JP2008210891A - フレキシブルプリント基板 - Google Patents

Abstract

【課題】めっきした配線の端子部をコネクタに嵌合した場合にも端子におけるウィスカの発生を抑止すること、更に、Ｐｂが酸性雨などにより環境中に溶出し、動植物や人体に害を及ぼすことがないことを目的とする。
【解決手段】コネクタと嵌合される端子部４に設ける補強板５の材質を全芳香族ポリエステルとし、端子４１の表面処理は、錫又は錫に銅、ビスマス、銀、亜鉛から選択される１種又は２種以上を添加した合金を用いてめっき処理したＦＰＣ。
【選択図】図１

Description

本願発明は、電子機器等に用いられるフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）に関し、特に、外部応力のかかる部位に補強板を設けたフレキシブルプリント基板に関する。

電子機器等に用いられるフレキシブルプリント基板は、多くがＣｕやＣｕ合金を配線部に使用している。そして、これらの基板を他の基板等と電気的に接続する場合、主にコネクタを用いて接続することが行われている。このようにコネクタを用いてフレキシブルプリント基板に設けた端子を接続する場合、接触抵抗を低くし、導通不良をなくすためには、銅配線の端子を表面処理して使用することが有効である。従来、この目的で、銅配線の端子表面は、ＡｕやＳｎ−Ｐｂを主成分とする合金などで電解めっきによって被覆されていた。

又、純ＳｎめっきやＳｎ系合金めっきをした銅の配線端子をコネクタで嵌合した場合、嵌合保持している間に、コネクタのピンによって圧し付けられた箇所の周辺のめっき皮膜から、ウィスカが急速に発生する現象があることが、２００３年以降わかってきた。この現象は、Ｓｎ−Ｐｂめっきでもわずかに起こるが、純ＳｎめっきやＳｎ−Ｃｕ合金めっきにおいて顕著に起こる。そして、フレキシブルプリント基板の端子のように狭ピッチの配線部においてウィスカが発生すると、配線どうしの短絡に繋がる等の問題が起こる。

もともと純ＳｎめっきやＳｎ−Ｃｕ合金めっきは、めっき後に室内に放置しておくとウィスカが発生することは、従来から知られていた。この問題に対し、めっきした皮膜を適切な条件で熱処理することによりウィスカの発生を防止する対策が提案されている（例えば、特許文献１参照）。又、Ｓｎ系めっきの残存めっき層の厚さを、初期のめっき厚さや熱処理によって薄く制御する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

又、これらフレキシブルプリント基板のコネクタに嵌合する端子部は、嵌合時の押し圧で配線が変形することを防止し、又、接触力ならびに機械的保持力を安定させるために、基板の裏側に補強板が貼られた状態で使用されている。この補強板には、通常ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリイミド（ＰＩ）を材質とするものが用いられ、ポリエーテルイミドを用いたものも提案されている（例えば、特許文献３参照。）。尚、通常、基材（回路が形成されている基板）には、ポリイミドが使用されている。

一方、液晶ポリマーを材質とする基材を使用する回路基板も提案されている（例えば、特許文献４、５参照。）。

特開２００３−１９３２８９号公報 特開２００６−４５６６５号公報 特開平１１−３１７５６９号公報 特開２００５−２１０５８号公報 特開２００５−１９１５４２号公報

しかし、銅配線の端子をＡｕやＳｎ−Ｐｂを主成分とする合金などで電解めっきによって被覆する方法の問題点として、Ａｕめっきはコストが高く、更に、近年では、電子機器に鉛を使用した場合、電子機器に使用されたＰｂが酸性雨などにより環境中に溶出し、動植物や人体に害を及ぼすことが指摘されている。このためＰｂを含有しないＳｎ系めっきを使用することが望まれている。

又、特許文献１に示されるような従来技術では、純ＳｎめっきやＳｎ−Ｃｕ合金めっきした銅の配線端子をコネクタで嵌合保持している間に、コネクタのピンによって圧し付けられた箇所の周辺のめっき皮膜からウィスカが急速に発生する現象を防止することが困難であることがわかっている。即ち、熱処理によって内部応力を除去する方法や、内部応力の増加を防止する方法では、純ＳｎめっきやＳｎ−Ｃｕ合金めっきした銅の配線端子単独の場合の内部応力型のウィスカの発生を充分に抑制できるが、コネクタで嵌合保持している間にウィスカが急速に発生する外部応力型のウィスカは充分に抑制できなかった。

又、特許文献２に示されるような従来技術では、めっき厚を狭い範囲で制御、即ち薄く形成することや、熱処理をすることなどの管理が必要であり、製造工程が煩雑で、コストが上昇すると云う問題点や、はんだ濡れ性が低下するという欠点があった。

