JP4368931B2 - オス端子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は半田付け部と嵌合部を備えたオス端子及びその製造方法に関し、その中でもとりわけ芯数の多いコネクタへの使用に適したオス端子及びその製造方法に関する。本発明はより特別には自動車用コネクタへの使用に適したオス端子及びその製造方法に関する。
電子機器等のコネクタに用いられる金属部品であるオス端子の中には、一端がプリント基板等に半田付けされ、他端がメス端子に接続されるものがある。例えば、自動車において使用される、プリント基板とワイヤーハーネスを中継する棒状のオス端子は、一端は嵌合部と呼ばれメス端子と嵌合する機能を持ち、もう一端は半田付け部と呼ばれ基板と半田付けされる機能を持つ。
この場合、嵌合部はメス端子との安定した電気的接触を確保するため、接触抵抗の小さいことが要求される。また、挿抜が容易であることも要求される。半田付け部はプリント基板と半田付けされるため、半田付け性の良好なことが要求される。特に、自動車用途等、高温環境下での使用が予定される場合や、また、半田付け前であっても倉庫で長期間保管されたり、輸出入のため船底に高温で長期間放置されたりする場合があるため、上記特性を高温下でも保持することの可能な耐熱性が強く要請される。
一般に、オス端子の材料としては導電性及びコストの面で銅又は銅合金が使用されており、その表面には上記のような要求特性を満足させるべく、下地めっきとして銅又はニッケル、仕上げめっきとしてリフローＳｎが施される２層めっきが工業的に行われている。
近年では、自動車の電装化の進展とともにコネクタの芯数が増大しており、中には１００を超える数の芯を有するものも存在することから、挿抜力の小さなことが特に要求されており、従来のめっき構成では、年々厳しくなっていくオス端子に対する要求特性を満足することが困難になりつつある。すなわち、Ｓｎは軟らかい金属であるため端子の嵌合接続時の摩擦が大きい。そのため、コネクタの芯数が著しく増大すると強大な挿抜力が必要になる。挿抜力を低下させるためには、リフローＳｎめっき厚を薄くすればよいが、リフローＳｎめっきの厚みが薄くなると今度は高温環境下で表層のＳｎが素材のＣｕ又は下地めっきのＮｉ及びＣｕと合金化して表層にＳｎが残存しなくなり、半田付け性や接触抵抗が悪化してしまうという二律背反の問題がある。
そこで、特開２００５−３０７２４０号（特許文献１）では、上記のような問題を解決すべく、部位によってＳｎめっき厚さを変えた３層めっきを提案している。すなわち、銅又は銅合金からなる素材の一部領域が厚さ０．０５μｍ以上０．８μｍ未満のＳｎめっき薄層で被覆され、残部領域が厚さ０．８μｍ以上３μｍ以下の一体に形成されたＳｎめっき厚層で被覆されてなり、該Ｓｎめっき薄層および該Ｓｎめっき厚層の下地層として、前記素材側からＮｉめっき層とＣｕめっき層で形成された下地層を有する導電材が提供されている（請求項１）。該導電材は、めっき浴中において、前記下地層を有する素材を陰極とし、該陰極と該陰極に対向する陽極との間の一部に絶縁性遮蔽板を配置して電気めっきを行うことによって、該陰極上の一部領域に厚さ０．０５μｍ以上０．８μｍ未満のＳｎめっき薄層を被覆し、残部領域に厚さ０．８μｍ以上３μｍ以下の一体に形成されたＳｎめっき厚層を被覆する方法によって製造される（請求項６）。
特開２００５−３０７２４０号
３層めっきは一般に図２に示すような構成を有し、母材の表面に対してＮｉ及びＣｕの下地めっきを順次施し、その表層にＳｎめっきを行った後、リフロー処理を行う。適正なめっき厚さの管理とリフロー処理によりＣｕめっきは大半がＳｎとの金属間化合物となる。
そのため、リフロー処理後には表層のＳｎとＣｕとの反応は殆ど終了しており、その後に加熱しても、Ｓｎ−Ｃｕ金属間化合物は殆ど成長せず、表層のＳｎ厚さは維持される。更に、Ｓｎ−Ｃｕ金属間化合物は、表層のＳｎが下地Ｎｉと反応して金属間化合物を生成するのを抑制するためのバリアとしても作用する。
そのため、リフロー処理後には表層のＳｎとＣｕとの反応は殆ど終了しており、その後に加熱しても、Ｓｎ−Ｃｕ金属間化合物は殆ど成長せず、表層のＳｎ厚さは維持される。更に、Ｓｎ−Ｃｕ金属間化合物は、表層のＳｎが下地Ｎｉと反応して金属間化合物を生成するのを抑制するためのバリアとしても作用する。
ここで、オス端子は平板状の金属材料を打ち抜き加工して生産されるが、従前は黄銅などの銅合金にＳｎめっきを施した条材からプレスによって打ち抜くことにより製造するのが主流であった（２面めっき）。Ｓｎめっきした材料を打ち抜き加工すると、プレス破面にて金属材料が露出する。電子材料の半田付けは、従来のＳｎ−Ｐｂ合金からＰｂフリー化により、Ｓｎ等のＳｎ−Ｐｂ合金より高融点の金属が用いられるようになったが、プレス破面にて金属材料が露出していると、これらの高融点のろう材は、半田付け不良が発生することがある。そのため、プレス後にプレス破面も含めて全面にめっきを行う方法が最近では多く選択されている。しかしながら、プレス後に全面めっきを行う場合はめっき厚の均一制御が難しいという問題があり、３層めっきの場合だとめっき厚制御の難易度は更に高くなる。
以下に上記問題点を詳しく説明する。オス端子の各部の一般的な幅は以下の寸法であるが、端子形態に加工後めっきを行う場合、端子形状が例えば棒状であるときは、めっき加工時の電流集中の影響により端子の両端のめっき厚が厚くなることが避けられない。この傾向は端子幅が細いほど、端子長さが長いほど顕著となり、先端のめっき厚が通常部の５倍にもおよぶ場合もある。
端子長さ：１５〜８０ｍｍ
（例：３２ｍｍ）
端子厚み：０．４〜１．０ｍｍ
（例：０．６４ｍｍ）
半田付部：幅０．４〜１．０ｍｍ
（例：０．６４ｍｍ）
嵌合部： 幅０．５〜５．０ｍｍ
（例：０．６４ｍｍ、１．０ｍｍ、２．３ｍｍ）
端子長さ：１５〜８０ｍｍ
（例：３２ｍｍ）
端子厚み：０．４〜１．０ｍｍ
（例：０．６４ｍｍ）
半田付部：幅０．４〜１．０ｍｍ
（例：０．６４ｍｍ）
嵌合部： 幅０．５〜５．０ｍｍ
（例：０．６４ｍｍ、１．０ｍｍ、２．３ｍｍ）
このようなめっき厚分布が存在することによって、３層めっきの効果は更に減退してしまう。
すなわち、中間のＣｕめっき厚が端子先端で厚くなった場合には、リフロー処理後にＳｎと金属間化合物を形成しなかったＣｕが大量に残存するため、その後の加熱でＳｎとの反応が進み、接触抵抗の上昇、半田付け性の低下につながる。一方、良好な半田付け性を得る目的で、半田付け部のＳｎめっき厚を厚くしようとすると、嵌合部でのＳｎめっきの厚さも厚くなってしまい、挿抜性が劣化してしまう。
