JP4284658B2 - 電子部品及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、電子機器に用いられる端子を有する電子部品及びその製造方法に関するものである。
近年の電子機器の小型化は、商品差別化の大きな要素となっており、少しでも軽く小さくすることに各社は取り組み、凌ぎを削っている。その一つの手段として、実装基板の小型化がある。
例えば、コネクタの占める面積はそれを実装するプリント基板の面積に対して比率が大きい。そのため、電気部品の高密度化を図る一つの手段として、コネクタの端子間の狭ピッチ化により、コネクタを小型化する要求が強い。当然、コネクタと接続するＦＰＣの端子間も狭ピッチとなる。その結果、端子間の絶縁信頼性を満足することが難しくなってきている。
例えば、コネクタの占める面積はそれを実装するプリント基板の面積に対して比率が大きい。そのため、電気部品の高密度化を図る一つの手段として、コネクタの端子間の狭ピッチ化により、コネクタを小型化する要求が強い。当然、コネクタと接続するＦＰＣの端子間も狭ピッチとなる。その結果、端子間の絶縁信頼性を満足することが難しくなってきている。
電子部品の端子材料は銅や４２アロイなどが一般的であるが、素地のままでは端子表面が酸化してしまい、嵌合等による電気的接続時に導通不良が発生する場合がある。そのため、めっき等により、端子表面を保護する必要がある。保護用めっき材料としては、金、はんだ、錫及び錫合金などが一般的であるが、金はコストが高いといった問題がある。
一方、近年、環境対応の点から、はんだめっきにおいて鉛フリー化が急速に進んでいる。はんだめっき以外のめっき法として、錫めっきや錫合金めっきがある。しかし、電子部品の端子を錫めっきや錫合金めっき処理する場合、錫のウィスカー（錫めっき皮膜から析出する径が数μｍの針状の錫の突出物であり、１ｍｍ以上の長さとなる場合もある。ホイスカーともいう）に関して、特に端子間が狭ピッチの場合、対策が必要となる。従来の端子めっきには錫鉛はんだめっきが使用されており、はんだ中の鉛成分が錫のウィスカーの発生を抑制する効果があったので、あまりウィスカーについては問題視されていなかったが、上述の理由により、錫や錫合金が使用されるようになり、錫ウイスカーが発生し、電子部品の端子間を短絡させる問題が表面化してきた。
以上の理由により、錫めっきにおいて、ウィスカーを抑制できる手段が早急に求められている。
特許文献１では、めっきを無電解めっきで行い、その組成を最適化することで、めっき下地とめっき後表面の表面粗さを変えずにめっき皮膜を被覆し、ウイスカーの発生を抑制させ、端子間の短絡を防止することができる技術が記載されている。
特開２０００−３２８２５６号公報
特許文献１では、めっきを無電解めっきで行い、その組成を最適化することで、めっき下地とめっき後表面の表面粗さを変えずにめっき皮膜を被覆し、ウイスカーの発生を抑制させ、端子間の短絡を防止することができる技術が記載されている。
しかしながら、特許文献１記載のめっき法は無電解めっき法のため、めっきの厚付けができない。この無電解めっきでは、めっき厚は厚くても１μｍ程度である。めっき厚が薄いと、部品の抜き差しのため何回か嵌合を繰り返すと削れて、結果的に取れてなくなってしまい、端子表面がむき出しになるため、端子表面が酸化し、接点不良になるという課題がある。この問題を解決するためには、めっき厚は２μｍ程度必要である。
それに対し、電解めっきの場合、厚付けが可能であり、かつめっき条件の最適化によって、素地の表面粗さに対し、めっき後の表面粗さが変化することはない。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、錫または錫合金の電気めっき及びその前処理で嵌合部品の端子におけるウィスカーの発生を低減もしくは抑制し、端子間の短絡を防止できるような端子を有する電子部品及びその製造方法を提供することにある。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、錫または錫合金の電気めっき及びその前処理で嵌合部品の端子におけるウィスカーの発生を低減もしくは抑制し、端子間の短絡を防止できるような端子を有する電子部品及びその製造方法を提供することにある。
上述の課題を解決するために、本願発明は次の電子部品及びその製造方法を提供する。
１）金属の素地と前記素地上に形成された錫または錫合金の電気めっき膜とを有する端子を備え、前記素地の表面及び前記電気めっき膜の表面は、それぞれ表面粗さＲｚ値が０．５μｍ〜５μｍの範囲内の粗面であることを特徴とする電子部品。
