CN101308713B - 扁平电缆 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种形成非常可靠连接并具有阻止晶针形成的终端部分的扁平电缆。该扁平电缆具有(1)各自具有铜基底的多个扁平导体，该扁平导体排列在一个平面内，和(2)覆盖该扁平导体的绝缘树脂。每个扁平导体的至少终端部分具有铜基底上的锡-铜合金层和在锡-铜合金层上的含锌镀锡层。该锡-铜合金层的厚度至少为0.2μm并且不大于1.0μm。该含锌镀锡层的厚度至少为0.2μm并且不大于1.5μm。该锡-铜合金层和该含锌镀锡层的总厚度至少为0.4μm并且不大于1.7μm。

Description

扁平电缆

技术领域

本发明涉及一种用于例如电子装置中的扁平电缆。

背景技术

电子装置的尺寸和重量的减小已导致安装在这些电子装置中的电子元件以及线路构件的小型化。线路构件需要能在有限的空间内密集布线。这样的线路构件的实例包括柔性印刷电路板、使用扁平导体的扁平电缆以及用于连接印刷电路板或扁平电缆的电连接器。对于这种在其中密集地设置大量导电体的线路构件，要求导体彼此之间电绝缘并且需要良好的电连接。

导电体通常由具有良好导电性、良好延展性、高强度以及易于被其它材料涂覆的铜构成。对于使用铜的线路构件，镀锡因为其耐腐蚀性和焊接性能常被使用。通常通过电镀形成镀锡，在镀锡表面上形成针状晶体结构(以下称为晶针)是公知现象。

当铜基金属材料镀有锡时，铜原子扩散遍及镀锡膜以形成铜-锡金属间化合物。该金属间化合物具有与锡不同的晶体结构并且在晶格中产生应变以在镀锡膜中产生压缩应力。该压缩应力作为晶针生长的驱动力并且因此在铜基金属材料用锡覆盖的情况下被认为容易形成晶针。晶针是导体间电短路的一个原因并因此已提出多种改进措施。

日本专利申请公开说明书第2001-43743号披露了一种包括扁平导体的扁平电缆，该扁平导体镀有锡-铜合金以阻止后续电镀中形成晶针。日本专利申请公开说明书第10-46385号披露了一种用镀锌-锡合金覆盖以阻止晶针形成的电气/电子线路元件。

如在这些文件中公开的，用由锡-铜合金或者锡-锌合金代替只有锡制成的电镀层可在一定程度上抑制晶针。然而当扁平电缆的终端部分用作阳极触头并且连接到电连接器时，电镀层的表面承受来自连接器接触点的外应力，晶针可能以特定的方式形成并且晶针的长度增加。因此，为了阻止该部分中晶针导致的短路，必须采取进一步措施以阻止晶针的形成和生长。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种形成非常可靠的连接并且具有阻止晶针形成的终端部分的扁平电缆。

为了实现这个目的，扁平电缆包括：(1)多个扁平导体，每个扁平导体具有铜基底，该扁平导体排列在一个平面内，以及(2)覆盖扁平导体的绝缘树脂。至少每个扁平导体的终端部分具有铜基底上的锡-铜合金层和在锡-铜合金层上的含锌镀锡层(zinc-containing tin-plating layer)。该锡-铜合金层的厚度至少为0.2μm并且不大于1.0μm。该含锌镀锡层的厚度至少为0.2μm并且不大于1.5μm。该锡-铜合金层和该含锌镀锡层的总厚度至少为0.4μm并且不大于1.7μm。这些层的厚度能用电解涂层厚度计(electrolyticcoating thickness gauge)测量。含锌镀锡层的锌含量优选至少0.2％并且不高于20％。含锌镀锡层优选包含至少2％并且不大于4％含量的铋。

根据本发明的扁平电缆，通过在构成扁平导体的铜基底上形成锡-铜合金层以及用含锌镀锡层覆盖这些合金层，减小了作为晶针形成的重要来源的锡的含量，因此不使用铅就能可靠的减小晶针的形成，可减小晶针的长度以及可防止晶针导致的短路并且因而能获得更加可靠的连接。

