特許 7582638 プレスフィットピン、及びプレスフィットピンの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-05

(45)【発行日】2024-11-13

(54)【発明の名称】プレスフィットピン、及びプレスフィットピンの製造方法

(51)【国際特許分類】

   C25D 7/00 20060101AFI20241106BHJP

   C25D 5/12 20060101ALI20241106BHJP

   C25D 5/50 20060101ALI20241106BHJP

【ＦＩ】

C25D7/00 H

C25D5/12

C25D5/50

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2019033519

(22)【出願日】2019-02-27

(65)【公開番号】P2020139177

(43)【公開日】2020-09-03

【審査請求日】2022-02-18

【審判番号】

【審判請求日】2023-06-08

(73)【特許権者】

【識別番号】598166249

【氏名又は名称】株式会社カワイ

(74)【代理人】

【識別番号】100124419

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 敬也

(74)【代理人】

【識別番号】100162293

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷 久生

(72)【発明者】

【氏名】川合 延洋

【合議体】

【審判長】粟野 正明

【審判官】土屋 知久

【審判官】池渕 立

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－２１９３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１３９３４５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

C25D5/12

C25D5/50

C25D7/00

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プレスフィットピンのベース体に二回メッキ処理を行うことによりメッキ層を形成した後、所定の熱処理を行うことにより得られるプレスフィットピンの製造方法であって、
プレスフィットピンのベース体にＮｉ層をメッキする工程と、
前記Ｎｉ層の上にＳｎ層をメッキする工程と、
被膜温度２３２℃～３５０℃で、酸素が存在する雰囲気にて熱処理する工程を備え、
前記熱処理後に前記Ｓｎ層の膜厚が０．０３μｍ～５μｍとなることを特徴とするプレスフィットピンの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、挿入部にバネ性を持たせることによりハンダ付けを行わなくてもＩＣ基板等に対して高い保持力を備えたプレスフィット端子の１形態であるプレスフィットピンに関する。さらに言えば、ベース体表面に多層メッキ層を形成すること、及び熱処理を行うことにより耐摩耗性、及び電気伝導率、抵抗値等の電気的特性に優れたプレスフィットピン、及びプレスフィットピンの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、基板を用いた装置の組立工程では、無ハンダ方式の圧入型の「プレスフィット端子」を採用するケースが増加している。プレスフィット端子では圧入による簡便な方法で搭載することができ、工程の簡素化を図ることができる。ハンダ実装工程が無くなることにより、製造コストの大幅な低減を実現することができるし、ハンダに含まれる鉛等の有害物質を低減することで、環境にも優しい実装方法であると言える。

【0003】

プレスフィット端子の一つの形態であるプレスフィットピンは、その一部に塑性加工により圧入嵌合領域を設けたものであり、該圧入嵌合領域にバネ性（断面形状がＮ型、Ｍ型、Ｈ型、その他）をもたせる加工を施すことにより、ＩＣ基板のスルーホールに圧入するだけで、ハンダ付けを行わなくても基板に対して高い保持力を持つことのできる端子である。プレスフィットピンの耐摩耗性や電気的特性等を向上させる（或いは付加させる）ために、銅系、鉄系、アルミ等のプレスフィットピンを形成するベース材料にＳｎメッキ等を施している。

