めっき層及びその形成方法
【課題】内部応力に起因するウイスカの発生を抑制するとともに、外部応力を起因とするウイスカの発生をも抑制するめっき層及びその形成方法を提供することを目的とする。
【解決手段】めっき層に厚みが必要なリード部には、融点の高いめっき材料を厚めに形成し、厚みはそれほど必要でなく、むしろ外部応力に起因するウイスカの抑制効果をねらう必要のある接点部のめっき層は、融点の低いめっき材料を薄めに形成する。めっき層形成後の高温処理は、接点部のめっき層は溶融するがリード部のめっき層は溶融しない温度を最高温度とする条件でおこなう。リード部は、はんだ性の確保を第一義とし、ウイスカ対策は熱処理でおこない、接点部は溶融しためっき材料の表面張力による形状変化は、むしろ利点として作用するので、めっき層が溶融するリフロー処理をおこなう。
【解決手段】めっき層に厚みが必要なリード部には、融点の高いめっき材料を厚めに形成し、厚みはそれほど必要でなく、むしろ外部応力に起因するウイスカの抑制効果をねらう必要のある接点部のめっき層は、融点の低いめっき材料を薄めに形成する。めっき層形成後の高温処理は、接点部のめっき層は溶融するがリード部のめっき層は溶融しない温度を最高温度とする条件でおこなう。リード部は、はんだ性の確保を第一義とし、ウイスカ対策は熱処理でおこない、接点部は溶融しためっき材料の表面張力による形状変化は、むしろ利点として作用するので、めっき層が溶融するリフロー処理をおこなう。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、錫又は錫合金でめっきされた接続端子のウイスカの発生を抑制するめっき層及びその形成方法に関し、とりわけＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ）用コネクタの接続端子のめっき層及びその形成方法に関する。又このめっき層を具えたコンタクトピン、更にはこのコンタクトピンを装着したコネクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
〈鉛フリー化〉
電子部品やコネクタの回路基板への実装は、はんだ（錫と鉛を主成分とした合金：Ｓｎ−Ｐｂ合金）が多く使われている。はんだは、融点が低く、濡れ性が良く、また価格も低廉で広く電子機器の接合材料として優れた特性を具えている。
【０００３】
しかし、地球規模の環境保全の問題に絡んで環境負荷物質を含む構成部材の見直しが進む中で、電子部品の接合材として鉛を含有する、はんだの使用に制限が加えられるようになってきた。現在、はんだに替わる接合材料として次のような金属（合金を含む）、Ｓｎ（錫）、Ｓｎ（錫）−Ｃｕ（銅）、Ｓｎ（錫）−Ａｇ（銀）、Ｓｎ（錫）−Ｂｉ（ビスマス）があげられるが、いずれもがウイスカの問題を含み、錫―鉛合金に置き換わる有望なはんだ材料は、まだ存在しないのが現状である。
【０００４】
〈ウイスカ〉
ウイスカは、錫の単結晶が成長した針状のもので、直径１μ長さ１ｍｍに成長するものも報告されている。この針状結晶は導電性で、隣接する接続端子と短絡したり、折損物が飛散したりして、電子機器の動作に支障をきたす問題が起きている。錫―鉛はんだを使用していたときには、含有する鉛の作用によってウイスカの発生及び成長は抑制されていた。鉛フリー化による錫単体、或いは錫と鉛以外の他の金属との合金の使用によって、にわかにウイスカの問題は顕在化してきた。
【０００５】
ウイスカ現象は、「錫の再結晶中に取り込まれた異物や転位等の欠陥がウイスカ発生の芽となり、結晶内部の残留圧縮応力や、外部からの圧縮応力の集中が駆動力としてはたらいて、その芽が成長する現象である」と説明されている。しかしその詳細な発生、成長の原理及び機構については、現在解明途上である。
【０００６】
〈ウイスカの抑制〉
ウイスカの抑制技術は、その開発の基礎となる発生のメカニズムが現在解明途上であることから、未だ方向性は定まっていない。鉛を含有する、はんだめっきに代替する材料の組成の候補にしても数多くが上がっていて、上述した種類の合金のほかにも別種金属との合金や更に３元合金についての組成も報告されている。
【０００７】
このような背景の下、ウイスカに関する技術については、多岐に亘って報告されており、合金組成についても多様である。また、その抑制方法は幾つもの技術が報告されているが、それぞれが問題を含んでいる。主な技術と問題点は次のようなものである。
（１）めっき後に熱処理をすることによって金属間化合物の形成等によって生じた内部応力を緩和するもの。内部応力によって発生及び成長するウイスカの抑制には有効であるが、コネクタの嵌合部に作用するような外部応力を起因とするウイスカの抑制には効果が望めない。
（２）下地にＮｉ、ＣｏもしくはＦｅのいずれか一種のめっきを施して銅と錫とからなる金属間化合物の形成バリアとするもの（特許文献１）。Ｎｉめっき等を施せない場合もあり全ての場合に有効とは言えない。また外部応力に起因するウイスカの抑制には効果が望めない。
（３）めっき後にリフロー処理をすることによって錫合金めっき層の完全溶融を図って応力の緩和を図るもの（非特許文献１）。めっき層の外形に変化が生じ、表面実装型では実装時の不具合の発生が懸念される。又外部応力を起因とするウイスカの抑制には効果が望めない。
【０００８】
現在報告されている技術を分析すると、内部応力を起因とするウイスカの発生を抑制する技術が大半を占め、外部応力を起因とするウイスカの発生を抑制する技術についての報告は極めて少ない。また物理的な方法によってウイスカの伸長を抑制する技術もあるが（特許文献２）、ウイスカ伸長防止壁等の構造体の製作に技術的困難性が予測される。
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１７７３２９号公報
【特許文献２】特開２００７−５３０３９号公報
【非特許文献１】神戸製鋼技報、２００４年４月、Ｖｏｌ．５４、Ｎｏ．１、ｐ１１−１２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、内部応力に起因するウイスカの発生及び成長を抑制するとともに、外部応力を起因とするウイスカの発生及び成長をも抑制するめっき層及びその形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、上記課題を解決するために工場のめっき工程や、めっきされた製品の外観やその断面をつぶさに観察した。またコネクタの接続機構その構成要素に分解して、個々の要素についての機能的分析を併せておこなった。その結果、めっき層に要求されるはんだ性及び接触信頼性を損なうことなく、ウイスカの発生及び成長を効果的かつ合理的に抑制するめっき技術の開発に成功した。
【００１２】
〈コンタクトピンの機能分析〉
コンタクトピンは回路基板に接続するリード部と、相対するコネクタに嵌合する接点部とを含む。リード部は、はんだで回路基板に固着されるので、被覆するめっきには、接触信頼性とともに、はんだ性が要求される。一方接点部は機械的な嵌め合いで相対するコネクタに連結するところなので、接触信頼性を満たす必要はあるが、はんだ性を満たすほどのめっき厚みは要求されない。また接点部では嵌め合い箇所で圧縮応力の集中が生じるが、リード部では実装後に外部応力の集中は生じない。そのためにリード部では、外部応力に起因するウイスカの発生の心配はないが、接点部では、外部応力を起因とするウイスカの発生が懸念される。
【００１３】
〈ウイスカ現象〉
背景技術で説明したように、ウイスカ現象は、錫の再結晶時に生じた欠陥と、その欠陥に作用する圧縮応力の存在が不可欠であると考えられている。そしてその圧縮応力には大別して、めっき層形成時に残留した内部応力に起因するものと、コネクタ等の外部応力に起因するものとの２タイプが確認されている。また内部応力を除去するためには、熱処理又はリフロー処理が有効であること、更に錫原子の供給を断つことでウイスカの抑制が図れることは多くの文献報告や経験から認められるものである。
【００１４】
〈熱処理及びリフロー処理〉