すなわち、中間のＣｕめっき厚が端子先端で厚くなった場合には、リフロー処理後にＳｎと金属間化合物を形成しなかったＣｕが大量に残存するため、その後の加熱でＳｎとの反応が進み、接触抵抗の上昇、半田付け性の低下につながる。一方、良好な半田付け性を得る目的で、半田付け部のＳｎめっき厚を厚くしようとすると、嵌合部でのＳｎめっきの厚さも厚くなってしまい、挿抜性が劣化してしまう。
従って、上記の先行技術による解決手段は、端子に施される各めっき層の厚みを充分に制御することが可能な場合には有効であると考えられるが、オス端子は形状によってはめっき厚に分布が生じてしまい、均一なめっき厚を端子全体に施すことが困難となる場合がある。例えば、自動車用オス端子は、細長い棒状の形状を有しているため電流密度に分布が発生する結果、極端なめっき厚分布が生じ、端子中央部から先端にかけてめっき厚は数倍大きくなる。上記の先行技術のような３層めっきにおいて所定の特性を得るためには、各めっき層の厚さを厳密に制御する必要があるが、上記のめっき厚分布のために所望する特性を得ることは容易ではない。そのため、よりめっき厚の制御が容易なめっき構成が望まれる。
そこで、本発明は、めっき厚に有意な分布が生じて端子全体への均一めっきが困難な形状を有するオス端子においても、嵌合部は低接触抵抗及び低挿抜力を満足し、且つ、半田付け部は良好な半田付け性を有するオス端子を提供することを課題とする。また、本発明は、そのようなオス端子の製造方法を提供することを別の課題とする。また、本発明はそのようなオス端子を備えたコネクタを提供することを更に別の課題とする。
本発明者は上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、嵌合部は３層めっきとしつつ、半田付け部はＳｎと合金化しやすいＣｕめっきを行わず、Ｎｉ下地＋Ｓｎめっきの２層めっきとする構成を採用することによって（図１参照）、嵌合部における低接触抵抗及び挿抜性と同時に、半田付け部における半田付け性を従前よりも高い確実性で容易に達成できることを見出した。すなわち、めっき厚分布の制御に緻密性が最も要求されるＣｕめっきを嵌合部のみに部分めっきすることにより、上記のような課題を克服することができる。
なお、Ｓｎ／Ｎｉの２層めっきは、加熱によりＳｎ−Ｎｉ合金を形成し、これは半田付け性に悪影響を与えるが、半田付け部に挿抜性は要求されず、Ｓｎを表層に比較的厚く残存させればよい。そのため、めっき厚の厳密な制御が不要となる。半田付け部も３層めっきとした場合には、先端のＣｕめっき層が厚くなりリフロー後に過剰のＣｕが残存することになるため、その後のＳｎ−Ｃｕ合金の成長はＳｎ−Ｎｉ合金よりも早く、半田付け性の劣化はＳｎ／Ｎｉ２層めっきよりもむしろ早くなる。この点からも嵌合部は３層、半田付け性はＳｎ／Ｎｉ２層とするのが好ましい構成であるといえる。
なお、Ｓｎ／Ｎｉの２層めっきは、加熱によりＳｎ−Ｎｉ合金を形成し、これは半田付け性に悪影響を与えるが、半田付け部に挿抜性は要求されず、Ｓｎを表層に比較的厚く残存させればよい。そのため、めっき厚の厳密な制御が不要となる。半田付け部も３層めっきとした場合には、先端のＣｕめっき層が厚くなりリフロー後に過剰のＣｕが残存することになるため、その後のＳｎ−Ｃｕ合金の成長はＳｎ−Ｎｉ合金よりも早く、半田付け性の劣化はＳｎ／Ｎｉ２層めっきよりもむしろ早くなる。この点からも嵌合部は３層、半田付け性はＳｎ／Ｎｉ２層とするのが好ましい構成であるといえる。
上記の知見を基礎として完成された本発明は、一側面において、メス端子と嵌合される嵌合部と半田付けされる半田付け部とを有する金属を素材としたオス端子であって、嵌合部には素材の全面に又は表裏の２面に素材側より厚み０．３〜５．０μｍのＮｉめっき層、厚み０〜０．３μｍのＣｕめっき層、厚み０．１〜０．７μｍのＣｕ−Ｓｎ合金層、及び厚み０．２〜１．０μｍのＳｎめっき層がこの順に形成されており、半田付け部には素材の全面に素材側より厚み０．３〜５．０μｍのＮｉめっき層、厚み０．１〜０．７μｍのＳｎ−Ｎｉ合金層、及び厚み０．３μｍ以上のＳｎめっき層がこの順に形成されていることを特徴とするオス端子である。
本発明に係るオス端子の一実施形態においては、素材として用いられる金属は銅又は銅合金である。
本発明に係るオス端子の一実施形態においては、嵌合部における前記Ｃｕめっき層の厚みは０〜０．２μｍである。
本発明に係るオス端子の別の一実施形態においては、嵌合部における前記Ｃｕめっき層の厚みは０μｍである。
本発明に係るオス端子の更に別の一実施形態においては、嵌合部には素材の全面に前記Ｎｉめっき層、随意的なＣｕめっき層、Ｃｕ−Ｓｎ合金層、及びＳｎめっき層が形成されている。
本発明に係るオス端子の更に別の一実施形態においては、オス端子は、厚み：０．４〜１．０ｍｍであり、嵌合部が幅：０．５〜５．０ｍｍ、半田付け部が幅：０．４〜１．０ｍｍであり、嵌合部の先端から半田付け部の先端まで長さが１５〜８０ｍｍである。
本発明に係るオス端子の更に別の一実施形態においては、オス端子は、嵌合部と半田付け部の間に半田吸い上がりバリア部を有する。
本発明に係るオス端子の更に別の一実施形態においては、前記半田吸い上がりバリア部にはＮｉめっき層、Ｎｉ−Ｓｎ合金層又はＣｕ−Ｓｎ合金層が表層に形成されている。
本発明に係るオス端子の更に別の一実施形態においては、自動車用である。
本発明は、別の一側面において、上記オス端子の製造方法であって、
（１）金属製平板素材を所望のオス端子形状にプレス加工する工程と、
（２）嵌合部及び半田付け部共に該素材の全面に対して、それぞれ０．３〜５．０μｍの厚さのＮｉめっき層を形成する工程と、
（３）半田付け部にはＣｕめっき層を形成せずに、嵌合部の該Ｎｉめっき層の上に、０．１〜０．６μｍの厚さのＣｕめっき層を形成する工程と、
（４）嵌合部の該Ｃｕめっき層の上には０．４〜１．５μｍの厚さを有し、半田付け部の該Ｎｉめっき層の上には１．０μｍ以上の厚さを有するＳｎめっき層を形成する工程と、
（５）嵌合部及び半田付け部に対してリフロー処理を行う工程と、
を含む製造方法である。
（１）金属製平板素材を所望のオス端子形状にプレス加工する工程と、
（２）嵌合部及び半田付け部共に該素材の全面に対して、それぞれ０．３〜５．０μｍの厚さのＮｉめっき層を形成する工程と、
（３）半田付け部にはＣｕめっき層を形成せずに、嵌合部の該Ｎｉめっき層の上に、０．１〜０．６μｍの厚さのＣｕめっき層を形成する工程と、
（４）嵌合部の該Ｃｕめっき層の上には０．４〜１．５μｍの厚さを有し、半田付け部の該Ｎｉめっき層の上には１．０μｍ以上の厚さを有するＳｎめっき層を形成する工程と、
（５）嵌合部及び半田付け部に対してリフロー処理を行う工程と、
を含む製造方法である。
本発明に係る上記オス端子の製造方法の一実施形態においては、
（１’）金属製平板素材から嵌合部をプレス加工しないことを条件に、少なくとも半田付け部をプレス加工する工程と、
（２’）嵌合部に対しては該素材の表裏２面、半田付け部に対しては該素材の全面に対して、それぞれ０．３〜５．０μｍの厚さのＮｉめっき層を形成する工程と、