特許文献４及び５に記載されたように、基材に液晶ポリマーを使用した場合、透明性がないために、ＦＰＣの張り合わせ作業がしにくいという問題点があった。更に、この特許文献３及び４に記載の発明は、マイグレーションを抑制することを目的とするものであり、外部応力型のウィスカへの対応が全く考慮されていないものであった。

これらのことから、フレキシブルプリント基板において、Ｐｂが酸性雨などにより環境中に溶出し、動植物や人体に害を及ぼすことがないこと、めっきした配線の端子部をコネクタに嵌合しても端子にウィスカが発生しないこと等が望まれていた。

従って、本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解消し、フレキシブルプリント基板において、めっきした配線の端子部をコネクタに嵌合した場合にも端子におけるウィスカの発生を抑止することを目的とする。更に、Ｐｂが酸性雨などにより環境中に溶出し、動植物や人体に害を及ぼすことがないことを目的とする。更に、製造コストを廉価におさえ、製造及び組立を容易とすることを目的とする。

上記課題を解決するための手段としての本発明は、フレキシブルプリント基板において、フレキシブルプリント基板の構成材料、特に端子部に設けられる補強板に、従来から用いられているポリイミドより柔軟性のある全芳香族ポリエステルを使用することにより、その材料部分で圧力（応力）の緩和を行い、端子におけるウィスカの発生を抑制するものであり、更に、端子の表面処理にＰｂを含有しないＳｎ系合金を用いるものである。

即ち、導体層と絶縁層を備えて構成され、外部応力がかかる部位を有するフレキシブルプリント基板であって、該外部応力のかかる部位に設けた補強板の材質が全芳香族ポリエステルであることを特徴とするフレキシブルプリント基板である。

又、上記フレキシブルプリント基板において、前記外部応力のかかる部位は、コネクタと嵌合される端子部であることを特徴とするフレキシブルプリント基板である。

又、上記フレキシブルプリント基板において、前記コネクタと嵌合される端子部の端子の表面処理は、錫又は錫に銅、ビスマス、銀、亜鉛から選択される１種又は２種以上を添加した合金を用いてめっき処理したことを特徴とするフレキシブルプリント基板である。

又、上記フレキシブルプリント基板において、前記補強板の厚さは２００〜２２５μｍであることを特徴とするフレキシブルプリント基板である。

以上のような本発明によれば、外部応力のかかる部位に設けた補強板の材質が全芳香族ポリエステルであるので、外部応力による端子のめっき層におけるウィスカの成長を抑制することが可能となった。又、基材自体は従来の透明性を有する材料を使用できるので、製造及び組立等の作業性損なうことなく、容易とすることが可能となった。

又、前記外部応力のかかる部位は、コネクタと嵌合される端子部であるので、コネクタと嵌合して他の基板と電気的に接続する場合であっても、嵌合時の押し圧、即ち外部応力による端子におけるウィスカの成長を抑制することが可能となった。

又、前記コネクタと嵌合される端子部の端子の表面処理は、錫又は錫に銅、ビスマス、銀、亜鉛から選択される１種又は２種以上を添加した合金を用いてめっき処理したので、端子の表面処理にＰｂを含有しないＳｎ系合金を用いるので、Ｐｂが酸性雨などにより環境中に溶出し、動植物や人体に害を及ぼすことがない安全性を有するものとなった。又、安全性を有するうえに、コストが高いＡｕめっきを使用することがないので、製造コストを廉価におさえることが可能となった。又、補強板に全芳香族ポリエステルを用いることとあいまって、残存めっき層が厚いめっき処理を行うことができ、はんだ濡れ性の低下を防止することが可能となった。

又、前記補強板の厚さは２００〜２２５μｍであるので、より効果的にウィスカの成長を抑制することが可能となった。

以下、本発明のフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）の実施形態を図に従って説明する。フレキシブルプリント基板１は、絶縁層を構成する絶縁基板２の表面に銅箔を貼り合わせて、導体層３を構成する回路を形成し、コネクタと嵌合する端子部４の端子４１にはめっきによる表面処理が施されている。又、フレキシブルプリント基板１の外部応力がかかる部位、例えば端子部４には補強板５が設けられている。

絶縁基板２、即ち基材に使用する材料としては、ポリイミド、ＰＥＮ、ＰＥＴ、全芳香族ポリエステル等を用いることが出来るが、透明性のあるポリイミド等を使用することが、組立時等の作業性を損なうことなく望ましい。

コネクタと嵌合させる部分の端子４１のめっきによる表面処理は、Ｓｎ（錫）又はＳｎ（錫）にＣｕ（銅）、Ｂｉ（ビスマス）、Ａｇ（銀）、Ｚｎ（亜鉛）から選択される１種又は２種以上を添加した合金、例えば、錫−銅、錫−ビスマス、錫−銀、錫−亜鉛、錫−銀−銅合金等のめっきを用いることが出来る。めっきの方法としては、特に限定されず、電解めっき法や無電解めっき法等を採用することが出来る。