ここで熱処理及びリフロー処理のめっき層の改質処理について考察する。言葉を明確にしておくために、ここでは、熱処理とは、めっき材料の溶け出す温度（溶融温度）未満の温度を最高温度とする高温処理を意味し、リフロー処理とは、めっき材料の溶融温度以上の温度を最高温度とする高温処理を意味する。熱処理は、めっき層を融解させないので、めっき層の形状に変化を生じさせることなく改質（内部応力の緩和）をおこなえるところに特徴がある。リフロー処理は、熱処理以上の改質（内部応力の緩和）が望める一方、めっき層の融解を伴うので、リフロー処理後のめっき層は、その表面が平坦性を失っている。
【００１５】
〈考察１〉
コンタクトピンの機能分析と、ウイスカ現象の基礎的知見とから次のことが考察される。（１）リード部には、はんだ実装後に外部応力の集中がないので、ウイスカの抑制は、熱処理或いはリフロー処理を施すことで十分達成され得る。（２）接点部には、嵌合時に外部応力の集中があるので、熱処理或いはリフロー処理による内部応力の緩和だけでは、外部応力を起因とするウイスカの発生は抑制しきれない。（３）接点部には、リード部ほどのめっき層の厚みは必要としない。すなわち、（４）リード部は、接触信頼性と、はんだ性とが要求されるので、めっき層は、はんだ性を満たすための厚みが必要であるとともに、広い範囲で接続するために、表面は平坦であることが望まれる。これに対して、（５）接点部は、接触信頼性が確保される程度のめっきの厚みで足り、はんだ性を満たすためのめっき厚みを必要としない。また基本的な事項であるが、（６）ウイスカは錫の単結晶であるから、錫原子の供給量の多寡によってウイスカの芽の発生、或いは成長スピードの抑制が可能である。
【００１６】
〈考察２〉
本発明者は、上述した考察と幾つかの確認実験を通してウイスカの発生及び成長を抑制するための効果的且つ合理的なめっき層及びその形成方法の発明を想到するに至った。本発明は、第１ステップ：めっき厚みが必要なリード部には、めっきを厚めに皮膜し、めっき厚みがリード部ほど必要でなく、むしろ外部応力に起因するウイスカの抑制効果を重視する必要のある接点部のめっきは薄く皮膜する。このとき、リード部と接点部とのめっきの厚みの差は、接点部のめっき厚さの１５０〜３７０％である。好ましくは１５０〜２３０％である。めっき厚みの差が小さすぎる場合には高温処理条件の制御が困難になり、めっき厚みの差が大きすぎると接点部、リード部それぞれの機能が十分に発揮できないおそれがある。第２ステップ：めっき層形成後に高温処理をおこなうが、このとき、めっき層が到達する最高温度は、リード部では、はんだ性を確保するのを第一義にし、ウイスカ対策は内部応力の緩和が達成できることを目的とした溶融状態未満の熱処理をおこなう。接点部では、溶融しためっき材料の表面張力による形状変化はむしろ利点として作用するので、一旦めっき層を溶融させて内部応力の除去を完璧にできるリフロー処理をおこなう。
【００１７】
〈接点部〉
接点部のめっき層は、リフロー処理によって内部応力が十分除去されており、一度融解を経験したことで、コンタクトピンの四隅及び先端のテーパ部のめっき層は、表面張力によって腹部に引き込まれる。その結果、四隅及びテーパ部では薄く、腹部ではそれに比べて厚くめっきが皮膜されている。接点部では、相対するコンタクトピンと嵌合したときに、外部応力を起因とするウイスカの発生及び成長を抑制することが重要である。この点について、（１）もともとのめっき層が薄いので、ウイスカを構成する錫原子の供給量が絶対的に少ない。（２）リフロー処理がなされているので内部応力が十分に除去されている。外部応力に起因するウイスカの発生を抑制するためにも、内部応力の除去は完全におこなわれていることが望ましいものと考えられる。（３）外部応力が集中してウイスカの発生しやすいコーナー部のめっき層が特に薄くなっている。これらの作用が相互に関連することで、接点部では、外部応力に起因するウイスカの発生は、最大限抑制されている。
【００１８】
〈リード部〉
一方リード部のめっき層は、熱処理によって内部応力の除去がなされている。このとき、リフロー処理によるほど内部応力の除去はなされていない。しかし回路基板に実装されたときから、リード部には外部応力の集中は生じないので、接点部ほどの内部応力の除去は必要でない。むしろこの部分は、回路基板との接続が確実になされることに機能上最も重点を置くべきところである。したがって、めっき層が形成された当初の表面の平坦性が損なわれないことを重視すべきである。
【００１９】
〈温度プロファイル〉
上述したように本発明は、要求される機能が相違するリード部と、接点部とにそれぞれの機能を奏するのに適しためっき仕様を創り出すところに特徴がある。それぞれのめっき仕様を創出するための高温処理条件は、次の如くである。すなわち接点部と、リード部とのめっき材料の融点の差を利用する。両者は母材を共通にして、接点部のめっき材料は、リード部のめっき材料に比べて融点が低い。このような状態で、めっき層を昇温して温度と、処理時間とを制御することによって、接点部のめっき層は融解するが、リード部のめっき層は融解しない状態を創り出すことができる。この状態を創り出すことによってそれぞれの部分の機能に適しためっき仕様を具えたコンタクトピンを得ることが本発明の特徴部分である。
【００２０】
本発明は、上述したようにめっき工程及び高温処理工程を経ることで、以下のウイスカの発生及び成長を抑制するめっき層及びその形成方法を提供するものである。
（１）基板実装用コネクタの接続端子に形成された錫や錫合金のめっき層であって、前記接続端子は、一端に嵌合側を具え、他端に実装側を具え、前記嵌合側のめっき層は、前記実装側のめっき層に比べて融点が低いことを特徴とするめっき層。
（２）前記めっき層は、前記嵌合側のめっき層が前記実装側のめっき層に比べて厚みが薄いことを特徴とする（１）に記載のめっき層。
（３）前記めっき層は、高温処理によってウイスカ抑制の改質がされている（１）又は（２）に記載のめっき層。
（４）前記嵌合側のめっき層は、融点以上の高温処理でウイスカ抑制の改質がされ、前記実装側のめっき層は、融点以下の高温処理でウイスカ抑制の改質がされていることを特徴とする（１）から（３）のいずれか一項に記載のめっき層。
（５）上記（１）から（４）のいずれか１項に記載のめっき層を具えたコネクタ。
（６）基板実装用コネクタの接続端子に錫や錫合金のめっき層を形成する方法であって、
前記接続端子にめっき層を形成するステップ１と、前記めっき層に高温処理をおこなって、前記めっき層のウイスカ抑制の改質をおこなうステップ２と、を含み、前記めっき層の形成は、前記嵌合側のめっき層を形成するステップ１Ａと、前記実装側のめっき層を形成するステップ１Ｂと、を含むことを特徴とするめっき層の形成方法。
（７）前記ステップ１Ａで形成されためっき材料は、
前記ステップ１Ｂで形成されためっき材料に比べて融点が低いことを特徴とする（６）に記載のめっき層の形成方法。
【発明の効果】
【００２１】
コンタクトピンのリード部と、接点部とのめっき状態に差を設けることによって、基板実装時に必要なはんだ性を損なうことなく、錫又は錫合金からなるめっき層のウイスカの発生及び成長を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明を実施するための最良の形態について説明をおこなう。本発明は、コンタクトピンの実装側の端部と、嵌合側の端部とのめっき層の状態をそれぞれの機能を奏するのに適しためっき仕様とすることで、目的を達成するものである。具体的には実装側と嵌合側で、めっき材料及びその皮膜厚みとを変えて、その後の高温処理の条件を制御することでそれぞれの機能に適しためっき層を得ることである。なお特許請求の範囲で用いる「接続端子」は明細書で用いる「コンタクトピン」を含み、「接点部」は「嵌合側」を含み、「リード部」は「実装側」を含む。また、「はんだ」は「無鉛はんだ」を含む。
【００２３】
〈コンタクトピン〉
図１の（Ａ）はＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ）用コネクタの外観斜視図である。また図１の（Ｂ）はＦＰＣ用コネクタのコンタクトピンの外観斜視図である。ＦＰＣ用コネクタ１００は絶縁性のハウジング１０と、ハウジング１０の側面に係止する複数個のコンタクトピン２０とからなる。コンタクトピン２０はハウジング１０内に収まってＦＰＣ３０の接続部３１に挟持する接点部２０Ｓと、回路基板４０の接続部４１に、はんだによって固着されるリード部２０Ｌと、からなる。
