WO2006059578A1

WO2006059578A1 - 電気接点部品、同軸コネクタおよびそれらを用いた電気回路装置

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Publication number: WO2006059578A1
Application number: PCT/JP2005/021817
Authority: WO
Inventors: Hiroki Wakamatsu; Yuichi Maruyama; Nobushige Araki
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-12-03
Filing date: 2005-11-28
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2007-06-03
Also published as: EP1819018A1; CN100502153C; JP4274245B2; CN1906812A; JPWO2006059578A1; EP1819018B1; EP1819018A4; US20080293297A1; US7632112B2

Abstract

　配線基板（３１）の表面と対向する第１の主面（１１）と、該主面（１１）と略平行な第２の主面（１２）と、第１および第２の主面（１１），（１２）に対して略垂直に位置して主面（１１），（１２）を接続する側面（１３）とからなる外部端子（台座部）（２）と、第２の主面（１２）に連続して設けられた筒状をなす嵌合周面を有する嵌合部（４）とを備え、外部端子（２）が配線基板（３１）の表面にはんだ（３２）を介して接合される電気接点部品。嵌合部（４）の嵌合周面、外部端子（２）の第２の主面（１２）および側面（１３）がそれぞれの表面に形成された金属膜（２２），（２３）によって電気的に導通しており、金属膜（２２）はＮｉを主成分としてＣｏを含み、金属膜（２３）はＡｕを主成分としている。

Description

明細書

電気接点部品、同軸コネクタおよびそれらを用いた電気回路装置技術分野

[0001] 本発明は、同軸コネクタ等の表面実装用の電気接点部品、およびそれを用いた電気回路装置に関する。

背景技術

[0002] 従来より、携帯電話の通信装置等の電気回路装置には、信号経路を切り換える機能を有する表面実装タイプのスィッチ付き同軸コネクタが使用されているものがある。例えば、特許文献 1に同軸コネクタの一例が開示されている。

[0003] この種の表面実装タイプの同軸コネクタの一般的な外観を図 4に、断面を図 5に示す。この同軸コネクタ 10は、外部端子 2、入力端子 3、嵌合部 4を備えている。外部端子 2は、配線基板 31に対向する第 1の主面 11と該主面 11に略平行な第 2の主面 12 と一対の側面 13を備えており、第 2の主面 12と側面 13との境界は稜線 14によって区切られている。外部端子 2の形状は台座状である。嵌合部 4は外部端子 2の第 2の主面 12上に円筒状に形成され、外部端子 2と一体化されている。

[0004] 前記外部端子 2、入力端子 3、嵌合部 4の表面にはめつき方法等による金属膜が形成されており、外部端子 2と嵌合部 4は電気的に導通状態とされている。この金属膜は、下地層となる Ni金属膜 42と、表面層となる Au金属膜 43とで構成されている。

[0005] この同軸コネクタ 10は、配線基板 31上にはんだを用いて表面実装される。すなわち、外部端子 2と入力端子 3が配線基板 31の所定の位置に電気的に接続されることにより、同軸コネクタの機能が発現される。図 5はこの実装状態を側面 13に垂直な面で切った断面図であり、入力端子 3等の内部構成は省略してある。

[0006] し力しながら、この同軸コネクタ 10には、図 5に示すように、表面実装時に外部端子 2を接続するためのはんだ 32が第 2の主面 12からさらには嵌合部 4まで過度に濡れ上がり、嵌合部 4に対する同軸ケーブルのソケットの嵌合不良が起こると!、う問題点があった。すなわち、はんだ 32は外部端子 2の側面 13に達していれば十分であるが、第 2の主面 12に濡れ上がると容易に嵌合部 4に達してしまう。 [0007] 同軸コネクタ 10の表面実装はリフロー炉を通過させることにより行うことが一般的であるが、これは数回繰り返されることが多い。したがって、一度適正な位置に接合されたはんだ 32が、それ以後のリフロー炉通過により再溶融し、嵌合部 4に濡れ上がることが懸念される。

