可避不純物の組成を有する銅合金で形成されている。
- 請求項1のめっき処理材により、少なくとも一部が形成されているコネクタ用端子部材。
- コネクタであって、端子部材を有し、この端子部材の少なくとも一部は請求項1のめっき処理材により形成されている。
- めっき処理材の製造方法であって、金属製の基体の表面のめっき付着状態を不均一にするための工程と、この基体の前記表面に金属めっきを施して金属めっき層を形成する工程と、前記金属めっき層を形成した前記基体を前記金属めっきの融点以上に加熱することによりリフロー処理を行う工程とを有し、前記リフロー処理によって、網目状に広がる軟らかい領域と、前記軟らかい領域の網目に囲まれた硬い領域とを混在させて形成し、前記軟らかい領域のビッカース硬さを20〜250とし、前記硬い領域のビッカース硬さを60〜700かつ前記軟らかい領域のビッカース硬さよりも30以上高くし、前記軟らかい領域の網目の大きさの平均を5〜500μmにする。
- 請求項8のめっき処理材の製造方法であって、前記めっき付着状態を不均一にするための工程では、前記基材の結晶粒界に合金元素を偏析させる。
- 請求項8のめっき処理材の製造方法であって、前記めっき付着状態を不均一にするための工程では、前記基材の結晶粒界に酸化物を生じさせる。
- 請求項8のめっき処理材の製造方法であって、前記めっき付着状態を不均一にするための工程では、前記基体の表面をエッチングすることによって前記基体の表面に凹凸を付与する。
- 請求項8のめっき処理材の製造方法であって、前記めっき付着状態を不均一にするための工程では、前記基体の表面に、凹凸を有するロールで圧延加工することによって、前記基体の表面に凹凸を付与する。
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