CN1981565B - 挠性印刷布线基板端子部或挠性扁平电缆端子部 - Google Patents

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Abstract

在挠性印刷布线基板或挠性扁平电缆的与连接器嵌合的本发明的一个实施方式涉及的端子部中，通过对形成有纯锡或锡合金镀层的铜或铜合金布线进行热处理，在铜或铜合金布线上形成含有铜及锡的金属间化合物扩散层，并且上述纯锡或锡合金镀层的残留厚度为0.2～1.6μm。

Description

挠性印刷布线基板端子部或挠性扁平电缆端子部
技术领域
本发明涉及到一种不会产生晶须、具有良好的接触电阻、并且不会产生小孔的挠性印刷布线基板及挠性扁平电缆的端子部。
背景技术
电子设备等所使用的挠性印刷布线基板(以下称为FPC)、挠性扁平电缆(以下称为FFC)大多将铜、铜合金作为布线使用。并且将其与其他布线板等电连接时，大多使用连接器连接。在这种连接器连接中，为了降低布线和连接器的接触电阻以避免导通不良，对铜布线端子进行表面处理。例如包括金、锡-铅合金等的电解镀处理。但是，镀金存在成本高的问题。并且在使用了含铅的合金的镀覆处理中，铅析出会产生污染环境的问题，因此需要实现无铅镀覆。对镀纯锡或不含铅的锡合金的处理进行了研究。但是，镀不含铅的锡合金或用纯锡的铜布线端子部与连接器嵌合时确认会发生以下情况：在该布线端子部中由于连接器的引脚被挤压，从两个接触部的薄膜中飞快地产生称作晶须的须状结晶。这种现象在镀纯锡、镀不含铅的锡类合金中较为明显。进一步通过实验确认出，在对镀膜进行塑性变形后施加超过一定压力的压力时也会发生该现象。当这种晶须成长时，会在铜布线之间产生短路，并导致电子设备等出现问题。
在日本专利公报特开平11-343594号公报中公开了解决晶须等问题的技术。即该公报公开了以下结构：在至少表面由Cu或Cu合金构成的基体表面上，经由依次层叠Cu3Sn(ε相)、Cu6Sn5(η’相)而成的中间层，形成含有CuSn的层或含有CuSn的合金层。这些层均含有0.1～3重量％的Cu、或具有1～20μm的厚度。这些层均通过以下方法制造：在含有0.2～50ppm Cu离子的Sn镀浴或Sn合金镀浴中，对至少表面由Cu或Cu合金构成的基体进行电镀来制造。并且该公报中还记载了，通过回流处理可基本防止晶须产生。但是仅通过上述回流处理，对于自然产生的晶须虽然具有抑制效果，但对于因连接器嵌合而产生的晶须则不一定有充分的效果。
在日本专利第3014814号公报中公开了，在镀锡的铜的或铜合金的微细图案中抑制导致短路的镀锡须的方法。即在该方法中，首先在铜或铜合金的微细图案上通过镀覆形成具有0.15μm以上厚度的纯锡层，接着通过热处理使该纯锡层整体变为Cu-Sn扩散层。之后在其上形成具有0.15～0.8μm厚度的纯锡层，从而抑制镀锡须的产生。但是在该方法中，由于进行二次镀锡步骤，因此工艺变得复杂，并且制造成本较高。因此要求解决这些问题的技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种挠性印刷布线基板端子部及挠性扁平电缆端子部，其含有纯锡镀层或不含铅的锡合金镀层，基本不会产生晶须，具有良好的接触电阻。并且，本发明的另一目的在于提供一种实用的挠性印刷布线基板端子部及挠性扁平电缆端子部，其不会产生晶须，具有良好的接触电阻，并且不会产生小孔，具有良好光泽性。
