JP4856745B2 - フレキシブル基板用導体およびその製造方法並びにフレキシブル基板 - Google Patents
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Description
本発明は、配線用導体及び端末接続部に係り、特に電子機器に使用されるフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）、フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）等のフレキシブル基板に用いる導体およびその製造方法並びにフレキシブル基板に関するものである。
従来、配線材、特に銅や銅合金の表面には、配線材の酸化を防ぐために、Ｓｎ，Ａｇ，ＡｕやＮｉのめっきが施される。
例えば、図２に示すように、コネクタ１１とフレキシブルフラットケーブル（以下、ＦＦＣという）１３の端末接続部においては、コネクタ（コネクタ部材）１１のコネクタピン（金属端子）１２や、ＦＦＣ１３の導体１４の表面などにめっきが施されている。なかでも、Ｓｎはコストが安価であり、軟らかいため嵌合の圧力で容易に変形し、接触面積が増え、接触抵抗が低く抑えられることから、配線材の表面にＳｎめっきを施したものが広く一般的に使用されている。
このＳｎめっき用合金として、従来は、耐ウィスカ性が良好なＳｎ−Ｐｂ合金が用いられてきたが、近年は環境面での対応の観点から、Ｐｂフリー材（非鉛材）、ノンハロゲン材の使用が求められており、配線材に使用される各種材料に対してもＰｂフリー化、ノンハロゲン化が求められている
ＪＥＩＴＡ鉛フリー化完遂緊急提言報告会資料（２００５．２．１７）
ＪＥＩＴＡ鉛フリーはんだ実用化検討２００５年成果報告書（２００５．６）
ところがＳｎめっきのＰｂフリー化に伴って、特にＳｎまたはＳｎ系合金めっきにおいては、図３に示すようにＳｎの針状結晶であるウィスカ２１がめっきから発生し、ウィスカ２１により隣接配線間の短絡事故が問題となっている。
ウィスカの発生原因の一つとして考えられているＳｎめっき中の応力を緩和させるため、電気めっきしたＳｎをリフロー処理することにより、ウィスカの発生を低減させることが可能であるとされている。しかし、そのウィスカ抑制のメカニズムは正確にはわかっていない。また、コネクタとの嵌合など新たな外部応力がかかる場合は、リフロー処理を施してもウィスカの発生を抑えることができない。またＢｉやＡｇなどの合金電解あるいは無電解めっきによりウィスカを抑制することができるが、リフロー処理することにより逆に純Ｓｎのときよりもウィスカが発生してしまうことが報告されている。
電子部品の場合は、部品実装のためリフロー処理が必須となっており、これら合金めっきにも問題がある。
現在のところ有効な対策として１μｍ以下の薄いＳｎめっきを施す方法も開示されているが、特に高温放置時において従来よりも接触抵抗が増大するという問題がある。
以上の事情を考慮して本発明は創案されたものであり、その目的は、特にコネクタとの嵌合など大きな外部応力がかかる環境下においても、導体周囲のＳｎめっき膜表面やはんだからウィスカが発生するおそれの少ない、あるいはほとんど発生せず、高温放置環境においても接触抵抗が増大することのないフレキシブル基板用導体およびその製造方法並びにフレキシブル基板を提供することにある。
上記目的を達成するために請求項１の発明は、フレキシブルフラットケーブルやフレキシブルプリント基板内部に配設される導体において、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる導体の表面にＳｎ又はＳｎ合金めっき膜が形成され、そのめっき膜の表面酸化膜が、Ｐ，Ａｌ，Ｔｉのうちから選ばれる少なくとも1種以上の元素の酸化物からなり、上記表面酸化膜の膜厚が５ｎｍ以下であることを特徴とするフレキシブル基板用導体である。
