JP7356047B2 - 金属体の形成方法および金属体、ならびにその金属体を備える嵌合型接続端子 - Google Patents
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Description
これらの知見により完成された本発明は次の通りである。
0.30≦Ion/Irev<1.0 (1)
上記(1)式中、Ionは正電流の電流密度であり、Irevは逆電流の電流密度である。
1.金属体の形成方法
(1)バリア層積層工程
本発明に係る金属体の形成方法では、まず、金属基材上にバリア層であるNiめっき層を形成する。
0.30≦Ion/Irev<1.0 (1)
上記(1)式中、Ionは正電流の電流密度であり、Irevは逆電流の電流密度である。
次に、Niめっき層にSnめっき層を積層する。本発明では、Snめっき層の形成方法は特に限定されず、Snめっき層積層工程は、直流めっき法、交流めっき法、パルスめっき法、およびPRめっき法の少なくとも1種を用いればよい。
本発明に係る金属体は、金属基材に、Niめっき層およびSnめっき層がこの順で積層されている。各層について詳述する。
(1)金属基材
本発明に係る金属体を構成する金属基材の材質は、前述のように特に限定されないが、Cuを主成分とする金属からなることが好ましい。Cuを主成分とする金属基材は、Cu含有量が金属基材の50質量%以上であることを表し、100質量%であることが好ましい。Cu合金および純Cuが含まれる。残部に不可避的不純物が含まれていてもよい。本発明で用いる金属基材としては、例えばFFCやFPCの端末接続部(接合領域)を構成する金属基材、電極を構成する金属基材が挙げられる。金属基材の厚みは特に限定されないが、金属体の強度確保及び薄型化の観点から、0.05~0.5mmであればよい。
本発明に係る金属体を構成するバリア層の材質は、前述のように、金属基材を構成する元素の拡散を抑制する観点から、Niである。金属基材がCuを主成分とする場合には、特にCuの拡散を抑制することができる。Ni含有量は100質量%であることが望ましい。Ni合金は含まれない。残部に不可避的不純物が含まれていてもよい。バリア層の膜厚や結晶粒径は特に限定されないが、膜厚は0.1~5μm、結晶粒径は0.1~5.0μmであればよい。
本発明に係る金属体を構成するSnめっき層は、前述のように、金属基材の酸化を抑制する効果を有する。Snめっき層とは、Sn含有量が100質量%であることが望ましい。Sn合金および純Snが含まれる。残部に不可避的不純物が含まれていてもよい。Snめっき層の膜厚は、製造コストや製造時間を考慮して1~10μmとすることが好ましく、3~6μmが更に好ましい。
本発明に係る金属体の形成方法により形成された金属体は、ウィスカの成長を十分に抑制することができるため、機械的接合により導通する電気的接点として、嵌合型接続端子に好適に用いることができる。具体的には、コネクタのコネクタピン(金属端子)や、コネクタと嵌合するFFCやFCPの端末接続部(接合領域)やプレスフィットピンに本発明に係る金属体を用いるのが好ましい。
(1)評価試料の作製
本発明の効果を立証するため、Cu板(サイズ:30mm×30mm×0.3mm)と、陽極として使用するNi板とを、Niめっき液が入れられたビーカー内に浸漬し、50℃の浴温にて表1に示した条件で電流を流しNiめっき層(Niめっき厚:3~4μm)を形成した後、Niめっきを施したCu板と陽極として使用するSn板とを、金属めっき液が入れられたビーカー内に浸漬し、室温にて表1に示した条件で電流を流すことによって、Niめっき層上に金属めっき層を形成し、表1に示す膜厚を有する金属めっき層を形成した。
上村工業株式会社製:型番 GTC
上述のように作製された評価試料の金属めっき層をFIBで断面加工を行い、その断面について、SEMのモニター上で30000倍に拡大し、任意の10か所について、各層の膜厚の平均値を算出した。
ウィスカ長は、金属めっき層を形成したNiめっきCu板について、JEITA RC-5241で規定される「電子機器用コネクタのウィスカ試験方法」に準拠した球圧子法により測定された。なお、この測定では、同じ条件で作製したサンプルを3枚用意し、それぞれのサンプルの最大ウィスカ長さを測定し、その平均をウィスカ長として算出した。
試験に使用した試験装置・条件については以下に示す通りである。
JEITA RC-5241の「4.4 荷重試験機」に定められた仕様を満足する荷重試験機(ジルコニア球圧子の直径:1mm)
(試験条件)
・荷重:300g
・試験期間:10日間(240時間)
(測定装置・条件)
・FE-SEM:Quanta FEG250(FEI製)
・加速電圧:10kV
以下に評価結果を示す。
比較例4は、Duty比が0.6であるため、Niめっき層を形成することができなかった。比較例5は、正電流密度/逆電流密度が0.30未満であるため、Niめっき層を形成することができなかった。
比較例6および7は、正電流密度/逆電流密度が1.00以上であるため、ウィスカの成長を抑制することができなかった。
比較例9は、正電流の電流密度が小さすぎるため、ウィスカの成長を抑制することができなかった。
・X線管球:Co(40kV/15mA)
・スキャン範囲:3°~140°
・スキャンスピード:10°/min
Claims (4)
- 金属基材に、純NiからなるNiめっき層およびSn合金または純SnからなるSnめっき層がこの順で積層されてなる金属体の形成方法であって、
前記金属基材に、正電流および逆電流の電流密度が各々1.0~50A/dm2であり、総通電時間に対する前記正電流の通電時間の比であるDuty比が0.6超え1未満であり、前記正電流の電流密度と前記逆電流の電流密度とが下記(1)式を満たす条件でPRめっき処理を行うことにより、Niめっき層を積層するNiめっき層積層工程と、
前記Niめっき層に前記Snめっき層を積層するSnめっき層積層工程と
を備えることを特徴とする金属体の形成方法。
0.30≦Ion/Irev<1.0 (1)
上記(1)式中、Ionは前記正電流の電流密度であり、Irevは前記逆電流の電流密度である。 - 前記正電流の電流密度は1.0~15A/dm2であり、前記逆電流の電流密度は1.0~30A/dm2である、請求項1に記載の金属体の形成方法。
- 前記Snめっき層積層工程は、直流めっき法、交流めっき法、パルスめっき法、およびPRめっき法の少なくとも1種によりSnめっき層を積層する、請求項1または2に記載の金属体の形成方法。
- 前記金属基材はCuを主成分とする金属からなる、請求項1~3のいずれか1項に記載の金属体の形成方法。
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