【0004】

特許文献１には、「外部応力が加わった場合でもウイスカが発生しにくいめっき層を安定して形成することが可能であり、半田付け性に優れる、Ｐｂを含まないＳｎめっき銅基板を提供する（特許文献１：課題）。」ことを課題として「本発明のＳｎめっき銅基板１は、純銅板、銅合金板、又は銅めっきされた金属板のいずれかの金属基板２上に、中間Ｓｎめっき層３ＩＬとＣｕめっき層４とを、この順に積層してなるめっき膜層５を１．５μｍ以上の層厚で少なくとも１膜層以上備えるとともに、このめっき膜層５上に、０．２～１．５μｍの層厚の最外Ｓｎめっき層３ＯＬをめっき膜層５との総厚が３μｍ以上で備え、少なくとも中間Ｓｎめっき層３ＩＬ及び最外Ｓｎめっき層３ＯＬの粒界３ｇ及び粒内３ｃのいずれかに、Ｃｕめっき層４及び金属基板２の少なくとも一方に由来するＣｕを拡散させてなるＳｎ－Ｃｕ合金相６を有する（特許文献１：解決手段）。」Ｓｎめっき銅基板、Ｓｎめっき銅基板の製造方法、およびこれを用いたリードフレームおよびコネクタ端子（発明の名称）が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００９－１４４２１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に係るＳｎめっき銅基板、Ｓｎめっき銅基板の製造方法、およびこれを用いたリードフレームおよびコネクタ端子（特許文献１：発明の名称）は、半導体のリードフレームや電子部品のコネクタ端子に使用されるＳｎメッキ銅基板に関する技術である。具体的には銅合金板等の金属基板上にＳｎメッキ層とＣｕメッキ層を、この順に積層し、さらに最外層にＳｎメッキ層を積層する技術である。特許文献１の図１から解るようにメッキ表面が凸凹状になっており、局部的にばらつきがあるため、使用用途が端子であることを鑑みるに、接点表面に凸凹があることで、接点部分のみに集中的に接触抵抗が生じてしまうことになり精密な電子部品としての使用を考慮すると電気的特性が安定しないし、最外層にＳｎメッキ層が形成されており金属である以上、耐摩耗性において材料特性による限界があるため（耐摩耗性において）十分であるとは言えないものである。

【0007】

本発明の目的は、表面がフラットであることより電気的特性が安定しており（接点表面に凸凹があると接点部分のみに集中的に接触抵抗が生じてしまう）さらに、耐摩耗性を有することで寸法安定性（寸法再現性を含めて）を備えたプレスフィットピンを提供することにある。さらに言えば、リフロー炉内に窒素等を流すことなく熱処理することができるため、生産コストを抑えることができるプレスフィットピンを提供することになる。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、請求項１に記載された発明は、プレスフィットピンのベース体に二回メッキ処理を行うことによりメッキ層を形成した後、所定の熱処理を行うことにより得られるプレスフィットピンの製造方法であって、プレスフィットピンのベース体にＮｉ層をメッキする工程と、前記Ｎｉ層の上にＳｎ層をメッキする工程と、被膜温度２３２℃～３５０℃で、酸素が存在する雰囲気にて熱処理する工程を備え、前記熱処理後に前記Ｓｎ層の膜厚が０．０３μｍ～５μｍとなるプレスフィットピンの製造方法であることを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0012】

本発明に係るプレスフィットピンは、プレスフィットピンのベース体に多層メッキを施した後、所定の熱処理することにより得られるプレスフィットピンである。第１層としてＮｉメッキ層、第２層としてＮｉ－Ｓｎ拡散層、第３層としてＳｎ層、第４層としてＳｎＯ被膜層を備えている。本発明に係るプレスフィットピンは、特許文献１に係るＳｎめっき銅基板、Ｓｎめっき銅基板の製造方法、及びこれを用いたリードフレームおよびコネクタ端子とは異なり表面がフラットなので、局部的な形状のバラツキ（凸凹）が無いので電気的特性が安定している。

【0013】

さらに、第４層としてＳｎＯ層を備えていることより耐摩耗性を有し、寸法安定性に優れている。Ｏ_２リフロー炉にて熱処理をすることで得られるため、Ａｒ，Ｎ_２等の還元性雰囲気での熱処理との比較において安価な熱処理を行うことができると共に、表面が酸化されることにより第４層がＳｎＯ層になることより（Ｓｎ層よりも）耐摩耗性に優れている。プレスフィットピンは、使用時に抜き差しするので、耐摩耗性については特に必要とされるのであるが、度重なる使用によりプレスフィットピンの表面が摩耗したとしても、再度の熱処理により新たにＳｎＯ層を形成することができるので、プレスフィットピンとしての使用用途を考慮して、接触抵抗値に直接関連する特性である寸法安定性における再現性に優れている。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明に係るプレスフィットピン、及びプレスフィットピンの表面における部分断面拡大図（メッキ層構造）である。

【図2】プレスフィットピンの製造工程を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

＜プレスフィットピンの表面メッキ層構造＞
以下、本発明に係るプレスフィットピンの一実施形態について、図１～図２に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係るプレスフィットピン、及びプレスフィットピンの表面における部分断面拡大図（メッキ層構造）である。