又、めっき部は、めっき後に内部応力を緩和させるために、めっき部を熱処理（溶融、又は溶融点以下のアニール）することが望ましい。

補強板５はフレキシブルプリント基板１の端子部４を、図示しない他の基板等に設けられたコネクタに着脱する際に、柔軟性のある端子部が折れ曲がったりして破損することを防止し、又、嵌合時の押し圧で配線が変形することを防止し、接触力ならびに機械的保持力を安定させるため、端子部を補強するために用いるものである。補強板５の材料は、全芳香族ポリエステルを用いる。補強板５は、絶縁基板２の端子部４の端子４１が設けられた面と反対側の面に、アクリル系やエポキシ系樹脂等の熱可塑性又は熱硬化性の接着剤を用いて接着して設けている。この補強板５の厚さは、１７５〜２２５μｍとすることが望ましく、更には２００〜２２５μｍとすることが望ましい。特にこの範囲とすることにより、より効果的にウィスカの発生を防止できるからである。

このように、補強板５を、従来から用いられているポリイミド（ＰＩ）や、ＰＥＴではなく、全芳香族ポリエステルを用いて構成することにより、ウィスカの発生をより効果的に抑制することが可能となる。これは、全芳香族ポリエステルが時間と共に応力を緩和する性質に優れていることによる。

このことは、図３に示すグラフで証明することが出来る。図３は、フレキシブルプリント基板１の導体層３を構成する回路表面に、コネクタ嵌合に相当する接触加重を垂直方向上方から負荷した際の時間と荷重変位の関係を示したもので、変位量２２μｍ、即ちコネクタへの嵌合による端子の変形量で保持したときの時間と荷重変位の関係を示している。

この荷重試験は、詳しくは、フレキシブルプリント基板１は、端子４１が０．５ｍｍピッチの片面（１層）ＦＰＣで、導体層の厚さは１８μｍ、端子４１に施しためっき種はＳｎ−Ｃｕ（１質量％）、めっき厚は３〜５μｍ、絶縁基板２の厚さは２５μｍとし、補強板に、厚さ２２５μｍの全芳香族ポリエステルを使用したもの（本発明）、厚さ２２５μｍのポリイミドを使用したもの（比較例）を使用し、試験を行った。この荷重試験の模式図を図４に示す。即ち、端子４１に垂直方向から、コネクタのピンの押し付けを模擬した圧子１０を、常温（２５℃）下で、変位量２２μｍで押し付けた。

図３のグラフにおいて、線Ａは補強板がＰＩ、線Ｂは補強板が全芳香族ポリエステルの結果を示している。

このように、本発明の補強板５に用いられる全芳香族ポリエステルは、時間と共に応力を緩和する性質が優れていることがわかる。そして、コネクタとの嵌合により、端子４１に発生、成長するウィスカは、嵌合後に継続的に付加される応力を成長の駆動力としていることから、この応力を時間と共に緩和することがウィスカの抑制につながると考えられる。又、一定荷重が付加されている場合でも、各材料の経時的な変形量が、早く安定状態に達し、その後めっきに弾性的な応力が付加されることがないことが、ウィスカの抑制につながると考えられる。従って、応力を時間と共に緩和可能で、経時的な変形量が早く安定状態に達する全芳香族ポリエステルを補強板５に使用することでウィスカの発生を抑制することが可能となる。

このように、本発明は、補強板５の塑性変形により、応力を緩和して、ウィスカの発生を抑止するものである。そして、コネクタとの嵌合において、端子部４は端子４１、絶縁基板２、補強板５共に陥没し、そこにコネクタのピンが数十μｍ食い込んだ状態となり、コネクタ嵌合を確実なものとすると共に、電気的接続を確実なものとしている。従って、補強板５の塑性変形によりピンの押し圧が低下しても、コネクタ接合には全く問題が生じるものではない。

導体層３は端子４１の部分を除いて、ポリイミド、ポリエステル等の熱可塑性樹脂、その他の樹脂、レジストインキ、その他の熱可塑性材料を使用したカバーレイ６で被覆している。又、図２に示すように、カバーレイ６の導体層３に対向する面と反対側の面や絶縁基板２の導体層３に対向する面と反対側の面に金属箔８を貼付することとしてもよい。

尚、図１、２及び上記説明においては、絶縁基板２（基材）の片面に導体層を設けて、絶縁基板２の片面に回路が形成された片面ＦＰＣを説明しているが、本発明のフレキシブルプリント基板はこの構成に限定されることなく、絶縁基板の両面に回路が形成された両面ＦＰＣ、絶縁基板と回路からなるＦＰＣを複数積層した多層ＦＰＣであってもよい。

