JP2009057581A - 導電部材、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウィスカの発生を抑制できる導電部材、及びウィスカ抑制が可能な導電部材を容易に製造することができる製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】他の導体と電気的に接続される導電部材１０であって、電気伝導性を有する本体１１と、前記本体１１の表面の少なくとも一部に形成されたスズを含むめっき層１２と、前記めっき層１２の表面に液体金属を塗布することにより形成される、前記めっき層１２でのウィスカの発生を抑制するウィスカ抑制皮膜１３とを備えることを特徴とする導電部材を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気接続端子や配線導体等に用いられる導電部材、及びその製造方法に関する。

電気接続端子や配線導体等に用いられる導電部材の本体には、導電率が高く、延性に富み、適度な強度を有し、他の金属による被覆が容易である銅（Ｃｕ）が好ましく用いられている。また、導電部材は、一般的に、耐腐食性、及びはんだ付け性等の向上を目的として、Ｃｕ等の導体の表面にスズ（Ｓｎ）めっき等が施されている。

このようなめっきが施された導電部材は、ウィスカと呼ばれる針状結晶体が表面に発生することがあり、特に、Ｃｕを含むＣｕ系導体にＳｎめっきを施した導電部材は、ウィスカの発生しやすいことが知られている。このウィスカは、導体間を電気的に短絡する原因となるので、ウィスカの発生を抑制する技術が種々提案されている。

ウィスカの発生を抑制するための従来の技術としては、例えば、Ｃｕ系導体の表面に、ＳｎとＳｎ以外の金属との合金からなるめっき層を形成させることが挙げられる。例えば、導体の周囲に、Ｓｎ又はＳｎとＣｕとの合金で構成される第１めっき膜を設け、この第１めっき膜の周囲に、金や銀等の第３元素とＳｎとの合金で構成される第２めっき膜を設けることが提案されている（特許文献１参照）。
特開２００５−２１６７４９号公報

Ｓｎめっきを施した導電部材では、上記のように、ウィスカの発生が問題となっている。

特許文献１によれば、第２めっき膜の最表面での第３元素の濃度を好適化することによって、ウィスカの発生を抑制できることが開示されている。しかしながら、第２めっき膜の最表面の第３元素濃度を高めるだけでは、ウィスカの発生を充分に抑制できず、信頼性に乏しい。また、第１めっき膜と第２めっき膜との２種のめっき膜を形成し、さらに、第２めっき膜として、最表面に向かって第３元素濃度を高めるようなめっき膜を形成するが、このような導電部材は、容易に製造できるとは言えない。よって、製造工程が煩雑となるので、生産性が低く、製造コストが高くなる。

本発明は、かかる従来の問題点を解消するためになされたものであり、ウィスカの発生を抑制できる導電部材、及びウィスカ抑制が可能な導電部材を容易に製造することができる製造方法を提供することを目的とする。

本発明の導電部材は、他の導体と電気的に接続される導電部材であって、電気伝導性を有する本体と、前記本体の表面の少なくとも一部に形成されたスズを含むめっき層と、前記めっき層の表面に液体金属を塗布することにより形成される、前記めっき層でのウィスカの発生を抑制するウィスカ抑制皮膜とを備えることを特徴とする導電部材である。

この構成によれば、めっき層の表面に、めっき層でのウィスカの発生を抑制できるウィスカ抑制皮膜が形成されているので、効果的にウィスカの発生を抑制できる。また、導電部材の本体の表面の少なくとも一部にめっき層を形成し、めっき層の表面に液体金属を塗布するだけであるので、容易に製造することができる。

また、前記ウィスカ抑制皮膜が、前記めっき層の表面に部分的に形成されていることが好ましい。そうすることによって、ウィスカの発生を抑制すべき箇所にのみウィスカ抑制皮膜を形成できる。また、液体金属の使用量が、ウィスカ抑制皮膜をめっき層全面に形成させる場合より少なくてすむ。

