JP2006156800A

JP2006156800A - フレキシブルプリント配線板またはフレキシブルフラットケーブル

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Publication number: JP2006156800A
Application number: JP2004346884A
Authority: JP
Inventors: Masateru Ichikawa; 雅照市川; Kunihiro Naoe; 邦浩直江; Shoji Mimura; 彰治味村
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】鉛を含まないめっき層を有するフレキシブルプリント配線板またはフレキシブルフラットケーブルであって、少なくともその端子部を長期間に渡ってコネクタ嵌合接続しても、ウイスカの発生を抑制できるフレキシブルプリント配線板またはフレキシブルフラットケーブルを提供すること。また、前記特性に加えて、部品等のＳＭＴに於ける半田濡れ性にも優れたフレキシブルプリント配線板またはフレキシブルフラットケーブルを提供すること。
【解決手段】少なくともコネクタに嵌合される端子部の銅配線上に形成された、純錫或いは鉛を含まない錫合金めっき層の表面が、平均表面粗さ（Ｒ_ａ）で０．０１０μｍ以上に粗面化されているフレキシブルプリント配線板またはフレキシブルフラットケーブルとすることによって、解決される。
【選択図】なし

Description

本発明は、ウイスカの発生が抑制された純錫或いは鉛を含まない錫合金めっき層が設けられた、フレキシブルプリント配線板またはフレキシブルフラットケーブルに関する。

電子機器等に用いられる配線基板や部品等は、多くが銅や銅合金を配線として使用している。そして、これ等を他の配線基板等と電気的に接続する場合にコネクタ接続も多く行なわれている。このようなコネクタ接続する場合には、配線とコネクタの接触抵抗を低くして導通不良をなくすために、前記銅配線端子に表面処理が通常行なわれている。例えば、金、錫−鉛合金等による電解めっき処理である。しかしながら、金めっきはコスト的に高くなる問題があり、また鉛を含む合金によるめっき処理では、比較的厚いめっき層とするので鉛が溶出して環境を汚染する問題が指摘されており、鉛フリー化が望まれている。このために、純錫めっきや鉛を含まない錫合金系のめっきが検討されている。しかし純錫めっきや鉛を含まない錫合金めっきの場合には、銅配線端子部をコネクタと嵌合して使用すると、コネクタのピンによって押付けられた箇所の周辺のめっき皮膜から、ウイスカと称する髭状の結晶が急速に発生してくることが確認されている。特に、純錫めっきや錫ー銅合金めっきに於いて顕著であることも判ってきた。さらに実験によると、めっき皮膜を塑性変形させた後にも一定以上の圧力がかかっている時に起こる現象であることが確認された。このようなウイスカの成長は、銅配線間等での短絡を生じて電子機器等のトラブルに繋がり好ましくない。

このような問題を解決する技術が特許文献１に見られる。これは本発明者等が提案したもので、錫を主成分とした錫−銅系合金を電解めっき処理により銅或いは銅合金上に形成した錫−銅系合金の電解めっき皮膜に、特定の熱処理を施すことによりウイスカの発生を抑制することができるとしているが、このような熱処理を施しためっき皮膜であっても、ピンを有するコネクタと嵌合させて長期間使用すると、その接触部分の周辺からウイスカが発生することが判ってきた。

一方、フレキシブルプリント配線板には表面実装（以下ＳＭＴ）により部品を半田付けして使用されるが、半田濡れ性を確保するために純錫または錫合金めっきが施される。また前記濡れ性はめっきの厚さに依存するため、ＳＭＴのためにはめっき厚を厚くする必要がある。このように、部品がＳＭＴされかつコネクタ嵌合されるフレキシブルプリント配線板に於いては、コネクタ嵌合接続に於けるウイスカの発生を抑制すると共に、部品の半田付時の半田濡れ性を良好にする必要があり、これらを同時に解決する技術が求められている。
特開２００３−１９３２８９号公報

よって本発明が解決しようとする課題は、鉛を含まないめっき層を有するフレキシブルプリント配線板またはフレキシブルフラットケーブルであって、少なくともその端子部を長期間に渡ってコネクタ嵌合接続しても、ウイスカの発生を抑制できるフレキシブルプリント配線板またはフレキシブルフラットケーブルを提供すること。また、前記特性に加えて、部品等のＳＭＴに於ける半田濡れ性にも優れたフレキシブルプリント配線板またはフレキシブルフラットケーブルを提供すること。さらに、前記めっき層は表面の光沢に優れた外観性の良いフレキシブルプリント配線板またはフレキシブルフラットケーブルを提供することにある。