補強板５に全芳香族ポリエステルを使用したフレキシブルプリント基板１の端子４１におけるウィスカの発生について表１に示す実施例で試験を行った。使用したフレキシブルプリント基板１は、端子４１が０．５ｍｍピッチの片面（１層）ＦＰＣで、導体層３の厚さは１８μｍ、端子４１に施しためっき種はＳｎ−Ｃｕ（１質量％）、めっき厚は３〜５μｍ、絶縁基板２（表中基材フィルムと記載）は厚さを２５μｍのフィルム状基材を用い、絶縁基板２の下側（裏側）にアクリル系の接着剤により補強板５を貼り付けた。比較例として、全芳香族ポリエステルの補強板に替えてポリイミドの補強板を用いた。

試験項目としては、図５に模式図を示した荷重試験を行った。即ち、端子４１に垂直方向から、コネクタのピンの押し付けを模擬した先端が球状の直径１．０ｍｍの圧子１１を押し付け、ウィスカの発生を観察した。
試験条件として、
試験環境：常温（２５℃）
荷重：１．５±０．１Ｎ
荷重時間：５００時間
で行い、観察方法として、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた。

この試験の結果を表１に示す

以上から、補強板にポリイミドを用いた比較例１のＦＰＣと比較すると、補強板に全芳香族ポリエステルを使用した本発明の実施例１〜３は、発生した最大ウィスカの長さが、小さいことがわかる。更に、全芳香族ポリエステルを使用した補強板の厚さが、２００μｍ以上である場合、より高いウィスカ発生防止効果があることがわかる。

更に、補強板５に全芳香族ポリエステルを使用したフレキシブルプリント基板１の端子４１におけるウィスカの発生について表２に示す実施例で試験を行った。使用したフレキシブルプリント基板１は、端子４１が０．５ｍｍピッチの片面（１層）ＦＰＣで、導体層３の厚さは約２０μｍ、端子４１に施しためっき種はＳｎ−Ｃｕ（１質量％）、めっき厚は３〜５μｍ、絶縁基板２（表中基材フィルムと記載）は厚さを２５μｍのフィルム状基材を用い、絶縁基板２の下側（裏側）にアクリル系の接着剤により補強板５を貼り付けた。コネクタは、端子部が０．３ｍｍ厚専用のものを用いた。端子部の総厚を０．３ｍｍに合わせるために、全芳香族ポリエステルの補強板が薄い場合には、全芳香族ポリエステルの補強板の下側にアクリル系の接着剤を介してポリイミドの補強板を貼り付けて端子部の総厚を調製した。比較例として、補強板として厚さ２２５μｍのポリイミドを使用したものを用いたものを使用した。

これらのフレキシブルプリント基板の端子をＺＩＰ型コネクタに嵌合させて、常温常湿下で１０００時間放置した。嵌合した端子は夫々の実施例及び比較例で５０芯とした。嵌合を外し、嵌合した５０芯の端子のうち最も長いウィスカを走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて測定した。

この試験の結果を表２に示す。

以上からわかるように、全芳香族ポリエステルが一定範囲より厚い場合には、ウィスカの発生を抑制する効果があることがわかった。一方、全芳香族ポリエステルが厚すぎる場合には、端子部の総厚が厚くなり、目標寸法（厚さ０．３ｍｍ）に抑えることができず、接触圧力が高まり、ウィスカの発生を、略目標寸法のものに比べて充分には抑制できなかったものの、目標寸法としたポリイミドを使用した比較例と比べれば、充分効果が認められた。

本発明一実施例の構造を示す図であり、（a）は平面図、（b）は（a）のA-A断面図。 本発明他実施例の構造を示す図であり、（a）は平面図、（b）は（a）のB-B断面図。 荷重試験の結果を示すグラフ図 図３で結果を示す荷重試験の模式図 ウィスカ発生の荷重試験の模式図

符号の説明

１ フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）
２ 絶縁基板
３ 導体層
４ 端子部
４１ 端子
５ 補強板
６ カバーレイ

Claims (4)

1. 導体層と絶縁層を備えて構成され、外部応力がかかる部位を有するフレキシブルプリント基板であって、該外部応力のかかる部位に設けた補強板の材質が全芳香族ポリエステルであることを特徴とするフレキシブルプリント基板。
2. 前記外部応力のかかる部位は、コネクタと嵌合される端子部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基板。
3. 前記コネクタと嵌合される端子部の端子の表面処理は、錫又は錫に銅、ビスマス、銀、亜鉛から選択される１種又は２種以上を添加した合金を用いてめっき処理したことを特徴とする請求項２に記載のフレキシブルプリント基板。
4. 前記補強板の厚さは２００〜２２５μｍであることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項に記載のフレキシブルプリント基板。

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