为了实现上述目的，本发明的第一技术方案，提供一种挠性印刷布线基板端子部或挠性扁平电缆端子部，在被连接器的引脚挤压的状态下与连接器嵌合，具有挠性印刷布线基板或挠性扁平电缆的铜或铜合金布线，其特征在于，通过对形成有纯锡或不含铅的锡合金镀层的上述铜或铜合金布线进行热处理，在铜或铜合金布线上形成含有铜及锡的金属间化合物扩散层，并且使上述纯锡或不含铅的锡合金镀层的残留厚度为0.2～1.6μm，上述铜或铜合金布线上形成的纯锡或不含铅的锡合金的镀层的厚度中，使初始镀层的厚度为1.5～5μm，含有上述铜及锡的金属间化合物扩散层的厚度为0.1～3.5μm。
本发明的第二技术方案，提供一种如第一技术方案所述的挠性印刷布线基板端子部或挠性扁平电缆端子部，其中，上述纯锡或锡合金的镀层残留厚度为0.2μm以上并小于1.0μm。
本发明的第三技术方案，提供一种如第一或第二技术方案所述的挠性印刷布线基板端子部或挠性扁平电缆端子部，其中，上述铜或铜合金布线上形成的纯锡或不含铅的锡合金的初始镀层的厚度，作为根据残留镀层中及金属间化合物的扩散层中的锡存在量求得的厚度。
本发明的第四技术方案，提供一种如技术方案1～3的任意一个所述的挠性印刷布线基板端子部或挠性扁平电缆端子部，其中，上述不含铅的锡合金镀层选自锡铜合金、锡银合金、锡铋合金。
本发明的第五技术方案，提供一种如技术方案1～4的任意一个所述挠性印刷布线基板端子部或挠性扁平电缆端子部，其中，上述铜或铜合金布线上形成的纯锡或不含铅的锡合金的初始镀层，通过一次镀覆处理而形成。
根据上述本发明的各技术方案，通过对形成有纯锡或锡合金镀层的铜或铜合金布线进行热处理，在铜或铜合金布线上形成含有铜及锡的金属间化合物扩散层，并且使上述纯锡或锡合金的镀层残留厚度为0.2～1.6μm，因此即使产生晶须也较细小，在实用上不会产生问题。具体而言，可使有可能生成的晶须的最大长度为50μm以下，当上述端子部与连接器嵌合时不会产生晶须导致的短路事故。并且在上述端子部中，可使接触电阻小于50mΩ。进一步也不会产生因铅引起的环境污染问题。
进一步优选上述纯锡或锡合金镀层的残留厚度为0.2μm以上并小于1.0μm，可进一步抑制晶须的产生。具体而言，即使产生晶须，也可使其最大长度为30μm以下，即使与连接器嵌合也不会产生短路事故。并且，端子部的接触电阻较佳，小于50mΩ。当然也不会产生因铅引起的环境污染问题。
并且，上述铜或铜合金布线上形成的纯锡或锡合金的镀层的厚度中，使初始镀层的厚度为0.5μm以上，从而除了上述效果外，还可防止生成小孔等问题，因此可切实被覆衬底的铜或铜合金布线。并且，电镀表面的光泽性在实用上也不会产生问题。进一步，上述铜或铜合金布线上形成的纯锡或锡合金的初始镀层的厚度，作为根据残留镀层中及金属间化合物的扩散层中的锡存在量求得的厚度，为0.5μm以上，因此即使在电镀后无法直接测量镀层厚度的情况下，也可获知产品的初始镀层厚度。
并且，锡合金镀层选自锡铜合金、锡银合金、锡铋合金，因此可提供一种可选择各种无铅的锡合金镀层、并且具有上述特性的FPC端子部或FFC端子部。
并且，在本发明的FPC端子部或FFC端子部中，上述铜或铜合金布线上形成的纯锡或锡合金的初始镀层，通过一次镀覆处理而形成，因此可通过简单的制造工艺获得具有上述特性的FPC端子部或FFC端子部，从而可降低制造成本.
