JP6579980B2 - Ｎｉめっき銅又は銅合金材、それを用いたコネクタ端子、コネクタ及び電子部品 - Google Patents

Ｎｉめっき銅又は銅合金材、それを用いたコネクタ端子、コネクタ及び電子部品 Download PDF

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Description

本発明は、Ｎｉめっき銅又は銅合金材、それを用いたコネクタ端子、コネクタ及び電子部品に関する。
民生用及び車載用電子機器用接続部品であるコネクタの端子等には、黄銅やリン青銅の表面にＮｉ等の下地めっきを施し、さらに必要であればその上にＳｎ又はＳｎ合金めっきを施したＮｉめっき銅材又はＮｉめっき銅合金材（以下、Ｎｉめっき銅又は銅合金材とも言う）が使用されている。
このようなＮｉめっき銅又は銅合金材として、例えば、特許文献１には、接点基材と、前記接点基材の表面に形成されたＮｉめっきの下地層と、前記下地層の表面に形成されたＡｇ−Ｓｎ合金層とを備えた電気接点材料が開示されている。そしてこれによれば、耐摩耗性、耐食性、加工性が優れている電気接点材料を極めて安価に製造することができると記載されている。
特開平４−３７０６１３号公報
コネクタの端子等に使用されるＮｉめっき銅又は銅合金材には、電子機器用接続部品として所定値以上の硬さを確保する必要があるが、硬さを向上させると、耐折り曲げ性が低下する問題がある。このような問題に対し、特許文献１に記載の技術等、従来技術ではいまだ開発の余地がある。
本発明者は、鋭意検討の結果、Ｎｉめっき表面の＜００１＞面方位の結晶の面積率を所定範囲に制御することで、硬さと耐折り曲げ性とがいずれも優れたＮｉめっき銅又は銅合金材が得られることを見出した。
以上の知見を基礎として完成した本発明は一側面において、電子線後方散乱回折法（ＥＢＳＤ）により測定したＮｉめっき表面に平行な結晶面の中で＜００１＞面方位の結晶の面積率が１５〜３５％であるＮｉめっき銅又は銅合金材である。
本発明のＮｉめっき銅又は銅合金材は一実施形態において、前記Ｎｉめっき表面に平行な結晶面の中で＜００１＞面方位の結晶の面積率が１５〜２０％である。
本発明のＮｉめっき銅又は銅合金材は別の一実施形態において、前記Ｎｉめっき表面の超微小押し込み硬さが４５００Ｎ／ｍｍ2以上である。
本発明のＮｉめっき銅又は銅合金材は更に別の一実施形態において、前記Ｎｉめっき表面の超微小押し込み硬さが４８００Ｎ／ｍｍ2以上である。
本発明は別の一側面において、本発明のＮｉめっき銅又は銅合金材を接点部分に用いたコネクタ端子である。
本発明は更に別の一側面において、本発明のコネクタ端子を用いたコネクタである。
本発明は更に別の一側面において、本発明のＮｉめっき銅又は銅合金材を接点部分に用いたＦＦＣ端子である。
本発明は更に別の一側面において、本発明のＮｉめっき銅又は銅合金材を接点部分に用いたＦＰＣ端子である。
本発明は更に別の一側面において、本発明のＦＦＣ端子を用いたＦＦＣである。
本発明は更に別の一側面において、本発明のＦＰＣ端子を用いたＦＰＣである。
本発明は更に別の一側面において、本発明のＮｉめっき銅又は銅合金材を外部接続用電極に用いた電子部品である。
本発明は更に別の一側面において、ハウジングに取り付ける装着部の一方側にメス端子接続部が、他方側に基板接続部がそれぞれ設けられ、前記基板接続部を基板に形成されたスルーホールに圧入して前記基板に取り付ける圧入型端子が、本発明のＮｉめっき銅又は銅合金材で構成された電子部品である。
本発明によれば、硬さと耐折り曲げ性とがいずれも優れたＮｉめっき銅又は銅合金材を提供することができる。