（３’）半田付け部にはＣｕめっき層を形成せずに、嵌合部の該Ｎｉめっき層の上に、０．１〜０．６μｍの厚さのＣｕめっき層を形成する工程と、
（４’）嵌合部の該Ｃｕめっき層の上には０．４〜１．５μｍの厚さを有し、半田付け部の該Ｎｉめっき層の上には１．０μｍ以上の厚さを有するＳｎめっき層を形成する工程と、
（５’）嵌合部及び半田付け部に対してリフロー処理を行う工程と、
（６’）嵌合部を含めてプレス加工されていない部分をプレス加工することにより所望のオス端子形状に成形する工程
を含む製造方法である。
（１’）金属製平板素材から嵌合部をプレス加工しないことを条件に、少なくとも半田付け部をプレス加工する工程と、
（２’）嵌合部に対しては該素材の表裏２面、半田付け部に対しては該素材の全面に対して、それぞれ０．３〜５．０μｍの厚さのＮｉめっき層を形成する工程と、
（３’）半田付け部にはＣｕめっき層を形成せずに、嵌合部の該Ｎｉめっき層の上に、０．１〜０．６μｍの厚さのＣｕめっき層を形成する工程と、
（４’）嵌合部の該Ｃｕめっき層の上には０．４〜１．５μｍの厚さを有し、半田付け部の該Ｎｉめっき層の上には１．０μｍ以上の厚さを有するＳｎめっき層を形成する工程と、
（５’）嵌合部及び半田付け部に対してリフロー処理を行う工程と、
（６’）嵌合部を含めてプレス加工されていない部分をプレス加工することにより所望のオス端子形状に成形する工程
を含む製造方法である。
本発明に係る製造方法の一実施形態においては、素材として用いられる金属は銅又は銅合金である。
本発明に係る製造方法の一実施形態においては、嵌合部と半田付け部の間に、表層のＳｎめっき層を除去し、Ｃｕ−Ｓｎ合金又はＣｕ−Ｎｉ合金を表面に露出する方法によって半田吸い上がりバリア部を形成する。
本発明は、更に別の一側面において、上記オス端子を組み込んだコネクタである。
本発明に係るオス端子は、嵌合部において低接触抵抗及び低挿抜力を満足し、且つ、半田付け部において良好な半田付け性を有する。そして、本発明に係るオス端子に採用されるめっき構成は、緻密なめっき厚の制御、とりわけ端子全体を３層めっきするときのようなＣｕめっき厚の緻密な制御を要することなく、比較的簡単なめっき操作により達成することができるため、めっき厚分布が生じやすい形状のオス端子に対しても、より確実に所望の挿抜性、通電特性及び半田付け性を得ることが可能となる。
端子の素材
本発明に係るオス端子に使用する金属素材には端子に用いられるものとして公知のものを特に制限はなく使用でき、例えば銅、銅合金、鉄、鉄合金（例えばステンレス鋼）、高ニッケル合金等が使用できる。本発明に係るオス端子の金属素材としては強度、加工性、導電性及びコストの面で銅又は銅合金が好ましい。銅合金としては黄銅、りん青銅、ベリリウム銅、洋白、丹銅、チタン銅及びコルソン合金などが挙げられ、端子の要求特性に従い、適宜選択でき、何等制限されない。
本発明に係るオス端子に使用する金属素材には端子に用いられるものとして公知のものを特に制限はなく使用でき、例えば銅、銅合金、鉄、鉄合金（例えばステンレス鋼）、高ニッケル合金等が使用できる。本発明に係るオス端子の金属素材としては強度、加工性、導電性及びコストの面で銅又は銅合金が好ましい。銅合金としては黄銅、りん青銅、ベリリウム銅、洋白、丹銅、チタン銅及びコルソン合金などが挙げられ、端子の要求特性に従い、適宜選択でき、何等制限されない。
端子の形状
オス端子として機能する形状であれば特に制限はないが、めっき厚に有意な分布が生じて端子全体への均一めっきが困難な形状を有する端子に対して本発明は特に有用である。そのような端子は、端子幅が細く、端子長さが長く、例えば以下のような形状を有する。
端子長さ：１５〜８０ｍｍ
端子厚み：０．４〜１．０ｍｍ
半田付部：幅０．４〜１．０ｍｍ
嵌合部： 幅０．５〜５．０ｍｍ
そのような端子はより典型的には、以下のような形状を有する。
端子長さ：２０〜５０ｍｍ
端子厚み：０．５〜０．８ｍｍ
半田付部：幅０．５〜０．８ｍｍ
嵌合部： 幅０．６４〜２．３ｍｍ
図７にオス端子形状の具体例を示す。該オス端子は端子長さ：３４ｍｍ、端子厚み：０．６４ｍｍ、半田付け部１の幅：０．６４ｍｍ、嵌合部２の幅：２．３ｍｍである。所望により半田吸い上がりバリア部３を設けてもよい。
オス端子として機能する形状であれば特に制限はないが、めっき厚に有意な分布が生じて端子全体への均一めっきが困難な形状を有する端子に対して本発明は特に有用である。そのような端子は、端子幅が細く、端子長さが長く、例えば以下のような形状を有する。
端子長さ：１５〜８０ｍｍ
端子厚み：０．４〜１．０ｍｍ
半田付部：幅０．４〜１．０ｍｍ
嵌合部： 幅０．５〜５．０ｍｍ
そのような端子はより典型的には、以下のような形状を有する。
端子長さ：２０〜５０ｍｍ
端子厚み：０．５〜０．８ｍｍ
半田付部：幅０．５〜０．８ｍｍ
嵌合部： 幅０．６４〜２．３ｍｍ
図７にオス端子形状の具体例を示す。該オス端子は端子長さ：３４ｍｍ、端子厚み：０．６４ｍｍ、半田付け部１の幅：０．６４ｍｍ、嵌合部２の幅：２．３ｍｍである。所望により半田吸い上がりバリア部３を設けてもよい。
めっき構成
本発明に係るオス端子は、嵌合部において素材の全面又は表裏の２面に素材側より厚み０．３〜５．０μｍ、好ましくは０．５〜４．０μｍ、より好ましくは０．６〜３．０μｍのＮｉめっき層、厚み０〜０．３μｍ、好ましくは０〜０．２μｍ、より好ましくは０μｍのＣｕめっき層、厚み０．１〜０．７μｍ、好ましくは０．２〜０．６μｍ、より好ましくは０．３〜０．５μｍのＣｕ−Ｓｎ合金層、及び厚み０．２〜１．０μｍ、好ましくは０．２〜０．８μｍ、より好ましくは０．２〜０．６μｍのＳｎめっき層がこの順に形成されている。
また、本発明に係るオス端子は、半田付け部において素材の全面に素材側より厚み０．３〜５．０μｍ、好ましくは０．５〜４．０μｍ、より好ましくは０．６〜３．０μｍのＮｉめっき層、厚み０．１〜０．７μｍ、好ましくは０．２〜０．６μｍ、より好ましくは０．３〜０．５μｍのＳｎ−Ｎｉ合金層、及び厚み０．３μｍ以上、好ましくは０．５μｍ以上、より好ましくは０．５〜１０．０μｍのＳｎめっき層がこの順に形成されている。
本発明に係るオス端子は、嵌合部において素材の全面又は表裏の２面に素材側より厚み０．３〜５．０μｍ、好ましくは０．５〜４．０μｍ、より好ましくは０．６〜３．０μｍのＮｉめっき層、厚み０〜０．３μｍ、好ましくは０〜０．２μｍ、より好ましくは０μｍのＣｕめっき層、厚み０．１〜０．７μｍ、好ましくは０．２〜０．６μｍ、より好ましくは０．３〜０．５μｍのＣｕ−Ｓｎ合金層、及び厚み０．２〜１．０μｍ、好ましくは０．２〜０．８μｍ、より好ましくは０．２〜０．６μｍのＳｎめっき層がこの順に形成されている。