【0016】

本発明に係るプレスフィットピン１０は、プレスフィットピン１０のベース体２０にメッキ処理を行った後、所定の熱処理を行うことにより形成されている。プレスフィットピン１０は、図１（部分断面拡大図）に記載したように、ベース体２０上に第１層としてＮｉメッキ層３０、第２層としてＮｉ－Ｓｎ拡散層４０、第３層としてＳｎメッキ層５０、第４層としてＳｎＯ被膜層６０を備えている。尚、本明細書において第１層、第２層、第３層、第４層とは、プレスフィットピンのベース体２０に直接接する側から数えて第１層、第２層、第３層、第４層と定義している。

【0017】

第１層であるＮｉメッキ層３０の膜厚は０．０３μｍ～５μｍであり、第３層であるＳｎメッキ層５０の膜厚は０．０３μｍ～５μｍであることが望ましい。そして、第２層であるＮｉ－Ｓｎ拡散層４０については、存在していれば足り、第４層であるＳｎＯ被膜層６０の膜厚は、８Å（オングストローム）以上であることが望ましい。

【0018】

＜プレスフィットピンの製造工程（メッキ工程、熱処理工程）＞
図２は、本発明に係るプレスフィットピン１０の製造工程を説明するための図である。図２に記載したように、プレスフィットピン１０の製造工程は、メッキ工程と熱処理工程からなる。メッキ工程に使用されるメッキ方法は、プレスフィットピン１０が端子として使用される部品であることより、電解メッキ（電気メッキ）が一般的であるが、無電解メッキ（化学メッキ）であっても良い。さらに言えば、本発明に係るプレスフィットピン１０におけるメッキ方法については、他の如何なるメッキ方法を使用しても良いし、メッキ方法に準ずる方法（例えば、蒸着、スパッタリング等）を使用しても良いことは言うまでも無い。

【0019】

本発明に係るプレスフィットピン１０のメッキ工程は、銅合金等を素材とするプレスフィットピン１０（ベース体２０）に対してメッキ前下地処理を行った後、Ｎｉメッキ処理を行うことで第１層を形成し、その上からＳｎメッキ処理を行う。このＳｎメッキ処理層が熱処理後に第３層となる（図２参照）。

【0020】

本発明に係るプレスフィットピン１０の熱処理工程は、窒素等を流すこと無く（還元性雰囲気中で行うこと無く）、酸素存在下にて熱処理を行うことが特徴である。即ち、コストの掛からないＯ_２リフロー炉（ＡｒやＮ_２存在下にて熱処理をするとその分コストが掛かる）で熱処理を行うことが特徴である。尚、熱処理条件は、酸素存在下にて行うものとし、被膜（メッキ処理層：Ｎｉメッキ層３０、及びＳｎメッキ層５０）温度が２３２℃～３５０℃となる設定温度で行うものとする。

【0021】

熱処理時に形成される第２層であるＮｉ－Ｓｎ拡散層４０は、Ｓｎの融点（２３２℃）以上の被膜（メッキ処理層：Ｎｉメッキ層３０、及びＳｎメッキ層５０）温度になる設定温度で熱処理することにより、Ｓｎ成分が第１層であるＮｉメッキ層３０（Ｎｉの融点は１４５５℃）に拡散していくことにより形成されることになる。第４層であるＳｎＯ被膜６０層は、酸素が十分に存在する雰囲気にて熱処理するので、第３層であるＳｎメッキ層５０の表面が酸化することにより形成されることになる（図２参照）。
＜プレスフィットピンの効果＞

【0022】

メッキ処理の目的は、装飾、防蝕、表面硬化、機能性付与（機械的・電気的・磁気的・光学的特性）等がある。本発明に係るプレスフィットピン１０は、端子部品であり接点部品におけるメッキ被膜として要求される事項として、長期にわたり接触抵抗値が小さく安定していることが必要である。

【0023】

具体的には、接点表面に凹凸ができ、接触部分のみに集中的に接触抵抗が生じないように、メッキ処理された表面が平滑で均一に形成されていること、要するに、メッキ皮膜にピンホールやクラック等が存在すること無く、素地金属（本発明におけるベース体２０）を腐食することで抵抗値を変化させないこと、抜き差し等使用頻度が多くなることで表面が磨耗して接触する面積が変化することに伴い接触抵抗が変化しない硬度、即ち、耐磨耗性が必要であること等である。