また、前記液体金属の融点が、２５度以下であることが好ましい。そうすることによって、導電部材を実際に使用する温度で、液体金属が固体となることが少ないので、ウィスカ抑制皮膜が、めっき層でのウィスカの発生を抑制する効果がより高いものとなる。さらに、液体金属の塗布前に液体金属を加熱しなくても、そのまま塗布できるので、より容易に製造することができる。

前記液体金属が、ガリウム及びインジウムであることが好ましく、スズをさらに含むことがより好ましい。そうすることによって、ウィスカ抑制皮膜を形成することができる低融点の液体金属を容易に得ることができる。さらに、液体金属にスズを含むことによって、より低融点の液体金属を得ることができる。

また、本発明の導電部材の製造方法は、他の導体と電気的に接続される導電部材の製造方法であって、電気伝導性を有する本体の表面の少なくとも一部に、スズを含むめっき層を形成するめっき層形成工程と、前記めっき層の表面に液体金属を塗布することによって、前記めっき層でのウィスカの発生を抑制するウィスカ抑制皮膜を形成する皮膜形成工程とを含むことを特徴とする導電部材の製造方法である。

この構成によれば、めっき層形成工程で、本体の表面の少なくとも一部にめっき層を形成し、皮膜形成工程で、めっき層の表面に液体金属を塗布することによって、ウィスカ抑制皮膜を形成すればよいので、ウィスカ抑制が可能な導電部材を容易に製造することができる。

また、前記皮膜形成工程が、前記めっき層の表面に部分的に形成することが好ましい。そうすることによって、ウィスカの発生を抑制すべき箇所にのみウィスカ抑制皮膜を形成できる。また、液体金属の使用量が、ウィスカ抑制皮膜をめっき層全面に形成させる場合より少なくてすむ。

本発明によれば、ウィスカの発生を抑制できる導電部材、及びウィスカ抑制が可能な導電部材を容易に製造することができる導電部材の製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る導電部材について図１に基づき説明する。図１は、本発明の実施形態に係る導電部材１０を示す断面図である。

導電部材１０は、本体１１とめっき層１２とウィスカ抑制皮膜１３とを備える。ウィスカ抑制皮膜１３は、めっき層１２の表面に液体金属を塗布することによって形成される。

なお、本発明は、本体１１の全面にめっき層１２及びウィスカ抑制皮膜１３が形成されていてもよいが、本実施形態では、本体１１の片面にめっき層１２及びウィスカ抑制皮膜１３が形成されている場合の導電部材を例に挙げて説明する。

本体１１は、電気伝導性を有していればよく、例えば、電気接続端子や配線導体等に用いられる導体であれば、全て使用可能である。また、本体１１は、単一の金属元素からなるものであってもよいし、合金であってもよい。本体１１を構成する金属の具体例としては、Ｃｕ、鉄、金、白金、銀、ニッケル、クロム、コバルト、及びモリブテン等が挙げられる。これらの中でも、Ｃｕが、導電率が高く、延性に富み、適度な強度を有し、他の金属による被覆が容易である点で好ましいので、Ｃｕを含むＣｕ系金属が好ましく用いられる。

また、本体１１は、本実施形態のような層状に限らず、フラットケーブルの平型導体の他、電気接続端子のような丸棒状であってもよい。

めっき層１２は、Ｓｎを含んでおり、本体１１の表面に形成できれば、電解めっき法で形成してもよいし、無電解めっき法で形成してもよい。Ｓｎを含むめっき層に液体金属を塗布することによって、ウィスカが発生しにくく、耐腐食性、及びはんだ付け性等が優れ、安価な導電部材が得られる。

めっき層１２の厚みは、特に制限されず、一般的には、（０．３〜５μｍ：めっき層１２の厚みの好適範囲）であることが好ましい。

また、上記本体１１及びめっき層１２は、導体にめっきを施した後に、冷間引き抜き加工等の伸線加工、及びロール圧延加工等の圧延加工等を施すことによって、形成してもよい。

ウィスカ抑制皮膜は、めっき層１２の表面に液体金属を塗布することによって形成される。液体金属は、単一の金属元素からなるものであってもよいし、合金であってもよい。液体金属の融点は、２５℃以下であることが好ましく、１０℃以下がより好ましく、０℃以下がさらに好ましい。また、液体金属を構成する金属の具体例としては、例えば、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、及び銀（Ａｇ）等が挙げられ、これらの中でも、Ｇａ及びＩｎを含むＧａ−Ｉｎ系合金からなる液体金属が好ましく、Ｓｎをさらに含む液体金属がより好ましい。