プレスフィット端子の外観模式図である。
以下、本発明の実施形態に係るＮｉめっき銅材又はＮｉめっき銅合金材（Ｎｉめっき銅又は銅合金材）について説明する。
＜Ｎｉめっき銅又は銅合金材の構成＞
本発明の実施形態に係るＮｉめっき銅又は銅合金材は、銅材又は銅合金材と当該銅材又は銅合金材の表面に形成されたＮｉめっきとを備える。
銅合金材としては、曲げ加工がおこなわれる材料、例えば、りん青銅、チタン銅、コルソン合金、丹銅、黄銅、洋白またはその他銅合金を用いることができる。また、銅合金材の形態は、金属条、金属板、又は、金属箔とすることができる。さらに、銅合金材は、圧延銅箔又は電解銅箔であってもよい。また、銅合金材としては、銅合金に樹脂層を複合させたものであっても良い。銅合金に樹脂層を複合させたものとは、例としてＦＰＣまたはＦＦＣ基材上の電極部分などがある。
銅又は銅合金材の表面に形成されたＮｉめっきは、厚みについて、所望の硬さと耐折り曲げ性とを確保することができれば特に限定されないが、例えば０．３〜１．０μｍ、１．０〜３．０μｍ、または、３．０〜５．０μｍとすることができる。
Ｎｉめっき銅又は銅合金材のＮｉめっき上には、Ｎｉめっき銅又は銅合金材の所望の硬さと耐折り曲げ性とを確保することができれば特に限定されないが、例えば、Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ及びＩｒからなる群である元素群から選択された１種又は２種類以上を含有するめっき層が設けられていてもよい。
Ｓｎ及びＩｎは、酸化性を有する金属ではあるが、金属の中では比較的柔らかいという特徴がある。よって、Ｓｎ及びＩｎ表面に酸化膜が形成されていても、例えばＮｉめっき銅又は銅合金材を接点材料としてオス端子とメス端子を勘合する時に、容易に酸化膜が削られ、接点が金属同士となるため、低接触抵抗が得られる。
Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒは、金属の中では比較的耐熱性を有するという特徴がある。よって、Ｎｉめっき上に上記ＳｎまたはＩｎ層を設けたとき、銅又は銅合金材やＮｉめっきの組成が上層のＳｎまたはＩｎ層側に拡散するのを抑制して耐熱性を向上させる。また、これら金属は、上層のＳｎやＩｎと化合物を形成してＳｎやＩｎの酸化膜形成を抑制し、はんだ濡れ性を向上させる。
また、Ｎｉめっき銅又は銅合金材の最表面には、凝着磨耗を低下させ、また低ウィスカ性及び耐久性も向上させる目的で後処理を施しても良い。具体的な後処理としてはインヒビターを用いた、リン酸塩処理、潤滑処理、シランカップリング処理等がある。
＜Ｎｉめっき銅又は銅合金材のＮｉめっき表面の結晶方位＞
本発明のＮｉめっき銅又は銅合金材は、電子線後方散乱回折法（ＥＢＳＤ：Electron BackScatter Diffraction）により測定したＮｉめっき表面に平行な結晶面の中で＜００１＞面方位の結晶の面積率が１５〜３５％に制御されている。Ｎｉめっき表面に平行な結晶面の中で＜００１＞面方位の結晶の面積率が１５％未満であると、耐折り曲げ性が不良となり、Ｎｉめっき表面に平行な結晶面の中で＜００１＞面方位の結晶の面積率が３５％を超えると、押し込み硬さが不良となる。Ｎｉめっき表面の＜００１＞面方位の結晶の面積率は、好ましくは１５〜２０％である。Ｎｉめっき表面の＜００１＞面方位の結晶の面積率が１５〜２０％に制御されていると、Ｎｉめっき銅又は銅合金材の良好な曲げ性を維持したまま、より押し込み硬さが良好となる。
＜Ｎｉめっき銅又は銅合金材のＮｉめっき表面の超微小押し込み硬さ＞