具体实施方式
以下详细说明本发明的实施方式。
(第一实施方式)
在本发明的第一实施方式涉及的FPC或FFC的嵌合了连接器的端子部中，通过对形成了纯锡或锡合金镀层的铜或铜合金布线进行热处理，在铜或铜合金布线上形成含有铜及锡的金属间化合物扩散层。是上述纯锡或锡合金镀层的残留厚度为0.2～1.6μm的FPC或FFC端子部。
本发明人对将FPC端子部或FFC端子部嵌合到连接器中时、特别是嵌合到具有引脚的连接器中时所产生的晶须(ウイスカ一)进行了研究，结果发现了晶须的产生受到了来自连接器的外部应力的很大影响这一事实，根据这一事实完成了本发明。根据本发明，通过热扩散处理调整含有铜及锡的金属间化合物扩散层、与纯锡或锡合金镀层的厚度关系，可降低作用于镀层的外部应力的影响，从而抑制晶须的产生。
因此，通过对形成了纯锡或锡合金镀层的铜或铜合金布线进行热处理，在铜或铜合金布线上形成含有铜及锡的金属间化合物扩散层。并且，进行热处理以使上述纯锡或锡合金镀层的残留厚度为0.2～1.6μm。这样一来，在与连接器嵌合时也可抑制晶须的产生，并且即使产生晶须，也可使其最大长度为50μm以下，在FPC、FFC端子部中不会因连接器嵌合而导致短路。
并且，在热处理后的纯锡或锡合金镀层的残留厚度小于0.2μm的情况下，当该端子部嵌合到连接器时，接触电阻变大，无法充分确保导通。并且，在其残留厚度超过1.6μm的情况下，当该端子部嵌合到连接器时，晶须的发生频度(发生率、长度)变大，并且其最大长度会超过50μm。另一方面，当镀层的残留厚度为1～1.6μm时，可确认晶须的最大长度为50μm以下。当纯锡或锡合金镀层的残留厚度为0.2～1.6μm时，由铜及锡构成的金属间化合物扩散层的厚度为0.1～3.5μm左右。并且该端子部具有小于50mΩ的良好的低接触电阻，并且不会产生铅的环境问题。
(第二实施方式)
在第二实施方式的FPC端子部或FFC端子部中，上述纯锡或锡合金镀层的残留厚度为0.2以上并小于1.0μm。这样一来，通过使纯锡或锡合金镀层的残留厚度小于1.0μm，可更好地抑制产生的晶须。并且即使产生晶须，也可使其最大长度为30μm以下。因此即使将端子部嵌合到连接器，也不会产生短路事故。并且，FPC端子部或FFC端子部具有小于50mΩ的低接触电阻，在电气性能方面较为优越。并且由于是无铅的镀层，因此不会产生铅的环境问题。
(第三实施方式)
在本发明的第三实施方式下的FPC端子部或FFC端子部中，为了进一步防止小孔(pin hole)的产生，使在铜或铜合金布线上形成的纯锡或锡合金的初始镀层的厚度为0.5μm以上.具体而言，铜或铜合金布线上最初形成的纯锡或锡合金的镀层通过电解镀形成，以使其具有0.5μm以上的厚度，接着通过热处理形成由铜及锡构成的金属间化合物扩散层、及纯锡或锡合金镀层.进行处理以使热处理后的镀层的残留厚度为0.2～1.6μm，优选为0.2以上并小于1.0μm，从而可提供一种晶须的最大长度为50μm以下或30μm以下的FPC或FFC端子部.纯锡或锡合金的初始镀层厚度小于0.5μm时，电解镀时会产生小孔等缺陷，长期使用时会成为导致腐蚀的原因，因此并不优选.并且铜或铜合金布线上最初形成的纯锡或锡合金镀层，即使再厚也只是优选为4～5μm左右.这是因为，通过热处理使镀层残留厚度为1.6μm以下需要较长时间，且由此会导致由铜及锡构成的金属间化合物扩散层变厚，弯曲性变差.因此镀层中易产生裂纹.并且，这些镀层可通过电解镀、非电解镀形成.根据上述结构的FPC端子部或FFC端子部，即使产生晶须也可使其最大长度为50μm以下或30μm以下，即使该端子部与连接器嵌合，也可防止因晶须而产生的短路事故.并且，上述端子部没有小孔，具有小于50mΩ的接触电阻，光泽性在实用上也没有问题.特别是在初始镀层厚度为1.5μm以上的情况下，该端子部具有良好的光泽性.进一步，因弯曲产生的裂纹也较少发生，不会对铜布线等的强度产生不良影响.
(第四实施方式)
在本发明的第四实施方式的FPC端子部或FFC端子部中，将上述铜或铜合金布线上形成的纯锡或锡合金的初始镀层的厚度，作为根据残留镀层中及金属间化合物的扩散层中的锡存在量求得的厚度，可以使上述初始镀层的厚度为0.5μm以上。这样决定初始镀层的厚度时，即使在镀覆后无法直接测量镀层厚度的情况下，也可获知产品的初始镀覆厚度。即，初始镀层是镀覆后的层，尚未形成扩散层，但在热处理后，通过来自衬底层的铜的扩散，形成由铜、锡的金属间化合物构成的扩散层，结果初始镀层变薄。因此，在热处理后的FPC端子部或FFC端子部的锡及锡合金层中，单位面积下的锡的存在量，如果与例如0.5μm的初始镀层厚度时的量相同，则可视初始镀层厚度为0.5μm，因此可测量初始镀层厚度。并且，锡的存在量例如如下进行测定：通过荧光X线膜厚计来测量锡的特性X线强度；或溶解试验材料，并通过化学分析对锡进行定量。
说明通过该方法测量的实验结果。表1表示实验条件及实验结果。在该表中，初始镀层的“厚度”表示在镀层形成后10分以内由荧光X线膜厚计(使用精工(セイコ一インスツルメンツ)株式会社制造的SFT-3200)测量的值。即，在荧光X线膜厚计的测量中，根据锡X线强度(cps：counts per second)求得锡的残留量，通过锡的密度求得初始镀层的厚度。
并且，荧光X线强度的测量使用了0.025mm×0.4mm的准直仪。并且在该测量中，X线与具有0.4mm宽度的布线的长度方向并列照射。
接着，对该镀层用各种热处理条件进行热处理，从而形成由铜及锡构成的金属间化合物扩散层，其结果是获得了各种厚度的残留镀层.接着和热处理前一样用荧光X线膜厚计进行测量，求得锡的存在量及初始镀层的厚度.其结果也显示在表1中.