また、本発明に係るオス端子は、半田付け部において素材の全面に素材側より厚み０．３〜５．０μｍ、好ましくは０．５〜４．０μｍ、より好ましくは０．６〜３．０μｍのＮｉめっき層、厚み０．１〜０．７μｍ、好ましくは０．２〜０．６μｍ、より好ましくは０．３〜０．５μｍのＳｎ−Ｎｉ合金層、及び厚み０．３μｍ以上、好ましくは０．５μｍ以上、より好ましくは０．５〜１０．０μｍのＳｎめっき層がこの順に形成されている。
嵌合部及び半田付け部の双方において形成されているＮｉめっき層は、素材に使用される金属（典型的にはＣｕやＺｎ及びＰ等の合金元素）が表層に拡散するのを抑制し、半田付け性及び接触抵抗を良好なまま維持するのに役立ち、そして均一に電着するため、良好な外観を得ることができる。Ｎｉめっき層が０．３μｍより薄い場合には拡散防止効果が小さく、半田付け性及び接触抵抗が劣化し、また、仕上げの外観を害する。一方、Ｎｉめっき層が５．０μｍより厚い場合には拡散防止効果が飽和する一方、曲げ工程にてＮｉめっき層に割れを生じる。
嵌合部に形成されているＣｕ−Ｓｎの合金層はＣｕめっき層がリフロー処理によって変化したものである。嵌合部に形成されているＣｕ−Ｓｎの合金層は、経時変化や高温環境下に晒されることによって下地のＮｉめっき層が表層のＳｎめっきにまで拡散して導電性の悪いＮｉ−Ｓｎ合金を形成し、接触抵抗が悪化するのを防止することができる。一方、リフロー後にＣｕめっき層が残存していると、高温環境下ではリフロー後もＣｕとＳｎの拡散が進展するために表層で導電性の悪いＣｕ−Ｓｎの合金が形成され、接触抵抗が悪化する傾向が高い。従って、Ｃｕめっき層はリフロー処理によってすべてＣｕ−Ｓｎ合金層に変化しているのが望ましく、せいぜい０．３μｍ程度までの厚さとする。
また、Ｃｕ−Ｓｎの合金層の厚さが０．２μｍ未満となると、ＮｉがＳｎ中に拡散できるようになるため、接触抵抗が悪化する傾向が高い。一方、Ｃｕ−Ｓｎの合金層の厚さが０．６μｍを超える過度のリフロー処理を行うと、リフロー処理時に表層のＳｎめっきが酸化し接触抵抗が劣化する。
また、Ｃｕ−Ｓｎの合金層の厚さが０．２μｍ未満となると、ＮｉがＳｎ中に拡散できるようになるため、接触抵抗が悪化する傾向が高い。一方、Ｃｕ−Ｓｎの合金層の厚さが０．６μｍを超える過度のリフロー処理を行うと、リフロー処理時に表層のＳｎめっきが酸化し接触抵抗が劣化する。
半田付け部に形成されているＳｎ−Ｎｉ合金層はリフロー処理により形成されるが、厚さが０．２μｍ未満ではリフロー処理が不十分となり良好な外観が得られない。一方、厚さが１．０μｍを超えると、過度のリフロー処理となり、表層のＳｎめっきが酸化され、はんだ付性が劣化する。
嵌合部に形成されているＳｎめっき層は良好な接触抵抗を有するが、０．２μｍ未満となると、表層のＳｎがＣｕとの拡散反応により全てＣｕ−Ｓｎ化合物となる部分が生じ、Ｃｕ−Ｓｎ化合物が表面に露出し、接触抵抗が悪化する傾向が強くなる。一方、嵌合部のＳｎめっき層は１．０μｍを超えると挿抜力が高くなるため好ましくない。
半田付け部に形成されているＳｎめっき層は良好なはんだ付性を有するが、０．５μｍ未満となるとＮｉ−Ｓｎ化合物が表面に露出し、半田付け性が低下し易くなる。一方、半田付け部のＳｎめっき層には上限は特にないが、Ｓｎめっきが厚いと組立工程で粉が発生するため通常は１０μｍ程度、好ましくは５μｍ程度の厚さまでとする。
半田付け部に形成されているＳｎめっき層は良好なはんだ付性を有するが、０．５μｍ未満となるとＮｉ−Ｓｎ化合物が表面に露出し、半田付け性が低下し易くなる。一方、半田付け部のＳｎめっき層には上限は特にないが、Ｓｎめっきが厚いと組立工程で粉が発生するため通常は１０μｍ程度、好ましくは５μｍ程度の厚さまでとする。
本発明に係るめっき構成は、既存のめっき技術を応用することで得ることができるが、例えば：
（１）該素材を所望のオス端子形状にプレス加工する工程と、
（２）嵌合部及び半田付け部共に素材の全面に対して、それぞれ０．３〜５．０μｍの厚さのＮｉめっき層を形成する工程と、
（３）半田付け部にはＣｕめっき層を形成せずに、嵌合部の該Ｎｉめっき層の上に、０．１〜０．６μｍの厚さのＣｕめっき層を形成する工程と、
（４）嵌合部の該Ｃｕめっき層の上には０．４〜１．５μｍの厚さを有し、半田付け部の該Ｎｉめっき層の上には１．０μｍ以上の厚さを有するＳｎめっき層を形成する工程と、
（５）嵌合部及び半田付け部に対してリフロー処理を行う工程と、
を含む製造方法により得ることができる。
（１）該素材を所望のオス端子形状にプレス加工する工程と、
（２）嵌合部及び半田付け部共に素材の全面に対して、それぞれ０．３〜５．０μｍの厚さのＮｉめっき層を形成する工程と、
（３）半田付け部にはＣｕめっき層を形成せずに、嵌合部の該Ｎｉめっき層の上に、０．１〜０．６μｍの厚さのＣｕめっき層を形成する工程と、
（４）嵌合部の該Ｃｕめっき層の上には０．４〜１．５μｍの厚さを有し、半田付け部の該Ｎｉめっき層の上には１．０μｍ以上の厚さを有するＳｎめっき層を形成する工程と、
（５）嵌合部及び半田付け部に対してリフロー処理を行う工程と、
を含む製造方法により得ることができる。
前記（２）の工程において、嵌合部には素材の全面に対して前記Ｎｉめっき層が形成されるが、嵌合部の幅が狭い又は長いため、先端のめっき厚さが厚くなりすぎる場合には、嵌合部についてはプレス前に端子素材の３層めっきを行い（表裏の２面めっきとなる。）、その後にプレスを行えば、めっき厚さの分布は良好なものとすることができる。
すなわち、本発明に係る上記オス端子の製造方法の一実施形態においては、
（１’）金属素材から嵌合部をプレス加工しないことを条件に、少なくとも半田付け部をプレス加工する工程と、
（２’）嵌合部に対しては素材の表裏２面、半田付け部に対しては素材の全面に対して、それぞれ０．３〜５．０μｍの厚さのＮｉめっき層を形成する工程と、
（３’）半田付け部にはＣｕめっき層を形成せずに、嵌合部の該Ｎｉめっき層の上に、０．１〜０．６μｍの厚さのＣｕめっき層を形成する工程と、
（４’）嵌合部の該Ｃｕめっき層の上には０．４〜１．５μｍの厚さを有し、半田付け部の該Ｎｉめっき層の上には１．０μｍ以上の厚さを有するＳｎめっき層を形成する工程と、
（５’）嵌合部及び半田付け部に対してリフロー処理を行う工程と、
（６’）嵌合部を含めてプレス加工されていない部分をプレス加工することにより所望のオス端子形状に成形する工程
を含む製造方法である。
この手順により、半田付け部は全面がめっきで覆われ、良好なはんだ付性を有し、嵌合部においても良好なめっき厚さ分布が得られる。
すなわち、本発明に係る上記オス端子の製造方法の一実施形態においては、
（１’）金属素材から嵌合部をプレス加工しないことを条件に、少なくとも半田付け部をプレス加工する工程と、
