JP2011204372A - 電気配線用コネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】コネクタに簡易な構造改良を加えることで、電極の錫めっき層から生じる錫ウィスカの発生を許容しながらも、隣接する電極間にこの錫ウィスカが跨って電極間ショートを生じさるという課題が生じ得ない、電気配線用コネクタを提供する。
【解決手段】直線状のフィルム１の一側面に、複数の、鉛フリー錫系めっき層３を具備する直線状の電極２が間隔を置いて、該フィルム１の長手方向もしくは略長手方向に沿って配されてなる電気配線用コネクタ１０であって、フィルム１の長手方向に直交する断面形状が湾曲状を呈している。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉛フリー錫系めっき層を具備する直線状の電極が間隔を置いて複数配されてなる、電気配線用コネクタに関するものである。

各種電子機器同士を接続する電気配線用コネクタを構成する電極には、その金属導線周囲がめっき処理されたものが一般に用いられている。このめっき処理においては、昨今の環境影響負荷低減の高まりを反映して、従来の鉛系めっきに代わり、鉛フリーめっきが適用されるようになっており、純Ｓｎ、Ｓｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金などの高温系鉛フリーめっき、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ合金などの中温系鉛フリーめっき、Ｓｎ−Ｚｎ合金などの低温系鉛フリーめっきなどを主として挙げることができ、これらを一般に、鉛フリー錫系めっきと称することができる。

このように、めっき処理に際して鉛フリー化が伸展している一方で、この鉛フリー化にともない、錫ウィスカの発生と、間隔をおいて隣接する電極同士にこの錫ウィスカが跨って電極間ショートが生じる可能性が考えられ、当該技術分野における重要な解決課題の一つとなっている。

ウィスカには、内因性のウィスカ、すなわち、物質内部の要因によって原子が外部へ移動して成長するものや、外因性のウィスカ、すなわち、外部から受ける圧縮やせん断等の外力によって物質内部の原子が外部へ移動して成長するものなどがあり、これらを真性ウィスカと称することができる。

そして、錫系めっきにて生じ得る錫ウィスカに関して言えば、その一般的な寸法がせいぜい数百μｍ以下の長さのものが生じ得、その断面形状は円形や多角形状などを呈するものである。したがって、電気配線用コネクタに関し、その隣接電極間の距離が生じ得る錫ウィスカの長さ未満のものである場合には、この錫ウィスカ対策が急務の課題となるのである。

ところで、上記する従来の電気配線用コネクタにおいては、その外形が縦長直線状で、かつ扁平な樹脂製のフィルムと、このフィルムの一側面に、複数の縦長直線状の電極が配されているものが一般的である。そして、コネクタがこのように扁平な外形を有することから、これが電子機器の端子と接続等される際にはその長手方向にも短手方向にも動き易い。そのため、接続される電機機器との間でコネクタが摺動する際にウィスカが生じ易くなること、より具体的には、上記する外因性のウィスカが生じ易くなることが本発明者等によって特定されている。ここで、錫ウィスカがコネクタの長手方向に進展する場合には、隣接する電極間を跨ぐ方向でないことから電極間ショートの直接的な原因とはなり難い。しかし、上記するように、コネクタがその短手方向に摺動した際には、この摺動時に受ける外力によって一方の電極の錫めっき層から生じた錫ウィスカが隣接する他方の電極側へ進展してしまい、これが電極間ショートの原因となる可能性が考えられる。

ここで、従来の公開技術へ目を転じるに、複数の基板に実装した電気回路をＦＦＣ（Flexible Flat Cable）を介して電気的に接続するに当たり、このＦＦＣの絶縁体から露出した複数の端子を、基板上に設けた複数のランドにはんだ付けする電子機器の製造方法が開示されている。より具体的には、ＦＦＣの絶縁体から露出した各端子のメイン基板のランドと対向させない一方の面上に、溶融状態のはんだ温度で軟化して膨張する熱膨張性と絶縁性を有する膜体を付けて、該一方の面を膜体で覆う。次いで、各端子の膜体で覆われていない他方の面を各ランド上に置き、はんだを溶融させて各ランドの各端子が接触していない余り部分上に流し込んで各端子と各ランドをはんだ付けするものである。