【００２４】
コンタクトピン２０は導電性とバネ性とを兼ね備えており、比較的廉価な銅合金を所定形状に加工したものである。表面には、これから詳しく説明するように、めっきが皮膜されている。
【００２５】
〈コネクタ〉
図２の（Ａ）は回路基板に実装されたＦＰＣ用コネクタの外観斜視図である。図２の（Ｂ）はＦＰＣの接続部を挟持している接点部の拡大斜視図である。図２の（Ｃ）は回路基板の接続部と、はんだで固着しているリード部との拡大斜視図である。表面実装用ＦＰＣコネクタ１００はハウジング１０の下面で回路基板４０に固定して、上面に位置する開口部でＦＰＣ３０を受け入れる。
【００２６】
〈接点部〉
接点部２０Ｓは、ＦＰＣ３０の先端の差込部３２に形成された露出状態の接続部３１を挟持することで電気的機械的接続をとるところである。接点部２０Ｓは、挟ピッチで並置され、且つ嵌合による圧縮応力の集中が生じるために、ウイスカの発生及びその短絡による障害が極めて発生しやすいところである。一方接続は機械的方法をとるので、めっきは接触信頼性の確保で足りリード部２０Ｌほどの厚みはいらない。また、リード部２０Ｌほどの表面の平坦性は要求されない。
【００２７】
〈リード部〉
リード部２０Ｌは回路基板４０の端部に形成された接続部４１と、はんだによって電気的機械的接続をとるところである。リード部２０Ｌは挟ピッチで並列するが、実装後に外部から圧縮応力が加わることはなく、事前に内部応力が除去されていれば、実装後にウイスカが発生するおそれは極めて小さい。一方はんだによる固着方法をとるので、濡れ性を確保して良好な接続形状をとるのに十分なめっき層の厚みが必要である。
【００２８】
〈めっき工程〉
ここで図３にしたがって、めっき工程の説明をおこなう。図３の（Ａ）は、めっき工程のフローチャートである。図３の（Ｂ）は、リード部及び接点部のめっき槽浸漬条件である。めっき工程は、（１）洗浄→（２）１槽目浸漬→（３）２層目浸漬→（４）洗浄→（５）乾燥の工程順におこなう。めっき槽浸漬に１槽目と２層目とがあるのは、接点部２０Ｓとリード部２０Ｌとで皮膜するめっき材料が異なるからである。
【００２９】
ここでめっき材料の選択であるが、濡れ性、耐疲労性及び引け巣対策等を考慮したうえで、接点部２０Ｓと、リード部２０Ｌのめっき材料をそれぞれ選定する。両者のめっき材料は、溶融温度を異にし、接点部２０Ｓには、リード部２０Ｌに比べて溶融温度の低いめっき材料を選定することに留意しなければならない。本実施の形態では、接点部２０Ｓのめっき材料は、Ｓｎ−Ａｇ共晶合金で、リード部２０Ｌのめっき材料は、Ｓｎ−Ｃｕ共晶合金である。Ｓｎ−Ａｇ共晶合金の溶融温度は２２０℃付近で、Ｓｎ−Ｃｕ共晶合金の溶融温度は２３０℃付近であって、溶融温度に凡そ１０℃の温度差がある。本実施の形態では、両者の溶融温度の差を利用して目的に応じた機能を奏するめっき層の形成をおこなっている。なお本実施の形態では共晶合金を用いているが、もちろん本発明は共晶合金に限定するものではない。
【００３０】
なお本実施の形態で用いた材料の他に、めっき材料としては次のものを用いてもよい。主に低融点側として、Ｓｎ−Ｚｎ（錫−亜鉛）系、Ｓｎ−Ｂｉ（錫−ビスマス）共晶合金、主に高融点側として、Ｓｎ−３．０％Ａｇ−０．５％Ｃｕ（錫−銀−銅）３元系、Ｓｎ−Ｓｂ（錫−アンチモン）系などである。なおここで留意することは、低融点側、高融点側は便宜上の括りであって、接点部に用いるめっき材料とリード部に用いるめっき材料との相対的な溶融温度に高低差があればよい。本実施の形態では、溶融温度の差は凡そ１０℃であるが、もちろん１０℃に限定するものではない。溶融温度の差が５℃であっても、高温処理時の温度コントロールや炉内環境管理の精度を上げることで本発明の目的を達成することは可能である。
【００３１】
〈めっき工程 洗浄〉
めっき工程の最初は洗浄である。洗浄は被めっき部の異物や油脂分を取り除くためにおこなう。洗浄液はユケン社製のパクナを所定の濃度に薄めたアルカリ脱脂溶液を用いる。この溶液を加熱して、４０〜６０℃で使用する。洗浄時間は０．１〜０．２分である。
【００３２】
〈めっき工程 めっき液〉
次にめっき層の形成をおこなう。本発明のめっき方法において、錫合金のめっき液として、慣用技術である錫塩と、錫合金を形成する金属塩を含有するめっき液を用いることができる。本発明のめっき液に含まれる錫塩、錫と合金を形成する金属の塩の種類や濃度は、従来の錫めっき、錫合金めっきに用いられるめっき液と同様である。また錫とその他の金属の混合割合は、予定する錫合金めっき層の組成比に応じて適宜決定される。
【００３３】
ここで錫塩として、塩化錫を０．１〜０．５ｍｏｌ／ｌとすることができる。この他に錫塩として、硫酸錫、臭化錫、ヨウ化錫、酸化錫、酢酸錫、ピロリン酸錫、クエン酸錫、酒石酸錫、コハク酸錫、スルファミン酸錫、ギ酸錫等があげられる。
【００３４】
錫−銅合金を形成する金属の塩として、硫化銅を０．００１〜０．０１０ｍｏｌ／ｌとすることができる。この他に銅塩として、塩化銅、臭化銅、リン酸銅、酢酸銅、クエン酸銅、酒石酸銅、乳酸銅等があげられる。錫−銀合金を形成する金属の塩として、硫化銀を用いることができる。この他に銀塩として、塩化銀、グルコン酸銀、クエン酸銀等があげられる。
【００３５】
本実施の形態では、錫−銅、錫−銀のめっき液を用いているが、めっき層として錫−ビスマス合金、錫−アンチモン合金を形成する場合には、錫−ビスマス、錫−アンチモンのめっき液を用いることができる。この場合に、ビスマス塩としては、硫酸ビスマス、グルコン酸ビスマス等があげられる。アンチモン塩としては、塩化アンチモン、ピロアンチモン酸カリウム等があげられる。
【００３６】
〈めっき工程 めっき槽浸漬〉
めっき層の形成は、接点部２０Ｓと、リード部２０Ｌとを別々におこなう（図３の（Ｂ））。接点部２０Ｓには、錫−銀共晶合金をめっきする。リード部２０Ｌには、錫−銅共晶合金をめっきする。また接点部２０Ｓのめっき層は薄くめっきすることが望ましい。ウイスカの発生及び成長を抑制するためであり、後ほど詳述するが特に高温処理時の溶融でウイスカの発生しやすい角部のめっき層を極めて薄くするためである。めっきの厚みの目安は、接点部２０Ｓでは、１．０〜２．０μ、好ましくは、１．３〜２．０μ、より好ましくは、１．５〜２．０μである。リード部２０Ｌでは、３．０〜５．０μ、好ましくは、３．０〜４．０μ、より好ましくは、３．０〜３．５μである。陰極電流密度は、１５〜１００ｍＡ／ｃｍ２の間が望ましい。小さすぎると錫の結晶が大きくなるからである。めっき浴温度は１０〜５０℃、ＰＨ３〜５、めっき時間は１０〜３０分間でめっき層を形成することが望ましい。
【００３７】
〈めっき工程 洗浄〉
接点部２０Ｓ及びリード部２０Ｌに予定のめっき層が形成されたならば、めっき表面の洗浄をおこなう。洗浄は伝導度５〜２０μｓの純水浴中でおこなう。水温は５５〜６５℃で０．１〜０．２分間おこなうのが望ましい。
【００３８】
〈めっき工程 乾燥〉
めっき層表面の洗浄を終えたならば、次に表面に付着している水滴の除去をおこなう。水滴の除去は乾燥炉でおこなう。乾燥炉の方式は熱風循環型で、乾燥の条件は炉内温度７０〜１００℃で０．１〜０．２分間おこなうのが望ましい。
【００３９】
〈めっき層の状態〉
次に図４にしたがって、めっき層の状態について詳細に説明をおこなう。図４はめっき層形成後のコンタクトピンのめっき層の状態を示す模式図である。上段は接点部の断面模式図である。下段はリード部の断面模式図である。
【００４０】
コンタクトピン２０は錫合金によって全体がめっきされている。接点部２０Ｓのめっき層は、リード部２０Ｌに比べて薄く、リード部２０Ｌのめっき層は、接点部２０Ｓに比べて厚めに形成されている。
【００４１】
この段階で接点部２０Ｓのめっき層が厚すぎる場合には、ウイスカの抑制効果が減殺される。めっき層が薄すぎる場合には、下地金属が露出し耐候性や耐久性の劣化につながるおそれがある。
【００４２】