[0008] このはんだ濡れ上がりを防ぐため、特許文献 2には、特定の領域に酸化皮膜を形成する方法が開示されている。

[0009] また、特許文献 3では、下地の Niめっき膜上に表面の Auめっき膜を形成する際に Auめっき膜の未形成領域を設け、この領域に露出した Niめっき膜をアルカリ性水溶液を用いて酸ィ匕させ、この酸ィ匕した Ni皮膜によりはんだの濡れ上がりを防止している

[0010] さらに、特許文献 4では、下地に低はんだ濡れ性の金属膜を形成し、その上に表面の高はんだ濡れ性の金属膜を形成している。その後、特定領域のみ表面の金属膜をエッチング除去することにより、露出した低はんだ儒れ性の金属膜がはんだの濡れ上がりを防止している。

[0011] し力しながら、特許文献 2における方法では、金属膜を形成した後、別途酸化皮膜を形成する工程が必要であるため、工程が煩雑になるという問題点があった。

[0012] また、特許文献 3における方法では、特定の領域のみ Auめっき膜を形成しな、ようにレジスト形成またはマスキングを行う工程が煩雑であり、さらに、アルカリ処理液による酸化処理工程も煩雑であった。

[0013] さらに、特許文献 4における方法では、レーザー照射などによるエッチング工程が煩雑であり、高コストであるという問題点があった。

特許文献 1 :特開 2001—176612号公報

特許文献 2：特開平 8— 213070号公報

特許文献 3：特開平 10— 247535号公報

特許文献 4：特開 2002— 203627号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0014] 本発明は前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、同軸コネクタ等の電気接点部品において、表面実装時のはんだの濡れ上がりによる嵌合不良を、煩雑な工程を必要とすることなぐ低コストにて防止することである。

課題を解決するための手段

[0015] 前記目的を達成するため、本発明は、実装用基板の表面と対向する第 1の主面と、該第 1の主面と略平行な第 2の主面と、前記第 1および第 2の主面に対して略垂直に位置して第 1および第 2の主面を接続する側面とからなる台座部と、前記第 2の主面に連続して設けられた略筒状をなす嵌合周面を有する嵌合部とを備え、前記台座部が実装用基板の表面にはんだを介して接合される電気接点部品であって、

前記嵌合部の嵌合周面、前記台座部の第 2の主面および側面がそれぞれの表面に形成された金属膜によって電気的に導通しており、

前記金属膜が、 Niを主成分として Coを含む第 1の金属膜と、その上に形成された Auを主成分とする第 2の金属膜を含むこと、

を特徴とする。

[0016] 本発明に係る電気接点部品にあっては、基板に実装される際、台座部の側面に濡れ上がったはんだに第 1および第 2の金属膜の成分 (Ni, Co)が拡散し、はんだの主成分 Snと化学反応を起こし、金属間化合物を生成する。 Coには Niのはんだへの拡散を促進させる作用を有する。この金属間化合物がはんだの第 2の主面への濡れ上がりを阻止する。

[0017] 本発明に係る電気接点部品において、台座部が外部端子として機能するとともに、嵌合部と一体的に形成されており、第 2の主面と側面とが稜線によって区切られていることが望ましい。

[0018] また、第 1、第 2の金属膜は、めっき方法またはクラッド法で形成されることが望ましく

、さらに、第 1の金属膜中の Coの含有率は 5〜80重量％であることが好ましぐ 10重量％以上であればより好まし!/、。

[0019] 本発明に係る電気接点部品の代表的な例として、外部端子の第 2の主面上に円筒状の嵌合部が形成された同軸コネクタが挙げられる。

[0020] この同軸コネクタに代表される電気接点部品と、台座部を Sn系のはんだを用いて表面実装した配線基板とで通信装置等の電気回路装置を構成することができる。発明の効果

[0021] 本発明に係る電気接点部品によれば、はんだの過度の濡れ上がりを、下地層となる金属膜の成分の変性により防止でき、ソケットなどの嵌合不良を防止できる。このため、煩雑な工程を必要とせず、コストを低減することができる。

