JP4207862B2 - フラットケーブル及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数本の平型銅導体を平行に並べて絶縁フィルムで被覆し、少なくとも一方の端部に接続端末部を形成したフラットケーブルとその製造方法に関する。

通信機器、電子機器の小型化、軽量化に伴い、これらに搭載される電子部品や配線部品等の小型化が進んでいる。特に電気配線のための配線部材には、限られたスペース内で高密度化、高信頼性化の実装が求められている。このような配線部材として、複数本の平型銅導体を平行に並べて絶縁フィルムで被覆し、両端に電気接続用の接続端末部を形成した可撓性のフラットケーブルがある。

この種のフラットケーブルは、可撓性と導電性に優れた平型銅導体が用いられるが、裸銅のままで使用すると、高温、多湿下においてマイグレーションが発生しやすく、隣接する導体間の絶縁抵抗を低下させ、電気的短絡を起こしやすい。また、裸銅は酸化しやすく、絶縁フィルムで被覆する前に平型銅導体が酸化していると、絶縁フィルムとの接着性が低下する。このような不具合を解消し、併せて耐腐食性、半田付け性を高めるために、平型銅導体表面に錫メッキを施したものが用いられている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、錫メッキは、通常、電気メッキにより形成されるが、この電気錫メッキの表面に針状結晶体（以下、ホイスカという）が発生することが知られている。これは、銅系の金属材料に錫メッキを施すと、銅原子が錫メッキ膜中に拡散して、銅−錫金属間化合物を作る。この金属間化合物は、錫と結晶構造が異なり格子間隔に歪みができるため、錫メッキ膜中に圧縮応力が生じる。この圧縮応力がホイスカ成長の駆動力となるので、銅系材料上に錫メッキを施した場合は、ホイスカが発生しやすいとも言われている。

錫メッキに鉛を添加することでホイスカ発生を抑制することはよく知られているが、鉛化合物には毒性があるため、環境対策の問題から好ましくなく、最近は、鉛を添加しない鉛フリーの配線部材が要望されている。電気接続部分に鉛フリーの錫メッキを施し、錫メッキを熱処理することにより、ある程度はホイスカの発生を抑制することが可能である（例えば、特許文献２参照）。しかし、挿抜タイプの電気コネクタとの接続に用いると、接点部分でホイスカが発生しやすくなって、電極間短絡が生じている。これは、電気コネクタの接触片によって錫メッキの表面に外部応力を受けることに起因するものと思われる。

また、平型銅導体を用いたフラットケーブルで、錫メッキに代えてニッケルメッキを施し、その上から接続端末部のみに金メッキを施し、高信頼性を高めることが知られている（例えば、特許文献３参照）。平型銅導体全体にニッケルメッキを施す理由として、銅導体や錫メッキ銅導体上に直接金メッキすると長期の使用に耐えられず、また、錫メッキの上からニッケルメッキを施し、次いで金メッキすると工程が煩雑で実用的でないとされている。
特開平７−９９０１２号公報 特開２００１−７３１８６号公報 特開平８−２９３２１４号公報

特許文献３に開示のように、銅導体の全体にニッケルメッキを施すと、ニッケルは銅に比べて硬く、このためフラットケーブルとしての柔軟性が減じられ、ケーブル特性が低下する。また、ニッケルメッキは、絶縁体や被覆テープとの接着性が悪く平型銅導体との接着力が低下し、さらに、ニッケルは酸化しやすくメッキ表面に酸化膜が生じると金メッキがしにくくなるという問題がある。この点から、フラットケーブルとしては、錫メッキした平型銅導体を用いる方が適しているが、接続端末部でのホイスカ発生の問題と高信頼性の点から、少なくとも接続端末部は、金メッキが施されていることが要望される。

しかし、錫メッキした平型銅導体に対して直接に金メッキを施すと、金メッキと錫メッキとの異種金属接触による電食が生じる。そこで、金メッキの下地金属として通常用いられているニッケルメッキを介して金メッキを行なうことが考えられるが、錫メッキ上にニッケルメッキを施すと、メッキ層間に割れが発生するという問題がある。
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、ケーブル部の導体部分は柔軟性を有しマイグレーション発生がないようにするとともに、接続端末部の導体部分は金メッキが効果的に施された高信頼性のあるフラットケーブルとその製造方法の提供を課題とする。