この製造方法を適用することで、作業者の熟練度によらず、ＦＦＣの各端子を基板の各ランドに短絡することなく正常にはんだ付けすることできる、としている。しかし、仮に正常にはんだ付けができたとしても、電極上で上記する錫ウィスカが生じてしまった際に、これが隣接電極間を跨いで電極間ショートを生じさせてしまうという、上記課題は依然として解決されるものではない。

特開２００８−１４７２２３号公報

本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、コネクタに簡易な構造改良を加えることで、電極の錫めっき層から生じる錫ウィスカの発生を許容しながらも、隣接する電極間にこの錫ウィスカが跨って電極間ショートを生じさせる可能性を解消することのできる、電気配線用コネクタを提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明による電気配線用コネクタは、直線状のフィルムの一側面に、複数の、鉛フリー錫系めっき層を具備する直線状の電極が間隔を置いて、該フィルムの長手方向に沿って配されてなる電気配線用コネクタであって、前記フィルムの、前記長手方向に直交する断面形状が湾曲状を呈しているものである。

本発明の電気配線用コネクタは、複数の直線状のフィルムを一体化するための基板となるフィルムの断面形状、より具体的には、その長手方向に対して直交する断面形状が湾曲状を呈するものであり、フィルムを湾曲状としたことで、電極間距離を長くして電極の錫めっき層から生じる錫ウィスカによるショートの可能性を低減できるという効果を奏するものである。また、フィルムを湾曲状としたことで、隣接電極同士は相互に水平位置の関係とならないことから、一方の電極の錫めっき層から生じて水平方向へ進展しようとする錫ウィスカを他方の電極に当接し難くすることができ、もって電極間ショートを抑制できるという効果を奏するものである。

フィルムの断面形状を湾曲状としたことで、上記する２つの主たる作用効果の特に後者の効果により、錫ウィスカによる電極間ショート抑制効果は極めて高いものとなる。なお、直線状の電極の長手方向に進展する錫ウィスカに関しては、これが隣接電極と直交する方向であることより電極間ショートは生じ難く、これがショートの主たる原因とはならない。そして、フィルムが湾曲状であることから、その湾曲に沿う方向、すなわち、隣接する電極に向かう方向へのコネクタの摺動が効果的に抑制され、他方の電極側へ向かう錫ウィスカの発生自体を抑制することもできる。

ここで、断面が湾曲状で長手方向に延びるフィルムの一側面に接着等される複数の電極は、このフィルムの長手方向に沿う方向で延設する形態のほか、フィルムの長手方向に対して複数の電極がある傾斜角で延設する形態であってもよい。

ここで、上記する「断面形状が湾曲状を呈している」に関し、この湾曲状の具体例として、円弧状、半円、楕円の一部のほか、円形を挙げることができる。

このうち、フィルムの断面が円形とは、フィルムが円筒状を呈していることを意味している。従来構造の扁平なフィルムに対して、湾曲状のフィルムとしたことでコネクタ全体の曲げ剛性は高くなるが、さらに円筒状フィルムからなる電気配線用コネクタとすることでその断面剛性はより一層高められる。したがって、このコネクタが接続される機器が作動した際にコネクタに伝播される振動に対して、コネクタ自身の形状保持性と振動抑制効果が高い。

また、本発明者等の検証によれば、断面が円弧状、半円の場合においては、隣接する電極端部間の中心角が６０度以上の場合に、一方の電極もしくは双方の電極から進展する錫ウィスカによる電極間ショートが生じないことが実証されている。