リード部２０Ｌのめっき層が厚すぎる場合には、隣接リード部２０Ｌとの短絡のおそれが生じる。めっき層が薄すぎる場合には、はんだによる回路基板４０への実装の際、適切な接続がなされないおそれがある。
【００４３】
〈高温処理〉
次に図５にしたがって、高温処理条件について詳細に説明をおこなう。図５は高温処理時の温度プロファイルを示す図である。上段の破線は、リード部２０Ｌのめっき材料である錫−銅共晶合金の溶融温度（２３０℃）を示す線である。下段の破線は、接点部２０Ｓのめっき材料である錫−銀共晶合金の溶融温度（２２０℃）を示す線である。
【００４４】
接点部２０Ｓのめっき材料（錫−銀共晶合金）の溶融温度Ｔｓと、リード部２０Ｌのめっき材料（錫−銅共晶合金）の溶融温度Ｔｌとの間に生じている温度差ｄＴ（ｄＴ＝Ｔｌ−Ｔｓ＞０）を利用することによって、接点部２０Ｓでは熱処理条件となり、リード部２０Ｌではリフロー条件となる、互いに異なる処理条件を創り出すところに本発明の特徴部分がある。
【００４５】
〈リフロー処理 接点部〉
接点部２０Ｓのめっき層は、その溶融温度以上に達して融解し、リフロー前後の形状は変化する。接点部２０Ｓが到達する最高温度は、めっき材料である錫−銀共晶合金の溶融温度である２２０℃よりも高めである。リフロー処理時間は、上記したように０．１〜０．２分で、その内最高温度付近にさらされる時間は、０．０５〜０．１分である。
【００４６】
接点部２０Ｓのめっき層は薄く、リフロー処理によって受け取る熱量は自身を融解させるために必要な熱量を越えており、処理中に接点部２０Ｓのめっき層は一度溶融することとなる。その結果めっき層の形成によって内部に蓄積された残留応力は除去されて、ほぼ完璧な改質がなされている。一方その表面は一度溶融したものが再度固化したものなので、リフロー処理前の一様平坦な形状とは相違している。
【００４７】
〈熱処理 リード部〉
リード部２０Ｌのめっき層は、その溶融温度に達しないので溶融することなく熱処理前の形状を保っている。リード部２０Ｌが到達する最高温度は、めっき材料である錫−銅共晶合金の溶融温度である２３０℃よりも低い温度の２２５℃付近である。熱処理時間は０．１〜０．２分で、その内最高温度付近にさらされる時間は０．０５〜０．１分である。
【００４８】
リード部２０Ｌのめっき層は、このように自身を形成するめっき材料（錫−銅共晶合金）の溶融温度が高温処理によって到達する最高温度よりも高いので、めっき層は溶融しない。その結果めっき層は、めっき層形成時の平坦な表面を保ちつつ、一方で溶融温度付近まで昇温されているので、めっき層形成時に生じた内部応力の除去は十分になされている。
【００４９】
〈めっき層の状態〉
次に図６にしたがって、熱処理及びリフロー処理によって形成されためっき層の状態について詳細に説明をおこなう。図６はめっき処理及び高温処理をおこなったコンタクトピンのめっき層の状態を示す模式図である。上段はリフロー処理をおこなった接点部２０Ｓの断面模式図である。下段は熱処理をおこなったリード部２０Ｌの断面模式図である。
【００５０】
〈接点部〉
接点部２０Ｓのめっき層は、全体的に薄めであるが、四隅で特に薄く腹部でやや盛り上がっているのが特徴である。これはリフロー処理で一度溶融しためっきが再度固化する際に表面張力によって隅部のめっき材料が腹部に引っ張られた結果である。前述したようにウイスカは錫の単結晶から成るもので、結晶の芽の発生や芽の成長のスピードを制御する条件として錫原子の供給量の多寡が当然影響するものである。したがって、めっきの絶対量が少ない上に、外部応力が集中してその芽が発生しやすい条件にある隅部のめっきの厚みが極めて薄い状態を実現している本実施形態の接点部２０Ｓは、ウイスカの発生及び成長の根本的要因が取り除かれているものである。一方リフロー処理を経ているので、ウイスカの成長の駆動力である内部応力は十分に除去されている。したがって、接点部２０Ｓは、接触信頼性を損なうことなくウイスカの発生及び成長に対して十分にその抑制対策がとられている。
【００５１】
図２の（Ｂ）に示したように、接点部２０ＳはＦＰＣ３０の接続部３１を挟持して電気的機械的に接続するところである。このとき接点部２０Ｓには、外部からの圧縮応力が継続的に加わり、ウイスカが発生しやすく、挟ピッチで並列していることもあってウイスカによる問題が生じやすいところである。本発明の実施の形態に係る接点部２０Ｓは、このように条件的にはウイスカの問題が生じやすい所ではあるが、ウイスカの発生原因のひとつひとつに対策を講じることによって、ウイスカの発生及び成長を効果的に抑制しうるものである。
【００５２】
〈リード部〉
リード部２０Ｌのめっき層は、母材の外周面に沿ってほぼ一様に均一な厚みを具えている。四面の腹部のみならず四隅にも十分な量のめっき層が形成されている。また、結晶内部に蓄積されていた内部応力も熱処理によって除去されている。
【００５３】
図２の（Ｃ）に示したように、リード部２０Ｌは回路基板４０の接続部４１に、はんだで固着されるところである。接続部４１も表面は、めっきされており、両者の固着は、はんだの溶融を介しておこり、その濡れ性によって信頼性を担保している。はんだ濡れ性を確保するために、リード部２０Ｌの表面はめっき層が十分に皮膜されていることが望ましく、はんだ固着を一様に安定的におこなうためには、両者は広い範囲で接触することが望ましい。本実施の形態では、これらの条件を充足していて十分に望ましい状態が実現されていることが解る。
【００５４】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲において種々の変更及び修正を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１の（Ａ）はＦＰＣ用コネクタの外観斜視図である。図１の（Ｂ）はＦＰＣ用コネクタのコンタクトピンの側面図である。
【図２】図２の（Ａ）は回路基板に実装されたＦＰＣ用コネクタの外観斜視図である。図２の（Ｂ）はＦＰＣの接続部を挟持している接点部の拡大斜視図である。図２の（Ｃ）は回路基板の接続部と、はんだで固着しているリード部との拡大斜視図である。
【図３】図３の（Ａ）は、めっき工程のフローチャートである。図３の（Ｂ）は、リード部及び接点部のめっき槽浸漬条件である。
【図４】図４はめっき層形成後のコンタクトピンのめっき層の状態を示す模式図である。
【図５】高温処理時の温度プロファイルを示す図である。
【図６】図６はめっき処理及び高温処理をおこなったコンタクトピンのめっき層の状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０ ハウジング
２０ コンタクトピン
２０Ｓ 接点部
２０Ｌ リード部
３０ ＦＰＣ
３１ 接続部
３２ 差込部
４０ 回路基板
４１ 接続部
１００ コネクタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、錫又は錫合金でめっきされた接続端子のウイスカの発生を抑制するめっき層及びその形成方法に関し、とりわけＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ）用コネクタの接続端子のめっき層及びその形成方法に関する。又このめっき層を具えたコンタクトピン、更にはこのコンタクトピンを装着したコネクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
〈鉛フリー化〉
電子部品やコネクタの回路基板への実装は、はんだ（錫と鉛を主成分とした合金：Ｓｎ−Ｐｂ合金）が多く使われている。はんだは、融点が低く、濡れ性が良く、また価格も低廉で広く電子機器の接合材料として優れた特性を具えている。
【０００３】
しかし、地球規模の環境保全の問題に絡んで環境負荷物質を含む構成部材の見直しが進む中で、電子部品の接合材として鉛を含有する、はんだの使用に制限が加えられるようになってきた。現在、はんだに替わる接合材料として次のような金属（合金を含む）、Ｓｎ（錫）、Ｓｎ（錫）−Ｃｕ（銅）、Ｓｎ（錫）−Ａｇ（銀）、Ｓｎ（錫）−Ｂｉ（ビスマス）があげられるが、いずれもがウイスカの問題を含み、錫―鉛合金に置き換わる有望なはんだ材料は、まだ存在しないのが現状である。
【０００４】
〈ウイスカ〉