本発明によるフラットケーブルは、錫メッキが施された複数本の平型銅導体を平行に並べて絶縁フィルムで被覆し、少なくとも一方の端部に電気コネクタと接続する接続端末部を形成したフラットケーブルである。接続端末部の接点導体とされる平型銅導体部分は、錫メッキが除去され、この錫メッキが除去された部分にニッケルメッキを介して金メッキが施される。また、接続端末部は、絶縁フィルムから平型銅導体の両面が露出され、片面側を補強プレートに接合して補強するか、又は、絶縁フィルムから平型銅導体の片面が露出され、平型銅導体の露出されていない側の絶縁フィルム面に補強プレートを接合して補強する。

また、本発明によるフラットケーブルの製造方法は、錫メッキが施された複数本の平型銅導体を平行に並べて絶縁フィルムで被覆し、少なくとも一方の端部に電気コネクタと接続する接続端末部を形成するフラットケーブルの製造方法である。接続端末部の接点導体とされる平型銅導体部分の錫メッキを除去し、錫メッキが除去された部分にニッケルメッキを施し、このニッケルメッキに引続いて金メッキを行なう。なお、金メッキの際のメッキ浴は、ｐＨを９以下とする。

本発明によれば、従来の錫メッキ平型銅導体をそのまま用いるので、マイグレーションによる導体間短絡は発生せず、フラットケーブルの可撓性及び絶縁テープとの接着力を従来通りに確保できる。接続端末部の接点導体となる部分は、錫メッキが除去された銅導体の表面に、金メッキの下地としてのニッケルメッキが施されるので、錫メッキとニッケルメッキ間での割れが発生せず、良好な状態で金メッキされた接続端末部とすることができる。この結果、挿抜型コネクタとの接続でホイスカの発生がなく、電気的にも長期信頼性に優れたものとすることができる。

図により本発明の実施形態を説明する。図１（Ａ）は本発明によるフラットケーブルの概略を説明する図、図１（Ｂ）はケーブル部のａ−ａ部断面を示す図、図１（Ｃ）は接続端末部のｂ部断面を示す図である。図中、１はフラットケーブル、２はケーブル部、３は接続端末部、４は接点導体、５は補強プレート、６は電気コネクタ、６ａはコネクタ接触片、７は平型銅導体、７ａは銅導体、７ｂは錫メッキ、８は絶縁フィルム、８ａはフィルム材、８ｂは接着剤層を示す。

本発明によるフラットケーブル１は、図１（Ａ）に示すように、複数本の平型銅導体を平行に並べて絶縁フィルムで被覆したケーブル部２の両端に、挿抜型の電気コネクタ６等に着脱可能に接続される接続端末部３を備えている。接続端末部３は、ケーブル端部から露出された平型銅導体部分を金メッキ処理して接点導体４とされ、反対側に補強プレート５を接合して構成される。

ケーブル部２は、図１（Ｂ）に示すように、断面が扁平状の銅導体７ａの表面に錫メッキ７ｂを施してなる平型銅導体７を平行一列に並べ配列し、両面から絶縁フィルム８で挟んで接着一体化して構成される。以下、銅導体７ａに錫メッキ７ｂが施された状態のものを平型銅導体７という。この平型銅導体７は、例えば、丸導体に電気メッキによる錫メッキを施した後、これを延伸、圧延して平型形状としたものを用いることができる。

絶縁フィルム８は、平型銅導体７を両面から挟み、接着剤層８ｂを互いに圧接又は溶融して接着一体化して、高密度に配列された平型銅導体７間を電気的に絶縁する。この絶縁フィルム８は、例えば、ポリエステル樹脂系のフィルム材８ａと、そのフィルム内面に熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂の接着剤層８ｂを塗布形成して積層一体化したものが用いられる。以下、フィルム材８ａと接着剤層８ｂとを含めて絶縁フィルム８という。また、補強プレート５もポリエステル樹脂系のフィルム材を用いることができ、この場合、絶縁フィルム８より、例えば、５倍程度の厚さのフィルムが用いられる。