本发明的这些和其它特征，形态和优点将通过以下描述，附加的权利要求以及附图更好的理解。在附图说明中，相同标记应用于相同元件并且重复的说明将被省略。

附图说明

图1是显示出本发明扁平电缆的实施例的透视图；以及

图2是构成图1所示的构成扁平电缆的扁平导体中的终端部分的截面图。

具体实施方式

图1是示出本发明扁平电缆的实施例的透视图，扁平电缆1具有排列在一个平面内的多个扁平导体2和由层压在扁平导体2上以在其间放置导体2的绝缘树脂膜组成的覆盖件3。扁平导体2的终端部分(公知为电连接部分)穿过覆盖件3暴露。

图2是构成图1所示的构成扁平电缆的扁平导体中的终端部分的截面图。扁平导体2包括铜基底11(铜或铜合金)并且在终端部分内具有位于铜基底11上的锡-铜合金层12和在锡-铜合金层12上的含锌镀锡层13。电连接部分既可以作为阳触头电连接到插座型电连接器的连接部分也可以通过焊接电连接到连接器部分以使它们固定在适当位置。

终端部分中的锡-铜合金层12的厚度至少为0.2μm并且不大于1.0μm。含锌镀锡层13的厚度至少为0.2μm并且不大于1.5μm。锡-铜合金层12和镀锡层13的总厚度至少为0.4μm并且不大于1.7μm。当锡-铜合金层12的厚度小于0.2μm时连接较不可靠，并且当厚度超过1.0μm时减少晶针形成的效果不可靠。当镀锡层13的厚度小于0.2μm时，某些部分有可能将不被电镀，这将损害焊料的浸润性或者耐腐蚀性；而当厚度超过1.5μm时可能形成晶针。当总厚度超过1.7μm时，提供的锡量增加，因而晶针更可能形成并且晶针的最大长度更大。具体地说，通过层叠具有特定最大厚度的锡-铜合金层12和含锌镀锡层13可以可靠的在扁平导体2的终端部分减小晶针的形成。

锡-铜合金层12的厚度还可相对于形成晶针的镀锡层13的厚度增加以便更有效的抑制晶针的形成。锡-铜合金层12的厚度与镀锡层13和锡-铜合金层12的总厚度的比值优选为50％或更大。锡-铜合金层12的厚度可以通过用聚焦离子束(FIB)截取横断面并且用扫描电子显微镜(SEM)观察该横断面测量。

当通过加热处理软化镀锡扁平导体时可形成锡-铜合金层12，用联机式(inline)加热或批次(batch)加热作为热处理的方法。对于联机式加热，通过电镀用镀锡覆盖铜基底11并且该基底然后经过200℃到1000℃之间的加热炉大约0.01到大约30秒。更理想地，该基底经过300℃到450℃之间的加热炉1到3秒。对于批次加热，用镀锡覆盖的矩形铜基底11既可以绕在线轴上或者用绝缘膜层叠，然后在特定温度下在恒温炉中热处理特定的时间。铜基底11还可用电流直接加热。锡-铜合金层12的百分比可以通过加热温度和加热时间调整。

镀锡层13中的锌含量优选至少0.2％并且不高于20％，因为该含量可以可靠的减小晶针的形成而不损害耐腐蚀性。当锌含量少于0.2％时抑制晶针的效果被减小，当锌含量大于20％时损害耐腐蚀性。

由于本发明的扁平电缆具有薄镀锡层13，焊剂的浸润性在通过焊接连接电连接部分的情况下有时减小。在这种情况下可添加铋到含锌镀锡层中，以改进与镀锡层13相关的焊剂的浸润性，其允许与普通环境下类似的焊接连接。在这种情况下，添加到镀锡层13中的铋含量优选至少2％并且不高于4％。在铋含量少于2％的情况下焊剂的浸润性不足并且在铋含量大于4％的情况下，电镀易碎并且可能断裂。具体地，添加至少2％且不大于4％量的铋到镀锡层13使减少晶针的形成以及满意地改进焊剂的浸润性成为可能。

由于本发明的扁平电缆具有薄的镀锡层13，在电镀表面可能形成微小的孔隙。因而，氢或氧通过微小的孔隙经由锡-铜合金层12进入铜基底11的表面，这引起氧化和腐蚀并且可降低连接的可靠性。因此，镀锡层13的表面优选用密封剂覆盖。密封剂的可能的示例为苯并三唑或另外溶解于溶剂中的这样的防锈剂。