前記解決しようとする課題は、請求項１に記載するように、少なくともコネクタに嵌合される端子部の銅配線上に形成された、純錫或いは鉛を含まない錫合金めっき層の表面が、平均表面粗さ（Ｒ_ａ）で０．０１０μｍ以上に粗面化されているフレキシブルプリント配線板またはフレキシブルフラットケーブルとすることによって、解決される。

また請求項２に記載するように、前記純錫或いは鉛を含まない錫合金めっき層の表面が、平均表面粗さ（Ｒ_ａ）で０．０１０〜０．５０μｍである請求項１に記載のフレキシブルプリント配線板またはフレキシブルフラットケーブルとすることによって、解決される。

そして、請求項３に記載するように、前記純錫或いは鉛を含まない錫合金めっき層の厚さが、１μｍ以上である請求項１または２に記載されるフレキシブルプリント配線板またはフレキシブルフラットケーブルとすることによって、解決される。

以上の本発明のように、少なくともコネクタに嵌合される端子部の銅配線上に形成された純錫或いは鉛を含まない錫合金めっき層の表面が、平均表面粗さ（Ｒ_ａ）で０．０１０μｍ以上に粗面化されたフレキシブルプリント配線板（以下ＦＰＣ）またはフレキシブルフラットケーブル（以下ＦＦＣ）としたので、ＦＰＣまたはＦＦＣの端子部は、長期間のコネクタ嵌合接続に於いてもウイスカの発生が抑制されたＦＰＣまたはＦＦＣである。また、鉛を含まないめっき層であるから環境問題も生じない。

また、前記純錫或いは鉛を含まない錫合金めっき層の表面が、平均表面粗さ（Ｒ_ａ）で０．０１０〜０．５０μｍの範囲としたＦＰＣまたはＦＦＣとしたので、前述した特性を有すると共に、前記めっき層は光沢に優れ外観性が良いＦＰＣまたはＦＦＣが得られる。

さらに、前記純錫或いは鉛を含まない錫合金めっき層の厚さが１．０μｍ以上であるＦＰＣまたはＦＦＣであるから、ＦＰＣまたはＦＦＣの端子部は、鉛を含まないと共に外観性にも優れ、また、長期間のコネクタ嵌合接続に於いてもウイスカの発生が抑制されると共に、部品がＳＭＴされる部分の半田濡れ性も優れたＦＰＣまたはＦＦＣが得られる。

以下に本発明を詳細に説明する。請求項１に記載される発明は、少なくともコネクタに嵌合される端子部の銅配線上に形成された、純錫或いは鉛を含まない錫合金めっき層の表面が、平均表面粗さ（Ｒ_ａ）で０．０１０μｍ以上に粗面化されているＦＰＣまたはＦＦＣである。このような構成のＦＰＣまたはＦＦＣは、ＦＰＣまたはＦＦＣの端子部を他の配線基板等と長期間のコネクタ嵌合接続を行っても、ウイスカの発生を抑制することができる。また、そのめっき層には鉛が含まれないので、鉛による環境問題を生じることがない。

ＦＰＣの製造の一例について説明すると、例えば厚さ２５μｍのポリイミドフィルムに１０μｍの接着剤層を介して１８μｍの銅箔を接着し、銅配線回路を形成した銅貼り積層板（以下ＣＣＬ）と前記銅配線回路に対応して必要な開口を形成した２５μｍのポリイミドフィルムに、３０μｍ厚さの接着剤層を形成したカバーレイフィルム（以下ＣＬ）を重ね合わせ、これをホットプレスによって約１６５℃で７０分間キュアー処理することによって、ＦＰＣが製造される。そして、このようなＦＰＣの端子部の銅配線上には、腐食が生じないようにするためや他の配線基板との半田付け性を良好にするために、純錫や鉛を含まない錫系合金系の半田めっき層が施される。そして、このようなＦＰＣ端子部を長期間コネクタ嵌合させた場合、特にピンを有するようなコネクタに嵌合させた場合に発生するウイスカについては、コネクタから受ける外部応力の影響が大きいことが確認されているが、ＦＰＣ端子部のめっき層に着目して検討を行った結果、めっき層の表面粗さを調整することによってウイスカの発生を抑制できることを見いだした。