接続端末部３は、図１（Ｃ）に示すように、ケーブル部２の端部で、少なくとも平型銅導体７の片面側の絶縁フィルム８が除去され、導体表面が露出される。露出された導体表面は、後述するように銅導体の表面に施されている錫メッキが除去され、錫メッキが除去された銅導体表面にニッケルメッキを介して金メッキされた接点導体４とされる。接点導体４の反対側は、補強プレート５が接合されて硬直な基板状とされ、挿抜型の電気コネクタ６に着脱可能な形状とされる。電気コネクタ６は、例えば、プリント回路板のエッジ等が挿入されるジャック型、或いは、雌型といわれているもので、コネクタ接触片６ａが接点導体４の表面に圧接して電気接続が形成される。

図２は、平型銅導体７の片面を補強プレート５に直接接合した接続端末部の構成例を示す図である。図２（Ａ）はケーブル全体を示す図、図２（Ｂ）は接続端末部のｃ−ｃ部断面を示す図である。図中、３ａは接続端末部、５ａは補強プレート、９はニッケルメッキ、１０は金メッキを示し、その他の符号は、図１で用いたのと同じ符号を用いることにより説明を省略する。

図２（Ａ）に示す実施形態は、ケーブル部２の両端における接続端末部３ａに関して、平型銅導体７の端部分を覆う絶縁フィルム８を剥離して、平型銅導体７の両面を露出させる。両面が露出された平型銅導体７の片面は、絶縁材からなる補強プレート５ａに直接接合して、平型銅導体７の配列を固定するとともに、挿抜型の電気コネクタに着脱可能な硬直な接続端末部とされる。なお、ケーブル部２の少なくとも一方の端部が、電気コネクタに着脱可能な接続端末部とされていればよく、もう一方の端部は、例えば、はんだ付け接続が可能な接続端末部（金メッキ不要）であってもよい。

次いで、図２（Ｂ）に示すように、補強プレート５ａ上に露出された平型銅導体７が接着固定された後、露出面側の錫メッキ７ｂがエッチング等により除去される。なお、補強プレート５ａに接着された側の錫メッキ７ｂは、除去されずに残る。しかし、補強プレート５ａを接着する前に錫メッキの除去処理を行なうことで、両面の錫メッキを除去することはできる。錫メッキ７ｂが除去された後の銅導体７ａには、ニッケルメッキ９を介して金メッキ１０が施される。これにより、ケーブル部２は、錫メッキが施された複数本の平型銅導体７を絶縁フィルム８で被覆して形成され、接続端末部３ａは、銅導体７ａ上にニッケルメッキ９を介して金メッキ１０が施された接点導体４を備えた構成のフラットケーブルが得られる。

図３は、平型銅導体の露出されていない側の絶縁フィルム面に補強プレートを接合した接続端末部の構成例を示す図である。図３（Ａ）はケーブル全体を示す図、図３（Ｂ）は接続端末部のｄ−ｄ部断面を示す図である。図中、３ｂは接続端末部、５ｂは補強プレートを示し、その他の符号は、図１及び図２で用いたのと同じ符号を用いることにより説明を省略する。

図３（Ａ）に示す実施形態は、ケーブル部２の両端における接続端末部３ｂに関して、平型銅導体７の端部分を覆う絶縁フィルム８を片面側（図では上面側）のみ剥離して、平型銅導体７の上面を露出させる。反対側の平型銅導体７が露出されていない面側（図では下面側）は、剥離されずに残っている絶縁フィルム８の上から補強プレート５ｂを接合し、挿抜型の電気コネクタに着脱可能な硬直な接続端末部とされる。この場合の補強プレート５ｂは、複数本の平型銅導体７が絶縁フィルム８上で配列が保持され、電気的に絶縁されているので金属で形成されていてもよい。なお、この実施形態においても、図２（Ａ）と同様に、一方の端部は、例えば、はんだ付け接続が可能な接続端末部（金メッキ不要）であってもよい。

次いで、図３（Ｂ）に示すように、露出された片面側の平型銅導体７の錫メッキ７ｂがエッチング等により除去される。なお、補強プレート５ｂに接着された側の錫メッキ７ｂは、除去されずに残る。錫メッキ７ｂが除去された銅導体７ａには、ニッケルメッキ９を介して金メッキ１０が施される。これにより、ケーブル部２は、錫メッキが施された複数本の平型銅導体７を絶縁フィルム８で被覆して形成され、接続端末部３ｂは、銅導体７ａ上にニッケルメッキ９を介して金メッキ１０が施された接点導体４を備えた構成のフラットケーブルが得られる。なお、この実施形態では、平型銅導体７は、片面側に絶縁フィルム８で接着されたままで配列が保持されているので、補強プレート５ｂの接合前に錫メッキ７ｂの除去、ニッケルメッキ９及び金メッキ１０を施してもよい。

