(57)【要約】【課題】Ｓｎめっき処理を施した場合でも自然発生型ウィスカーおよび外部応力型ウィスカーの発生を抑えることができる電気接点部材を提供する。【解決手段】  金属基体３の表面にめっきによりＳｎあるいはＳｎ合金めっき膜が被覆される電気接点部材であって、めっき膜中に、内部応力の緩和とＳｎ原子を析出させる、マトリックス金属と異なる物質により形成された空洞部８を分散させている。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基体の表面にＳｎあるいはＳｎ合金のめっき膜が被覆される構成の電気接点部材において、
前記めっき膜中に、内部応力の緩和とＳｎ原子を析出させる、マトリックス金属と異なる物質により形成された空洞部を分散させたことを特徴とする電気接点部材。
【請求項２】
金属基体の表面にＳｎあるいはＳｎ合金のめっき膜が被覆される構成の電気接点部材において、
前記めっき膜中に、内部応力の緩和とＳｎ原子を析出させる、マトリックス金属と異なる物質により形成された粒子を分散させたことを特徴とする電気接点部材。
【請求項３】
前記物質は気体であることを特徴とする請求項１に記載の電気接点部材。
【請求項４】
前記物質は高分子材であることを特徴とする請求項２に記載の電気接点部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、端子、コネクタ、スイッチ、リレー、リードフレームなどに適用される電気接点部材に関し、詳しくは金属基体の表面にＳｎあるいはＳｎ合金のめっき膜が被覆される構成の電気接点部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のプリント配線基板が実装されている近年の様々な電子機器では、プリント配線基板相互間の接続にフレキシブルフラットケーブル（以下、ＦＦＣという）が広く用いられており、ＦＦＣの各端子はプリント配線基板側のコネクタに接続される。
【０００３】
ＦＦＣの端子（微細導線）は、銅などの金属によって形成されているが、耐食性や低電気接触抵抗特性等を確保するために、端子の表面に共晶はんだめっきが施されている。ところで、共晶はんだには有害な鉛が含まれているので、近年、環境汚染等の問題から鉛を含まないＳｎ（Ｓｎ系合金も含む）めっき処理が行われるようになった。
【０００４】
ところが、鉛フリーのＳｎめっきを行った場合には、めっき皮膜面にウィスカーと呼ばれるひげ状の単結晶が発生し易くなる。このため、ＦＦＣの端子にウィスカーが発生すると、隣接する端子間が短絡する不具合が生じる。
【０００５】
このため、Ｓｎめっきを施した場合でもウィスカーの発生を抑えることができるようにした技術が提案されている（例えば、特許文献１）。この特許文献１の発明では、Ｚｎを０．１〜１０mass％含有する銅合金に、めっき厚さが０．５〜２μｍ、表面の反射率が３０％以上、めっき中のＣ量が０．０５〜１mass％、めっきの結晶粒径が０．１〜１μｍ、めっきの（１０１）面の配向指数が２．０以下の電気光沢Ｓｎめっきを施すことで、ウィスカーの発生を抑えるようにしている。
【特許文献１】特開２００２−２６６０９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ウィスカーには、Ｓｎめっき中の金属間化合物層の成長に伴う体積膨張に起因する、いわゆる自然発生型ウィスカーと、例えば端子とコネクタとの機械的接合（はめ込み、押し付け、挿入、かしめ等）に起因する、いわゆる外部応力型ウィスカーの２種類が知られており、前記特許文献１の発明では、自然発生型ウィスカーに対しては発生を抑える効果はあるが、発生メカニズムの異なる外部応力型ウィスカーに対しては発生を抑える効果は得られない。
【０００７】