図面の簡単な説明

[0022] [図 1]本発明に係る電気接点部品の一例である同軸コネクタの斜視図である。

[図 2]前記同軸コネクタを配線基板上に実装したときの断面図である。

[図 3]本発明の実施例における試料の実装時の上力もの写真画像である。

[図 4]従来の同軸コネクタを示す斜視図である。

[図 5]従来の同軸コネクタを配線基板上に実装したときの断面図である。

[図 6]比較例における試料の実装時の上からの写真画像である。

発明を実施するための最良の形態

[0023] まず、本発明に係る電気接点部品の実施形態について、同軸コネクタを例にとり説明する。

[0024] 本発明の一実施形態である同軸コネクタ 1の外観を図 1に示し、断面を図 2に示す。この同軸コネクタ 1の外観および基本構造は図 4および図 5に示した従来の一般的な同軸コネクタと同じであり、第 1の金属膜 22すなわち下地層となる金属膜の成分のみが異なっている。

[0025] 図 2は、同軸コネクタ 1を配線基板 31上に表面実装したときの断面を示し、この断面は外部端子 2の側面 13に垂直な面で切ったものであり、入力端子 3や同軸コネクタの内部構造につ、ては省略されて、る。

[0026] 同軸コネクタ 1は、外部端子 2、入力端子 3、および嵌合部 4を備えている。外部端子 2および入力端子 3は配線基板 31への表面実装時にはんだ 32により配線基板 31 上のランドと接続される必要があるため、配線基板 31と接することができる位置に存在する。外部端子 2は配線基板 31と対向する第 1の主面 11と該主面 11に略平行な第 2の主面 12と一対の側面 13を備えた台座部として構成されている。また、同軸コネクタとしての機能を果たすため、外部端子 2と入力端子 3は電気的に絶縁されており、かつ、外部端子 2と嵌合部 4は電気的に接続され、すなわち、外部端子 2と嵌合部 4 は一体ィ匕されている。

[0027] 外部端子 2は稜線 14によって略水平に位置する第 2の主面 12と側面 13とに区切られている。略水平とは、実装される配線基板 31の表面に対してほぼ平行であることをいう。これは完全に平行である必要はなぐ同軸コネクタ 1の機能に問題がない限り、若干傾いていてもよい。側面 13は実装時にはんだが濡れる場所であり、配線基板 3 1と物理的にも接続される面である。側面 13は、外部端子 2における略水平な主面 1 2に垂直な 4つの面のうち、互いに対向する 2面に設けられている。し力し、この側面 1 3は残りの 2面に及んでいても差し支えない。また、側面 13は配線基板 31に対して完全に垂直である必要はなぐ実装時に不具合がない限り、若干傾いていてもよい。なお、稜線 14は適当に面取りされている。

[0028] 同軸コネクタ 1において、嵌合部 4は図 1に示すように円筒状であるのが一般的である。しかし、嵌合部 4は必ずしも円筒状である必要はなぐ図示しないソケット等との嵌合機能さえ満足すればよい。たとえば、角柱状の嵌合部 4であってもよい。また、図 1 では嵌合部 4が第 2の主面 12に接して上方に向力つて形成されており、外周面がソケット等との嵌合周面とされている。また、嵌合部が下方に向カゝつて形成されていても差し支えない。すなわち、第 2の主面 12に嵌合用の孔が形成されているような構造である。さらに、嵌合部 4は、ソケット等との螺合機能を持ったものであってもよい。

[0029] 外部端子 2、入力端子 3および嵌合部 4は、その表面が金属膜にて被覆されて!、る。図 2によると、これらの母材 21の上に、まず下地層として、 Niを主成分とする第 1の金属膜 22を形成し、その上に、表面層として、 Auを主成分とする第 2の金属膜 23を形成する。第 1の金属膜 22と第 2の金属膜 23の間には、本発明の目的を妨げない限り、別の金属膜が存在してもよいが、本発明の目的達成には第 1、第 2の金属膜 22, 23のみで十分であるため、特に必要はない。

[0030] 表面の第 2の金属膜 23の成分には、はんだの濡れ性が高いことが最重要視されるため、その結果 Auが主成分となる。また、 Auは Agのような硫ィ匕による皮膜劣化の懸念もない。なお、十分なはんだ濡れ性が得られる範囲内であれば、少量の不純物が含まれていてもよい。