請求項２の発明は、フレキシブルフラットケーブルやフレキシブルプリント基板内部に配設される導体の製造方法において、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる導体の表面にＳｎ又はＳｎ合金めっき膜を形成すると共にその表面にＰ，Ａｌ，Ｔｉのうちから選ばれる少なくとも１種以上の元素のめっき膜を形成し、その後リフロー処理により、表面酸化膜を、これら選択した元素の酸化物とすると共に、上記表面酸化膜の膜厚を、５ｎｍ以下とすることを特徴とするフレキシブル基板用導体の製造方法である。
請求項３の発明は、フレキシブルフラットケーブルやフレキシブルプリント基板内部に配設される導体の製造方法において、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる導体の表面にＰ，Ａｌ，Ｔｉのうちから選ばれる少なくとも１種以上の元素を含むＳｎ又はＳｎ合金めっき膜を形成し、その後リフロー処理により、表面酸化膜を、これら選択した元素の酸化物とすると共に、上記表面酸化膜の膜厚を、５ｎｍ以下とすることを特徴とするフレキシブル基板用導体の製造方法である。
請求項４の発明は、請求項１に記載のフレキシブル基板用導体を、複数本並行に配列してなる導体群の両面に、絶縁層を設けたことを特徴とするフレキシブル基板である。
請求項５の発明は、上記絶縁層を、片面に接着層を有する樹脂フィルム材で構成した請求項４に記載のフレキシブル基板である。
本発明により、フレキシブルフラットケーブルやフレキシブルプリント配線板において嵌合部のような外部応力がかかる場合においてもＳｎの針状結晶であるウィスカを抑制することが可能になり、隣接配線間の短絡といった不具合を解決することができる。また高温環境においても接触信頼性を損なうことがない。
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
Ｓｎめっき導体の酸化膜は、通常Ｓｎの酸化物だけで構成されるが、上記目的を達成すべく、本発明に関わる導体は表面酸化膜をＳｎ以外の元素の酸化物としたことにある。Ｓｎ以外の元素としてＰ，Ａｌ，Ｔｉがある。
例えば、図１に示すように、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる導体（図示せず）の表面あるいは周囲に、ＳｎまたはＳｎ合金めっき膜１５を形成し、めっき膜１５の表面に、Ｐ酸化物あるいはＳｎ酸化物とＰ酸化物からなる表面酸化膜１６ｂを形成したものである。
この表面酸化膜１６ｂは、ＳｎまたはＳｎ合金めっき膜１５の表面にＰ，ＡｌやＴｉのめっきを形成した後に、これを酸化物としても、あるいはＳｎまたはＳｎ合金にそれらの元素を添加し、これを導体にめっきしてＳｎ合金めっき膜１５を形成し、その表面を酸化してＰ，ＡｌやＴｉを含む表面酸化膜１６ｂを形成するようにしてもよい。
通常、Ｓｎめっきに応力が加わったとき、表面酸化膜の欠陥がウィスカ発生の核となり、成長するということが言われている。（参考文献：錫ウィスカ成長プロセスの解明と対策 Ｒ＆Ｄプランニング社）
特許文献１では、Ｓｎめっき膜を酸化処理することにより、厚く緻密なＳｎ酸化物または水酸化膜を形成させ、表面の欠陥を減らし、ウィスカを抑制する方法が開示されている。
特許文献１では、Ｓｎめっき膜を酸化処理することにより、厚く緻密なＳｎ酸化物または水酸化膜を形成させ、表面の欠陥を減らし、ウィスカを抑制する方法が開示されている。
しかし、コネクタの嵌合部などＳｎめっき膜が大きく変形する場合では、表面酸化膜の欠陥の発生を防ぐことはできない。また表面に厚く酸化膜を形成させることは接触抵抗を増大させることになり、好ましくない。
本発明者らが鋭意研究した結果、Ｐ，Ａｌ，Ｔｉのうち少なくとも１種の酸化物を表面に形成させることで、従来Ｓｎの酸化物のみからなる酸化膜の性状を変えることができ、ウィスカ発生頻度を低減できることを見出した。またこれら酸化物が厚くなると、コネクタ嵌合によるウィスカ発生頻度は逆に大きくなることが分かった。