（２’）嵌合部に対しては素材の表裏２面、半田付け部に対しては素材の全面に対して、それぞれ０．３〜５．０μｍの厚さのＮｉめっき層を形成する工程と、
（３’）半田付け部にはＣｕめっき層を形成せずに、嵌合部の該Ｎｉめっき層の上に、０．１〜０．６μｍの厚さのＣｕめっき層を形成する工程と、
（４’）嵌合部の該Ｃｕめっき層の上には０．４〜１．５μｍの厚さを有し、半田付け部の該Ｎｉめっき層の上には１．０μｍ以上の厚さを有するＳｎめっき層を形成する工程と、
（５’）嵌合部及び半田付け部に対してリフロー処理を行う工程と、
（６’）嵌合部を含めてプレス加工されていない部分をプレス加工することにより所望のオス端子形状に成形する工程
を含む製造方法である。
この手順により、半田付け部は全面がめっきで覆われ、良好なはんだ付性を有し、嵌合部においても良好なめっき厚さ分布が得られる。
各めっき工程の具体例について以下に詳述する。
Ｎｉめっき層形成工程
本発明においては、「Ｎｉめっき」にはＮｉめっきのほか、例えばＮｉ−Ｐ合金、Ｎｉ−Ｐｄ合金、Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｎｉ−Ｓｎ合金のようなニッケル合金めっきも含まれる。これらの中でもめっき速度が早い、コストが低い等の理由から特にＮｉめっきが好ましい。ニッケルめっきは公知の任意の手段により施すことができるが、例えば電気ニッケルめっきにより施すことができる。
本発明においては、「Ｎｉめっき」にはＮｉめっきのほか、例えばＮｉ−Ｐ合金、Ｎｉ−Ｐｄ合金、Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｎｉ−Ｓｎ合金のようなニッケル合金めっきも含まれる。これらの中でもめっき速度が早い、コストが低い等の理由から特にＮｉめっきが好ましい。ニッケルめっきは公知の任意の手段により施すことができるが、例えば電気ニッケルめっきにより施すことができる。
Ｎｉめっきは嵌合部及び半田付け部においてリフロー処理前でＮｉめっき層として０．３〜５．０μｍ、好ましくは０．５〜４．０μｍ、より好ましくは０．６〜３．０μｍの厚さとなるように施すことで、リフロー処理後に半田付け部におけるＮｉ−Ｓｎ合金層として０．１〜０．７μｍ、好ましくは０．２〜０．６μｍ、より好ましくは０．３〜０．５μｍとすることができる。
端子形状によっては各部位のＮｉめっきの厚みに分布が生じることがあるが、上記厚さ範囲内にあれば分布が生じても許容されるし、上記厚さ範囲は比較的に幅が大きいので、厚さ制御にはそれほど困難は伴わない。それでもやはり、厚さ分布が大きく、めっき厚が上記範囲を満たせない場合には嵌合側、半田付け側にそれぞれ遮蔽治具などをとりつけて分布の均一化を図ることで対処すればよい。
Ｃｕめっき層形成工程
Ｃｕめっきは後のリフロー処理によりＣｕ−Ｓｎの合金層を形成するために施す。
本発明においては、「Ｃｕめっき」にはＣｕめっきのほか、例えばＣｕ−Ａｌ合金、Ｃｕ−Ｂｉ合金、Ｃｕ−Ｃｏ合金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｐ合金、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｃｏ合金、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｎｉ合金のような銅合金めっきも含まれる。合金めっきは組成にばらつきがでることがあり、当該合金めっき中のＣｕの組成がばらつくと、リフロー処理時に生成するＣｕ−Ｓｎ合金層厚さの制御が困難になるため、特にＣｕめっきが好ましい。Ｃｕめっきは公知の任意の手段により施すことができるが、例えば電気Ｃｕめっきにより施すことができる。
Ｃｕめっきは後のリフロー処理によりＣｕ−Ｓｎの合金層を形成するために施す。
本発明においては、「Ｃｕめっき」にはＣｕめっきのほか、例えばＣｕ−Ａｌ合金、Ｃｕ−Ｂｉ合金、Ｃｕ−Ｃｏ合金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｐ合金、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｃｏ合金、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｎｉ合金のような銅合金めっきも含まれる。合金めっきは組成にばらつきがでることがあり、当該合金めっき中のＣｕの組成がばらつくと、リフロー処理時に生成するＣｕ−Ｓｎ合金層厚さの制御が困難になるため、特にＣｕめっきが好ましい。Ｃｕめっきは公知の任意の手段により施すことができるが、例えば電気Ｃｕめっきにより施すことができる。
Ｃｕめっきは、半田付け部に対しては施さないことと、嵌合部に対しては施すことを条件として、Ｎｉめっき層の上に施す。従って、本発明の一実施形態においては、半田付け部を残して端子全面に対してＣｕめっきを施す。また、本発明の別の一実施形態においては、嵌合部のみにＣｕめっきを施す。本発明においては、半田付け部と嵌合部におけるＣｕめっき層の厚さの同時制御が不要であり、嵌合部の厚さ調整だけで済むため、Ｃｕめっき層の厚さの調整は容易化される。
Ｃｕめっきは嵌合部においてリフロー処理前にＣｕめっき層として０．１〜０．６μｍ、好ましくは０．１〜０．５μｍ、より好ましくは０．２〜０．４μｍの厚さとなるように施す。Ｃｕめっき層の厚さが０．１μｍ未満となると、ＮｉがＳｎ中に拡散できるようになるため、接触抵抗が悪化する傾向が高い。一方、Ｃｕめっき層の厚さが０．６μｍより厚い場合には、リフロー後にＣｕ層が残存し、リフロー後もＣｕとＳｎの拡散が進展するために表層で導電性の悪いＣｕ−Ｓｎの合金が形成され、高温環境下で接触抵抗が悪化する傾向が高い。この際の拡散の速度はＮｉとＳｎの拡散よりも速いため、Ｎｉ−Ｓｎの２層めっきよりも耐熱性は低下することになる。
Ｃｕめっきを端子の一部に施す方法としては一般的にはＣｕめっきを施そうとする素材の部分をめっき液中に浸漬し、上記範囲を満たすために遮蔽治具などを用いて分布の均一化を図ることができる。
Ｓｎめっき層形成工程
本発明においては、Ｓｎめっきが嵌合部と半田付け部の両方に対して施され、端子の全体に施してもよい。
本発明においては、「Ｓｎめっき」にはＳｎめっきのほか、例えばＳｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ｂｉ合金のようなＳｎ合金めっきも含まれる。合金めっきは組成にばらつきがでることがあり、当該合金めっき中のＳｎの組成がばらつくと、リフロー処理時に生成するＣｕ−Ｓｎ合金層厚さの制御が困難になるため、特にＳｎめっきが好ましい。Ｓｎめっきは公知の任意の手段により施すことができるが、例えば電気Ｓｎめっきにより施すことができる。
本発明においては、Ｓｎめっきが嵌合部と半田付け部の両方に対して施され、端子の全体に施してもよい。
