JP2003328153A

JP2003328153A - 錫めっき付き嵌合型接続端子用材料

Info

Publication number: JP2003328153A
Application number: JP2002133420A
Authority: JP
Inventors: Masayasu Nishimura; 昌泰西村; Toshihisa Hara; 利久原; Yasuhiro Shintani; 康弘真谷; Ryoichi Ozaki; 良一尾▲崎▼; Masahiro Kawaguchi; 雅弘川口
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2002-05-09
Filing date: 2002-05-09
Publication date: 2003-11-19
Anticipated expiration: 2022-05-09
Also published as: JP3868330B2

Abstract

(57)【要約】【課題】低挿入力で多極化に適し、かつ端子のはんだ
濡れ性及び電気的信頼性を損なうことのない錫又は錫合
金めっき付き嵌合型接続端子用材料を得る。【解決手段】銅又は銅合金からなる母材表面に０．４
μｍ以上の錫又は錫合金めっきが施され、その表面にシ
ラン化合物の被膜又はシラン化合物とその有機官能基に
結合した有機質からなる皮膜が形成されている。錫又は
錫合金めっきを施した銅又は銅合金を、シランカップリ
ング剤の溶液又はシランカップリング剤と有機物の溶液
に浸漬又は塗布し、乾燥して皮膜を形成する。皮膜の付
着量は１０ｍｇ／ｄｍ^２以下が望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、銅又は銅合金から
なる母材表面に、錫又は錫合金めっきを施した嵌合型接
続端子用材料に関し、特にオス、メス端子の嵌合時の挿
入力が低く、端子が多数集合してなる多極コネクタに適
する嵌合型接続端子用材料に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の電線の接続には、銅合金に錫
めっきを施した端子が使用されている。一つ一つの端子
は、オス端子とメス端子の組み合わせの嵌合端子からな
っている。これらが複数個集合したコネクターを多極端
子という。近年、自動車の電装化が進むなかで、このよ
うなコネクタの極数、すなわち、一つのコネクタの中の
端子の数は増加している。端子数が増加すると挿入力
（嵌合力）が大きくなり、実装に道具が必要になった
り、人が挿入する場合でも大きな力を必要とするように
なり、その組み立て作業の効率を低下させる原因にな
る。このため、極数が増加しても、挿入力が従来よりも
大きくならないように、低挿入力（低嵌合力）でかつ電
気的信頼性が優れる端子が要求されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】錫めっき端子は、錫め
っきを薄くすることにより挿入力が低下する。しかし、
薄くするとはんだ濡れ性が劣化し、そのため、はんだ濡
れ性の必要なＰＣＢ端子等への適用は非常に困難とな
る。また、薄すぎると錫めっき層にピンホールが生成す
るため、めっき表層にＣｕの酸化物が生成し、端子の接
触抵抗値の増大、耐食性、はんだ濡れ性の劣化が起こり
うる。このため、現実にはめっき厚さを薄くし、かつ信
頼性を維持することは大変困難である。一方、端子の挿
入力を低減する他の方法として、接圧力を低くすること
が考えられるが、この場合、接点における電気的接続の
信頼性を考慮すると、錫めっきではなくＡｕめっきなど
の信頼性は高いが高価な表面処理が必要となる。

【０００４】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
もので、低挿入力で多極化に適し、かつ端子のはんだ濡
れ性及び電気的信頼性を損なうことのない錫又は錫合金
めっき付き嵌合型接続端子用材料を得ることを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、銅又は銅合金
からなる母材表面に錫又は錫合金めっきが施された錫め
っき付き嵌合型接続端子用材料において、その表面にシ
ランカップリング剤を結合させることでシラン化合物の
被膜を形成させたものである。あるいは、さらにシラン
化合物の有機官能基に有機質を結合させ、シラン化合物
と有機質の皮膜を形成させたものである。めっき表面に
均一に付着させるためには、有機質は水溶液又は有機溶
剤に可溶である必要がある。有機質の種類によっては水
溶液又は有機溶剤にアルコールを添加し、それにより当
該有機質を可溶とすることもできる。有機質が結合して
いない場合はシラン化合物の被膜を１０ｍｇ／ｄｍ^２以
下とし、有機質が結合している場合でもシラン化合物と
有機質の皮膜の総付着量を１０ｍｇ／ｄｍ^２以下とする
のが望ましい。