尤も、既述するように、少なくともフィルムの断面形状が湾曲状であることにより、隣接電極は相互に水平位置の関係にないことから、一方の電極から他方の電極側へ水平に進展しようとする錫ウィスカによる電極間ショートの可能性は極めて低くなっている。このことに加えて、さらに電極間を中心角６０度以上とすることで、電極間ショートを完全に抑止できることになる。したがって、昨今の機器の小型化に伴って生産が増加している高密度実装機器に対し、これに接続されるコネクタであって隣接する電極間距離が極めて小さなコネクタとして、本発明のコネクタの適用は好適なものとなる。

また、フィルムの素材は、適宜の熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂が適用でき、さらには、ＦＦＣ（Flexible Flat Cable）が使用されてもよいし、このＦＦＣの表面に金メッキ処理を施して錫ウィスカの発生そのものを抑制するようにしてもよい。フィルムにＦＦＣを使用することで、フィルムが繰り返しの折り曲げにも耐えることができ、適宜の湾曲形状に形状変化が自在であって、しかもその形状保持性にも優れている。

以上の説明から理解できるように、本発明の電気配線用コネクタによれば、その構成部材であるフィルムの断面形状を湾曲状としたことにより、隣接電極間の距離を長くでき、特に隣接電極の一方から他方側へ水平に進展しようとする錫ウィスカが他方の電極と交差し難い位置となるように双方の電極を配設することができ、さらには、コネクタを湾曲に沿う方向へ摺動し難くすることによって電極間を跨ごうとする錫ウィスカの発生自体を抑制することができ、扁平フィルムに対してその断面剛性が格段に高くなることで形状保持性、耐振動性および耐久性に優れた電気配線用コネクタとなる。

本発明の電気配線用コネクタの一実施の形態の斜視図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）はいずれも、電気配線用コネクタの実施の形態の断面図である。 隣接電極の一方の電極から進展する錫ウィスカと、他方の電極との関係を説明した図である。 （ａ）、（ｂ）はいずれも、電気配線用コネクタの他の実施の形態の斜視図である。 （ａ）は図４ａにおける電極間ショート可能範囲を説明した図であり、（ｂ）は図４ｂにおける電極間ショート可能範囲を説明した図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の電気配線用コネクタの一実施の形態の斜視図であり、図２ａ、ｂ、ｃはいずれも、電気配線用コネクタの実施の形態の断面図である。

図１で示すコネクタ１０は、長手方向（Ｘ１方向）とこれに直交する短手方向（Ｘ２方向）を有し、平面視は矩形であって、その断面形状が湾曲状のフィルム１と、このフィルム１の表面に接着されて、フィルム１の長手方向に沿う方向に延設する複数の電極２と、この電極２の表面に形成された鉛フリーの錫系めっき層３と、電極２のうち、機器と電気接続されない箇所の露出を防ぐ防護フィルム４と、から大略構成されている。

ここで、電極２は、導電性金属の銅やその合金などから形成されている。また、錫系めっき層３は、純Ｓｎ、Ｓｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金などの高温系鉛フリーめっき、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ合金などの中温系鉛フリーめっき、Ｓｎ−Ｚｎ合金などの低温系鉛フリーめっきのうちのいずれであってもよい。

一方、フィルム１は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれであってもよく、ＡＢＳ樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンエーテル、ナイロン／ポリアミド、ポリカーボネイト、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、フッ素樹脂、ウレタン樹脂、エラストマーなどの熱可塑性樹脂のいずれか一種、もしくは、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂のいずれか一種などから形成できる。

また、フィルム１は、ＦＦＣ（Flexible Flat Cable）から形成してもよい。

ここで、フィルム１の断面形状、すなわち、湾曲状の形態として、図２ａ，ｂ，ｃの各形状形態を挙げることができる。

図２ａで示す形状は円弧状であり、その端部間の中心角：α（中心点：Ｏ）は適宜設定される。ここで、この中心角：αの設定に際しては、特に隣接する電極２，２双方の対向端部間の中心角：α１がまず設定され、これに応じてフィルム全体の中心角：αが設定されるのがよい。たとえば、この中心角：α１の設定は、錫めっき層３から生じ得る錫ウィスカ、特に他方の電極２側に向かって水平方向（図１のＸ２方向）に進展し得る錫ウィスカが、隣接電極に跨らないような距離を確保できるようにその角度が設定されるのが望ましい。