【0024】

本発明に係るプレスフィットピン１０は、プレスフィットピン１０のベース体２０に多層メッキを施した後、所定の熱処理することにより得られるプレスフィットピン１０である。第１層としてＮｉメッキ層３０、第２層としてＮｉ－Ｓｎ拡散層４０、第３層としてＳｎメッキ層５０、第４層としてＳｎＯ被膜層６０を備えている。プレスフィットピン１０は、表面がフラット（メッキ処理された表面が平滑で均一に形成されている）なので、局部的なバラツキが無く電気的特性が安定している。

【0025】

プレスフィットピン１０は、第４層としてＳｎＯ被膜層６０を備えている。ＳｎＯ酸化膜は金属であるＳｎよりも固いため耐摩耗性を有しており、繰り返し刺したり抜いたりする使用による摩耗が少なく寸法安定性に優れている。即ち、表面が酸化されることにより第４層がＳｎＯ被膜層６０になることより、金属との比較において耐摩耗性に優れている。そして、度重なる使用によりプレスフィットピン１０の表面が摩耗したとしても、再度の熱処理により新たにＳｎＯ層６０を形成することができるので、抵抗値に直接関連する特性である寸法安定性における再現性に優れている。さらに、プレスフィットピン１０は、酸素が存在する雰囲気にて熱処理を行う（Ｏ_２リフロー炉にて熱処理）ことで得られるため、Ａｒ，Ｎ_２等の還元性雰囲気での熱処理との比較において安価な熱処理を行うことができる。

【0026】

メッキ被膜の導電性については、長期にわたり接触抵抗値が小さく安定していることが求められるのであるが、本発明に係るプレスフィットピン１０は、敢えて、第４層としてＳｎＯ被膜層６０を形成していることに特徴がある。一般的に酸化膜、硫化膜、有機膜等の影響により、メッキ被膜の接触抵抗が大きくなってしまうことは、寧ろ好ましく無いことであると言える。プレスフィットピン１０は第４層としてＳｎＯ被膜層６０を形成することにより、接触抵抗が大きくなる方向に傾くように思われるからである。

【0027】

しかしながら、本発明に係るプレスフィットピン１０は、接触抵抗が大きくなる方向に傾くダメージ分よりもＳｎＯ被膜層６０を形成したことによる耐摩耗性の向上と寸法安定性、さらに言えば寸法再現性（度重なる使用によりプレスフィットピンの表面が摩耗したとしても、再度の熱処理により新たにＳｎＯ層を形成することができる）を考慮することにより、より良い性能を獲得できるとの思想の上に成り立っている。要するに、耐摩耗性を向上させることで（抜き差し等使用頻度が多くなることで）表面が磨耗して接触する面積が変化することに伴い接触抵抗が変化しないことを重視しており、電気的安定性に関して絶妙なバランスを取っていると言える。

【0028】

本発明に係るプレスフィットピン１０は、各メッキ皮膜（第１層から第４層）を均一（クラック、ピンホール、凸凹等が無い）で、製造条件をコントロールすることで正確に各メッキ被膜の厚みをコントロールできることにも特徴がある。この特徴により、硬度が高く耐磨耗性耐食性、さらに、電気的特性にも優れたプレスフィットピン１０を実現することができるようになった。さらに言えば、プレスフィットピンが、本発明におけるベース体としての材料が銅合金以外の材料であっても、及びメッキ層の種類が異なっていたとしても（要するに、Ｎｉ，Ｓｎ以外のメッキ層によって構成されていたとしても）、製造条件をコントロールすることで耐磨耗性耐食性、さらに、電気的特性にも優れたプレスフィットピンを実現することができるようになった。

【0029】

＜プレスフィットピンの変更例＞
本発明に係るプレスフィットピンは、上記した各実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、ベース体、Ｎｉメッキ層、Ｎｉ－Ｓｎ拡散層、Ｓｎメッキ層、ＳｎＯ被膜層等
の構成や熱処理条件等を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。

【産業上の利用可能性】

【0030】

本発明に係るプレスフィットピンは、上記の如く優れた効果を奏するものであるので、挿入部にバネ性を持たせることによりハンダ付けを行わなくてもＩＣ基板等に対して高い保持力を備えたプレスフィット端子の１形態であるプレスフィットピンとして好適に用いることができる。

【符号の説明】

【0031】

１０・・プレスフィットピン
２０・・ベース体
３０・・Ｎｉメッキ層
４０・・Ｎｉ－Ｓｎ拡散層
５０・・Ｓｎメッキ層
６０・・ＳｎＯ被膜層

【図1】

【図2】