ウイスカは、錫の単結晶が成長した針状のもので、直径１μ長さ１ｍｍに成長するものも報告されている。この針状結晶は導電性で、隣接する接続端子と短絡したり、折損物が飛散したりして、電子機器の動作に支障をきたす問題が起きている。錫―鉛はんだを使用していたときには、含有する鉛の作用によってウイスカの発生及び成長は抑制されていた。鉛フリー化による錫単体、或いは錫と鉛以外の他の金属との合金の使用によって、にわかにウイスカの問題は顕在化してきた。
【０００５】
ウイスカ現象は、「錫の再結晶中に取り込まれた異物や転位等の欠陥がウイスカ発生の芽となり、結晶内部の残留圧縮応力や、外部からの圧縮応力の集中が駆動力としてはたらいて、その芽が成長する現象である」と説明されている。しかしその詳細な発生、成長の原理及び機構については、現在解明途上である。
【０００６】
〈ウイスカの抑制〉
ウイスカの抑制技術は、その開発の基礎となる発生のメカニズムが現在解明途上であることから、未だ方向性は定まっていない。鉛を含有する、はんだめっきに代替する材料の組成の候補にしても数多くが上がっていて、上述した種類の合金のほかにも別種金属との合金や更に３元合金についての組成も報告されている。
【０００７】
このような背景の下、ウイスカに関する技術については、多岐に亘って報告されており、合金組成についても多様である。また、その抑制方法は幾つもの技術が報告されているが、それぞれが問題を含んでいる。主な技術と問題点は次のようなものである。
（１）めっき後に熱処理をすることによって金属間化合物の形成等によって生じた内部応力を緩和するもの。内部応力によって発生及び成長するウイスカの抑制には有効であるが、コネクタの嵌合部に作用するような外部応力を起因とするウイスカの抑制には効果が望めない。
（２）下地にＮｉ、ＣｏもしくはＦｅのいずれか一種のめっきを施して銅と錫とからなる金属間化合物の形成バリアとするもの（特許文献１）。Ｎｉめっき等を施せない場合もあり全ての場合に有効とは言えない。また外部応力に起因するウイスカの抑制には効果が望めない。
（３）めっき後にリフロー処理をすることによって錫合金めっき層の完全溶融を図って応力の緩和を図るもの（非特許文献１）。めっき層の外形に変化が生じ、表面実装型では実装時の不具合の発生が懸念される。又外部応力を起因とするウイスカの抑制には効果が望めない。
【０００８】
現在報告されている技術を分析すると、内部応力を起因とするウイスカの発生を抑制する技術が大半を占め、外部応力を起因とするウイスカの発生を抑制する技術についての報告は極めて少ない。また物理的な方法によってウイスカの伸長を抑制する技術もあるが（特許文献２）、ウイスカ伸長防止壁等の構造体の製作に技術的困難性が予測される。
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１７７３２９号公報
【特許文献２】特開２００７−５３０３９号公報
【非特許文献１】神戸製鋼技報、２００４年４月、Ｖｏｌ．５４、Ｎｏ．１、ｐ１１−１２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、内部応力に起因するウイスカの発生及び成長を抑制するとともに、外部応力を起因とするウイスカの発生及び成長をも抑制するめっき層及びその形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、上記課題を解決するために工場のめっき工程や、めっきされた製品の外観やその断面をつぶさに観察した。またコネクタの接続機構その構成要素に分解して、個々の要素についての機能的分析を併せておこなった。その結果、めっき層に要求されるはんだ性及び接触信頼性を損なうことなく、ウイスカの発生及び成長を効果的かつ合理的に抑制するめっき技術の開発に成功した。
【００１２】
〈コンタクトピンの機能分析〉
コンタクトピンは回路基板に接続するリード部と、相対するコネクタに嵌合する接点部とを含む。リード部は、はんだで回路基板に固着されるので、被覆するめっきには、接触信頼性とともに、はんだ性が要求される。一方接点部は機械的な嵌め合いで相対するコネクタに連結するところなので、接触信頼性を満たす必要はあるが、はんだ性を満たすほどのめっき厚みは要求されない。また接点部では嵌め合い箇所で圧縮応力の集中が生じるが、リード部では実装後に外部応力の集中は生じない。そのためにリード部では、外部応力に起因するウイスカの発生の心配はないが、接点部では、外部応力を起因とするウイスカの発生が懸念される。
【００１３】
〈ウイスカ現象〉
背景技術で説明したように、ウイスカ現象は、錫の再結晶時に生じた欠陥と、その欠陥に作用する圧縮応力の存在が不可欠であると考えられている。そしてその圧縮応力には大別して、めっき層形成時に残留した内部応力に起因するものと、コネクタ等の外部応力に起因するものとの２タイプが確認されている。また内部応力を除去するためには、熱処理又はリフロー処理が有効であること、更に錫原子の供給を断つことでウイスカの抑制が図れることは多くの文献報告や経験から認められるものである。
【００１４】
〈熱処理及びリフロー処理〉
ここで熱処理及びリフロー処理のめっき層の改質処理について考察する。言葉を明確にしておくために、ここでは、熱処理とは、めっき材料の溶け出す温度（溶融温度）未満の温度を最高温度とする高温処理を意味し、リフロー処理とは、めっき材料の溶融温度以上の温度を最高温度とする高温処理を意味する。熱処理は、めっき層を融解させないので、めっき層の形状に変化を生じさせることなく改質（内部応力の緩和）をおこなえるところに特徴がある。リフロー処理は、熱処理以上の改質（内部応力の緩和）が望める一方、めっき層の融解を伴うので、リフロー処理後のめっき層は、その表面が平坦性を失っている。
【００１５】
〈考察１〉
コンタクトピンの機能分析と、ウイスカ現象の基礎的知見とから次のことが考察される。（１）リード部には、はんだ実装後に外部応力の集中がないので、ウイスカの抑制は、熱処理或いはリフロー処理を施すことで十分達成され得る。（２）接点部には、嵌合時に外部応力の集中があるので、熱処理或いはリフロー処理による内部応力の緩和だけでは、外部応力を起因とするウイスカの発生は抑制しきれない。（３）接点部には、リード部ほどのめっき層の厚みは必要としない。すなわち、（４）リード部は、接触信頼性と、はんだ性とが要求されるので、めっき層は、はんだ性を満たすための厚みが必要であるとともに、広い範囲で接続するために、表面は平坦であることが望まれる。これに対して、（５）接点部は、接触信頼性が確保される程度のめっきの厚みで足り、はんだ性を満たすためのめっき厚みを必要としない。また基本的な事項であるが、（６）ウイスカは錫の単結晶であるから、錫原子の供給量の多寡によってウイスカの芽の発生、或いは成長スピードの抑制が可能である。
【００１６】
〈考察２〉
本発明者は、上述した考察と幾つかの確認実験を通してウイスカの発生及び成長を抑制するための効果的且つ合理的なめっき層及びその形成方法の発明を想到するに至った。本発明は、第１ステップ：めっき厚みが必要なリード部には、めっきを厚めに皮膜し、めっき厚みがリード部ほど必要でなく、むしろ外部応力に起因するウイスカの抑制効果を重視する必要のある接点部のめっきは薄く皮膜する。このとき、リード部と接点部とのめっきの厚みの差は、接点部のめっき厚さの１５０〜３７０％である。好ましくは１５０〜２３０％である。めっき厚みの差が小さすぎる場合には高温処理条件の制御が困難になり、めっき厚みの差が大きすぎると接点部、リード部それぞれの機能が十分に発揮できないおそれがある。第２ステップ：めっき層形成後に高温処理をおこなうが、このとき、めっき層が到達する最高温度は、リード部では、はんだ性を確保するのを第一義にし、ウイスカ対策は内部応力の緩和が達成できることを目的とした溶融状態未満の熱処理をおこなう。接点部では、溶融しためっき材料の表面張力による形状変化はむしろ利点として作用するので、一旦めっき層を溶融させて内部応力の除去を完璧にできるリフロー処理をおこなう。
【００１７】
〈接点部〉