本発明においては、「Ｓｎめっき」にはＳｎめっきのほか、例えばＳｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ｂｉ合金のようなＳｎ合金めっきも含まれる。合金めっきは組成にばらつきがでることがあり、当該合金めっき中のＳｎの組成がばらつくと、リフロー処理時に生成するＣｕ−Ｓｎ合金層厚さの制御が困難になるため、特にＳｎめっきが好ましい。Ｓｎめっきは公知の任意の手段により施すことができるが、例えば電気Ｓｎめっきにより施すことができる。
Ｓｎめっきは嵌合部においては、Ｃｕめっき層の上にリフロー処理前で０．４〜１．５μｍ、好ましくは０．５〜１．１μｍ、より好ましくは０．６〜０．８μｍの厚さを有するように施す。嵌合部において、Ｓｎめっき層の厚さが０．４μｍより薄い場合にはリフロー処理後にＣｕ−Ｓｎ化合物が表面に露出し、接触抵抗を悪化させる傾向が高い。一方、１．５μｍよりも厚い場合にはリフロー処理後にもＳｎめっき層が厚く残り、挿抜性が低下する。
また、Ｓｎめっきは半田付け部においては、Ｎｉめっき層の上に１．０μｍ以上、好ましくは１．０〜１０μｍ、より好ましくは１．０〜５．０μｍの厚さを有するように施す。１．０μｍよりも薄い場合にはＮｉ−Ｓｎ化合物が露出し、半田付け性を低下させる傾向が高い。
また、Ｓｎめっきは半田付け部においては、Ｎｉめっき層の上に１．０μｍ以上、好ましくは１．０〜１０μｍ、より好ましくは１．０〜５．０μｍの厚さを有するように施す。１．０μｍよりも薄い場合にはＮｉ−Ｓｎ化合物が露出し、半田付け性を低下させる傾向が高い。
Ｓｎめっき厚の調整はＣｕめっきほどの緻密性は要求されないので、全面浸漬によってめっきすればよいが、めっき厚分布が発生するため、めっき槽の使用方法には注意が必要である。特に嵌合部のめっき厚分布は半田付け部のそれよりも避けるべきであるため、遮蔽治具を用いる等して分布の均一化を図る。嵌合部にて、さらに厚さ分布を小さくしたい場合は、前述したように、嵌合部についてはプレス前に端子素材の表裏２面に３層めっきを行い、その後にプレスを行うことに所定のめっき厚を得ることができる。
以上のような一連の工程の一例を図式化したものを図５に示す。
リフロー処理
リフロー工程によりめっき表面を平滑にし、組立工程でのめっき粉発生を抑えるとともに、ウィスカーの発生を抑える。リフロー時には嵌合部のＣｕ−Ｓｎ合金と、半田付け部のＮｉ−Ｓｎ合金層が形成される。
リフロー工程によりめっき表面を平滑にし、組立工程でのめっき粉発生を抑えるとともに、ウィスカーの発生を抑える。リフロー時には嵌合部のＣｕ−Ｓｎ合金と、半田付け部のＮｉ−Ｓｎ合金層が形成される。
リフロー工程にてめっき材に加わる熱は、ライン速度と炉温によって決まる。材料の加熱が弱いときには、錫めっきが溶融せずに上記の効果が得られない。また材料の加熱が強いときには、錫めっき表面が酸化により変色を生じる。したがってライン速度と炉温の条件を適切に決める必要がある。例えば、２４０〜３５０℃の温度、１０〜６０秒間、好ましくは２５０〜３００℃の温度、２０〜４０秒間加熱されるような速度でリフロー処理を行う。リフロー処理を適切な条件で行うことにより、最終的に本発明に係るめっき構成を有するオス端子を製造することができる。
以上の工程にて製造した嵌合部におけるめっきの構造を図式化したのが図３である。素材側からＮｉめっき層、（Ｃｕめっき層）、Ｃｕ−Ｓｎの合金層、Ｓｎめっき層が形成された構造となる。Ｃｕ−Ｓｎ合金層とＳｎめっき層の界面は雲形となるのが一般的である。また、半田付け部におけるめっきの構造を図式化したのが図４である。素材側からＮｉめっき層、Ｎｉ−Ｓｎの合金層、Ｓｎめっき層が形成された構造となる。
本発明に係るオス端子をプリント回路基板に実装したときの模式図を例示的に図６に示す。
半田吸い上がりバリア部
端子が小型化すると毛細管現象により半田付け時に半田が端子に吸い上がり易くなるが、この吸い上がりが過度に生じると電子部品の機能や性能を損なう恐れがある。例えば、コネクタでは半田付け部から半田が端子に吸い上がって遂には相手コネクタとの接点部に達することでコネクタの接続信頼性が損なわれたり、近隣の半田付け部に半田が達して短絡する半田ブリッジが生じたりし、或いは半田付け部に充分な量の半田が残らなくなるといった問題が生じ得る。そこで、嵌合部と半田付け部の間には半田濡れ性の悪い半田吸い上がりバリア部を形成してもよい。表層に形成されたＮｉめっき層、Ｎｉ−Ｓｎ合金層又はＣｕ−Ｓｎ合金層は半田吸い上がりバリア部として有効である。
半田吸い上がりバリア部は公知の任意の方法によって形成することができるが、例えば半田吸い上がりバリア部となる部分に予めＮｉめっき層、随意的なＣｕめっき層、及びＳｎめっき層を先述した工程で形成しておき、リフロー処理後、表層のＳｎをレーザ照射、電解研磨、化学研磨などで除去し、Ｎｉ−Ｓｎ合金層又はＣｕ−Ｓｎ合金層を露出させる方法によって形成することができる。
また、特に自動車用のオス端子においては、コネクタ組立工程において、嵌合部と半田付け部の中間点で端子を直角に曲げる工程が加わるが、上記のバリア部で曲げ加工される場合、曲げ加工時に曲げ金具によってＳｎめっきが削れて、コネクタに異物として付着するのを防ぐ効果にもつながるため有益である。
端子が小型化すると毛細管現象により半田付け時に半田が端子に吸い上がり易くなるが、この吸い上がりが過度に生じると電子部品の機能や性能を損なう恐れがある。例えば、コネクタでは半田付け部から半田が端子に吸い上がって遂には相手コネクタとの接点部に達することでコネクタの接続信頼性が損なわれたり、近隣の半田付け部に半田が達して短絡する半田ブリッジが生じたりし、或いは半田付け部に充分な量の半田が残らなくなるといった問題が生じ得る。そこで、嵌合部と半田付け部の間には半田濡れ性の悪い半田吸い上がりバリア部を形成してもよい。表層に形成されたＮｉめっき層、Ｎｉ−Ｓｎ合金層又はＣｕ−Ｓｎ合金層は半田吸い上がりバリア部として有効である。
半田吸い上がりバリア部は公知の任意の方法によって形成することができるが、例えば半田吸い上がりバリア部となる部分に予めＮｉめっき層、随意的なＣｕめっき層、及びＳｎめっき層を先述した工程で形成しておき、リフロー処理後、表層のＳｎをレーザ照射、電解研磨、化学研磨などで除去し、Ｎｉ−Ｓｎ合金層又はＣｕ−Ｓｎ合金層を露出させる方法によって形成することができる。
また、特に自動車用のオス端子においては、コネクタ組立工程において、嵌合部と半田付け部の中間点で端子を直角に曲げる工程が加わるが、上記のバリア部で曲げ加工される場合、曲げ加工時に曲げ金具によってＳｎめっきが削れて、コネクタに異物として付着するのを防ぐ効果にもつながるため有益である。
本発明においては、各めっき層、合金層の厚さの測定は次の通り決定するものとする。