そこで、Ｃｕ平角線に溶融めっきにより、種々の濃度のＺｎ，Ｐ，ＡｌやＴｉを添加した厚さ８〜１０μｍのＳｎめっき膜を施し、ＸＰＳ分析（Ｘ線光電子分光法）により表面酸化物の種類を、ＡＥＳ深さ方向分析（オージェ電子分光法）から酸化膜の厚さを調査した。またそれぞれの試料をコネクタと嵌合し、２週間室温放置後、コネクタから外し、嵌合部をＳＥＭ観察し１０μｍ以上のウィスカのウィスカ発生頻度を計測した。
表１にそれぞれのデータを示す。
表面酸化膜がＳｎ酸化物のみからなる試料Ｎｏ．１と比較して、Ｚｎ酸化物からなる試料Ｎｏ．２〜５，Ｓｎ酸化物とＰ酸化物の混合からなる試料Ｎｏ．６，Ａｌ酸化物からなる試料Ｎｏ．７，Ｔｉ酸化物からなる試料Ｎｏ．８は、ウィスカ発生頻度を低減させることができた。
このように表面をＳｎ酸化物のみからなる場合と比較して、Ｓｎ以外の元素の酸化物あるいはＳｎ酸化物とＳｎ以外の元素の酸化物の混合とすることで、ウィスカ発生頻度を抑制できることを確認した。
また試料５の結果から、表面酸化膜をＳｎ以外の元素の酸化物としても、その厚さが厚い場合にはウィスカ抑制効果が得られないことが分かった。したがって、表面酸化膜は５ｎｍ以下好ましくは３ｎｍ以下とすることが望ましい。
Ｐ，Ａｌ，ＴｉはどちらもＳｎより酸化し易い傾向にあり、これら元素をＳｎめっきに添加し熱処理することで、自然にこれらの酸化物を形成させることができ、Ｓｎめっき表面酸化膜の性状を変化させることができる。
１１ コネクタ
１２ コネクタピン
１３ ＦＦＣ
１４ 導体
１５ Ｓｎめっき膜
１６ｂ 表面酸化膜
２１ ウィスカ
１２ コネクタピン
１３ ＦＦＣ
１４ 導体
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１６ｂ 表面酸化膜
２１ ウィスカ
Claims (5)
- フレキシブルフラットケーブルやフレキシブルプリント基板内部に配設される導体において、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる導体の表面にＳｎ又はＳｎ合金めっき膜が形成され、そのめっき膜の表面酸化膜が、Ｐ，Ａｌ，Ｔｉのうちから選ばれる少なくとも1種以上の元素の酸化物からなり、上記表面酸化膜の膜厚が５ｎｍ以下であることを特徴とするフレキシブル基板用導体。
- フレキシブルフラットケーブルやフレキシブルプリント基板内部に配設される導体の製造方法において、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる導体の表面にＳｎ又はＳｎ合金めっき膜を形成すると共にその表面にＰ，Ａｌ，Ｔｉのうちから選ばれる少なくとも１種以上の元素のめっき膜を形成し、その後リフロー処理により、表面酸化膜を、これら選択した元素の酸化物とすると共に、上記表面酸化膜の膜厚を、５ｎｍ以下とすることを特徴とするフレキシブル基板用導体の製造方法。
- フレキシブルフラットケーブルやフレキシブルプリント基板内部に配設される導体の製造方法において、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる導体の表面にＰ，Ａｌ，Ｔｉのうちから選ばれる少なくとも１種以上の元素を含むＳｎ又はＳｎ合金めっき膜を形成し、その後リフロー処理により、表面酸化膜を、これら選択した元素の酸化物とすると共に、上記表面酸化膜の膜厚を、５ｎｍ以下とすることを特徴とするフレキシブル基板用導体の製造方法。
- 請求項１に記載のフレキシブル基板用導体を、複数本並行に配列してなる導体群の両面に、絶縁層を設けたことを特徴とするフレキシブル基板。
- 上記絶縁層を、片面に接着層を有する樹脂フィルム材で構成した請求項４に記載のフレキシブル基板。
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