すなわち、種々の実験等を行った結果、コネクタと嵌合させるＦＰＣ端子部の銅配線上に形成した純錫或いは鉛を含まない錫合金めっき層の表面を、平均表面粗さ（Ｒ_ａ）が０．０１０μｍ以上となるように粗面化することで、ウイスカの発生を抑制、防止ができることを確認した。例えば、前記ＦＰＣ端子部の銅配線上に純錫或いは鉛を含まない錫合金めっき層を形成した後、その表面を研磨処理等によって平均表面粗さ（Ｒ_ａ）が０．０１０μｍ以上の微細な凹凸を有する粗面とすると、コネクタ嵌合接続を長期間行ってもウイスカの発生を抑制できることが判った。これは、前記のようにめっき層が粗面化されたことによって、ウイスカ発生サイトが分散するためではないかと考えられる。より詳細に述べると、発生するウイスカの長さを５０μｍ未満のものに抑えることができ、ＦＰＣの端子部の導体間をファインピッチ化した場合にも導体短絡が生じなくなる。平均表面粗さ（Ｒ_ａ）が０．０１０μｍ未満では、発生する場合のウイスカの長さを５０μｍ未満に抑制する効果が十分ではないことが確認された。なお、前述の粗面化処理はＦＰＣの端子部のみならず、ＦＦＣの端子部に於いても同様の効果を得ることができる。

また前述の粗面化は、機械的な研磨方法であるバフ研磨やエメリークロス等によって行うことで十分に達成されるが、その他の粗面化処理方法によって行っても良い。さらに、純錫或いは鉛を含まない錫合金めっき層の形成方法としては、通常電解めっき方法によって行なわれるが、光沢めっきや無光沢めっき等の方法によって行っても良い。また、前記めっき層を形成する材料としては、純錫や鉛を含まない錫合金として錫−銅合金（Ｓｎ−Ｃｕ）、錫−ビスマス合金（Ｓｎ−Ｂｉ）、錫−銀合金（Ｓｎ−Ａｇ）等を用いることができる。このようにして得られたＦＰＣまたはＦＦＣの端子部は、長期間のコネクタ嵌合接続によっても、長さが５０μｍ以上のウイスカの発生を抑制することができ、ファインピッチ化の銅配線に於いても短絡の問題が生じることがない。

そして、好ましくは請求項２に記載するように、前記純錫或いは鉛を含まない錫合金めっき層の表面は、平均表面粗さ（Ｒ_ａ）が０．０１０〜０．５０μｍであるＦＰＣまたはＦＦＣとすることによって、ＦＰＣまたはＦＦＣの端子部は、長期間のコネクタ嵌合接続に於けるウイスカの発生が抑制され、かつ前記めっき層は光沢があり外観性に優れたＦＰＣまたはＦＦＣとすることができる。純錫或いは鉛を含まない錫合金めっき層の平均表面粗さ（Ｒ_ａ）が０．５０μｍを超えると、前記めっき層の光沢がなくなって外観性が悪くなったり、場合によっては下地が露出したりすることがあるので、特に外観性を要求される場合には、平均表面粗さ（Ｒ_ａ）を０．５０μｍまでに止めるのが好ましい。

そして、請求項３に記載するように、純錫や鉛を含まない錫合金めっき層の厚さを１．０μｍ以上とすることによって、前述した特性に併せて、端子部以外の部品実装が行なわれる部分でのＳＭＴの半田濡れ性にも優れたＦＰＣまたはＦＦＣとすることができる。すなわち、前記めっき層の厚さを１．０μｍ以上とすることで、ＦＰＣまたはＦＦＣ端子部のコネクタ嵌合によるウイスカの発生を抑制しながら、部品のＳＭＴの半田濡れ性も十分に確保できることになる。めっき層の厚さが１．０μｍ未満の場合には、めっき層の厚さが薄過ぎてピンホールが多くなって下地の銅配線や生成した金属間化合物が露出し易くなり、耐食性が悪くなる問題がある。実験結果からは０．８５μｍ程度になると、ＳＭＴの半田濡れ性が悪くなることが確認された。このように、半田濡れ性を良好とすることによって接続強度（せん断強度）を大きくすることができる。また、長さが５０μｍ以上のウイスカの発生を抑制することによって、ＦＰＣまたはＦＦＣに於ける端子部の銅配線間のピッチが非常に小さくなった場合にも配線回路の短絡を生じることがなくなる。さらにめっき層は鉛を含まないので、廃棄処分されたこの種部品が酸性雨等に曝されても、鉛の溶出による環境問題も生じない。なお、コネクタ嵌合する端子部以外の半田付けする部分のめっき層は、粗面化処理を施しても施さなくても良い。