[0031] そして、第 1の金属膜 22の成分が本発明の特徴である。すなわち、第 1の金属膜 2 2は Niを主成分とし、適量の Coを含む。これにより、従来の Coを含まない Ni金属膜と比較して、後述するように、実装時における第 2の主面 12さらには嵌合部 4へのはんだの濡れ上がりを効果的に防ぐことができる。また、この第 1の金属膜 22は、第 2の金属膜 23との密着力が高い必要があるが、 Niを主成分とする Coを含む金属膜 22は、この点においても問題はない。また、第 1の金属膜 22には、本発明の目的を損わな V、範囲内で、他の成分や少量の不純物が含まれて!/、てもよ!/、。

[0032] 第 1の金属膜 22中の Coの含有率については、リフロー炉通過回数が 3回の場合、 Co含有率が 5重量％未満となると、はんだの濡れ上がりを防止する効果が不十分となるため望ましくない。したがって、 Co含有率は 5重量％以上であることが望ましい。また、 Co含有率が 10重量％以上の場合、リフロー通過回数が 5回の場合でも十分なはんだ濡れ上がり防止効果を奏するため、より望ましい。ただし、 Co含有率が 80重量％を超えると、はんだのフィレット部分に空隙が多数発生し、接合強度が低くなるため望ましくない。

[0033] また、外部端子 2、入力端子 3および嵌合部 4の母材 21の材質は特に限定されるものではなぐ金属、榭脂、セラミック等が使用可能である。仮に、母材 21の主成分が C oを含有する Niである場合、これが第 1の金属膜 22と同様の作用をなす。

[0034] 次に、同軸コネクタ 1の製造方法について説明する。同軸コネクタ 1自体の製造方法については従来と同様であるため、ここでは第 1、第 2の金属膜 22, 23の形成方法について説明する。

[0035] 第 1の金属膜 22および第 2の金属膜 23の形成方法の 1つとして、めっき方法が挙げられる。めっき方法自体は従来力も知られており、母材 21が金属である場合は電解めつき法を採用するのが望ましい。まず、 Niイオンと Coイオンを含むめっき浴中に母材 21が露出した状態の試料を導電性媒体とともに投入し、攪拌しながら通電し、 N iと Coを母材 21の表面に共析させ、 Coを含む Ni金属膜すなわち第 1の金属膜 22を形成する。次いで、この試料を Auイオンを含むめっき浴に投入、攪拌、通電し、第 1 の金属膜 22の表面に、 Au金属膜すなわち第 2の金属膜 23を形成する。

[0036] 前述のめっき方法は、無電解めつき法でも構わない。例えば、 Niイオンと Coイオンを含むめっき浴中に母材 21が露出した状態の試料を投入し、めっき浴中の還元剤による還元作用により、母材 21の表面に Niと Coが共祈し、第 1の金属膜 22を形成する。次いで、この試料を Auイオンを含むめっき浴に投入し、 Niおよび Coの浸漬電位と Auの析出電位の差を利用した置換反応により、第 1の金属膜 22の表面に Au金属膜すなわち第 2の金属膜 23を形成する。

[0037] また、第 1の金属膜 22および第 2の金属膜 23を形成する他の方法として、クラッド法が挙げられる。まず、母材 21からなる板材と、 Coを含有する N ゝらなる板材を重ねて加圧厚延し、この 2層が一体ィ匕したクラッド材を得る。これをプレスカ卩ェにより、 C o含有 Ni層が表面になるよう、図 1に示した形状に成形する。この時点で、母材 21の表面に第 1の金属膜 22が形成された状態になる。その後、前述と同じめつき方法によって、 Auを主成分とする第 2の金属膜 23を形成する。これにより、前述のめっき方法で製造された試料と同じ機能を持つ同軸コネクタを得ることができる。

[0038] なお、母材/ Co含有 NiZAuの 3層力もなるクラッド材を作製して成形してもよい。

この場合は Auめっき工程が不要となる。クラッド法はめつき方法に比べて Co含有率のばらつきを小さくできるため、はんだ濡れ上がりのばらつきを抑制できる。また、めつき工程が不要となる力または少なくなるため、環境への悪影響が小さいという利点もめる。

[0039] なお、仮に母材 21の材質に第 1の金属膜 22と同じ成分を用いた場合は、第 1の金属膜 22をめつき方法またはクラッド法により別途形成させる必要はなぐ第 2の金属膜 23のみを形成するだけで構わな、。