本願発明者らの研究により、外部応力型ウィスカーは以下のようなメカニズムで発生することが分かった。即ち、例えば端子をコネクタに挿入する機械的接合によって端子の表面層に外部応力が加わると、この外部応力により誘起された圧縮応力により凹凸状の金属間化合物層の谷部に押し込められたＳｎ原子が、この凹凸の勾配に沿うように拡散し、アモルファス状態の酸化膜（ＳｎＯｘ）の割れやピンホールから単結晶の形で成長することによりウィスカーが発生する。
【０００８】
そこで、本発明は、Ｓｎめっき処理を施した場合でも自然発生型ウィスカーおよび外部応力型ウィスカーの発生を抑えることができる電気接点部材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】
【０００９】
前記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、前記めっき膜中に、内部応力の緩和とＳｎ原子を析出させる、マトリックス金属と異なる物質により形成された空洞部を分散させたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、前記めっき膜中に、内部応力の緩和とＳｎ原子を析出させる、マトリックス金属と異なる物質により形成された粒子を分散させたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、前記物質が気体であることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、前記物質が高分子材であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、めっき膜中に、内部応力の緩和とＳｎ原子を析出させるマトリックス金属と異なる物質により形成された空洞部または粒子を分散させたことにより、金属間化合物層に起因する圧縮応力あるいは外部応力に起因する圧縮応力を緩和し、更に、外部応力により誘起された圧縮応力により金属間化合物層からＳｎ原子が拡散した場合でもこの拡散したＳｎ原子の特定誘導路の回避が可能となる。従って、自然発生型ウィスカーおよび外部応力型ウィスカーの発生を良好に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。図１は、本発明に係る電気接点部材としてのＦＦＣ（フレキシブルフラットケーブル）の端子近傍を示す平面図、図２は、ＦＦＣの端子を示す断面図である。
【００１５】
図１に示すように、このＦＦＣ１の端部には、プリント配線基板側のコネクタ（不図示）に挿入される細帯状の端子２が所定の間隔で複数配置されている。図２に示すように、このＦＦＣの端子２は、金属基体３の上にめっき等によって中間層４を設け、更にこの中間層４の上にＳｎあるいはＳｎ系合金（Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｚｎなどのマトリックス金属）めっきで形成された表面層５が積層されるようにして構成されている。中間層４は、微小な空洞部（以下、ボイド（空孔）やクラックも含むものとする）を分散させたＳｎあるいはＳｎ系合金めっき、あるいは軟質微粒子を含む共析めっきによって形成されている。
【００１６】
金属基体３は、Ｃｕ、Ｆｅ、Ａｌなどの金属あるいはこれらの合金によって形成されている。なお、金属基体３と中間層４、および中間層４と表面層５の各界面近傍は、相互の電子が拡散状態にあるので明瞭な界面はない。
【００１７】
中間層４は、めっきによりＳｎあるいはＳｎ合金を主体として作製され、また、この中間層４中にはマトリックス金属と異なる物質により形成された複数の軟質の微小粒子４ａや微細な空洞部（図４参照）が分散されている。軟質の微小粒子４ａを形成する物質としては高分子材を用いることができ、微細な空洞部を形成する物質としては気体を用いることができる。なお、軟質の微小粒子４ａを形成する高分子材は、端子２全体の電気伝導率を確保できるものである。
【００１８】
図３は、端子２の金属基体３、中間層４、表面層５における、表面からの距離（厚さ方向）に対する硬度の分布を示した図である。この図に示すように、中間層４よりも金属基体３の硬度の方が大きい。中間層４は、本実施形態では硬度分布Ａ１あるいは硬度分布Ａ２のような厚さ方向の分布を有している。