液体金属の具体例としては、例えば、Ｇａ６０〜８０質量％、Ｉｎ１０〜３０質量％、Ｓｎ５〜２０質量％からなる液体金属が好ましく、Ｇａ６８〜６９質量％、Ｉｎ２１〜２２質量％、Ｓｎ９．５〜１０．５質量％からなる液体金属がより好ましい。液体金属のより具体的な例示としては、例えば、Ｇａ６８．５質量％、Ｉｎ２１．５質量％、Ｓｎ１０質量％からなる液体金属（融点−１９℃）、Ｇａ６２質量％、Ｉｎ２５質量％、Ｓｎ１３質量％からなる液体金属（融点１０．６℃）、Ｇａ６２質量％、Ｉｎ２３質量％、Ｓｎ１３質量％、Ｚｎ２質量％からなる液体金属（融点９．８℃）、Ｇａ７４質量％、Ｉｎ２４質量％、Ａｇ２質量％からなる液体金属（融点１４．８℃）及びＧａ７５．５質量％，Ｉｎ２４．５質量％からなる共晶合金等のＧａ−Ｉｎ系合金等が挙げられ、これらの中でも、Ｇａ６８．５質量％、Ｉｎ２１．５質量％、Ｓｎ１０質量％からなる液体金属（融点−１９℃）が好ましい。

このような液体金属を用いることによって、導電部材を実際に使用する温度で、液体金属が固体となることが少ないので、ウィスカの発生を抑制する効果がより高い。また、めっき層１２が他の部材と接触することにより露出した場合であっても、加熱することなく、液体金属が流動して露出しためっき層を覆うことができる場合があるので好ましい。さらに、液体金属の塗布前に液体金属を加熱しなくても、そのまま塗布できるので、より容易に製造することができる。

ウィスカ抑制皮膜１３の厚みは、０．１〜５μｍであることが好ましく、０．１〜２μｍであることがより好ましい。ウィスカ抑制皮膜１３が薄すぎると、めっき層１２が露出する部分が形成されてしまう傾向があり、厚すぎると、液体金属が導電部材から垂れ落ちること等による不具合が発生してしまう傾向がある。

導電部材１０は、本体１１の表面の少なくとも一部に、めっき層１２を形成させ、このめっき層１２の表面に液体金属を塗布することによって、ウィスカ抑制皮膜を形成させることによって、製造する。

液体金属の塗布方法は、特に限定されず、どのような塗布方法で採用できる。例えば、ディッピング法、スピンコーティング法、スプレー法、ローラー法、スクリーン印刷等の印刷法、ロールコーター法、カーテンフローコーター法、刷毛塗り法等が挙げられ、液体金属を、めっき層１２上に滴下し、綿棒、紙ウエス及び不織布等で余分な液体金属を拭き取ってもよい。また、電解めっき法でめっき層１２上に液体金属からなる流動性のある皮膜を形成してもよい。また、液体金属は、めっき層１２上に予め塗布しておいてもよいし、使用（端末処理）直前に塗布してもよい。また、液体金属は、めっき層１２の表面全面に塗布してもよいが、ウィスカ発生を抑制したい箇所に部分的に塗布してもよい。

以下に、本発明の実施形態である導電部材１０の実施例について説明する。

（実施例１）
本体１１として、銅板を用い、めっき層１２として、Ｓｎリフローめっき層（１μｍ：Ｓｎリフローめっき層の厚み）を用い、液体金属として、Ｇａ６８．５質量％、Ｉｎ２１．５質量％、Ｓｎ１０質量％からなる液体金属を用いた。液体金属の塗布方法としては、液体金属をめっき層１２上にディッピング法により塗布し、その後、紙ウエスにより余分な液体金属を拭い去り、約０．５μｍのウィスカ抑制皮膜１３を形成させた。