【０００６】本発明では、錫又は錫合金めっきの表面に
前記皮膜を形成することにより、錫又は錫合金めっき厚
さが０．４μｍ以上であっても挿入力を低減できる。ま
た、錫又は錫合金めっき厚さを０．４μｍ以上とするこ
とにより、はんだ濡れ性と電気的信頼性及び耐食性が確
保される。皮膜の付着量を上記の範囲内に規制すること
により、電気的信頼性が損なわれることはない。なお、
従来、シラン化合物を用いた表面処理技術は、はんだ付
け性の経時劣化の抑制及び耐熱性、耐食性、耐微生物劣
化性の向上のための防錆層として多く使用されてきた
（例えば特開平１０−２９８７８８号公報参照）。しか
し、本発明者らの知る限り、嵌合型接続端子の接点部に
適用し、挿入力の低減に寄与させた例はない。

【０００７】

【発明の実施の形態】端子の挿入力は、オス端子とメス
端子の接点の摩擦、摩耗によって生じる。従って、この
摩擦、摩耗を低減すれば端子の挿入力は低減する。従来
広く用いられている錫及び錫合金めっき板条は、通常、
めっき後の表面には湯洗、水洗等の洗浄程度の表面処理
しか行わないが、本発明においては、０．４μｍ以上の
錫又は錫合金めっきを施した材料表面に、シランカップ
リング剤を結合させ、さらに望ましくはその有機官能基
に水溶液又は有機溶剤（必要に応じてアルコールを含む
水溶液又は有機溶剤でもよい）に溶ける有機質を結合さ
せることにより、端子に形成した際の接点の摩擦、摩耗
を低減させ、挿入力を従来より低減させた。ここでいう
シランカップリング剤とは、相互になじみの悪い無機質
と有機質の材料界面を橋渡しする役割をし、耐熱性等の
改良を目的として工業的に広く用いられているものであ
り、シランカップリング剤の加水分解基と無機質（錫又
は錫合金めっき）表面との結合が形成された後、シラン
カップリング剤の有機官能基と有機質との結合が形成さ
れる。

【０００８】無機質である錫めっきは、電気光沢、リフ
ロー、溶融錫めっきのいずれでもよく、下地にＣｕやＮ
ｉを持つ多層めっきとしてもよく、例えばＮｉ−Ｃｕ−
Ｓｎ３層めっき材をリフロー処理して合金めっき層を形
成してもよい。さらに錫めっきの代わりに、Ｓｎ−Ｃ
ｕ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｚｎ等の２元系や３元系の錫合
金めっきにも本発明を適用できる（本発明において錫め
っき付きというとき、錫めっきと錫合金めっきの両方を
意味する）。錫又は錫合金めっき厚さを０．４μｍ以上
としたのは、はんだ濡れ性や耐食性等の信頼性を確保す
るためであり、好ましくは０．７μｍ以上である。しか
し、厚くなりすぎると挿入力が増加するため、２．０μ
ｍ以下が望ましい。一方、錫めっき厚さが０．４μｍよ
りも薄いとはんだの濡れ性は急激に劣化し、耐食性にも
悪影響を及ぼす。素材であるＣｕ合金はりん青銅やコル
ソン系合金、ＫＬＦ−５（Ｃｕ−０．１Ｆｅ−０．０３
Ｐ−０．２Ｓｎ）、Ｃ２６００（Ｃｕ−３０Ｚｎ）等が
例示できる。