本発明のＮｉめっき銅又は銅合金材のＮｉめっき表面の超微小押し込み硬さは、４５００Ｎ／ｍｍ2以上であるのが好ましい。当該超微小押し込み硬さは、超微小硬さ試験により、Ｎｉめっき銅又は銅合金材のＮｉめっき表面に荷重１０ｍＮで打痕を打って測定して得られた硬度である。超微小押し込み硬さは、４８００Ｎ／ｍｍ2以上であるのがより好ましく、５２００Ｎ／ｍｍ2以上であるのが更により好ましい。
＜Ｎｉめっき銅又は銅合金材の用途＞
本発明のＮｉめっき銅又は銅合金材の用途は特に限定しないが、例えばＮｉめっき銅又は銅合金材を接点部分に用いたコネクタ端子、Ｎｉめっき銅又は銅合金材を接点部分に用いたＦＦＣ端子またはＦＰＣ端子、Ｎｉめっき銅合金材を外部接続用電極に用いた電子部品などが挙げられる。なお、端子については、圧着端子、はんだ付け端子、プレスフィット端子等、配線側との接合方法によらない。外部接続用電極には、タブに表面処理を施した接続部品や半導体のアンダーバンプメタル用に表面処理を施した材料などがある。
また、このように形成されたコネクタ端子を用いてコネクタを作製しても良く、ＦＦＣ端子またはＦＰＣ端子を用いてＦＦＣまたはＦＰＣを作製しても良い。
また本発明のＮｉめっき銅又は銅合金材は、図１のプレスフィット端子１１の外観模式図で示されるように、インシュレーター１２を備えたハウジング１７に取り付ける装着部１９の一方側にメス端子接続部１３が、他方側に基板接続部１４がそれぞれ設けられ、基板接続部１４を基板１６に形成されたスルーホール１５に圧入して基板１６に取り付ける圧入型端子１８に用いても良い。
コネクタはオス端子とメス端子の両方が本発明のＮｉめっき銅又は銅合金材であっても良いし、オス端子またはメス端子の片方だけであっても良い。なおオス端子とメス端子の両方を本発明のＮｉめっき銅又は銅合金材としても良い。
＜Ｎｉめっき銅又は銅合金材の製造方法＞
次に、本発明の実施形態に係るＮｉめっき銅又は銅合金材の製造方法について説明する。
まず、銅又は銅合金材を準備する。なお、導電性が要求されない部位に使用される場合は、ステンレス鋼等の金属材料も使用可能である。次に、電解Ｎｉめっきにて、銅又は銅合金材の表面にＮｉめっきを形成する。当該電解Ｎｉめっき条件は以下の通りである。
（電解液組成）スルファミン酸Ｎｉめっき浴：Ｎｉ濃度１００〜１２０ｇ／Ｌ
（浴温）４０〜６０℃
（電流密度）４〜１６Ａ／ｄｍ2
（通電時間）２０〜１２０秒
（電解浴の撹拌）超音波分散機による撹拌（超音波周波数：２０ｋＨｚ）
電解浴の撹拌は、超音波撹拌によって行う。具体的には、超音波分散機を用いて、電解時に電解浴を超音波撹拌する。超音波により電解液中に圧力差が生じ、高温・高圧の反応場が生成し、電解液中の粒子が反応場に引き寄せられる。このとき、粒子径による加速度の違いで、凝集していた粒子が引き剥がされる。これにより、粒子の凝集がほぐれ、粒子が微細化される。また、電解することで発生した水素ガスは超音波の脱泡作用により除去される。従って、超音波撹拌しながら電解Ｎｉめっきを行うことで、本発明のＮｉめっき銅又は銅合金材を作製することができる。また、超音波撹拌しながら電解Ｎｉめっきを行うことで、当該めっき時に電解で発生する水素を除去することができる。このため、水素脆化することなく、得られるＮｉめっき銅又は銅合金材の曲げ加工性が向上する。Ｎｉめっき銅又は銅合金材のＮｉめっき表面の結晶方位はこの超音波撹拌時の電流密度と超音波出力の調整によって制御することができる。超音波撹拌時の超音波出力は、５００Ｗ以上とする。超音波撹拌時の超音波出力が５００Ｗ未満であると、電解液中の粒子の凝集の解消が不十分となり、本発明で規定するＮｉめっき銅又は銅合金材のＮｉめっき表面の結晶方位を実現できない。超音波撹拌時の超音波出力は、５００〜６００Ｗとすることができる。