すなわち、従来は、横軸を硬度、縦軸を表面からの距離として、Ａ−Ｂ−Ｃ１−Ｄ−Ｅのような硬度分布を示すが、この発明の実施の形態では、Ａ−Ｂ−Ｃ２−Ｄ−Ｅ又はＡ−Ｂ−Ｃ３−Ｄ−Ｅのような硬度分布を示す。
【００１９】
硬度分布Ａ１を有するような中間層４としては、ポリスチレンやポリアクリルなどの高分子材料全般が採用可能である。硬度分布Ａ２を有する中間層４は、表面層５と略同じ値の硬度を有し、硬度分布Ａ２の凹凸部分に微細な空洞部（ボイドやクラックなども含む）を有している。この凹凸部分（空洞部）では中間層４の周囲に比べて変形し易い。
【００２０】
図４に示すように、端子２ａの中間層４には、例えば前記したような微細な空洞部６を有している。中間層４の空洞部６は、その周囲よりも柔らかく、かつ密度が小さい。このため、図５に示すように、端子２ａをコネクタに挿入する機械的接合によって端子２ａの表面層５に外部応力Ｆが加わると、この外部応力Ｆは中間層４の空洞部６で緩和される。また、金属基体３と中間層４の界面の金属間化合物層の成長に伴う体積膨張による内部応力も中間層４の空洞部６で緩和される。
【００２１】
更に、前記した外部応力型ウィスカーの発生メカニズムで述べたように、外部応力Ｆにより誘起された圧縮応力により凹凸状の金属間化合物層の谷部に押し込められたＳｎ原子が、この凹凸の勾配に沿うように拡散し、アモルファス状態の酸化膜（ＳｎＯｘ）の割れやピンホールから単結晶の形で成長する前に、この拡散したＳｎ原子を空洞部６内に閉じ込められる。これらにより、自然発生型ウィスカーおよび外部応力型ウィスカーの発生を良好に抑えることができる。
【００２２】
（実施例１）
図６は、実施例１に係る電気接点部材としてのＦＦＣの端子２ｂを示す断面図である。本実施例では、ポーラスめっきによって金属基体３の上に中間層４を作製した。
【００２３】
本実施例におけるポーラスめっきは、ラウリル硫酸ナトリウムなどのアンチピット剤をめっき用電解液に添加せず、逆にエチレングリコールやプロピレングリコールなど２価以下の低級アルコールを所要量添加する。これにより、電解液の高い金属濃度の環境下でアルコール分子が凝集した粒子が金属基体３に付着することで、複数のクラック７（空洞部）を有する中間層４が作製される。また、別の方法としては予め金属基体の表面に樹脂などの疎水性の微粒子を班状に配することで、導電部と絶縁部との境界部で過電圧が生じて微細な水素ガスの泡を多数発生させて、これらの泡を取り込むようにＳｎあるいはＳｎ系合金めっきにより析出することで、複数の気泡を有する応力緩和層を作製することができる。
【００２４】
この場合、高い表面張力を得るために、ギ酸、酢酸、アクリル酸等の界面活性剤が使用できる。なお、めっき液組成は、硫酸第一すず５０〜１００ｇ／Ｌと硫酸１４０ｇ／Ｌを混合し、所望の界面活性剤を適宜添加した。また、電析条件は、温度３５℃、電流密度２〜１０Ａ／ｄｍ２とした。
【００２５】
（実施例２）
図７は、実施例２に係る電気接点部材としてのＦＦＣの端子２ｃを示す断面図である。本実施例では、ナノバブルを含むめっきによって金属基体３の上に中間層４を作製した。
【００２６】
本実施例では、直径１００〜５００ｎｍのナノバブル８（空洞部）を中間層４中に取り込ませた例であり、第１のめっき浴槽と第２のめっき浴槽の２段で行った。本実施例では、第１ステップとして、第１のめっき浴槽にて直径１０〜３０μｍのマイクロバブル（微細気泡）を気液２相流体に十分な旋回速度（２００ｒｐｓ）を与える。遠心分離作用により周囲に液体が広がり、この旋回する気体空洞部に切断粉砕処理を施す。
【００２７】
そして、第２ステップとして超音波方式や超高速流体方式により前記マイクロバブルに物理的な刺激を加えることによって、これを瞬時に断熱圧縮する。得られたナノバブルは気泡径が１００〜５００ｎｍまで縮小するため、気泡表面の電荷密度が上昇し静電的な反発力が発生する。このため、気泡が密集した状態でも各々独立して存在し、大きな気泡に成長しない。
