印刷基板端子用镀锡的铜合金材制造技术

本发明专利技术提供一种镀锡的铜合金材以及由该材料加工而成的印刷基板端子。该镀锡的铜合金材含有２～１２质量％的Ｚｎ以及０．１～１．０质量％的Ｓｎ，并且根据需要而含有合计为０．００５～０．５质量％的Ｎｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｐ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｂｅ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ａｌ以及Ａｇ中的一种以上，其余部分由铜以及不可避免的杂质所构成，并且该镀锡的铜合金材具有１５０～２６０Ｗ／（ｍ.Ｋ）的热导率以及１２０～２１５的显微维氏硬度，并且表面由平均厚度为０．１～２．０μｍ的纯Ｓｎ相所覆盖；该印刷基板端子是通过对该合金材进行冲压加工而得，并且基板安装部的厚度（ｔ）为０．２～１．０ｍｍ、基板安装部的宽度（ｗ）为０．９ｔ～２．０ｔｍｍ，该印刷基板端子是引脚状构件，从冲压断裂面上露出铜合金母材，并且具有优异的焊接安装性，即使在冲压加工之前进行镀敷处理也可以获得优异的安装性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种镀锡的铜合金材以及由该镀锡的铜合金材制成的印 刷基板端子，所述镀锡的铜合金材可较佳地作为插入印刷基板的贯通孔(through hole)内并且经由浸流焊接步骤利用无铅焊料所安装的印刷基板 端子的材料。
技术介绍
汽车的电子控制单元中装有印刷基板，并且印刷基板上安装有公端 子(male terminal)(以下称作基板端子)(参照图1 (a))。该公端 子通过一端具有母端子(female terminal)的配线(wire harness)而连接 在外部的电子机器等上。印刷基板端子，插入至印刷基板的贯通孔内，通过实施助焊剂(flux) 涂布、预热、流体焊接(flow soldering)、冷却、清洗的步骤而焊接安 装在印刷基板上。以往，作为基板端子用的材料，是使用黄铜(C2600或者C2680) 的镀锡条。S口，对宽度为300 800 mm的黄铜宽幅材以连续生产线进行 镀锡，然后分割成较细的条。由该条通过连续冲压而冲压成引脚(pin)， 将引脚插入树脂的外罩(housing)而作为连接器。然而，该步骤中所制 造的基板端子的冲压断裂面上并未附着镀锡。近年来，从地球环保的观点出发，将端子安装在基板上时使用的焊 料，从以往的Sn-Pb焊料替换为Sn-Ag系、Sn-Cu系、Sn-Zn系、Sn-Bi系等无铅焊料。就以往的Sn-Pb焊料而言，即使是冲压断裂面上未附着 有镀锡的黄铜端子，也可以顺利地进行焊接安装。然而，在Sn-Pb焊料 被无铅焊料取代后，会经常发生基底为黄铜的冲压断裂面不沾焊料而使 焊料无法在贯通孔内沾附上升的安装问题。其原因在于，从冲压成端子到安装在基板上的期间内，基底为黄铜的冲压断裂面受氧化而在断裂面表面生成富含Zn的氧化膜。 一般而言， 所生成的富含Zn的氧化膜比较稳定，因此即便浸渍于助焊剂中溶解后仍 会残留，与焊料的润湿性较差从而对焊料具有不沾性。由于以往的Sn-Pb 焊料是共晶成分，因此，对于流体焊接温度(约250°C)而言，熔点为 187'C算极低。因此，即便存在富含Zn的氧化膜，如果使用Sn-Pb焊料， 则在贯通孔内也会良好地产生焊料的沾附上升。另一方面，因无铅焊料 的熔点较高、为22(TC左右，因此，无铅焊料被富含Zn的氧化膜所排斥， 而无法充分地沾附上升(参照非专利文献l)。作为所述安装不良的对策，采用不是对冲压加工前的黄铜宽幅材， 而是对冲压加工后的的引脚进行镀锡的步骤(以下，称作后镀敷步骤)。 即，将黄铜宽幅材分割为细条后，通过连续冲压而冲压成引脚后，以连 续生产线进行镀锡的步骤。在该情况下，因冲压断裂面被镀锡覆盖，因 此，可避免富含Zn的氧化膜排斥焊料的问题。然而，由于对细条实施镀 锡，与对宽幅材实施镀敷的以往的步骤(以下，称作前镀敷步骤)相比， 镀敷的生产效率极差，并且制造成本极高。作为有关基板端子的上述以外的动向而言，正趋向于端子剖面积的 小型化和高密度安装。其结果，由于电流流动时的焦耳热会増大端子温 度的上升。作为温度上升的对策，有效的是使用散热性亦即热导率较高 的材料。以上，虽然是以汽车的电子控制单元的印刷基板为例进行了说明， 但对于除此之外的印刷基板也相同。:末次憲一郎詳説鉛7 U—ii&e付e技術、工業 調查会(2004) 、 p152 (末次宪一郎细说无铅焊接技术，工业调查会 (2004) p152)