从表1的实验例1至5可知，热处理前的初始镀层厚度、和根据热处理后的锡存在量求得的初始镀层厚度一致。因此，在镀覆之后未测量初始镀层厚度的端子部中，也可在之后获知初始镀层的厚度。
(第五实施方式)
在本发明的第五实施方式涉及的FPC端子部或FFC端子部中，从锡铜合金、锡银合金、锡铋合金中选择上述锡合金，从而可实现无铅化、及良好的焊接性等特性。具体而言，优选的是，从含有0.2～3质量％的铜的锡铜合金、含有0.5～5质量％的银的锡银合金、含有0.5～4质量％的铋的锡铋合金中选择。
并且，上述由纯锡或锡合金构成的镀层的热处理条件，考虑到FPC的构成材料、镀层的种类，可选择更优选的条件。例如，通过在140～180℃下数小时、或在上述纯锡或锡合金的熔点附近的温度下数秒～数十秒，可实现工业上实用的制造方法。通过这种热处理条件，在上述铜或铜合金布线上形成含有铜及锡的金属间化合物扩散层，并且可获得上述纯锡或锡合金镀层的残留厚度为0.2～1.6μm、优选0.2以上并小于1.0μm的FPC端子部。进一步，不会对构成FPC端子的绝缘材料造成损害。并且在FFC中，从实用的制造方法的角度而言，优选纯在锡或锡合金的熔点以上0.05秒至数秒，但根据情况不同也可在熔点以下进行长时间的热处理，并且也可组合这些热处理条件来进行。
(第六实施方式)
在本发明的第六实施方式涉及的FPC端子部或FFC端子部中，对于初始镀层，在上述铜或铜合金布线上形成的纯锡或锡合金的初始镀层通过一次镀覆处理而形成。通过这种一次的初始镀覆处理，可获得具有上述特性的FPC端子部或FFC端子部，因此在制造成本方面较为有利。并且如上所述，除了镀纯锡外，也可适用于锡铜合金、锡银合金、锡铋合金等无铅的锡合金镀覆，因此镀覆处理的使用范围变大。
通过表2记载的实施例及比较例，确认了本发明的效果。在实施例中，首先准备了具有0.5mm间距铜布线的FPC端子部及FFC端子部。在其上形成表2所示的各种镀层。接着，FPC端子部利用烘箱或回流炉以预定的条件进行热处理。并且，FPC端子部利用通电退火炉或烘箱以预定的条件进行热处理。之后，对上述镀层的截面利用SEM(扫描型电子显微镜)观察金属间化合物的生成，并且测量残留镀层的厚度。表2中的残留镀层的厚度是20个测量点的测量值的平均值。并且，在上述端子部中嵌合引脚前端R为0.025mm的ZIF型连接器，以进行试验。连接器使用了镀金/镍的连接器及镀纯锡的连接器二种。在端子部和连接器嵌合的状态下，在室温下放置1000小时。之后，将FPC端子部或FFC端子部从ZIF型连接器脱离，为了确认是否产生晶须，观察端子部的镀层。观察以500倍以上的观察倍率通过SEM来进行。其结果如表2所示。在表2中的“晶须”一栏中，“◎”表示观察的晶须的最大长度为30μm以下，“○”表示观察的晶须的最大长度为50μm以下，并且“×”表示观察的晶须的最大长度超过50μm。并且，将端子部与ZIF型连接器嵌合，通过测试器测量接触电阻。其结果如表2所示。在表2的“接触电阻”一栏中，“×”表示接触电阻为50mΩ以上，“○”表示小于50mΩ。并且，当接触电阻小于50mΩ时，可获得电气性能良好的嵌合部。
(表2)
如表2的实施例1至13所示，对形成了纯锡或无铅锡合金的镀层的铜或铜合金布线进行热处理、从而在铜或铜合金布线上形成含有铜及锡的金属问化合物扩散层、且上述纯锡或锡合金镀层的残留厚度为0.2～1.6μm的FPC或FFC端子部中，例如即使产生晶须也基本上为30μm以下，最大长度下也为50μm以下。进一步，当镀层的残留厚度小于1.0μm时，晶须的最大长度为30μm以下。并且，接触电阻全部小于50mΩ。并且在弯曲性上也是不会在镀层上产生裂纹的良好产品。