一方、図２ｂで示すコネクタ１０Ａを構成するフィルム１Ａは、その断面形状が半円状を呈するものである。

また、図２ｃで示すコネクタ１０Ｂを構成するフィルム１Ｂは、その断面形状が横長楕円の一部をなす形状を呈している。

このように、各コネクタ１０，１０Ａ，１０Ｂを構成するフィルム１，１Ａ，１Ｂが多様な形態の湾曲状を呈していることで、以下で示す様々な効果が奏される。

効果の一つは、扁平なフィルムに比して、隣接電極間距離が長くなり、水平方向へ進展し得る一方電極からの錫ウィスカが他方電極へ跨り難くなることである。この点に関し、図２ａで示す中心角：α１がたとえば６０度の場合には、電極間距離が２√３／２倍と長くなる。たとえば、電極間の距離として、従来一般の距離である０．１〜１ｍｍを適用した場合でも、中心角：α１に応じた比率で電極間距離を長くすることができる。

また、他の効果は、フィルムの断面が湾曲状となっていることで、扁平なフィルムに比して、その断面剛性が高くなり、特に、コネクタが接続される機器から伝播される振動に対する耐振動性が高くなること、および、フィルムの短手方向への摺動が抑制できることで当該短手方向、すなわち隣接電極方向へ進展し得る錫ウィスカを生じ難くできることである。

ここで、さらなる他の効果を、図３で示す模式図を参照して説明する。同図は、隣接電極の一方の電極から進展する錫ウィスカと、他方の電極との関係を説明した図であり、図２ａの断面の一部を拡大したものである。

図中の中央に位置する電極２に対応する錫系めっき層３から、その側方へ錫ウィスカＷが進展する際には、一般にその進展方向は水平方向（Ｘ３方向）もしくは略水平方向となることが本発明者等によって特定されている。したがって、中央の錫系めっき層３からは、図示のごとくその左右側方へ水平方向に錫ウィスカＷが進展し、これが電極間ショートの直接的な原因となり得る。

しかし、本発明のコネクタ１０は、そのフィルム形状が湾曲状を呈していることより、中央の電極２に対して、これに隣接する左右の電極２，２は相互に水平位置の関係にはなく、これら左右の電極２，２は中央電極２に比して長さ：δだけ落ち込んだ位置に存在している。

そのため、水平方向（Ｘ３方向）に進展する錫ウィスカＷは左右の電極２，２に当接し難い。このように、フィルム１の断面が湾曲状となっていることで、電極間距離が長くなることに加えて、錫ウィスカによる電極間ショートが生じ難い電極相互の位置関係（構造）を形成しているのである。

図４ａ、ｂには、電気配線用コネクタのさらに他の実施の形態を斜視図で示している。

これらのコネクタ１０Ｃ，１０Ｄはともに、円筒状のフィルム１Ｃ，１Ｃを有し、したがって、円形断面という共通構成を有している。

図４ａで示すコネクタ１０Ｃは、円筒状のフィルム１Ｃの長手方向に沿う方向に複数の電極２（とその周囲の錫系めっき層３）が配設され、円筒状の保護フィルム４Ａがこれらを包囲しているものである。一方、図４ｂで示すコネクタ１０Ｄは、円筒状のフィルム１Ｃの長手方向に対して傾斜した方向に複数の電極２Ａが配設され、円筒状の保護フィルム４Ａがこれらを包囲しているものである。