上述した図１〜図３の構成によれば、フラットケーブルのケーブル部は、断面が扁平状の銅導体の表面に錫メッキが施されているので、ケーブルの可撓性を確保することができる。また、平型銅導体を高密度で配列した場合においても、銅導体間でのマイグレーションの発生を抑制することができ、これによる電気絶縁特性の低下を防止することができる。さらに、平型銅導体は、酸化が抑制されて絶縁フィルムとの接着性が低下するのを防止することができる。

接続端末部は、錫メッキが除去された銅導体に対して下地のニッケルメッキを介して金メッキが施されているので、錫メッキとニッケルメッキの層間での割れが発生せず、錫メッキと金メッキの異種金属接触による電食の発生もない。また、電気コネクタによる接触圧力を受けても、錫メッキが除去されニッケルメッキと金メッキが施されているので、ホイスカ発生が抑制され、高信頼性のあるフラットケーブルとすることができる。

図４は、上述したフラットケーブルの製造方法の一例を示す図である。図中、１１ａ，１１ｂはテープ状フィルム、１２ａ，１２ｂは開口、１３はラミネート幅広テープ、１４はラミネート細幅テープ、１５はラミネートローラ、１６はスリッタ、１７はカッタを示す。その他の符号は図１で用いたのと同じ符号を用いることにより説明を省略する。

図１〜図３で説明したフラットケーブルは、例えば、図４に示すような方法で作製される。ケーブル部２の絶縁フィルムは、図４（Ａ）に示すように、内側に接着剤層を有するテープ状フィルム１１ａ，１１ｂの形態で連続供給される。一方のテープ状フィルム１１ａには、例えば、予め開口１２ａが所定の間隔で形成される。他方のテープ状フィルム１１ｂには、テープ状フィルム１１ａの開口１２ａと一致するように開口１２ｂを形成する場合（図２の実施形態の場合）と、この開口１２ｂを形成しない場合（図３の実施形態の場合）がある。また、テープ状フィルム１１ｂには、開口１２ｂを形成した段階で開口１２ｂの部分を塞ぐように補強プレート５を予め接合させるようにしてもよい。

多数本の平型銅導体７は、テープ状フィルム１１ａ，１１ｂで上下面から挟まれ、ラミネートローラ１５により接着一体化され、開口１２の部分で部分的に露出された状態でラミネート幅広テープ１３とされる。ラミネートローラ１５は、テープ状フィルム１１ａ，１１ｂに付与されている接着剤層の種類に応じて加熱ローラを用いることもできる。次いで、接着一体化されたラミネート幅広テープ１３は、スリッタ１６により長手方向に沿って分断され、所定の導体数を有するラミネート細幅テープ１４とされ、一旦巻取られて巻取り体とされる。

次に、図４（Ｂ）に示すように、ラミネート細幅テープ１４の巻取り体を巻戻し、図４（Ａ）の製造工程で補強プレート５が接合されていない場合は、この工程で補強プレート５を接合し、開口部分を補強する。次いで、開口１２ａの中心でラミネート細幅テープ１４をカッタ１７で切断し、両端に平型銅導体が露出するようにする。この後、図１〜図３で説明したように、ケーブル部２の両端から露出されている部分の平型銅導体の表面の錫メッキを除去する。次いでニッケルメッキ、金メッキを施して接点導体４とし、補強プレート５で補強された接続端末部３を有するフラットケーブルが得られる。

図５は、上述したフラットケーブルの製造方法のフロー図である。上述したように、ステップＳ１で錫メッキされた多数本の平型銅導体を平行に並べ、接着剤付きのテープ状フィルムで両面から挟むようにしてラミネートし接着一体化する。テープ状フィルムには、接続端末部となる部分に平型銅導体の少なくとも片面が露出するような開口が設けられている。次のステップＳ２では、開口が設けられている反対側の部分に、補強プレートが接合され、この部分を硬直化するとともに平型銅導体の両面が開口されている場合は、片面を補強プレートに接合して平型銅導体を接着固定する。

