(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
亜鉛、錫及びマグネシウムの１種又は２種以上を合計で０．５〜３７％含み、かつ強度４００Ｎ／ｍｍ2以上を有する銅合金からなる基材の表面に、コバルトを０．０１〜５％含むニッケル合金めっきが０．５〜５μｍの厚さで施され、ワイヤボンディング部の表面粗さがＲmaxで１．０μｍ以下、表面光沢が鏡面反射率で３０％以上であり、さらに、外装接合部分に厚さ１．４μｍ以下の錫又は錫合金めっきが施されていることを特徴とするワイヤボンディング用ピン端子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車電子制御ユニットなどのワイヤボンディングで配線される電装品において、良好なワイヤボンディング性と接合部の信頼性を要求される銅合金製端子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子制御ユニットは自動車の室内に配置され、車特有の熱や振動、環境の厳しさから保護されていた。しかし、自動車の電装化の進展と居住性の向上に伴い、電子制御ユニットは、エンジンルームまたは車体下部に配置されるようになった。さらに、電子制御装置に要求される機能が増加し、端子の小型化とともに制御配線の増加が進んでいる。
現在、端子には銅合金に直接、または下地に銅めっきを施した後に錫めっきをおこなっているが、配置環境の悪化や要求機能の増加による信頼性の低下が問題となっていた。
【０００３】
端子の信頼性を向上させる目的で、銅合金と錫めっきの間にニッケルめっきを行うことが特公平１−４８３５５号公報に記載されている。しかし、これはニッケルめっき厚みが０．１μｍ以下であり、亜鉛やマグネシウムなどを含む強度４００Ｎ／ｍｍ2以上の銅合金に適用すると拡散を抑える効果が不十分であった。またニッケルめっきが薄いと表面の鏡面反射率を高くするのが難しく、電子制御ユニットの制御回路と端子をアルミニウム線で接続する場合にワイヤボンディング性が悪くなる。
【０００４】
また、亜鉛を含む銅合金の高温使用での接触抵抗を低くおさえ、電気接続の信頼性を保つことが特開平８−７９６０号公報に記載されている。そこではニッケルめっきの厚みが０．１〜５μｍと規定されているが、錫めっき厚みが厚く（実施例で約１．５μｍ）、ニッケルと錫の厚い合金層ができるという問題があった。また、アルミニウム線のワイヤボンディング性や、樹脂モールドの際の樹脂密着性については全く検討されていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、電子制御ユニット用端子の接続にアルミニウム線が用いられるようになり、端子表面の改善が重要課題となっている。従って、本発明は、配置環境の悪化による腐食や振動に強い端子を提供するとともに、良好なワイヤボンディング性を有し、かつ、高温環境下での信頼性に優れる銅合金製ピン端子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るワイヤボンディング用ピン端子は、亜鉛、錫及びマグネシウムの１種又は２種以上を合計で０．５〜３７％含み、かつ強度４００Ｎ／ｍｍ2以上を有する銅合金からなる基材の表面に、コバルトを０．０１〜５％含むニッケル合金めっきが０．５〜５μｍの厚さで施され、ワイヤボンディング部の表面粗さがＲmaxで１．０μｍ以下、表面光沢が鏡面反射率で３０％以上であり、さらに、外装接合部分に厚さ１．４μｍ以下の錫又は錫合金めっきが施されていることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るピン端子について詳細に説明する。なお、図１及び図２は本発明に係るピン端子の概略図であり、銅又は銅合金製のピン端子基材１にニッケル合金めっき２が施され、その外装接合部分に錫又は錫合金めっき３が施されている。４はピン端子のニッケル合金めっき上にボンディングされたアルミニウム（アルミニウム合金を含む意味で用いている）線である。
【０００８】
本発明に係るピン端子において、基材１として亜鉛、錫又はマグネシウムの１種又は２種以上を合計で０．５〜３７％含み、かつ強度（引張強さ）４００Ｎ／ｍｍ2以上の銅合金を用いるのは、自動車の電装化及び電気自動車などの進展にともない配線回路の多ピン化と小型化が進むなかで、強度が高く振動に強いピン端子を安定的に得るために必要なためである。
亜鉛、錫又はマグネシウムの含有量を合計で０．５％以上とすることで、高温環境下で使用された場合に優れた応力緩和特性を得るとともに、亜鉛やマグネシウムは合金層成長時のボイド防止効果を得ることができ、めっき皮膜やはんだの剥離を防止できる。一方、これらの元素が合計で３７％を超えると、銅合金の金属組織が不均一になり、最終仕上げ表面を欠陥なく仕上げることが難しくなるとともに、生産性が低下する。なお、亜鉛は０．０１〜３６％の範囲、錫は０．０１〜１０％の範囲、マグネシウムは０．０１〜１０％の範囲とすることが好ましい。