[0040] 次いで、同軸コネクタ 1を配線基板 31に表面実装する際の現象、およびはんだ濡れ上がり防止の機構について、図 2を参照して説明する。

[0041] 同軸コネクタ 1を、はんだ 32によって配線基板 31に表面実装する際、リフロー炉等による加熱工程が加わる。このときはんだ 32が溶融、凝固し、同軸コネクタ 1と配線基板 31が、電気的、物理的に接合される。外部端子 2の側面 13におけるはんだ 32の濡れについて述べると、側面 13では、はんだ 32が図 2に示すようなフィレットを形成し、配線基板 31と接合される。なお、はんだは Snを主成分とするものである。

[0042] Sn系はんだが加熱により溶融し、側面 13に対して濡れるとき、側面 13の表面部の第 1の金属膜 22および第 2の金属膜 23の成分がはんだ 32の中に拡散する。特に、第 1の金属膜 22の成分である Niおよび Coがはんだ 32の中に拡散し、はんだ 32の主成分 Snと化学反応を起こし、 SnZMまたは SnZNiZCoの金属間化合物 33を生成する。この Coには、 Niのはんだ 32への拡散を促進させる作用がある。

[0043] この金属間化合物 33は Sn系はんだ 32より融点が高いため、数回のリフロー炉通過による繰り返し加熱にさらされても再溶融しにくい。そのため、はんだ 32が実装時に溶融または再溶融して第 2の主面 12に濡れ上がろうとしても、金属間化合物 33に稜線 14の近傍にて堰き止められて、嵌合部 4まで濡れ上がることがない。

[0044] また、はんだ 32は、特に Pbを含まない Sn— Ag系はんだの場合、その融点は、一般的な共晶はんだである Sn— Pb系はんだより 40°C以上高いため、加熱工程の温度が高くなる。このとき、 Niの拡散力が増加し、また Coの Ni拡散助長作用も増加するため、これらの相乗効果によりはんだ濡れ上がり防止の効果がより向上する。

[0045] さらに、この金属間化合物 33は、同軸コネクタ 1と配線基板 31との接合強度を弱くするものではない。

[0046] 以上より、同軸コネクタ 1を例とする電気接点部品は、その Niを主成分とする第 1の金属膜 22に Coを含有させることで、煩雑な工程を必要とせず、低コストにて、はんだの過度の濡れ上がりによる嵌合不良を防止することができる。

[0047] このように配線基板上に表面実装された本発明に係る電気接点部品は、通信装置等の電気回路装置に有用である。

実施例

[0048] 以下に、本発明に係る電気接点部品について、図 1および図 2に示される構成の同軸コネクタを例とした実施例を記載する。

[0049] まず、黄銅を主成分とする板材をプレス加工し、外部端子 2、入力端子 3および嵌合部 4を備えた同軸コネクタの試料を作製した。図 1の形状に加工するための設計方法および加工方法の詳細は、特許文献 1と同様の一般的なものであるため、ここでは省略する。

[0050] 加工された母材 21が露出した状態の試料を、 Niイオンおよび Coイオンを含むめつき浴に導電性媒体と共に投入し、攪拌しながら通電し、母材 21の表面に第 1の金属膜 22を形成した。このとき、第 1の金属膜 22中の Coの重量含有率 Xが表 1に示す各試料の値となるよう、めっき浴中の Niイオンおよび Coイオンの量を調整した。また、膜厚は 1.2 /z mであった。

[0051] 次に、第 1の金属膜 22が形成された試料を、 Auイオンを含むめっき浴に投入、攪拌し、第 1の金属膜 22の上に第 2の金属膜 23として Au膜を形成した。膜厚は 0.1 mであった。以上のようにして、同軸コネクタ 1の完成品の試料を得た。

[0052] [表 1]

(表 1 )

[0053] 得られた表 1に示す同軸コネクタを、 Sn— 3. OAg— 0. 5Cuの組成を持つはんだを用いて配線基板上に載置し、ピーク温度が 250°Cのリフロー炉を 5回通過させ、表面実装した。 3回目および 5回目のリフロー炉を通過した後のはんだの濡れ上がりを拡大鏡により観察した。また、実装後の試料の第 1の主面 11を、プッシュプルゲージを用いて配線基板 31の表面と平行な方向に加圧し、せん断強度を測定した。その結果を表 2に示す。