【０００９】シランカップリング剤はシラン系化合物で
あり、有機質と反応する官能基は、エポキシ、アミノ、
ビニル基、メタクリル基、メルカプト基、ヒドロキシ
基、フルオロ基等のいずれでもよい。特にアミノ基を有
するアミノシラン化合物がより好ましい。錫又は錫合金
めっき表面のシラン化合物の被膜は、シランカップリン
グ剤を０．１％以上含む処理液にＳｎ又はＳｎ合金めっ
き付き銅及び銅合金材料を接触させることで形成させる
ことができる。シランカップリング剤の濃度が０．１％
未満では被膜が十分に形成されず潤滑効果が小さいた
め、濃度０．１％以上とするのが望ましく、さらに望ま
しくは濃度０．５％以上である。０．５％未満の場合、
潤滑効果を上げる意味で、有機質を結合させることが望
ましい。シランカップリング剤の濃度の上限は特に限定
されないが、コスト、廃水処理の点から１０％以下であ
ることが望ましい。処理液の溶媒として、シラン化合物
被膜のみを形成させる場合には水が望ましく、シラン化
合物被膜上に有機質被膜も結合させる場合には、有機溶
剤にシランカップリング剤及び有機質成分を添加した溶
液を用いることが望ましい。水溶液又は有機溶剤には、
メタノール、、エタノール、イソプロパノール等のアル
コールを添加してもよい。また、処理液への接触方法と
しては、例えば４０℃以上の処理液に短時間（１秒程度
で十分）浸漬すればよいが、スプレー、塗布など他の方
法も採用できる。

【００１０】シランカップリング剤に結合させる有機質
の有無に関わらず、シランカップリング剤の存在により
潤滑効果が生じ、さらにはオス・メス嵌合時の金属同士
の凝着が低減されることにより挿入力に低減効果が生じ
る。なお、皮膜の総付着量がが１０ｍｇ／ｄｍ^２であれ
ば、接触抵抗等の電気的信頼性、耐食性、はんだ濡れ性
等の諸特性に対して、シランカップリング剤又はそれに
結合した有機質の存在による悪影響は現れない。

【００１１】シランカップリング剤の有機官能基に有機
質が結合し、有機質の皮膜が形成されている場合、被膜
の種類により違いがあるものの、摩擦係数はシラン化合
物の皮膜のみの場合よりさらに低下し、その結果、端子
挿入力に低減効果が生じる。有機質として分子量１００
以上の有機高分子や極性のある有機物が望ましく、摩擦
係数の低減、すなわち端子挿入力の低減にいっそうの効
果をもたらす。具体的には、高分子有機物としてポリオ
レフィン、ポリグリコール、ポリフェニルエーテル、ジ
エステルがある。例えばポリブテン、ポリエチレングリ
コール、ポリプロピレングリコール、フェノキシベンゼ
ン、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ジオクチル
セバケート、ネオペンチルグリコール、ペンタエリスリ
トール、環状ナフテン系炭化水素（シクロヘキシルオク
タン）、芳香族系炭化水素（フェニルオクタン）などで
ある。極性を持つ有機物として、脂肪酸、脂肪酸エステ
ル、アミン系、アルコール類などがある。例えばカプリ
ル酸、ラウリル酸、アルケニルコハク酸エステル、カプ
リル酸エステル、ジメチルエタノールアミン、プロパギ
ルアルコールなどである。また、この有機質被膜にはＳ
及びＣｌを含まないものが望ましい。ＳやＣｌは摩擦係
数には悪影響を及ぼさず、むしろ摩耗特性が向上し低い
摩擦係数が得られるが、耐食性等に悪影響を及ぼすため
である。有機質皮膜を有する場合の皮膜付着量（シラン
化合物＋有機質被膜）は、１０ｍｇ／ｄｍ^２以下である
必要があり、これ以上であると接触抵抗等の電気的信頼
性に悪影響を及ぼす。

【００１２】有機質は通常、シランカップリング剤水溶
液又は有機溶剤溶液に溶かした状態で塗布（浸漬による
塗布を含む）することとなるが、シランカップリング剤
を塗布した後に有機質を塗布してもよい。シランカップ
リング剤の水溶液又は有機溶剤溶液にアルコールを添加
する場合、アルコールの種類に関して、種類による反応
速度への影響はほとんどないが、形成されるシラン化合
物の種類に違いが生じる可能性がある。しかし、形成さ
れるシラン化合物の種類の如何に関わらず材料表面に付
着した被膜の存在により摩擦係数は低下し、端子挿入力
の低減効果が生じるため、アルコールの種類は特に限定
されない。