（実施例２）
めっき層１２として、Ｓｎリフローめっき層の代わりに、Ｓｎ光沢めっき層（１μｍ：Ｓｎ光沢めっき層の厚み）を用いたこと以外、実施例１と同様である。

（比較例１）
液体金属を塗布しないこと以外、実施例１と同様である。

（比較例２）
液体金属を塗布しないこと以外、実施例２と同様である。

上記実施例１，２及び比較例１，２について、以下に示す方法により、耐ウィスカ性の評価を行った。

（耐ウィスカ性）
実施例１，２及び比較例１，２で得られた導電部材１０（評価サンプル）を、それぞれ図２に示す測定装置２１にセットし、室温（約２５℃）で、１０００時間放置した後、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）観察によりウィスカの発生状況を確認した。実施例１，２及び比較例１，２を、それぞれ評価サンプル１０個のウィスカ発生状況を確認し、ウィスカの発生した評価サンプルの数（ウィスカ発生数）により、下記の評価基準で評価した。この結果は、表１に示した。
○：ウィスカ発生数が０個である。
△：ウィスカ発生数が１〜３個である。
×：ウィスカ発生数が４個以上である。

なお、図２は、耐ウィスカ性の評価するための測定装置２１を示す概略図である。図２（ａ）は、測定装置２１全体を示し、図２（ｂ）は、測定装置２１の治具２２と評価サンプルとが接触している部分の周辺を拡大して示す。

測定装置２１は、治具２２と重り２３とを備える。治具２２は、一方の端部が丸みを帯びた棒状の部材であり、丸みを帯びた端部を、測定装置２１にセットされた評価サンプルの中央部に接触させる。また、治具２２は、他方の端部に重り２３を載せる。そうすることによって、測定装置２１は、治具２２を介して重り２３による荷重を評価サンプルに加えることができる。

表１からわかるように、めっき層１２上に液体金属を塗布してウィスカ抑制皮膜を形成した場合（実施例１，２）、めっき層にＰｂを含まないにもかかわらず、ウィスカの発生を抑制できた。これに対して、めっき層１２上に液体金属を塗布していない場合（比較例１，２）、ウィスカの発生を抑制できなかった。このことは、めっき層１２として、リフロー処理を施したＳｎリフローめっき層を用いた場合（比較例１）であっても、ウィスカが発生したことからも、明確である。

以上より、めっき層１２上に液体金属を塗布した本発明の導電部材は、容易に製造でき、ウィスカの発生を抑制できる。

本発明の実施形態に係る導電部材１０を示す断面図である。 耐ウィスカ性の評価するための測定装置２１を示す概略図である。

符号の説明

１０ 導電部材
１１ 本体 １２ めっき層
１３ ウィスカ抑制皮膜
２１ 測定装置
２２ 治具 ２３ 重り

Claims (7)

1. 他の導体と電気的に接続される導電部材であって、
   電気伝導性を有する本体と、
   前記本体の表面の少なくとも一部に形成されたスズを含むめっき層と、
   前記めっき層の表面に液体金属を塗布することにより形成される、前記めっき層でのウィスカの発生を抑制するウィスカ抑制皮膜とを備えることを特徴とする導電部材。
2. 前記ウィスカ抑制皮膜が、前記めっき層の表面に部分的に形成されている請求項１に記載の導電部材。
3. 前記液体金属の融点が、２５度以下である請求項１又は請求項２に記載の導電部材。
4. 前記液体金属が、ガリウム及びインジウムを含む請求項３に記載の導電部材。
5. 前記液体金属が、スズをさらに含む請求項４に記載の導電部材。
6. 他の導体と電気的に接続される導電部材の製造方法であって、
   電気伝導性を有する本体の表面の少なくとも一部に、スズを含むめっき層を形成するめっき層形成工程と、
   前記めっき層の表面に液体金属を塗布することによって、前記めっき層でのウィスカの発生を抑制するウィスカ抑制皮膜を形成する皮膜形成工程とを含むことを特徴とする導電部材の製造方法。
7. 前記皮膜形成工程が、前記めっき層の表面に部分的に形成する請求項６に記載の導電部材の製造方法。

Images