与之相对，如比较例1或2所示，热处理后的残留镀层的厚度为1.70μm或2.80μm较厚时，产生的晶须的最大长度超过50μm。并且如比较例3至5所示，热处理后的镀层的残留厚度小于0.2μm时，接触电阻变为50mΩ以上，电气性能不良。
接着，进一步通过表3记载的实施例及比较例确认了本发明的效果.表3所示的实施例及比较例与上述表2的方法相同的方法来制造.并且通过同样的测量方法调查了是否产生晶须、及接触电阻.并且，在各实施(比较)例中，在镀层形成后，通过100倍以上的放大镜调查了镀层中有无小孔.在表3的“有无小孔”一栏中，“○”表示完全未发现小孔，“×”表示确认了至少一个小孔.并且，通过实体显微镜测量了镀层表面的光泽性.其结果在表3中表示.在表3的“光泽性”一栏中，“○”表示表面良好的光泽性，“△”表示表面是在实用上没有问题的半光泽性.
(表3)
Figure G2005800229486D00131
如表3的实施例14～28所示，纯锡或无铅的锡合金的镀层形成为初始镀层厚度0.5μm以上、对铜或铜合金布线进行热处理而在铜或铜合金布线上形成含有铜及锡的金属间化合物扩散层、且上述纯锡或锡合金镀层的残留厚度为0.2～1.6μm的FPC或FFC端子部中，晶须的产生被抑制，例如即使产生晶须其最大长度也为50μm以下.并且，当纯锡或无铅的锡合金镀层的初始镀层厚度为0.5μm以上、镀层的残留厚度为0.2以上并小于1.0μm时，可进一步抑制晶须的产生，晶须的最大长度为30μm以下.并且，接触电阻在任意一个实施例中均小于50mΩ.进一步，当初始镀层厚度为0.5μm以上时，镀层中不会产生小孔，光泽性在实用上也没有问题.特别当初始镀层厚度为1.5μm以上时，光泽性良好.进一步，在弯曲试验中镀层中也未产生裂纹.
与之相对，如比较例6至8所示，即使热处理后的残留镀层的厚度为0.2μm以上，在初始镀层的厚度小于0.5μm时，虽然晶须的最大长度不会超过50μm，接触电阻也较低，但存在产生小孔的问题。小孔的产生在长期使用时会产生不良影响。
产业化可行性
如本发明所述，在铜或铜合金布线上形成了镀纯锡或锡类合金的FPC端子部或FFC端子部，即使与连接器嵌合并长期使用时，产生的晶须也极其微小，不会发生短路，因此适用于各种电子设备。

Claims (5)

1.一种端子部，用于挠性印刷布线基板或挠性扁平电缆，在被连接器的引脚挤压的状态下与连接器嵌合，具有挠性印刷布线基板或挠性扁平电缆的铜或铜合金布线，其特征在于，
通过对形成有纯锡或不含铅的锡合金镀层的上述铜或铜合金布线进行热处理，在铜或铜合金布线上形成含有铜及锡的金属间化合物扩散层，并且使上述纯锡或不含铅的锡合金镀层的残留厚度为0.2～1.6μm，
上述铜或铜合金布线上形成的纯锡或不含铅的锡合金的镀层的厚度中，使初始镀层的厚度为1.5～5μm，含有上述铜及锡的金属间化合物扩散层的厚度为0.1～3.5μm。
2.根据权利要求1所述的端子部，其特征在于，
上述纯锡或不含铅的锡合金镀层的残留厚度为0.2μm以上并小于1.0μm。
3.根据权利要求1或2所述的端子部，其特征在于，
上述铜或铜合金布线上形成的纯锡或不含铅的锡合金的初始镀层的厚度，作为根据残留镀层中及金属间化合物的扩散层中的锡存在量求得的厚度。
4.根据权利要求1或2所述的端子部，其特征在于，
上述不含铅的锡合金镀层从锡铜合金、锡银合金、锡铋合金中选择。
5.根据权利要求1或2的端子部，其特征在于，
上述铜或铜合金布线上形成的纯锡或不含铅的锡合金的初始镀层，通过一次镀覆处理而形成。
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