なお、各めっき層、合金層厚さの測定箇所は、嵌合部、はんだ付け部とも、端子先端から１±０．２ｍｍの幅方向中央部にて測定した。
Ｓｎめっき層
電解にてＳｎ層のみを除去することができるため、電解前後で蛍光Ｘ線でＳｎめっき厚を測定し、電解前のＳｎめっき厚から電解後のめっき厚を差し引いたものをＳｎめっき層厚とする。
Ｃｕ−Ｓｎ合金層
Ｃｕ−Ｓｎの合金層の厚さは、電解にてＳｎめっき層のみを除去した後、蛍光Ｘ線でＳｎめっき厚として測定された数値とする。
Ｎｉ−Ｓｎ合金層
Ｎｉ−Ｓｎの合金層の厚さは、電解にてＳｎめっき層のみを除去した後、蛍光Ｘ線でＳｎめっき厚として測定された数値とする。
Ｃｕめっき層及びＮｉめっき層
Ｃｕ層及びＮｉ層の厚さはめっき断面を５０００〜２００００倍にてＳＥＭ観察し、１０箇所の平均値をとる。
なお、各めっき層、合金層厚さの測定箇所は、嵌合部、はんだ付け部とも、端子先端から１±０．２ｍｍの幅方向中央部にて測定した。
Ｓｎめっき層
電解にてＳｎ層のみを除去することができるため、電解前後で蛍光Ｘ線でＳｎめっき厚を測定し、電解前のＳｎめっき厚から電解後のめっき厚を差し引いたものをＳｎめっき層厚とする。
Ｃｕ−Ｓｎ合金層
Ｃｕ−Ｓｎの合金層の厚さは、電解にてＳｎめっき層のみを除去した後、蛍光Ｘ線でＳｎめっき厚として測定された数値とする。
Ｎｉ−Ｓｎ合金層
Ｎｉ−Ｓｎの合金層の厚さは、電解にてＳｎめっき層のみを除去した後、蛍光Ｘ線でＳｎめっき厚として測定された数値とする。
Ｃｕめっき層及びＮｉめっき層
Ｃｕ層及びＮｉ層の厚さはめっき断面を５０００〜２００００倍にてＳＥＭ観察し、１０箇所の平均値をとる。
本発明に係るオス端子はコネクタに搭載でき、特に高温環境下での使用が予定される自動車等に好適に使用される。
以下に、本発明及びその利点をより良く理解するために本発明に係るオス端子及びその製造方法の実施例を記載するが、これらは例示のためであって本発明が限定されることを意図するものではない。
各めっき層、合金層の厚みの測定には上述した測定条件に従って、微小部蛍光Ｘ線膜厚計（ＳＩＩ社製：型式ＳＦＴ−９２５５）及びＳＥＭ（日本電子社製：型式ＪＳＭ−７０００Ｆ）用いてめっき厚を測定した。
挿抜性の評価には、市販のＣｕ下地リフローＳｎめっきメス端子（Ｓｎめっき厚さ１．１μｍ）を用い、挿抜試験機により挿入時の嵌合力を測定した。
接触抵抗の測定には山崎式接点シミュレータを用い、４端子法にて測定した。
半田付け性の評価にはＪＩＳ Ｃ ００５３に従い、以下の条件でメニスコグラフ法により、半田濡れ時間を測定した。
はんだ：鉛フリーはんだ Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ（千住金属社製Ｍ７０５）
はんだ浴温度：２５０℃
フラックス：２５％ロジンエタノール
測定機器：ソルダーチェッカー（レスカ製ＳＡ−５０００）
浸漬速度：２０ｍｍ／ｓ
浸漬深さ：２ｍｍ
浸漬時間：１０ｓ
はんだ：鉛フリーはんだ Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ（千住金属社製Ｍ７０５）
はんだ浴温度：２５０℃
フラックス：２５％ロジンエタノール
測定機器：ソルダーチェッカー（レスカ製ＳＡ−５０００）
浸漬速度：２０ｍｍ／ｓ
浸漬深さ：２ｍｍ
浸漬時間：１０ｓ
また、各端子を１５５℃にて１６ｈ加熱した後のはんだ付け性と、１５５℃にて１８４ｈ加熱した後の接触抵抗を評価し、耐熱性をみた。
Ｎｏ．１（実施例）
図７に示すような形状を有する嵌合部幅２．３ｍｍ、半田付け部幅０．６４ｍｍ、厚み０．６４ｍｍの黄銅製プレス材を用いてオス端子を製造した。該プレス材に対して、前処理、Ｎｉめっき、Ｃｕめっき、Ｓｎめっき、リフローの順に加工し、特性を調査した。
図７に示すような形状を有する嵌合部幅２．３ｍｍ、半田付け部幅０．６４ｍｍ、厚み０．６４ｍｍの黄銅製プレス材を用いてオス端子を製造した。該プレス材に対して、前処理、Ｎｉめっき、Ｃｕめっき、Ｓｎめっき、リフローの順に加工し、特性を調査した。
前処理は以下の条件で行った。
ＮａＯＨを含むアルカリ脱脂液を用い、６０℃、電流密度７Ａ／ｄｍ2の条件にて電解脱脂した後、１０％希硫酸で酸洗した。
ＮａＯＨを含むアルカリ脱脂液を用い、６０℃、電流密度７Ａ／ｄｍ2の条件にて電解脱脂した後、１０％希硫酸で酸洗した。
Ｎｉめっきは以下の条件で行った。
スルファミン酸浴を用い、５５℃、電流密度０．６〜３０Ａ／ｄｍ2の条件にてＮｉめっきした。
スルファミン酸浴を用い、５５℃、電流密度０．６〜３０Ａ／ｄｍ2の条件にてＮｉめっきした。
Ｃｕめっきは以下の条件で行った。
硫酸銅浴を用い、４０℃、電流密度２〜１５Ａ／ｄｍ2の条件にてＣｕめっきした。
硫酸銅浴を用い、４０℃、電流密度２〜１５Ａ／ｄｍ2の条件にてＣｕめっきした。
Ｓｎめっきは以下の条件で行った。
メタンスルホン酸浴を用い、５５℃、電流密度５〜４０Ａ／ｄｍ2の条件にてＳｎめっきした。
メタンスルホン酸浴を用い、５５℃、電流密度５〜４０Ａ／ｄｍ2の条件にてＳｎめっきした。
リフロー処理は以下の条件で行った。
炉温を４５０℃に設定し、滞留時間２５秒としてリフロー処理した後、水冷した。
炉温を４５０℃に設定し、滞留時間２５秒としてリフロー処理した後、水冷した。
Ｎｏ．２（実施例）〜Ｎｏ．１５（比較例）
実施例２〜７及び比較例９〜１５はＮｉめっき厚、Ｃｕめっき厚、Ｓｎめっき厚を変化させるために電流値を変え、またＳｎの外観を調整するために、リフロー温度を±５０℃の範囲で変化させた以外は実施例１と同一の条件としてオス端子を製造した。また、Ｎｏ．８（実施例）は１次プレスにて半田付け部のみ打ち抜いて嵌合部は平板のままめっきし、めっき後２次プレスにて嵌合部を打ち抜いて製品化したものである。Ｎｏ．８の嵌合部をプレス前に平板のままめっきしたのは、嵌合部のめっき厚分布をより狭い範囲で管理できるからである。
実施例２〜７及び比較例９〜１５はＮｉめっき厚、Ｃｕめっき厚、Ｓｎめっき厚を変化させるために電流値を変え、またＳｎの外観を調整するために、リフロー温度を±５０℃の範囲で変化させた以外は実施例１と同一の条件としてオス端子を製造した。また、Ｎｏ．８（実施例）は１次プレスにて半田付け部のみ打ち抜いて嵌合部は平板のままめっきし、めっき後２次プレスにて嵌合部を打ち抜いて製品化したものである。Ｎｏ．８の嵌合部をプレス前に平板のままめっきしたのは、嵌合部のめっき厚分布をより狭い範囲で管理できるからである。
結果を表１に示す。
Ｎｏ．１〜８（実施例）は本発明の規定範囲内にあり、良好な特性を示した。
Ｎｏ．２はリフロー後もＣｕが０．２μｍ残存し、表層のＳｎも０．２μｍと薄いため、加熱後に接触抵抗が若干増加した。しかし、コネクタとしては使用可能なレベルである。
Ｎｏ．５はリフロー後にＣｕが０．３μｍ残存しているが、表層のＳｎが１．０μｍと厚いため、加熱による接触抵抗の劣化はない。また、嵌合力が少し高い値であるが、使用可能なレベルである。