【０００９】
銅合金が亜鉛、錫又はマグネシウムを含有する場合、これらの元素は銅中の拡散速度が早いため、高温環境下に長時間保持したとき表面で濃縮し、外装接合部での接触抵抗を大きくし耐食性を低下させるという問題がある。これを防止するため、本発明に係るピン端子では、基材表面にコバルトを０．０１〜５％含むニッケル合金めっき２を施している。
コバルト含有量を０．０１〜５％としたのは、０．０１％以下では上記の元素の拡散を抑制する効果が少なく、５％を越えるとニッケルめっきの加工性が低下する。つまり、０．０１〜５％の範囲が総合的に優れている。好ましくは０．１〜１％の範囲である。
また、ニッケル合金めっきの厚さを０．５〜５μｍとしたのは、０．５μｍ以下では前記元素の拡散を抑制する効果が少なく、５μｍを越えるとニッケル合金めっきの加工性が低下するためである。加工性が低下するとニッケル合金めっき層の応力付加部（製造工程における曲げ加工部）に割れが発生し、亜鉛やマグネシウムが拡散しやすくなり、高温環境下での信頼性が低下する。Ｎｉ合金めっきの厚さは１．５〜３μｍの範囲が特に好適である。
【００１０】
本発明に係るピン端子において、ニッケル合金めっきの表面状態を規定したのは、ワイヤボンディングの信頼性を向上させるためである。なお、従来のピン端子にはワイヤボンディング部がなかったため、表面の状態は制御されていなかった。
上記ニッケル合金めっき皮膜にアルミニウム線４の接合を行う場合、最適な表面処理状態は接合時にかける荷重や超音波の強さ、種類により異なるが、その表面粗さとしてはＲmaxで１．０μｍ以下が望ましい。これは、Ｒmaxで１．０μｍを越えると端子表面とワイヤの間に空間部分ができ、高温環境下でワイヤの接合強度の低下が発生するためである。
【００１１】
さらに、ワイヤボンディング性は表面粗さのみでなく、表面粗さの数値には表れないニッケル合金めっき表面の光沢の影響を受ける。表面光沢は銅合金製素材製造時の表面仕上げ状態とともにニッケル合金めっき時の添加剤の種類と濃度、めっき条件によって変わる。表面光沢が鏡面反射率で３０％より低くなると、めっき粒子が粗いためにワイヤボンディングがしにくくなり、生産性が低下する。また、アルミニウム線の耐食性を上げるため、アルミニウム線に微量のニッケルやマグネシウムやシリコンを添加する場合もあるが、このようにアルミニウム線を合金にすると、最適なワイヤ接合条件範囲が狭くなる（合金化するとアルミニウム線が硬くなり、接合時に最適な変形量を得るためには超音波や荷重を高くかける必要があり、そうすると線が切れやすくなるため短時間で行う必要がある）ため、端子表面の制御はさらに重要である。
なお、本発明に係るピン端子において、良好なワイヤボンディング性を得るには、ニッケルめっきの表面に長さ１００μｍ以上の欠陥（ピンホール）は３個／ｃｍ2以下が望ましい。また、面積０．０１ｍｍ2以上の欠陥はないことが望ましい。
【００１２】
錫又は錫合金めっき３は、ピン端子の樹脂（ワイヤボンディングされた部分は樹脂によって封止される）から露出している端子部分の耐食性を向上させ、また端子部分（外装接合部）の電気的信頼性の向上のため、具体的には端子部分の酸化が進んで電気接触抵抗が高くなったり、端子のかん合力が低下するのを防止するために施される。錫又は錫合金めっきを施すことにより、塩水や亜硫酸ガスに対する耐食性も向上する。
ここで、錫又は錫合金めっき厚みを１．４μｍ以下としたのは、１．４μｍを越えても特性の向上が少ないとともに、高温環境下で長時間保持されニッケルと錫の合金層が厚く成長したとき、合金層部分での強度低下が発生するためである。望ましくは０．１μｍ以上である。なお、多ピン化により挿抜力を低く設定する場合は、錫又は錫合金めっきの厚みを０．８μｍ以下にすることが望ましい。また、錫又は錫合金めっきは、加熱によりニッケルと強制的に合金化させても良い。
【００１３】
錫合金めっきとしては、Ｓｎ−Ｐｂ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｓｂ、Ｓｎ−Ｚｎ合金めっきなどが行われる。また、ＢｉやＩｎを添加し、融点を低くした錫合金めっきを用いてもよい。Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ合金やＳｎ−Ａｇ−Ｚｎ−Ｂｉ合金などの多元合金でもかまわない。ただし、錫中の添加元素の量は信頼性の点より合計で２５％以下が望ましい。
コストダウンの目的で外装接合部の錫又は錫合金めっきを製品組み立後に浸漬被覆で行ってもかまわない。