实施例

作为其中在铜基底上的锡-铜合金层和含锌镀锡层的扁平导体平行排列的扁平电缆，准备好样本(实施例1、2、3；比较例1、2、4)。样本中的锡-铜合金层的厚度变化，同样包含在镀锡层(在实施例和比较例中铜基底具有沿整个长度的锡-铜合金层和含锌镀锡层)中的添加剂的类型和数量也变化。样本的终端部分作为被设计为利用增强板插入到插座连接器的测试导体。评估测试导体中的晶针产生率、最大晶针长度以及连接的可靠性(在已经使样本经受高温和高湿度条件后的接触电阻值)。为了比较，还制备没有锡-铜合金层的样本(比较例3，5)并且以同样的方式评估这些样本。

电连接部分装入无铅电连接器中并且使其在室温下经受500小时。然后使用扫描电子显微镜(SEM)观察电连接部分的表面。观测到的具有晶针的电连接部分的数量除以200，其为观测的总数，以测定晶针形成率。通过用SEM观测以测量最大晶针长度。连接可靠性用以下程序测定。首先，无铅连接器安装在扁平导体的末端并且这些连接器的末端通过焊接连接以串连连接电路。在这种状态下，连接器在60℃的温度和95％的湿度下经受500小时然后轻轻触碰连接器部分以测量接触电阻值。表1示出了实施例1到3和比较例1到5的数据(锡-铜合金层的厚度、镀锡层的厚度、镀锡层的锌含量、镀锡层的铋含量)和评估结果。在表1中电阻值小于100mΩ断定为良好而电阻值为100mΩ或者更大的断定为差。

表1

	实施例1	实施例2	实施例3	比较例1	比较例2	比较例3	比较例4	比较例5
									锡铜合金层的厚度(μm)	1.0	0.2	0.5	0.5	0.5	0.0	1.2	0.0
镍层的厚度(μm)	-	-	-	-	-	-	-	1.0
									含锌镀锡层的厚度(μm)	0.2	1.5	0.5	0.1	1.6	0.5	0.5	1.0
锌含量(％)	5	5	5	5	5	5	5	5
									铋含量(％)	0	0	3	0	0	0	0	0
晶针产生率(％)	15	20	5	3	20	3	30	15
									最大晶针长度(μm)	45	45	30	20	80	15	70	90
连接可靠性	良好	良好	良好	差	良好	差	良好	良好

在比较例2、4和5中连接器停留在高温和高湿度条件下后接触电阻值的波动小于100mΩ，但在比较例1和3中为100mΩ或更大，比较例1和3中的可靠性差。比较例2、4和5具有不希望的70到90μm的最大晶针长度。

在实施例1到3中，其中锡-铜合金层厚度至少为0.2μm并且不大于1.0μm，含锌镀锡层厚度至少为0.2μm并且不大于1.5μm，而锡-铜合金层和含锌镀锡层的总厚度至少为0.4μm并且不大于1.7μm，电阻值的波动小于100mΩ，获得稳定的电连接并且该连接为高度可靠的。另外，在实施例1到3中晶针产生率最大为20％，最大晶针长度最大为45μm并且晶针的产生率降低同时长度减小。如在实施例3中在镀锡层中包含铋使更加满意地抑制晶针产生以及减小晶针的长度成为可能。

虽然本发明已经就关于目前认为最实用和优选的实施例进行了描述，本发明并不局限于公开的实施例，而相反意图在于覆盖包括在附加权利要求精神和范围中的各种变型和等价物。

2006年1月5日提交的日本专利申请No.2006-000941的包括说明书、权利要求书、附图和摘要的整个公开内容通过引用整体结合于此。

Claims (1)

1.一种扁平电缆，该扁平电缆包括：

(1)各自包括铜基底的多个扁平导体，该扁平导体排列在一个平面内，以及

(2)覆盖该扁平导体的绝缘树脂，

每个扁平导体的至少终端部分具有铜基底上的锡-铜合金层和在锡-铜合金层上的含锌镀锡层，该锡-铜合金层的厚度至少为0.2μm并且不大于1.0μm，该含锌镀锡层的厚度至少为0.2μm并且不大于1.5μm，该锡-铜合金层和该含锌镀锡层的总厚度至少为0.4μm并且不大于1.7μm；

其中，该含锌镀锡层的锌含量至少0.2％并且不高于20％，该含锌镀锡层包含至少2％并且不大于4％含量的铋。

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