[0054] [表 2] ほ 2)

せん断強度は 5個の試料の平均値でぁリ、括弧内の数字は標準偏差び n-! である。 [0055] 比較例である xが 5%未満の試料 No.1は、リフロー炉通過回数に関わらず、はんだ

32が同軸コネクタ 1の嵌合部 4まで濡れ上がった。

[0056] 本発明の実施例である Xが 5%の試料 No.2は、リフロー炉 3回通過後においてははんだ 32の濡れ上がりを防止できたものの、リフロー炉 5回通過後においてははんだ 3

2が同軸コネクタ 1の嵌合部 4まで濡れ上がった。

[0057] 本発明の実施例である Xが 10〜25%の試料 No.3, 4, 5, 6は、リフロー炉 3回および 5回通過後において、嵌合部 4へのはんだ 32の濡れ上がりを防止することができた。

[0058] なお、本発明の実施例である試料 No.5および比較例である試料 No. lにおけるリフロー炉 5回通過後のはんだ濡れ上がりの状態を示した写真画像を、それぞれ図 3、図 6に示す。

[0059] また、本発明の実施例である試料 No.2〜6の実装後のせん断強度は、比較例である試料 1と比較して遜色ないものであった。

[0060] なお、前記実施形態および実施例では円筒型の嵌合部を持つ同軸コネクタを示した力本発明に係る電気接点部品はこれに限られるものではな、。

産業上の利用可能性

[0061] 以上のように、本発明は、同軸コネクタ等の表面実装用の電気接点部品およびそれを用いた電気回路装置に有用であり、特に、表面実装時のはんだの濡れ上がりによる嵌合不良を防止できる点で優れて、る。

Claims

請求の範囲

[1] 実装用基板の表面と対向する第 1の主面と、該第 1の主面と略平行な第 2の主面と

、前記第 1および第 2の主面に対して略垂直に位置して第 1および第 2の主面を接続する側面とからなる台座部と、前記第 2の主面に連続して設けられた略筒状をなす嵌合周面を有する嵌合部とを備え、前記台座部が実装用基板の表面にはんだを介して接合される電気接点部品であって、

前記金属膜が、 Niを主成分として Coを含む第 1の金属膜と、その上に形成された

Auを主成分とする第 2の金属膜を含むこと、

を特徴とする電気接点部品。

[2] 前記台座部が外部端子として機能するとともに、前記嵌合部と一体的に形成されており、前記第 2の主面と前記側面とが稜線によって区切られていることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の電気接点部品。

[3] 前記第 1の金属膜における Coの含有率が 5重量％以上 80重量％以下であることを特徴とする請求の範囲第 1項または第 2項に記載の電気接点部品。

[4] 前記第 1の金属膜における Coの含有率が 10重量％以上 80重量％以下であることを特徴とする請求の範囲第 1項または第 2項に記載の電気接点部品。

[5] 前記第 1の金属膜と前記第 2の金属膜のうち少なくとも一方が、めっき方法により形成されたものであることを特徴とする請求の範囲第 1項ないし第 4項のいずれかに記載の電気接点部品。

[6] 前記第 1の金属膜、あるいは前記第 1の金属膜と前記第 2の金属膜の両方が、クラッド法により形成されたものであることを特徴とする請求の範囲第 1項ないし第 4項の

Vヽずれかに記載の電気接点部品。

[7] 前記嵌合部が円筒状であり、かつ、前記第 2の主面上に突出して形成されていることを特徴とする請求の範囲第 1項ないし第 6項のいずれかに記載の電気接点部品。

[8] 請求の範囲第 1項な、し第 7項の、ずれかに記載の電気接点部品からなることを特徴とする同軸コネ、クタ。

[9] 請求の範囲第 1項な、し第 7項の、ずれかに記載の電気接点部品または第 8項に記載の同軸コネクタと、前記台座部を Snを主成分とするはんだを用いて表面実装した配線基板とを備えたことを特徴とする電気回路装置。

[10] 前記 Snを主成分とするはんだが Agを含み、かつ、 Pbを実質的に含まないことを特徴とする請求の範囲第 9項に記載の電気回路装置。