【００１４】
樹脂密着性は樹脂の種類により特性が異なる。樹脂と金属酸化物はイオン結合、水素結合、双曲子の配向によって結合する。樹脂が酸性の場合にはコバルトやニッケルの酸化物表面が良く、樹脂が塩基性の場合には錫の酸化物表面の方が結合強度は高い。従って、樹脂に合わせて錫めっきエリアを制御することが望ましい。そして、樹脂は金属の酸化物と結合するため、樹脂密着性を向上させる目的で樹脂封止前に加熱処理を施すことが望ましい。また、加熱処理は加工時の応力を緩和させるとともに、錫めっきの合金化促進などの作用がある。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。表１に示す厚さ０．４ｍｍの銅合金（基材）の表面にＮｉ合金めっきを施し、９０度曲げ加工し、さらに外装接合部のみに錫めっきを施して、ワイヤボンディング用ピン端子を作成した。各々の基材強度、Ｎｉ合金めっきのＣｏ含有量とめっき厚、ワイヤボンディング部の表面粗さ（Ｒmax）と表面光沢（鏡面反射率）、外装接合部の錫めっき厚を表２に示す。
【００１６】
【表１】
0003810205.tif 000002
【００１７】
【表２】
0003810205.tif 000003
【００１８】
なお、各特性値の試験方法は次の通りである。
基材強度・・・・ＪＩＳ５号試験片を用いＪＩＳＺ２２４１に基づいて引張試験を行い、引張強さを求めてこれを基材強度とした。
表面粗さ（Ｒmax）・・・・接触式表面粗さ計を用いＪＩＳＢ０６００１に基づいて求めた。
表面光沢（鏡面反射率）・・・・ＪＩＳＺ８７４１に準じ、４５度で光束を入射し、鏡面反射において反射光束の入射光束に対する比を測定した。
【００１９】
このワイヤボンディングピン端子について、下記要領でワイヤボンディング性（加熱経時試験後の接合強度）及びＮｉ合金めっきの加熱経時試験後の信頼性（めっき皮膜の割れ、剥離、変色）を評価した。その結果を表２に併せて示す。
ワイヤボンディング性・・・・ワイヤボンディングピン端子に対し２００μｍのアルミニウム線を荷重２５０ｇ、接合時間１００ｍｓで、大気中にて超音波出力を５．５〜６．５Ｗとしてワイヤボンディングを行った。その後、１７５℃で１０００時間保持後に各２０〜３０個ずつワイヤプル試験を行い、ワイヤ破断率１００％を○（良好）とし、接合界面で剥離が起こりワイヤ破断率が１００％とならなかったものは×（不良）と評価した。
ニッケルめっきの信頼性試験・・・・ワイヤボンディングピン端子を同じく１７５℃で１０００時間保持した後、その外観とめっき密着性を評価した。外観変色がなく、９０度曲げ試験（曲げ半径０．５ｍｍ）後にめっき皮膜の割れや剥離がないものを○（良好）とし、変色が認められたり、曲げ部に割れや剥離が発生したものは×（不良）と評価した。
【００２０】
表２の結果をみると、本発明に規定する要件の全てを満たすＮｏ．１〜４は、いずれもワイヤボンディング性及び加熱経時試験後の信頼性に優れている。
一方、本発明に規定する要件のいずれかを満たさないＮｏ．５〜９は、ワイヤボンディング性及び／又は加熱経時試験後の信頼性が劣っている。具体的には、Ｎｏ．５は、亜鉛含有量が多いため金属組織の均一化が難しく、生産性が悪いととともに表面粗さの低減や光沢処理が難しいという問題があるためか、ワイヤボンディング性が劣っていた。また、加熱経時後の曲げ試験により曲げ加工部のＮｉ合金めっき皮膜に割れが発生した。Ｎｏ．６は、ニッケルめっきがコバルトを含有しないため銅や錫の拡散が早く、加熱試験後にワイヤ接合部の強度が低下しておりワイヤボンディング性が悪かった。Ｎｏ．７は、銅合金基材の強度が弱く、また、加熱経時後の曲げ試験により曲げ加工部のＮｉ合金めっき皮膜に割れが発生した。Ｎｏ．８は、加熱試験後に亜鉛の拡散が表面まできており、ワイヤボンディング性が悪かった。Ｎｏ．９は、表面仕上げ状態が悪く、ワイヤボンディング性が劣る。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、十分な強度をもち、加熱試験後のニッケルめっきの信頼性に優れ、ワイヤボンディング性が良好で、外観の変化が少なく、耐食性に優れ、電気的特性の安定したワイヤボンディング用ピン端子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るピン端子をアルミニウム線によりワイヤボンディングした電子制御装置の概略図である。
【図２】  本発明に係るピン端子の断面構造の概略図である。
【符号の説明】
１  銅合金製ピン端子
２  ニッケル合金めっき層
３  錫又は錫合金めっき層
４  アルミニウム線
【図１】
0003810205.tif 000004
【図２】
0003810205.tif 000005