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有优异的使用无铅焊料的安装性的印刷 基板端子及其材料。更具体地说，是提供一种镀锡的铜合金材，以及对 该材料进行加工而得到的具有良好的安装性的印刷基板端子，所述镀锡的铜合金材利用前镀敷步骤即使以低成本制造也可以获得充分的安装 性、并且具备良好的焊料润湿性、电气特性、强度以及弯曲加工性。本专利技术者等人，通过减少黄铜中的Zn的量，并且添加少量的Sn而 调整制造条件，进而实施适当条件的镀锡，从而开发出同时具备良好的 焊料润湿性、电气特性、强度以及弯曲加工性的材料，可较佳地用作基 板端子材料。即，本专利技术提供了下述铜合金材。(1) 一种镀锡的铜合金材，用于印刷基板端子，其特征在于含有2 12质量％的Zn以及0.1 1.0质量％的Sn，其余部分由铜以及不可避 免的杂质所构成，并且具有150 260 W/(m'K)的热导率以及120 215 的显微维氏硬度(microVicker，s hardness),且表面由平均厚度为0.1 2.0 pm的纯Sn相所覆盖。(2) —种镀锡的铜合金材，用于印刷基板端子，其特征在于含有 2 12质量％的Zn以及0.1 1.0质量％的Sn，并且含有合计为0.005 0.5质量％的Ni、 Mg、 Fe、 P、 Mn、 Co、 Be、 Ti、 Cr、 Zr、 Al以及Ag 中的一种以上，其余部分由铜以及不可避免的杂质所构成，并且具有 150 260 W/(m.K)的热导率以及120 215的显微维氏硬度，且表面由平 均厚度为0.1 2.0 nm的纯Sn相所覆盖。(3) —种印刷基板端子，其特征在于是一种由所述(1) (2) 的镀锡的铜合金条经冲压加工而成，并且从冲压断裂面露出铜合金母材 的引脚状构件，基板安装部的厚度(t)为0.2 1.0 mm，基板安装部的 宽度(w)为0.9t 2.0tmm (w/t=0.9 2.0)。(4) 根据(3)所述的印刷基板端子，所述印刷基板端子暴露在相 对湿度85%、温度85。C的环境下24小时后，以2 mm的深度浸渍在250°C 的无铅焊料内10秒，此时冲压断裂面上附着有焊料部分的面积相对于浸 渍于焊料中的部分的面积超过105%。因此，能以低成本提供一种镀锡的铜合金材，以及由该材料制造的 安装性优异的印刷基板端子，所述镀锡的铜合金材可较佳地作为插入印 刷基板的贯通孔内并且经过浸流焊接步骤利用无铅焊料安装的印刷配线 基板端子的材料。附图说明图1是表示将公端子安装在印刷基板上而对基板安装性进行评估的 判断标准的模式图。具体实施例方式(1) 合金的特性本专利技术的铜合金的热导率为150 260 W/(nrK)。如果热导率超过260 W/(nvK)，则当向基板进行焊接安装时焊料经由端子所散发出的热量会增 加，而使焊料无法充分地在贯通孔中沾附上升。另一方面，若热导率不 到150W/(nrK),则端子上有电流流动时的温度上升幅度变大，而无法作 为中、大电流用连接器使用。本专利技术的铜合金的显微维氏硬度(以下，称作硬度)为120 215。 当硬度不到120时，则作为基板端子的强度会不足，并且会产生当插拔 于母连接器时端子发生变形等问题。若硬度超过215，则由于弯曲加工会 产生裂缝。(2) 合金成分本专利技术的铜合金，是以Zn和Sn作为基本成分，通过两种元素的作 用而发挥特性。Zn的浓度范围为2 12质量％, Sn的浓度范围为0.1 1.0质量％。如果Zn不到2%，则硬度会不足，并且由于Sn的浓度，热导率会 超过260 W/(m《)。如果Zn超过12W，则氧化膜的成分中会富含Zn，焊 料无法填充在贯通孔内导致安装性较差，而且导致热导率小于150 W/(m.K)。Sn具有促进压延时的加工硬化的作用。若Sn不至ljO."/。，则硬度会 不足，并且由于Zn的浓度，热导率会超过260本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镀锡的铜合金材，用于印刷基板端子，其特征在于：含有２～１２质量％的Ｚｎ以及０．１～１．０质量％的Ｓｎ，其余部分由铜以及不可避免的杂质所构成，并且具有１５０～２６０Ｗ／（ｍ.Ｋ）的热导率以及１２０～２１５的显微维氏硬度，且表面由平均厚度为０．１～２．０μｍ的纯Ｓｎ相所覆盖。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：波多野隆绍，小池健志，
申请(专利权)人：日矿金属株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]