Ｎｏ．８はめっき厚分布が狭い範囲で管理が可能であるため、リフロー後のＳｎ厚さが０．３μｍと薄くでき、嵌合力が小さい。また、残存するＣｕめっきもないため、Ｎｏ．１〜７（Ｎｏ．２を除く）と同様に、加熱による接触抵抗の劣化もない。
Ｎｏ．９及び１０（比較例）は嵌合部にＣｕめっきが存在しないか又はＣｕめっき厚が薄いために、加熱後に嵌合部の接触抵抗が悪化した例である。
Ｎｏ．１１（比較例）は嵌合部のＣｕめっき厚が厚いために、加熱後に嵌合部の接触抵抗が悪化した例である。
Ｎｏ．１２（比較例）は嵌合部だけでなく半田付け部も含む端子全体にＣｕめっきをした例であるが、嵌合部のみの部分めっきの例とは異なり、Ｃｕめっき厚プロフィールの制御が難しいため必要以上のＣｕがめっきされた結果、リフロー後にもＣｕが残存し、加熱後の半田付け部の半田付け性が低下した例である。
Ｎｏ．１３（比較例）は嵌合部のＳｎめっき厚が薄いために、加熱後に嵌合部の接触抵抗が悪化した例である。
Ｎｏ．１４（比較例）は半田付け部のＳｎめっき厚が薄いために、加熱後に半田付け部の半田付け性が低下した例である。
Ｎｏ．１５（比較例）は嵌合部のＳｎめっき厚が厚いために、挿抜力が上昇した例である。
Ｎｏ．１〜８（実施例）は本発明の規定範囲内にあり、良好な特性を示した。
Ｎｏ．２はリフロー後もＣｕが０．２μｍ残存し、表層のＳｎも０．２μｍと薄いため、加熱後に接触抵抗が若干増加した。しかし、コネクタとしては使用可能なレベルである。
Ｎｏ．５はリフロー後にＣｕが０．３μｍ残存しているが、表層のＳｎが１．０μｍと厚いため、加熱による接触抵抗の劣化はない。また、嵌合力が少し高い値であるが、使用可能なレベルである。
Ｎｏ．８はめっき厚分布が狭い範囲で管理が可能であるため、リフロー後のＳｎ厚さが０．３μｍと薄くでき、嵌合力が小さい。また、残存するＣｕめっきもないため、Ｎｏ．１〜７（Ｎｏ．２を除く）と同様に、加熱による接触抵抗の劣化もない。
Ｎｏ．９及び１０（比較例）は嵌合部にＣｕめっきが存在しないか又はＣｕめっき厚が薄いために、加熱後に嵌合部の接触抵抗が悪化した例である。
Ｎｏ．１１（比較例）は嵌合部のＣｕめっき厚が厚いために、加熱後に嵌合部の接触抵抗が悪化した例である。
Ｎｏ．１２（比較例）は嵌合部だけでなく半田付け部も含む端子全体にＣｕめっきをした例であるが、嵌合部のみの部分めっきの例とは異なり、Ｃｕめっき厚プロフィールの制御が難しいため必要以上のＣｕがめっきされた結果、リフロー後にもＣｕが残存し、加熱後の半田付け部の半田付け性が低下した例である。
Ｎｏ．１３（比較例）は嵌合部のＳｎめっき厚が薄いために、加熱後に嵌合部の接触抵抗が悪化した例である。
Ｎｏ．１４（比較例）は半田付け部のＳｎめっき厚が薄いために、加熱後に半田付け部の半田付け性が低下した例である。
Ｎｏ．１５（比較例）は嵌合部のＳｎめっき厚が厚いために、挿抜力が上昇した例である。
Claims (14)
- メス端子と嵌合される嵌合部と半田付けされる半田付け部とを有する金属を素材としたオス端子であって、嵌合部には素材の全面に又は表裏の２面に素材側より厚み０．３〜５．０μｍのＮｉめっき層、厚み０〜０．３μｍのＣｕめっき層、厚み０．１〜０．７μｍのＣｕ−Ｓｎ合金層、及び厚み０．２〜１．０μｍのＳｎめっき層がこの順に形成されており、半田付け部には素材の全面に素材側より厚み０．３〜５．０μｍのＮｉめっき層、厚み０．１〜０．７μｍのＳｎ−Ｎｉ合金層、及び厚み０．３μｍ以上のＳｎめっき層がこの順に形成されていることを特徴とするオス端子。
- 素材として用いられる金属は銅又は銅合金である請求項１に記載のオス端子。
- 嵌合部における前記Ｃｕめっき層の厚みは０〜０．２μｍである請求項１又は２に記載のオス端子。
- 嵌合部における前記Ｃｕめっき層の厚みは０μｍである請求項３に記載のオス端子。
- 嵌合部には素材の表裏２面のみに前記Ｎｉめっき層、随意的なＣｕめっき層、Ｃｕ−Ｓｎ合金層、及びＳｎめっき層が形成されている請求項１〜４の何れか一項に記載のオス端子。
- オス端子は、厚み：０．４〜１．０ｍｍ、嵌合部が幅：０．５〜５．０ｍｍ、半田付け部が幅：０．４〜１．０ｍｍ、嵌合部の先端から半田付け部の先端まで長さが１５〜８０ｍｍである形状を有する請求項１〜５の何れか一項に記載のオス端子。
- 嵌合部と半田付け部の間に半田吸い上がりバリア部を有する請求項１〜６の何れか一項に記載のオス端子。
- 前記半田吸い上がりバリア部にはＮｉめっき層、Ｎｉ−Ｓｎ合金層又はＣｕ−Ｓｎ合金層が表層に形成されている請求項７に記載のオス端子。
- 自動車に用いられる請求項１〜８の何れか一項に記載のオス端子。
- （１）金属製平板素材を所望のオス端子形状にプレス加工する工程と、
（２）嵌合部及び半田付け部共に該素材の全面に対して、それぞれ０．３〜５．０μｍの厚さのＮｉめっき層を形成する工程と、
（３）半田付け部にはＣｕめっき層を形成せずに、嵌合部の該Ｎｉめっき層の上に、０．１〜０．６μｍの厚さのＣｕめっき層を形成する工程と、
（４）嵌合部の該Ｃｕめっき層の上には０．４〜１．５μｍの厚さを有し、半田付け部の該Ｎｉめっき層の上には１．０μｍ以上の厚さを有するＳｎめっき層を形成する工程と、
（５）嵌合部及び半田付け部に対してリフロー処理を行う工程と、
を含む請求項１〜９の何れか一項に記載のオス端子の製造方法。 - （１’）金属製平板素材から嵌合部をプレス加工しないことを条件に、少なくとも半田付け部をプレス加工する工程と、
（２’）嵌合部に対しては該素材の表裏２面、半田付け部に対しては該素材の全面に対して、それぞれ０．３〜５．０μｍの厚さのＮｉめっき層を形成する工程と、
（３’）半田付け部にはＣｕめっき層を形成せずに、嵌合部の該Ｎｉめっき層の上に、０．１〜０．６μｍの厚さのＣｕめっき層を形成する工程と、
（４’）嵌合部の該Ｃｕめっき層の上には０．４〜１．５μｍの厚さを有し、半田付け部の該Ｎｉめっき層の上には１．０μｍ以上の厚さを有するＳｎめっき層を形成する工程と、
（５’）嵌合部及び半田付け部に対してリフロー処理を行う工程と、
（６’）嵌合部を含めてプレス加工されていない部分をプレス加工することにより所望のオス端子形状に成形する工程と、
を含む請求項１〜９の何れか一項に記載のオス端子の製造方法。 - 素材として用いられる金属は銅又は銅合金である請求項１０又は１１に記載の製造方法。
- 嵌合部と半田付け部の間に表層のＳｎめっき層を除去し、Ｃｕ−Ｓｎ合金又はＣｕ−Ｎｉ合金を表面に露出する方法によって半田吸い上がりバリア部を形成する工程を含む請求項１０〜１２何れか一項に記載の製造方法。
- 請求項１〜９の何れか一項に記載のオス端子を組み込んだコネクタ。
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