2014 Fiscal Year Research-status Report
自動車端子・コネクタ向けの次世代高信頼性超高耐熱Sn/Ag多層めっきの創製
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25420769
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| Research Institution | Iwate University |
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Principal Investigator |
呉 松竹 岩手大学, 工学部, 准教授 (30633573)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 車載端子・コネクタ / スズ・銀多層めっき / 耐熱性 / 電気接触抵抗 / LED反射材 / 耐食性 / 耐摩耗性 / 電気めっき |
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| Outline of Annual Research Achievements |
自動車電装化の進展および電気自動車の普及とともに、様々な電子制御機器に繋がっている端子・コネクタの材料に対して、高い電気接続信頼性を保証するために耐熱性や耐摩耗性、耐食性などの要求が年々高まっている。
本研究では、高価な貴金属めっきに代わる次世代超高耐熱めっき材を目指し、車載端子コネクタ部品用の新規なSn/Ag系多層めっきを開発した。すなわち、工業プロセスで製造された銅合金素材上へのリフローSnめっきを基材とし、AgめっきとSnめっきを精密に制御することによりSnの表面に厚さ20-600 nmのAg-Ag3Sn合金膜を被覆し、様々の層構造を有するナノ積層型Sn/Ag3Sn/Ag系多層めっきを作製することができた。また、車載端子用途およびLED反射材用途の使用環境に想定し、各種めっき仕様の熱安定性や、耐硫化性、光反射性、硬度と表面耐傷性などを評価し、そのメカニズムの解明を試みた。
その結果として、Sn/Ag3Sn/Ag系多層めっきは、実装工程に想定した260℃および使用環境に想定した100℃で120 h加速試験において、優れた構造安定性を示すことが確認された。また、Sn/Ag3Sn/Ag系多層めっきは、初期に70-96%(波長450 nm)の高い光反射率を示し、上記の耐熱試験後にも安定な光反射性を保つことが認められた。また、JIS標準に準じて加熱前後のめっき材に対して耐硫化試験および複合環境試験（耐侯性）を行った結果、現行の厚膜Agめっきよりも優れた耐変色性と電気接続性を示すため、貴金属めっき（Ag, Au）に代わる有力な候補めっき材であることが示唆された。さらに、Sn/Ag多層めっきにおけるAg3Sn金属化合物層の存在によりめっき層全体が硬質化になるため、表面耐傷性と耐摩耗性も改善できると期待される。
これにより、Sn/Ag3Sn/Ag系多層めっきは、車載端子・コネクタのほかに、表面実装LED照明デバイスや自動車LED前照灯のリーダーフレーム用のめっき材としても応用できると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
①計画通り、一般車と電気自動車の特殊端子に要求される200℃～260℃の高温環境下での耐熱性評価およびそのメカニズムの解明を行った。
②計画通り、自動車端子・コネクタ向けの耐食性（耐硫化性）と耐候性を評価し、そのメカニズムを解明した。
③計画通り、Sn/Ag多層めっき耐熱性と耐微摺動摩耗性に対するNi下地めっきの影響を調べた。
④計画以上の新しい展開として、自動車前照灯に向けたLEDリーダーフレーム用の高反射性・高耐熱性Sn/Ag3Sn/Ag系多層めっきを開発した。また、LEDパッケジの組立て工程および使用環境に想定した工程耐熱性および長期耐熱性、耐変色性と耐候性などを評価し、光反射特性対するめっき条件の影響、めっき層の微細構造変化と元素拡散挙動などを調べた。
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| Strategy for Future Research Activity |
①車載小型端子および大電流高速充電コネクタの用途に想定して、実際のメス端子とオス端子の形状を参考にして、曲げ半径を変化した様々な模擬端子を加工し、Sn/Ag多層めっきの耐摩耗性および耐微摺動摩耗性について調べる。
②研究協力先の企業（オートネットワーク研究所）と共同研究を行うことにより、様々の仕様のSn/Ag多層めっきと現行の厚膜Agめっきの耐摩耗性を評価し、そのメカニズムを解明する。
③実際の部品加工を想定して、180度曲げ試験、W曲げ加工試験などによりめっき材の加工性を確認する。
④一般照明器具および自動車LED前照灯に向けた表面実装LEDデバイス用のリーダーフレームめっきとして、光反射特性、耐変色性（耐久性）、熱安定性とワイヤボンディング性などを調査する。
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