前述のＦＰＣ、ＦＦＣの製造方法としては、ＦＰＣまたはＦＦＣの端子部を含めた半田付が必要な部分（例えば部品のＳＭＴ）の銅配線上に、少なくとも１．０μｍ以上の純錫或いは鉛を含まない錫合金めっき層を形成し、ついで、少なくともコネクタに嵌合される端子部の表面を、平均表面粗さ（Ｒ_ａ）が０．０１０μｍ以上、好ましくは０．０１０〜０．５０μｍとなるように研磨処理して粗面化すれば良い。より詳細には、ＦＰＣまたはＦＦＣの銅配線上の端子部およびＳＭＴ部分に、電解めっき処理等によって純錫またはＳｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ａｇ等の鉛を含まない錫合金めっき層を、厚さが１．０μｍ以上となるように形成する。ついで、少なくともコネクタと嵌合する端子部のめっき層の表面を、バフ研磨やエミリークロス等を用いて研磨処理し、平均表面粗さ（Ｒ_ａ）が０．０１０μｍ以上となるように粗面化すれば良い。例えば、エメリークロスの粗さやバフに定着させるアルミナ粒子、ダイヤモンド粒子の粒径、或いは押付ける圧力によって調整すればよい。具体的には、＃６００のエメリークロスで数回研磨処理することによって十分達成することができる。まためっき層の形成は、通常使用されている電解めっき槽を用いて実施することができるので、比較的簡単な製造方法とすることができる。さらにめっき層表面の粗面化処理も、上記のようにバフ研磨やエミリークロス等の機械的な研磨処理で十分に目的のものが得られるので、製造効率の良いコスト的にも実用的な製造方法である。そして、得られたＦＰＣ端子部は、長期間のコネクタ嵌合接続を行っても、長さが５０μｍ以上のウイスカの発生を抑制することができ、ファインピッチの銅配線回路に於いても短絡の問題がない。また、半田濡れ性に優れた接続強度の強い部品のＳＭＴが行えるＦＰＣまたはＦＦＣが得られる。

表１に記載した実施例および比較例によって、本発明の効果を確認した。すなわち、コネクタ嵌合される端子部の配線ピッチが０．５ｍｍのＦＰＣおよびＦＦＣを作製してその特性を調べた。実施例１〜１５および比較例１および２がＦＰＣ、実施例１６〜２０および比較例３がＦＦＣに関するものである。まず、ＦＰＣおよびＦＦＣのコネクタ嵌合する端子部を含む銅配線上に、表１に記載した純ＳｎおよびＳｎ−Ｃｕ合金のめっき層を所定の厚さに形成した。その後、端子部のめっき層表面をエメリークロス（＃２０００〜＃６００の範囲のものを用いた）またはバフ研磨機（ナイロン製不織布に粒度の異なるアルミナやダイヤモンド微粒子を定着したバフを使用した）を適度の圧力で押付けることにより研磨処理し、種々の表面粗さ（Ｒ_ａ）の粗面を形成した。なお、研磨処理は研磨面に水をかける状態で行った。また、ＦＦＣについてはめっき層を形成した後に、リフロー処理を行った。

このようにして得られたＦＰＣやＦＦＣの端子部を、ジフ型コネクタと嵌合させ１００時間室温中に放置した。なおジフ型コネクタは、接続端子部にＡｕ／Ｎｉ（ニッケルめっき上に金めっき）或いは純Ｓｎ（純錫めっき）の２種類を用意した。その後前記コネクタから取外し、それぞれの端子部をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用い、５００倍に拡大してウイスカの発生状況を観察した。長さ５０μｍ以上のウイスカの発生がない場合を合格として○印で、長さ５０μｍ以上のウイスカの発生が見られるものを、不合格として×印で示した。なお、平均表面粗さ（Ｒ_ａ）は、ＪＩＳ規格Ｂ０６０１に基づきＰａｃｉｆｉｃＮａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製のＡＦＭ（原子間力顕微鏡）を用いて測定、めっき層の厚さは、蛍光Ｘ線膜厚計（セイコーインスツルメント社製）を用いて測定した。

つぎに、ＦＰＣまたはＦＦＣ端子部のめっき層の光沢性、および部品を実装する部分の半田濡れ性を調べた。端子部の光沢性は、光沢度計（日本電色社製）を用いて測定し光沢度０．７５以上を合格として○印で、光沢度が０．７５未満で光沢が良くないものを×印で示した。また半田濡れ性は、プッシュプル試験（実装部品に基板に対して平行に荷重を掛け、ロードセルを用いて引き剥がし荷重を測定）による実装部品の引き剥がし試験を行ない、２．５Ｎ以上のせん断強度のものを合格として○印で、せん断強度が２．５Ｎ未満で濡れ性がよくないものを×印で記載した。以上の結果を、表１に示した。