ステップＳ３では、開口された部分で露出された平型銅導体部分を２分するように切断し、両端に接続端末部を有するフラットケーブルとする。次いで、ステップＳ４で、フラットケーブルの両端で露出されている平型銅導体の錫メッキ部分を除去する。錫メッキの除去には、サンドブラスト、研磨等の物理的な方法やエッチング等の化学的な方法を用いることができる。

ステップＳ５において、錫メッキが除去された銅導体部分に下地金属としてのニッケルメッキを施す。このニッケルメッキを施した後、長時間放置しておくとニッケルメッキに酸化被膜が生じ下地金属としての性能が劣化する。したがって、次のステップＳ６では、ニッケルメッキに引続いて、金メッキを直ちに行なうのが望ましい。なお、この時のメッキ浴がアルカリ性であると、絶縁フィルムと平型銅導体との接着性を低下させる。このため、本発明においては、弱アルカリ性から酸性（ｐＨ９以下、好ましくはｐＨ７以下）のメッキ浴でメッキ処理を行なうのが望ましい。

なお、図４及び図５に示した製造方法の例は、それぞれのフラットケーブルに切断した後に、錫メッキの除去、ニッケルメッキ、金メッキの処理を行なう形態であるが、フラットケーブルに切断する前にこれらの処理を行なうようにしてもよい。すなわち、図４の所定の導体数を有するラミネート細幅テープ１４とされ、巻取られた状態でエッチング液に浸して、開口１２ａ，１２ｂから露出されている平型銅導体上の錫メッキを除去する。次いで、ニッケルメッキ浴に浸してニッケルメッキを行ない、引続いて金メッキ浴に浸して金メッキを施し、この後、所定のフラットケーブルに切断する。なお、この場合、ラミネート細幅テープ１４は、巻取り層間にメッキ液等が浸透しやすいように十分な間隙を有する形態で巻取られるようにする。

本発明によるフラットケーブルの概略を説明する図である。 本発明による接続端末部の構成例を示す図である。 本発明による接続端末部の他の構成例を示す図である。 本発明によるフラットケーブルの製造方法の一例を説明する図である。 本発明によるフラットケーブルの製造フローの一例を説明する図である。

符号の説明

１…フラットケーブル、２…ケーブル部、３，３ａ，３ｂ…接続端末部、４…接点導体、５，５ａ，５ｂ…補強プレート、６…電気コネクタ、６ａ…コネクタ接触片、７…平型銅導体、７ａ…銅導体、７ｂ…錫メッキ、８…絶縁フィルム、８ａ…フィルム材、８ｂ…接着剤層、９…ニッケルメッキ、１０…金メッキ、１１ａ，１１ｂ…テープ状フィルム、１２ａ，１２ｂ…開口、１３…ラミネート幅広テープ、１４…ラミネート細幅テープ、１５…ラミネートローラ、１６…スリッタ、１７…カッタ。

Claims (5)

1. 錫メッキが施された複数本の平型銅導体を平行に並べて絶縁フィルムで被覆し、少なくとも一方の端部に電気コネクタと接続する接続端末部を形成したフラットケーブルであって、
   前記接続端末部の接点導体とされる前記平型銅導体部分は、錫メッキが除去され、錫メッキが除去された部分にニッケルメッキを介して金メッキが施されていることを特徴とするフラットケーブル。
2. 前記接続端末部は、前記絶縁フィルムから前記平型銅導体の両面が露出され、片面側を補強プレートに直接接合して補強されていることを特徴とする請求項１に記載のフラットケーブル。
3. 前記接続端末部は、前記絶縁フィルムから前記平型銅導体の片面が露出され、前記平型銅導体が露出されていない側の前記絶縁フィルム面に補強プレートを接合して補強されていることを特徴とする請求項１に記載のフラットケーブル。
4. 錫メッキが施された複数本の平型銅導体を平行に並べて絶縁フィルムで被覆して、少なくとも一方の端部に電気コネクタと接続する接続端末部を形成するフラットケーブルの製造方法であって、
   前記接続端末部の接点導体とされる前記平型銅導体部分の錫メッキを除去し、錫メッキが除去された部分にニッケルメッキを施し、ニッケルメッキに引続いて金メッキを行なうことを特徴とするフラットケーブルの製造方法。
5. 前記金メッキのメッキ浴のｐＨを９以下とすることを特徴とする請求項４に記載のフラットケーブルの製造方法。

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