接点部のめっき層は、リフロー処理によって内部応力が十分除去されており、一度融解を経験したことで、コンタクトピンの四隅及び先端のテーパ部のめっき層は、表面張力によって腹部に引き込まれる。その結果、四隅及びテーパ部では薄く、腹部ではそれに比べて厚くめっきが皮膜されている。接点部では、相対するコンタクトピンと嵌合したときに、外部応力を起因とするウイスカの発生及び成長を抑制することが重要である。この点について、（１）もともとのめっき層が薄いので、ウイスカを構成する錫原子の供給量が絶対的に少ない。（２）リフロー処理がなされているので内部応力が十分に除去されている。外部応力に起因するウイスカの発生を抑制するためにも、内部応力の除去は完全におこなわれていることが望ましいものと考えられる。（３）外部応力が集中してウイスカの発生しやすいコーナー部のめっき層が特に薄くなっている。これらの作用が相互に関連することで、接点部では、外部応力に起因するウイスカの発生は、最大限抑制されている。
【００１８】
〈リード部〉
一方リード部のめっき層は、熱処理によって内部応力の除去がなされている。このとき、リフロー処理によるほど内部応力の除去はなされていない。しかし回路基板に実装されたときから、リード部には外部応力の集中は生じないので、接点部ほどの内部応力の除去は必要でない。むしろこの部分は、回路基板との接続が確実になされることに機能上最も重点を置くべきところである。したがって、めっき層が形成された当初の表面の平坦性が損なわれないことを重視すべきである。
【００１９】
〈温度プロファイル〉
上述したように本発明は、要求される機能が相違するリード部と、接点部とにそれぞれの機能を奏するのに適しためっき仕様を創り出すところに特徴がある。それぞれのめっき仕様を創出するための高温処理条件は、次の如くである。すなわち接点部と、リード部とのめっき材料の融点の差を利用する。両者は母材を共通にして、接点部のめっき材料は、リード部のめっき材料に比べて融点が低い。このような状態で、めっき層を昇温して温度と、処理時間とを制御することによって、接点部のめっき層は融解するが、リード部のめっき層は融解しない状態を創り出すことができる。この状態を創り出すことによってそれぞれの部分の機能に適しためっき仕様を具えたコンタクトピンを得ることが本発明の特徴部分である。
【００２０】
本発明は、上述したようにめっき工程及び高温処理工程を経ることで、以下のウイスカの発生及び成長を抑制するめっき層及びその形成方法を提供するものである。
（１）基板実装用コネクタの接続端子に形成された錫や錫合金のめっき層であって、前記接続端子は、一端に嵌合側を具え、他端に実装側を具え、前記嵌合側のめっき層は、前記実装側のめっき層に比べて融点が低いことを特徴とするめっき層。
（２）前記めっき層は、前記嵌合側のめっき層が前記実装側のめっき層に比べて厚みが薄いことを特徴とする（１）に記載のめっき層。
（３）前記めっき層は、高温処理によってウイスカ抑制の改質がされている（１）又は（２）に記載のめっき層。
（４）前記嵌合側のめっき層は、融点以上の高温処理でウイスカ抑制の改質がされ、前記実装側のめっき層は、融点以下の高温処理でウイスカ抑制の改質がされていることを特徴とする（１）から（３）のいずれか一項に記載のめっき層。
（５）上記（１）から（４）のいずれか１項に記載のめっき層を具えたコネクタ。
（６）基板実装用コネクタの接続端子に錫や錫合金のめっき層を形成する方法であって、
前記接続端子にめっき層を形成するステップ１と、前記めっき層に高温処理をおこなって、前記めっき層のウイスカ抑制の改質をおこなうステップ２と、を含み、前記めっき層の形成は、前記嵌合側のめっき層を形成するステップ１Ａと、前記実装側のめっき層を形成するステップ１Ｂと、を含むことを特徴とするめっき層の形成方法。
（７）前記ステップ１Ａで形成されためっき材料は、
前記ステップ１Ｂで形成されためっき材料に比べて融点が低いことを特徴とする（６）に記載のめっき層の形成方法。
【発明の効果】
【００２１】
コンタクトピンのリード部と、接点部とのめっき状態に差を設けることによって、基板実装時に必要なはんだ性を損なうことなく、錫又は錫合金からなるめっき層のウイスカの発生及び成長を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明を実施するための最良の形態について説明をおこなう。本発明は、コンタクトピンの実装側の端部と、嵌合側の端部とのめっき層の状態をそれぞれの機能を奏するのに適しためっき仕様とすることで、目的を達成するものである。具体的には実装側と嵌合側で、めっき材料及びその皮膜厚みとを変えて、その後の高温処理の条件を制御することでそれぞれの機能に適しためっき層を得ることである。なお特許請求の範囲で用いる「接続端子」は明細書で用いる「コンタクトピン」を含み、「接点部」は「嵌合側」を含み、「リード部」は「実装側」を含む。また、「はんだ」は「無鉛はんだ」を含む。
【００２３】
〈コンタクトピン〉
図１の（Ａ）はＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ）用コネクタの外観斜視図である。また図１の（Ｂ）はＦＰＣ用コネクタのコンタクトピンの外観斜視図である。ＦＰＣ用コネクタ１００は絶縁性のハウジング１０と、ハウジング１０の側面に係止する複数個のコンタクトピン２０とからなる。コンタクトピン２０はハウジング１０内に収まってＦＰＣ３０の接続部３１に挟持する接点部２０Ｓと、回路基板４０の接続部４１に、はんだによって固着されるリード部２０Ｌと、からなる。
【００２４】
コンタクトピン２０は導電性とバネ性とを兼ね備えており、比較的廉価な銅合金を所定形状に加工したものである。表面には、これから詳しく説明するように、めっきが皮膜されている。
【００２５】
〈コネクタ〉
図２の（Ａ）は回路基板に実装されたＦＰＣ用コネクタの外観斜視図である。図２の（Ｂ）はＦＰＣの接続部を挟持している接点部の拡大斜視図である。図２の（Ｃ）は回路基板の接続部と、はんだで固着しているリード部との拡大斜視図である。表面実装用ＦＰＣコネクタ１００はハウジング１０の下面で回路基板４０に固定して、上面に位置する開口部でＦＰＣ３０を受け入れる。
【００２６】
〈接点部〉
接点部２０Ｓは、ＦＰＣ３０の先端の差込部３２に形成された露出状態の接続部３１を挟持することで電気的機械的接続をとるところである。接点部２０Ｓは、挟ピッチで並置され、且つ嵌合による圧縮応力の集中が生じるために、ウイスカの発生及びその短絡による障害が極めて発生しやすいところである。一方接続は機械的方法をとるので、めっきは接触信頼性の確保で足りリード部２０Ｌほどの厚みはいらない。また、リード部２０Ｌほどの表面の平坦性は要求されない。
【００２７】
〈リード部〉
リード部２０Ｌは回路基板４０の端部に形成された接続部４１と、はんだによって電気的機械的接続をとるところである。リード部２０Ｌは挟ピッチで並列するが、実装後に外部から圧縮応力が加わることはなく、事前に内部応力が除去されていれば、実装後にウイスカが発生するおそれは極めて小さい。一方はんだによる固着方法をとるので、濡れ性を確保して良好な接続形状をとるのに十分なめっき層の厚みが必要である。
【００２８】
〈めっき工程〉
ここで図３にしたがって、めっき工程の説明をおこなう。図３の（Ａ）は、めっき工程のフローチャートである。図３の（Ｂ）は、リード部及び接点部のめっき槽浸漬条件である。めっき工程は、（１）洗浄→（２）１槽目浸漬→（３）２層目浸漬→（４）洗浄→（５）乾燥の工程順におこなう。めっき槽浸漬に１槽目と２層目とがあるのは、接点部２０Ｓとリード部２０Ｌとで皮膜するめっき材料が異なるからである。
【００２９】
ここでめっき材料の選択であるが、濡れ性、耐疲労性及び引け巣対策等を考慮したうえで、接点部２０Ｓと、リード部２０Ｌのめっき材料をそれぞれ選定する。両者のめっき材料は、溶融温度を異にし、接点部２０Ｓには、リード部２０Ｌに比べて溶融温度の低いめっき材料を選定することに留意しなければならない。本実施の形態では、接点部２０Ｓのめっき材料は、Ｓｎ−Ａｇ共晶合金で、リード部２０Ｌのめっき材料は、Ｓｎ−Ｃｕ共晶合金である。Ｓｎ−Ａｇ共晶合金の溶融温度は２２０℃付近で、Ｓｎ−Ｃｕ共晶合金の溶融温度は２３０℃付近であって、溶融温度に凡そ１０℃の温度差がある。本実施の形態では、両者の溶融温度の差を利用して目的に応じた機能を奏するめっき層の形成をおこなっている。なお本実施の形態では共晶合金を用いているが、もちろん本発明は共晶合金に限定するものではない。