表１から明らかなとおり、実施例１〜２０に見られるように表面粗さ（Ｒ_ａ）が０．０１０μｍ以上であれば、長さが５０μｍ以上のウイスカが発生しないことが判る。例えばＦＰＣの例では、実施例１０や１１に見られるように表面粗さ（Ｒ_ａ）が０．０１０μｍから実施例１２の表面粗さ（Ｒ_ａ）が０．５５μｍに於いて、長さが５０μｍ以上のウイスカの発生がないことが判る。また、ＦＦＣに関しても、実施例１６の表面粗さ（Ｒ_ａ）が０．０１５μｍから実施例２０の表面粗さ（Ｒ_ａ）が０．５４μｍに於いて、長さが５０μｍ以上のウイスカの発生がないことが判る。これに対して、比較例１〜３に記載した表面粗さ（Ｒ_ａ）が０．００８０μｍに於いては、長さが５０μｍ以上のウイスカが発生していることが判る。このように、ＦＰＣまたはＦＦＣの端子部に於けるめっき層表面を、表面粗さ（Ｒ_ａ）として０．０１０μｍ以上に粗面化することによって、耐ウイスカ性を目的のものとすることができる。

まためっき層表面の光沢性については、ＦＰＣの例である実施例１〜１１および１３、１４に見られるように、めっき層表面の表面粗さ（Ｒ_ａ）が０．５０μｍ以下では、光沢度が２．５Ｎ以上と良好なものである。またＦＦＣの例である実施例１６〜１９に見られるように、めっき層表面の表面粗さ（Ｒ_ａ）が０．５０μｍ以下のものでは良好なものである。これに対して、実施例１２に見られるめっき層表面の表面粗さ（Ｒ_ａ）が０．５５μｍ、実施例１５および２０に見られる表面粗さ（Ｒ_ａ）が０．５４μｍとなると、光沢性が問題となるものが生じた。よって、光沢性の点からは、めっき層の表面粗さ（Ｒ_ａ）を０．５０μｍまでとするのが好ましい。

さらに、部品が実装される部分の半田濡れ性に関して見ると、実施例１〜１２および１５に示されるＦＰＣおよび実施例１６〜１８および２０に記載されるＦＦＣは、良好な濡れ性を示した。すなわち、めっき層の厚さが１．０μｍ以上の実施例は、いずれも実装部品のせん断強度が２．５Ｎ以上と十分な濡れ性を有するものである。また、ＦＦＣに関しても、めっき厚さが１．１μｍ以上の実施例は、十分な濡れ特性を示し好ましいものである。これに対して、めっき層厚さが０．８０μｍである実施例１３、０．８５μｍである実施例１４および３０は、ＦＰＣ、ＦＦＣ共に若干半田濡れ性に問題があった。この結果から半田濡れ性に関しては、めっき層の厚さを１．０μｍ以上とするのが好ましいことが判る。以上の結果を総合すると、実施例１〜１１のＦＰＣおよび実施例１６〜１８に示した例のものが、耐ウイスカ性、光沢性および半田濡れ性の全てに好ましいものであることが判る。すなわち、純錫或いは鉛を含まない錫合金めっき層の表面が、平均表面粗さ（Ｒ_ａ）で０．０１０〜０．５０μｍであり、めっき層の厚さが１．０μｍ以上としたものが、前記の３つの特性を満足するＦＰＣまたはＦＦＣである。

以上の本発明のＦＰＣまたはＦＦＣを用いることにより、その端子部はコネクタ嵌合を長期間行ってもウイスカの発生が抑制され、また半田濡れ性も優れたものであるから、種々の電子機器類に使用するＦＰＣまたはＦＦＣとして有用なものである。

Claims

少なくともコネクタに嵌合される端子部の銅配線上に形成された、純錫或いは鉛を含まない錫合金めっき層の表面が、平均表面粗さ（Ｒ_ａ）で０．０１０μｍ以上に粗面化されていることを特徴とするフレキシブルプリント配線板またはフレキシブルフラットケーブル。
前記純錫或いは鉛を含まない錫合金めっき層の表面が、平均表面粗さ（Ｒ_ａ）で０．０１０〜０．５０μｍであることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブルプリント配線板またはフレキシブルフラットケーブル。
前記純錫或いは鉛を含まない錫合金めっき層の厚さが、１．０μｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載されるフレキシブルプリント配線板またはフレキシブルフラットケーブル。