【００１３】

【実施例】０．２５ｍｍｔのＣｕ−３０Ｚｎ銅合金板材
を通常の脱脂、酸洗処理し、その表面に銅下地めっきを
施した後、各厚さの光沢錫めっき、溶融錫めっき又はリ
フロー錫めっき（半光沢錫めっき→２８０℃×８ｓｅｃ
加熱）を施した。Ｃｕ下地めっきは光沢錫めっきを行う
場合は光沢銅めっき、半光沢錫めっきを行う場合は半光
沢銅めっきとした。銅めっき及び錫めっきはいずれも硫
酸浴を用いた。各錫めっき材について、潤滑処理（表１
及び表２に示す潤滑処理液（常温）に浸漬し、続いて冷
風にて乾燥）を行った。潤滑処理剤としてのシランカッ
プリング剤はＮ−（２−アミノエチル）−３−アミノプ
ロピルトリメトキシシラン（Ｎｏ．１〜８、１１〜１
３）及び３−（２−アミノエチル）アミノプロピルメチ
ルジメトキシシラン（Ｎｏ．９）を用い、表１に示す濃
度の水溶液又は炭化水素系溶剤を用いた。また、それに
結合させる有機質として、分子量１００以上であるポリ
オレフィン又は極性をもつ有機質である脂肪酸エステル
を用いた。なお、炭化水素系溶剤を用いたのは有機質と
してポリオレフィンを用いた場合であり、他は水溶液と
し、いずれもアルコールは添加していない。

【００１４】

【表１】

【００１５】

【表２】

【００１６】表１及び表２において、めっき厚さは、蛍
光Ｘ線膜厚測定計を用いて測定した。シランカップリン
グ剤はＦＴ−ＩＲ分析で積算回数１０００以上にて分析
し、付着の有無を確認した。有機物の付着量は四塩化炭
素（又はノルマルヘキサン）に抽出し、有機物量を測定
した。なお、皮膜がシラン化合物のみの場合、質量を測
定できるほど付着していなかった（付着量の欄は「≦
１」としている）。

【００１７】続いて、潤滑処理した錫めっき材につい
て、動摩擦係数、接触抵抗、はんだ濡れ性を下記手順で
測定、評価した。これらの点も、表１及び表２に示す。
動摩擦係数測定；嵌合型接続端子の接点を模擬し、図１
に示すように、錫めっき材から切り出した板状のオス側
舌片１を水平な台２に固定し、その上に錫めっき材を半
径（内径）１．５ｍｍで張り出し加工したメス側舌片３
を置いて接触させ、オス側舌片１を水平に引っ張り、摩
擦力をオートグラフにて測定した。このときの接圧力は
メス側舌片３を取り付けた軸にかけた３００ｇｆ（２．
９４Ｎ）の荷重Ｎ（錘４）であり、オス側舌片１を引っ
張る速度は８０ｍ／ｍｉｎとした。摩擦係数μは次式の
ように、ロードセル５によって測定した水平方向にかか
る力Ｆ（移動距離５ｍｍまでの最大摩擦力）を荷重Ｎで
割ったものである。 μ＝Ｆ／Ｎなお、従来より使用される潤滑処理していないリフロー
錫めっき材（錫めっき厚さ；１．０μｍ）の摩擦係数が
０．５３であるため、それを４０％以上低減させた摩擦
係数０．３２以下を○、低減の度合が１５〜４０％の摩
擦係数０．３２超〜０．４５を△、摩擦係数０．４５超
を×と評価した。

【００１８】接触抵抗測定；潤滑処理直後及び１６０℃
×１２０時間の加熱処理後に測定を行い、４端子法によ
り、解放電圧２０ｍＶ、電流１０ｍＡで金プローブ
（１．０ｍｍφ）を用いて測定した。測定荷重は３００
ｇｆ（２．９４Ｎ：摺動状態）である。接触抵抗が２ｍ
Ω以下を○、２ｍΩ超を×と評価した。はんだ濡れ性測定；非活性フラックスを塗布して２４５
℃に溶融した６／４はんだ浴中に浸漬し、はんだ濡れ時
間を測定した。浸漬時間５ｓｅｃ、浸漬深さ１２ｍｍ、
浸漬速度２５ｍｍ／ｓｅｃで行った。はんだ濡れ性は濡
れ時間で評価し、濡れ時間が２秒以下を○、２秒を越え
た場合は×と評価した。耐食性測定；平板状の試験片（４０×５０ｍｍ）に対し
潤滑処理直後及び１６０℃×１２０ｈｒの加熱処理後、
亜硫酸ガス濃度２５ｐｐｍ、温度３５℃、湿度７５％Ｒ
Ｈの雰囲気に９６ｈｒ保管後、舌片接触部の外観と腐食
孔断面を評価した。母材腐食ヶ所が１０個以下を○、１
０個以上存在する場合を×とした。