【００３０】
なお本実施の形態で用いた材料の他に、めっき材料としては次のものを用いてもよい。主に低融点側として、Ｓｎ−Ｚｎ（錫−亜鉛）系、Ｓｎ−Ｂｉ（錫−ビスマス）共晶合金、主に高融点側として、Ｓｎ−３．０％Ａｇ−０．５％Ｃｕ（錫−銀−銅）３元系、Ｓｎ−Ｓｂ（錫−アンチモン）系などである。なおここで留意することは、低融点側、高融点側は便宜上の括りであって、接点部に用いるめっき材料とリード部に用いるめっき材料との相対的な溶融温度に高低差があればよい。本実施の形態では、溶融温度の差は凡そ１０℃であるが、もちろん１０℃に限定するものではない。溶融温度の差が５℃であっても、高温処理時の温度コントロールや炉内環境管理の精度を上げることで本発明の目的を達成することは可能である。
【００３１】
〈めっき工程 洗浄〉
めっき工程の最初は洗浄である。洗浄は被めっき部の異物や油脂分を取り除くためにおこなう。洗浄液はユケン社製のパクナを所定の濃度に薄めたアルカリ脱脂溶液を用いる。この溶液を加熱して、４０〜６０℃で使用する。洗浄時間は０．１〜０．２分である。
【００３２】
〈めっき工程 めっき液〉
次にめっき層の形成をおこなう。本発明のめっき方法において、錫合金のめっき液として、慣用技術である錫塩と、錫合金を形成する金属塩を含有するめっき液を用いることができる。本発明のめっき液に含まれる錫塩、錫と合金を形成する金属の塩の種類や濃度は、従来の錫めっき、錫合金めっきに用いられるめっき液と同様である。また錫とその他の金属の混合割合は、予定する錫合金めっき層の組成比に応じて適宜決定される。
【００３３】
ここで錫塩として、塩化錫を０．１〜０．５ｍｏｌ／ｌとすることができる。この他に錫塩として、硫酸錫、臭化錫、ヨウ化錫、酸化錫、酢酸錫、ピロリン酸錫、クエン酸錫、酒石酸錫、コハク酸錫、スルファミン酸錫、ギ酸錫等があげられる。
【００３４】
錫−銅合金を形成する金属の塩として、硫化銅を０．００１〜０．０１０ｍｏｌ／ｌとすることができる。この他に銅塩として、塩化銅、臭化銅、リン酸銅、酢酸銅、クエン酸銅、酒石酸銅、乳酸銅等があげられる。錫−銀合金を形成する金属の塩として、硫化銀を用いることができる。この他に銀塩として、塩化銀、グルコン酸銀、クエン酸銀等があげられる。
【００３５】
本実施の形態では、錫−銅、錫−銀のめっき液を用いているが、めっき層として錫−ビスマス合金、錫−アンチモン合金を形成する場合には、錫−ビスマス、錫−アンチモンのめっき液を用いることができる。この場合に、ビスマス塩としては、硫酸ビスマス、グルコン酸ビスマス等があげられる。アンチモン塩としては、塩化アンチモン、ピロアンチモン酸カリウム等があげられる。
【００３６】
〈めっき工程 めっき槽浸漬〉
めっき層の形成は、接点部２０Ｓと、リード部２０Ｌとを別々におこなう（図３の（Ｂ））。接点部２０Ｓには、錫−銀共晶合金をめっきする。リード部２０Ｌには、錫−銅共晶合金をめっきする。また接点部２０Ｓのめっき層は薄くめっきすることが望ましい。ウイスカの発生及び成長を抑制するためであり、後ほど詳述するが特に高温処理時の溶融でウイスカの発生しやすい角部のめっき層を極めて薄くするためである。めっきの厚みの目安は、接点部２０Ｓでは、１．０〜２．０μ、好ましくは、１．３〜２．０μ、より好ましくは、１．５〜２．０μである。リード部２０Ｌでは、３．０〜５．０μ、好ましくは、３．０〜４．０μ、より好ましくは、３．０〜３．５μである。陰極電流密度は、１５〜１００ｍＡ／ｃｍ２の間が望ましい。小さすぎると錫の結晶が大きくなるからである。めっき浴温度は１０〜５０℃、ＰＨ３〜５、めっき時間は１０〜３０分間でめっき層を形成することが望ましい。
【００３７】
〈めっき工程 洗浄〉
接点部２０Ｓ及びリード部２０Ｌに予定のめっき層が形成されたならば、めっき表面の洗浄をおこなう。洗浄は伝導度５〜２０μｓの純水浴中でおこなう。水温は５５〜６５℃で０．１〜０．２分間おこなうのが望ましい。
【００３８】
〈めっき工程 乾燥〉
めっき層表面の洗浄を終えたならば、次に表面に付着している水滴の除去をおこなう。水滴の除去は乾燥炉でおこなう。乾燥炉の方式は熱風循環型で、乾燥の条件は炉内温度７０〜１００℃で０．１〜０．２分間おこなうのが望ましい。
【００３９】
〈めっき層の状態〉
次に図４にしたがって、めっき層の状態について詳細に説明をおこなう。図４はめっき層形成後のコンタクトピンのめっき層の状態を示す模式図である。上段は接点部の断面模式図である。下段はリード部の断面模式図である。
【００４０】
コンタクトピン２０は錫合金によって全体がめっきされている。接点部２０Ｓのめっき層は、リード部２０Ｌに比べて薄く、リード部２０Ｌのめっき層は、接点部２０Ｓに比べて厚めに形成されている。
【００４１】
この段階で接点部２０Ｓのめっき層が厚すぎる場合には、ウイスカの抑制効果が減殺される。めっき層が薄すぎる場合には、下地金属が露出し耐候性や耐久性の劣化につながるおそれがある。
【００４２】
リード部２０Ｌのめっき層が厚すぎる場合には、隣接リード部２０Ｌとの短絡のおそれが生じる。めっき層が薄すぎる場合には、はんだによる回路基板４０への実装の際、適切な接続がなされないおそれがある。
【００４３】
〈高温処理〉
次に図５にしたがって、高温処理条件について詳細に説明をおこなう。図５は高温処理時の温度プロファイルを示す図である。上段の破線は、リード部２０Ｌのめっき材料である錫−銅共晶合金の溶融温度（２３０℃）を示す線である。下段の破線は、接点部２０Ｓのめっき材料である錫−銀共晶合金の溶融温度（２２０℃）を示す線である。
【００４４】
接点部２０Ｓのめっき材料（錫−銀共晶合金）の溶融温度Ｔｓと、リード部２０Ｌのめっき材料（錫−銅共晶合金）の溶融温度Ｔｌとの間に生じている温度差ｄＴ（ｄＴ＝Ｔｌ−Ｔｓ＞０）を利用することによって、接点部２０Ｓでは熱処理条件となり、リード部２０Ｌではリフロー条件となる、互いに異なる処理条件を創り出すところに本発明の特徴部分がある。
【００４５】
〈リフロー処理 接点部〉
接点部２０Ｓのめっき層は、その溶融温度以上に達して融解し、リフロー前後の形状は変化する。接点部２０Ｓが到達する最高温度は、めっき材料である錫−銀共晶合金の溶融温度である２２０℃よりも高めである。リフロー処理時間は、上記したように０．１〜０．２分で、その内最高温度付近にさらされる時間は、０．０５〜０．１分である。
【００４６】
接点部２０Ｓのめっき層は薄く、リフロー処理によって受け取る熱量は自身を融解させるために必要な熱量を越えており、処理中に接点部２０Ｓのめっき層は一度溶融することとなる。その結果めっき層の形成によって内部に蓄積された残留応力は除去されて、ほぼ完璧な改質がなされている。一方その表面は一度溶融したものが再度固化したものなので、リフロー処理前の一様平坦な形状とは相違している。
【００４７】
〈熱処理 リード部〉
リード部２０Ｌのめっき層は、その溶融温度に達しないので溶融することなく熱処理前の形状を保っている。リード部２０Ｌが到達する最高温度は、めっき材料である錫−銅共晶合金の溶融温度である２３０℃よりも低い温度の２２５℃付近である。熱処理時間は０．１〜０．２分で、その内最高温度付近にさらされる時間は０．０５〜０．１分である。
【００４８】
リード部２０Ｌのめっき層は、このように自身を形成するめっき材料（錫−銅共晶合金）の溶融温度が高温処理によって到達する最高温度よりも高いので、めっき層は溶融しない。その結果めっき層は、めっき層形成時の平坦な表面を保ちつつ、一方で溶融温度付近まで昇温されているので、めっき層形成時に生じた内部応力の除去は十分になされている。
【００４９】
〈めっき層の状態〉
次に図６にしたがって、熱処理及びリフロー処理によって形成されためっき層の状態について詳細に説明をおこなう。図６はめっき処理及び高温処理をおこなったコンタクトピンのめっき層の状態を示す模式図である。上段はリフロー処理をおこなった接点部２０Ｓの断面模式図である。下段は熱処理をおこなったリード部２０Ｌの断面模式図である。