【００２８】
そして、水分子が電離した水酸ラジカル（ＯＨ−）と水素ラジカル（Ｈ＋）が気泡の表面に吸着する。この状態で電場を与えるとナノバブルは金属イオンとともに陰極部に取り込まれる。そして、連続的に第２のめっき浴槽にてＳｎめっきを施すことにより、複数のナノバブル８（空洞部）を有する中間層４が作製される。なお、めっき液組成は、硫酸第一すず５０〜１００ｇ／Ｌと硫酸１４０ｇ／Ｌを混合し、所望の界面活性剤を適宜添加した。また、電析条件は、温度３５℃、電流密度２〜１０Ａ／ｄｍ２とした。
【００２９】
（実施例３）
図８（ａ）は、実施例３に係る電気接点部材としてのＦＦＣの端子２ｄを示す断面図、図８（ｂ）は、中間層４を示す一部拡大図である。本実施例では、軟質の微小微粒子を含むＳｎ共析めっきによって金属基体３の上に応力緩和層４を作製した。
【００３０】
ポリエチレンやポリスチレン、ポリアミドなどの高分子材からなる軟質の微小粒子は、所定の界面活性剤に分散させてＳｎめっき液に分散させてもよく、あるいは予め微小粒子の表面に活性化処理を施して、錯体金属イオン中で金属被膜処理を行った粒子を使用してもよい。これらの微小粒子に正電荷を与えておけば、容易にＳｎ共析めっきを行うことができる。
【００３１】
界面活性剤として、ステアリルトリメチルアンモニウムクロライドの２８％水溶液やポリジアリルジメチルアンモニムクロライドの２０％水溶液を使用し、直径０．０５〜０．１μｍのポリアミド微粒子を重量（％）１０〜７０ｇ／ＬでＳｎめっき液に分散後、電流密度２〜１０Ａ／ｄｍ２で電析させて中間層層４を作製した。これにより、図８（ｂ）に示すように、微小粒子９の表面に極薄のＳｎ膜１０が被膜される。そして、前記微小粒子を含まないめっき浴槽にてＳｎめっきを施すことにより、中間層４上に表面層５が作製される。
【００３２】
本実施例では、微小粒子９の表面にＳｎ膜１０が被膜されることにより、金属基体３の拡散防止が得られる。これにより、金属基体３と中間層４の界面の金属間化合物層の形成を大幅に抑制することができる。
【００３３】
実施例１〜３においても、前記した自然発生型ウィスカーおよび外部応力型ウィスカーの発生を良好に抑えることができた。
【００３４】
なお、本発明は、前記した端子以外にもコネクタ、スイッチ、リレー、リードフレームなどにの電気接点部材においても同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態に係る電気接点部材としてのＦＦＣの端子近傍を示す平面図。
【図２】本発明の実施形態に係るＦＦＣの端子を示す断面図。
【図３】端子の金属基体、中間層、表面層における、厚さ方向に対する硬度の分布を示した図。
【図４】中間層に空洞部が形成された端子を示す断面図。
【図５】外部応力が加わったときに中間層の空洞部内に拡散したＳｎ原子が閉じ込められている状態を示す図。
【図６】実施例１に係る電気接点部材としてのＦＦＣの端子を示す断面図。
【図７】実施例２に係る電気接点部材としてのＦＦＣの端子を示す断面図。
【図８】（ａ）は、実施例３に係る電気接点部材としてのＦＦＣの端子を示す断面図、（ｂ）は、応力緩和層を示す一部拡大図。
【符号の説明】
【００３６】
１        ＦＦＣ
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ        端子（電気接点部材）
３        金属基体
４        中間層
４ａ、９      微小粒子
５        表面層（めっき膜）
６、８        空洞部
７        クラック
１０      Ｓｎ膜（めっき膜）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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