【００１９】表１及び表２に示すように、従来材（潤滑
処理なし）であるＮｏ．１０は、接触抵抗、はんだ濡れ
性及び耐食性は優れているが、動摩擦係数が０．５３と
高い値を示している。しかし、潤滑処理液で潤滑処理さ
れたＮｏ．１〜９、１１〜１３はいずれも動摩擦係数が
Ｎｏ．１０より改善している。このうち、Ｎｏ．１〜９
は動摩擦係数の改善の度合が大きく、接触抵抗、はんだ
濡れ性及び耐食性についても優れている。また、Ｎｏ．
１１は、シランカップリング剤濃度が低いため、十分な
シラン化合物の潤滑被膜を形成できず、動摩擦係数の低
減効果がＮｏ．１〜９ほどではなかった。Ｎｏ．１２
は、シラン化合物被膜と有機質被膜の塗布量が多く、動
摩擦係数は改善されているが、加熱処理後の接触抵抗が
増加している。Ｎｏ．１３は、Ｓｎめっき厚さが薄いた
めに、動摩擦係数は０．１３と非常に低く接触抵抗も優
れるものの、はんだ濡れ性及び加熱処理後の耐食性が劣
る。なお、潤滑処理液が水溶液の例について、水溶液に
アルコール（メタノール、エタノール及びイソプロパノ
ール）を添加して各種特性の測定を行ったが、アルコー
ルの有無による差はみられなかった。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、従来よりも動摩擦係数
が低く、かつはんだ濡れ性及び電気的信頼性（接触抵
抗）の優れる錫めっき付き銅又は銅合金材料を得ること
ができる。従って、接点の信頼性を落とすことなしに、
低挿入力の嵌合型接続端子を製造することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】動摩擦係数測定試験の概念図である。

【符号の説明】

１オス側舌片２台３メス側舌片４錘５ロードセル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者真谷康弘山口県下関市長府港町14番１号株式会社神戸製鋼所長府製造所内 (72)発明者尾▲崎▼ 良一山口県下関市長府港町14番１号株式会社神戸製鋼所長府製造所内 (72)発明者川口雅弘東京都品川区北品川５丁目９番12号株式会社神戸製鋼所東京本社内Ｆターム(参考） 4K044 AA06 AA16 AB10 BA06 BA10 BA21 BB03 BB04 BC01 BC02 BC08 BC14 CA11 CA18 CA53

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】銅又は銅合金からなる母材表面に０．４
μｍ以上の錫又は錫合金めっきが施され、その表面にシ
ラン化合物の被膜を有することを特徴とする錫めっき付
き嵌合型接続端子用材料。
【請求項２】シラン化合物の被膜の付着量が１０ｍｇ
／ｄｍ^２以下であることを特徴とする請求項１に記載さ
れた錫めっき付き嵌合型接続端子用材料。
【請求項３】銅又は銅合金からなる母材表面に０．４
μｍ以上の錫又は錫合金めっきが施され、その表面にシ
ラン化合物とその有機官能基に結合した有機質からなる
皮膜を有することを特徴とする錫めっき付き嵌合型接続
端子用材料。
【請求項４】有機質が水溶液又は有機溶剤に可溶であ
り、シラン化合物と有機質からなる皮膜の総付着量が１
０ｍｇ／ｄｍ^２以下であることを特徴とする請求項３に
記載された錫めっき付き嵌合型接続端子用材料。
【請求項５】有機質がＳとＣｌを含まないことを特徴
とする請求項３又は４に記載された錫めっき付き嵌合型
接続端子用材料。