以下、本発明の実施例と比較例を共に示すが、これらは本発明をより良く理解するために提供するものであり、本発明が限定されることを意図するものではない。
１．Ｎｉめっき銅又は銅合金材の作製
実施例１〜１２及び比較例１〜１０として、まず、厚み０．２ｍｍ、長さ１００ｍｍ、幅２４ｍｍ、成分：りん青銅、黄銅、タフピッチ銅、チタン銅の各板材を準備した。なお、各銅又は銅合金のビッカース硬さ（Ｈｖ（０．３））は、りん青銅が２１２、タフピッチ銅が９８、黄銅が１４１、チタン銅が２７８である。
次に、板材の表面を電解脱脂し、続いて酸洗した後、板材の先端から長さ８０ｍｍまでの表面に、以下の条件によって電解Ｎｉめっきを行い、厚み１．０μｍのＮｉめっきを形成した。
（電解液組成）スルファミン酸Ｎｉめっき浴：Ｎｉ濃度１１０ｇ／Ｌ
添加剤は無添加の無光沢Ｎｉめっきを作製した。
（浴温）５５℃
（電流密度）表１及び２に記載。
（通電時間）２０〜１２０秒
（電解浴の撹拌）以下の通り、スターラーによる撹拌と超音波撹拌とを行った。
・スターラー回転速度：表１及び２に記載。
・超音波分散機（エスエムテー社製ＵＨ−６００Ｓ：超音波ホモジナイザー）による撹拌。超音波出力は表１及び２に記載。
２．評価試験
・結晶方位
サンプルのＮｉめっき表面について日立ハイテクノロジーズ社製ＳＵ７０に導入してＥＢＳＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋ Ｓｃａｔｔｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ（後方散乱電子回折））測定を行った。解析ソフトとして、ＥＢＳＤ装置に付属の、株式会社ＴＳＬソリューションズ製ＯＩＭｖｅｒ５．３１を使用した。
・加速電圧：１５ｋＶ
・傾斜角：７０°
・ステップ幅：０．２μｍ
得られたＥＢＳＤ結果から、Ｎｉめっき表面に平行な結晶面の中で＜００１＞面方位の結晶の面積率を求めた。
・押し込み硬さ
超微小硬さ試験（エリオニクス社製ＥＮＴ−２１００）により、Ｎｉめっき表面に荷重１０ｍＮで打痕を打って測定した。
・耐折り曲げ性
耐折り曲げ性は、以下のＷ曲げ試験により評価した。
試験装置として、島津製作所社製オートグラフ（ＡＧ−１００ＫＮＧ）を使用し、圧延方向に対して平行に採取した試験片（短冊状：厚さ０．２ｍｍ×長さ５０ｍｍ×幅１０ｍｍに加工）に対し、Ｇ．Ｗ．曲げ（曲げ軸が圧延方向に対して直角となる曲げ加工）で実施した。Ｗ曲げ試験方法は、日本伸銅協会の技術標準に則り、曲げ部位の表面をキーエンス社製のデジタルマイクロスコープ、曲げ部位の断面について日立ハイテクノロジーズ社製走査電子顕微鏡（Ｓ−３４００Ｎ）を用いて観察した。曲げ半径Ｒは０．１ｍｍ、１．０ｍｍとした。
評価基準は、曲げ部を目視で観察したとき、しわ無し：Ａ、しわ小：Ｂ、しわ大：Ｃ、割れ小：Ｄ、割れ大：Ｅとした。Ａ及びＢ評価を耐折り曲げ性良好と判定した。
試験条件及び結果を表１及び２に示す。
Figure 0006579980
Figure 0006579980
＜評価結果＞
りん青銅について試験した実施例１〜９は、いずれも電子線後方散乱回折法（ＥＢＳＤ）により測定したＮｉめっき表面に平行な結晶面の中で＜００１＞面方位の結晶の面積率が１５〜３５％であり、超微小押し込み硬さ及び耐折り曲げ性がいずれも良好であった。