コネクタ１０Ｃ，１０Ｄはいずれも、円筒状のフィルム１Ｃを有することで、図２ａ，ｂ，ｃで示すコネクタ１０，１０Ａ，１０Ｂに比して、断面剛性が一層高められ、耐振動性もより一層高く、さらには、フィルムの形状保持性も一層高いものとなる。

ここで、図５ａ，ｂにはそれぞれ、図４ａ，ｂのコネクタ１０Ｃ，１０Ｄにおける電極間ショート可能範囲を模擬しており、一定の電極長さ：ｔに対して、双方のショート可能範囲を面積Ａ１，Ａ２で示している。

図４ｂで示すコネクタ１０Ｄでは、電極２Ａ，２Ａが相互に傾斜していることより、これらの水平方向に錫ウィスカＷが生じることを勘案した場合に、これが電極間を跨ぐ可能性のある電極間ショート可能範囲面積：Ａ２は、図４ａのコネクタ１０Ｃの電極間ショート可能範囲面積：Ａ１に比して小さくなり、電極間ショートの可能性をより一層低減することができるものである。

[コネクタの摺動試験とその結果]
本発明者等は、幅２０ｍｍ（電極幅：０．７５ｍｍ、電極間距離：０．２ｍｍ、電極本数：２０本）のＦＦＣフィルムを備え、断面が円弧状のコネクタを試作した。より具体的には、複数種のコネクタにおいて、それぞれのフィルムの隣接電極中心角を種々変化させて複数種のコネクタを試作した。そして、各コネクタを水平方向に摺動させて錫ウィスカを発生させ、この錫ウィスカによる電極間ショートの有無を観察した。

この試験では、インデントＲ：０．５ｍｍの治具を用いてウィスカによる電極間ショートを起こし易くするために、水平方向にインデントを摺動させた。ここで、摺動距離は２ｍｍ、接触荷重はおよそ２０００Ｎ、常温常湿下で試験をおこなった。なお、めっき層に外力を付与し続けるために、２ｍｍ摺動させた後にインデントはそのままの状態で１６８時間保持した。試験結果を以下の表１に示す。

[表１]

表１より、本試験で適用したサイズ、電極配設態様のコネクタでは、電極間の中心角が６０度以上で錫ウィスカによる電極間ショートが発生しないことが実証されている。

本発明のコネクタによれば、そのフィルムの断面形状を湾曲状としただけの極めて簡易な構造改良により、錫ウィスカによる電極間ショートの問題を効果的に解消できるものである。また、電極間距離が短縮された場合でも、その湾曲断面によって電極間ショートを生じ難くできるため、高密度実装機器対応のコネクタとして好適なものである。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…フィルム、２，２Ａ…電極、３，３Ａ…錫系めっき層、４，４Ａ…保護フィルム、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ…コネクタ（電気配線用コネクタ）、Ｗ…錫ウィスカ、Ａ１，Ａ２…電極間ショート可能範囲

Claims (7)

1. 直線状のフィルムの一側面に、複数の、鉛フリー錫系めっき層を具備する直線状の電極が間隔を置いて、該フィルムの長手方向もしくは略長手方向に沿って配されてなる電気配線用コネクタであって、
   前記フィルムの前記長手方向に直交する断面形状が湾曲状を呈している電気配線用コネクタ。
2. 前記湾曲状が円弧状である、請求項１に記載の電気配線用コネクタ。
3. 前記湾曲状が半円である、請求項１に記載の電気配線用コネクタ。
4. 前記湾曲状が楕円の一部である、請求項１に記載の電気配線用コネクタ。
5. 前記湾曲状が円形である、請求項１に記載の電気配線用コネクタ。
6. 隣接する電極それぞれの対向する端部間の中心角が６０度以上である、請求項１〜５のいずれかに記載の電気配線用コネクタ。
7. 前記フィルムがＦＦＣ（Flexible Flat Cable）からなる、請求項１〜６のいずれかに記載の電気配線用コネクタ。

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