【００５０】
〈接点部〉
接点部２０Ｓのめっき層は、全体的に薄めであるが、四隅で特に薄く腹部でやや盛り上がっているのが特徴である。これはリフロー処理で一度溶融しためっきが再度固化する際に表面張力によって隅部のめっき材料が腹部に引っ張られた結果である。前述したようにウイスカは錫の単結晶から成るもので、結晶の芽の発生や芽の成長のスピードを制御する条件として錫原子の供給量の多寡が当然影響するものである。したがって、めっきの絶対量が少ない上に、外部応力が集中してその芽が発生しやすい条件にある隅部のめっきの厚みが極めて薄い状態を実現している本実施形態の接点部２０Ｓは、ウイスカの発生及び成長の根本的要因が取り除かれているものである。一方リフロー処理を経ているので、ウイスカの成長の駆動力である内部応力は十分に除去されている。したがって、接点部２０Ｓは、接触信頼性を損なうことなくウイスカの発生及び成長に対して十分にその抑制対策がとられている。
【００５１】
図２の（Ｂ）に示したように、接点部２０ＳはＦＰＣ３０の接続部３１を挟持して電気的機械的に接続するところである。このとき接点部２０Ｓには、外部からの圧縮応力が継続的に加わり、ウイスカが発生しやすく、挟ピッチで並列していることもあってウイスカによる問題が生じやすいところである。本発明の実施の形態に係る接点部２０Ｓは、このように条件的にはウイスカの問題が生じやすい所ではあるが、ウイスカの発生原因のひとつひとつに対策を講じることによって、ウイスカの発生及び成長を効果的に抑制しうるものである。
【００５２】
〈リード部〉
リード部２０Ｌのめっき層は、母材の外周面に沿ってほぼ一様に均一な厚みを具えている。四面の腹部のみならず四隅にも十分な量のめっき層が形成されている。また、結晶内部に蓄積されていた内部応力も熱処理によって除去されている。
【００５３】
図２の（Ｃ）に示したように、リード部２０Ｌは回路基板４０の接続部４１に、はんだで固着されるところである。接続部４１も表面は、めっきされており、両者の固着は、はんだの溶融を介しておこり、その濡れ性によって信頼性を担保している。はんだ濡れ性を確保するために、リード部２０Ｌの表面はめっき層が十分に皮膜されていることが望ましく、はんだ固着を一様に安定的におこなうためには、両者は広い範囲で接触することが望ましい。本実施の形態では、これらの条件を充足していて十分に望ましい状態が実現されていることが解る。
【００５４】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲において種々の変更及び修正を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１の（Ａ）はＦＰＣ用コネクタの外観斜視図である。図１の（Ｂ）はＦＰＣ用コネクタのコンタクトピンの側面図である。
【図２】図２の（Ａ）は回路基板に実装されたＦＰＣ用コネクタの外観斜視図である。図２の（Ｂ）はＦＰＣの接続部を挟持している接点部の拡大斜視図である。図２の（Ｃ）は回路基板の接続部と、はんだで固着しているリード部との拡大斜視図である。
【図３】図３の（Ａ）は、めっき工程のフローチャートである。図３の（Ｂ）は、リード部及び接点部のめっき槽浸漬条件である。
【図４】図４はめっき層形成後のコンタクトピンのめっき層の状態を示す模式図である。
【図５】高温処理時の温度プロファイルを示す図である。
【図６】図６はめっき処理及び高温処理をおこなったコンタクトピンのめっき層の状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０ ハウジング
２０ コンタクトピン
２０Ｓ 接点部
２０Ｌ リード部
３０ ＦＰＣ
３１ 接続部
３２ 差込部
４０ 回路基板
４１ 接続部
１００ コネクタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板実装用コネクタのコンタクトピンに形成された錫又は錫合金のめっき層であって、
前記コンタクトピンは、一端に嵌合側を具え、他端に実装側を具え、
前記嵌合側のめっき層は、前記実装側のめっき層に比べて融点が低いことを特徴とするめっき層。
【請求項２】
前記めっき層は、前記嵌合側のめっき層が前記実装側のめっき層に比べて厚みが薄いことを特徴とする請求項１に記載のめっき層。
【請求項３】
前記めっき層は、高温処理によってウイスカ抑制の改質がされている請求項１又は請求項２に記載のめっき層。
【請求項４】
前記嵌合側のめっき層は、融点以上の高温処理でウイスカ抑制の改質がされ、
前記実装側のめっき層は、融点以下の高温処理でウイスカ抑制の改質がされていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のめっき層。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のめっき層を具えたコネクタ。
【請求項６】
基板実装用コネクタの接続端子に錫や錫合金のめっき層を形成する方法であって、
前記接続端子にめっき層を形成するステップ１と、
前記めっき層に高温処理をおこなって、
前記めっき層のウイスカ抑制の改質をおこなうステップ２と、を含み、
前記めっき層の形成は、
前記嵌合側のめっき層を形成するステップ１Ａと、
前記実装側のめっき層を形成するステップ１Ｂと、
を含むことを特徴とするめっき層の形成方法。
【請求項７】
前記ステップ１Ａで形成されためっき層は、
前記ステップ２Ｂで形成されためっき層に比べて融点が低いことを特徴とする請求項５に記載のめっき層の形成方法。
【請求項１】
基板実装用コネクタのコンタクトピンに形成された錫又は錫合金のめっき層であって、
前記コンタクトピンは、一端に嵌合側を具え、他端に実装側を具え、
前記嵌合側のめっき層は、前記実装側のめっき層に比べて融点が低いことを特徴とするめっき層。
【請求項２】
前記めっき層は、前記嵌合側のめっき層が前記実装側のめっき層に比べて厚みが薄いことを特徴とする請求項１に記載のめっき層。
【請求項３】
前記めっき層は、高温処理によってウイスカ抑制の改質がされている請求項１又は請求項２に記載のめっき層。
【請求項４】
前記嵌合側のめっき層は、融点以上の高温処理でウイスカ抑制の改質がされ、
前記実装側のめっき層は、融点以下の高温処理でウイスカ抑制の改質がされていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のめっき層。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のめっき層を具えたコネクタ。
【請求項６】
基板実装用コネクタの接続端子に錫や錫合金のめっき層を形成する方法であって、
前記接続端子にめっき層を形成するステップ１と、
前記めっき層に高温処理をおこなって、
前記めっき層のウイスカ抑制の改質をおこなうステップ２と、を含み、
前記めっき層の形成は、
前記嵌合側のめっき層を形成するステップ１Ａと、
前記実装側のめっき層を形成するステップ１Ｂと、
を含むことを特徴とするめっき層の形成方法。
【請求項７】
前記ステップ１Ａで形成されためっき層は、
前記ステップ２Ｂで形成されためっき層に比べて融点が低いことを特徴とする請求項５に記載のめっき層の形成方法。
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１】
【公開番号】特開２００９−１６７４３７（Ｐ２００９−１６７４３７Ａ）
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３８９２（Ｐ２００８−３８９２）
【出願日】平成２０年１月１１日（２００８．１．１１）
【出願人】（３９００３３３１８）日本圧着端子製造株式会社 (457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月１１日（２００８．１．１１）
【出願人】（３９００３３３１８）日本圧着端子製造株式会社 (457)
【Ｆターム（参考）】
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