比較例１は、電子線後方散乱回折法（ＥＢＳＤ）により測定したＮｉめっき表面に平行な結晶面の中で＜００１＞面方位の結晶の面積率が３５％を超えており、超微小押し込み硬さが不良であった。
りん青銅について試験した比較例２〜６は、いずれも電子線後方散乱回折法（ＥＢＳＤ）により測定したＮｉめっき表面に平行な結晶面の中で＜００１＞面方位の結晶の面積率が１５％未満であり、りん青銅を素材とした銅合金材として、耐折り曲げ性が不良であった。
実施例１０〜１２、比較例７〜１０は、りん青銅以外の銅、黄銅、チタン銅に同様にＮｉめっきを行い、評価した結果であるが、高強度であるチタン銅はＲ＝０．１ｍｍのＷ曲げ試験では実施例も割れが発生したが、Ｒを１．０ｍｍと大きくした場合、りん青銅ほどではないが、改善が見られた。低強度の銅、黄銅はＲ＝０．１ｍｍのＷ曲げ試験でも、実施例は比較例に比べ、良好な曲げ加工性であることがわかった。
なお、チタン銅は、曲げ性が非常に劣る素材であり、比較例１０ではＲ＝０．１ｍｍのＷ曲げ試験でＥ評価、Ｒ＝１．０ｍｍのＷ曲げ試験でＣ評価である。これに対し、実施例１２では、電子線後方散乱回折法（ＥＢＳＤ）により測定したＮｉめっき表面に平行な結晶面の中で＜００１＞面方位の結晶の面積率を１５〜３５％に制御することにより、Ｒ＝０．１ｍｍのＷ曲げ試験でＤ評価、Ｒ＝１．０ｍｍのＷ曲げ試験でＢ評価と、それぞれ顕著な曲げ加工性の改善効果が確認された。
１１ プレスフィット端子
１２ インシュレーター
１３ メス端子接続部
１４ 基板接続部
１５ スルーホール
１６ 基板
１７ ハウジング
１８ 圧入型端子
１９ 装着部

Claims (12)

  1. 電子線後方散乱回折法（ＥＢＳＤ）により測定したＮｉめっき表面に平行な結晶面の中で＜００１＞面方位の結晶の面積率が１５〜３５％であるＮｉめっき銅又は銅合金材。
  2. 前記Ｎｉめっき表面に平行な結晶面の中で＜００１＞面方位の結晶の面積率が１５〜２０％である請求項１に記載のＮｉめっき銅又は銅合金材。
  3. 前記Ｎｉめっき表面の超微小押し込み硬さが４５００Ｎ／ｍｍ2以上である請求項１又は２に記載のＮｉめっき銅又は銅合金材。
  4. 前記Ｎｉめっき表面の超微小押し込み硬さが４８００Ｎ／ｍｍ2以上である請求項３に記載のＮｉめっき銅又は銅合金材。
  5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のＮｉめっき銅又は銅合金材を接点部分に用いたコネクタ端子。
  6. 請求項５に記載のコネクタ端子を用いたコネクタ。
  7. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のＮｉめっき銅又は銅合金材を接点部分に用いたＦＦＣ端子。
  8. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のＮｉめっき銅又は銅合金材を接点部分に用いたＦＰＣ端子。
  9. 請求項７に記載のＦＦＣ端子を用いたＦＦＣ。
  10. 請求項８に記載のＦＰＣ端子を用いたＦＰＣ。
  11. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のＮｉめっき銅又は銅合金材を外部接続用電極に用いた電子部品。
  12. ハウジングに取り付ける装着部の一方側にメス端子接続部が、他方側に基板接続部がそれぞれ設けられ、前記基板接続部を基板に形成されたスルーホールに圧入して前記基板に取り付ける圧入型端子が、請求項１〜４のいずれか一項に記載のＮｉめっき銅又は銅合金材で構成された電子部品。
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