２）端子素地を錫または錫合金の電気めっき膜で被覆してなる端子を有する電子部品の製造方法において、前記電気めっき膜の表面粗さがＲｚ＝０．５μｍ〜５μｍになるよう、前記端子素地の平坦な表面を予めマイクロエッチング液を用いて粗化する粗化工程と、前記粗化した端子素地の表面を、電気めっきにより前記錫または錫合金の電気めっき膜で被覆する工程と、を有することを特徴とする電子部品の製造方法。
３）端子素地を錫または錫合金の電気めっき膜で被覆してなる端子を有する電子部品の製造方法において、前記電気めっき膜の表面粗さがＲｚ＝０．５μｍ〜５μｍになるよう、前記端子素地の平坦な表面に砥粒を吹き付けて前記表面を粗化する粗化工程と、前記粗化した端子素地の表面を、電気めっきにより前記錫または錫合金の電気めっき膜で被覆する工程と、を有することを特徴とする電子部品の製造方法。
１）金属の素地と前記素地上に形成された錫または錫合金の電気めっき膜とを有する端子を備え、前記素地の表面及び前記電気めっき膜の表面は、それぞれ表面粗さＲｚ値が０．５μｍ〜５μｍの範囲内の粗面であることを特徴とする電子部品。
２）端子素地を錫または錫合金の電気めっき膜で被覆してなる端子を有する電子部品の製造方法において、前記電気めっき膜の表面粗さがＲｚ＝０．５μｍ〜５μｍになるよう、前記端子素地の平坦な表面を予めマイクロエッチング液を用いて粗化する粗化工程と、前記粗化した端子素地の表面を、電気めっきにより前記錫または錫合金の電気めっき膜で被覆する工程と、を有することを特徴とする電子部品の製造方法。
３）端子素地を錫または錫合金の電気めっき膜で被覆してなる端子を有する電子部品の製造方法において、前記電気めっき膜の表面粗さがＲｚ＝０．５μｍ〜５μｍになるよう、前記端子素地の平坦な表面に砥粒を吹き付けて前記表面を粗化する粗化工程と、前記粗化した端子素地の表面を、電気めっきにより前記錫または錫合金の電気めっき膜で被覆する工程と、を有することを特徴とする電子部品の製造方法。
本発明によれば、錫または錫合金の電気めっき及びその前処理によって、電子部品の端子表面を方向性の無いランダムに均一な凹凸形状にすることで、電子部品の端子の接合におけるウィスカーの発生を低減もしくは抑制し、端子間の短絡を防止するという効果を奏する。
本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図１を用いて説明する。
図１は、本発明に用いられるフレキシブル基板（ＦＰＣ）の模式図である。
図１は、本発明に用いられるフレキシブル基板（ＦＰＣ）の模式図である。
（実施例１）
厚さ５０μｍのポリイミド樹脂フィルム１に厚さ１７．５μｍの圧延銅を積層して、幅Ｗ0＝３００μｍ、間隙Ｗ1＝２００μｍの並列するパターン回路２（パターン間５００μｍピッチ）をリソグラフィー法で形成し、端子５以外の箇所をポリイミド樹脂レジスト３でカバーしたＦＰＣ４を作成した。
上記サンプルを硫酸と過酸化水素水溶液を含有したマイクロエッチング液に０
〜４分浸漬し、端子となる表面５ａを粗化した。この状態のＦＰＣをＦＰＣ４ａとする。
厚さ５０μｍのポリイミド樹脂フィルム１に厚さ１７．５μｍの圧延銅を積層して、幅Ｗ0＝３００μｍ、間隙Ｗ1＝２００μｍの並列するパターン回路２（パターン間５００μｍピッチ）をリソグラフィー法で形成し、端子５以外の箇所をポリイミド樹脂レジスト３でカバーしたＦＰＣ４を作成した。
上記サンプルを硫酸と過酸化水素水溶液を含有したマイクロエッチング液に０
〜４分浸漬し、端子となる表面５ａを粗化した。この状態のＦＰＣをＦＰＣ４ａとする。
マイクロエッチング液は、硫酸および過酸化水素水溶液からなる主剤に加え、表面粗化を促進し、かつ褐色の仕上がり色を得るために、助剤としてアゾール類と銅のエッチング抑制剤とが配合される。
このアゾール類としては、例えばピラゾール、イミダゾール等のジアゾール、トリアゾール、テトラゾール、それらの誘導体等があげられる。前記誘導体としては、例えばベンズイミダゾール、５−アミノトリアゾール、ベンゾトリアゾール、トリルトリアゾール、１−メチルテトラゾール、５−メチルテトラゾール、５−アミノテトラゾール、１−フェニルテトラゾール、５−フェニルテトラゾール等があげられる。これらは２種以上を併用してもよい。
このアゾール類としては、例えばピラゾール、イミダゾール等のジアゾール、トリアゾール、テトラゾール、それらの誘導体等があげられる。前記誘導体としては、例えばベンズイミダゾール、５−アミノトリアゾール、ベンゾトリアゾール、トリルトリアゾール、１−メチルテトラゾール、５−メチルテトラゾール、５−アミノテトラゾール、１−フェニルテトラゾール、５−フェニルテトラゾール等があげられる。これらは２種以上を併用してもよい。
マイクロエッチング時間を変えて端子素地の表面粗さＲｚ0を測定し、次に錫と銅（２ｗｔ％）の錫合金めっき液を用いてＦＰＣ４ａの端子部に錫・銅合金層が２μｍの厚みになるように電気めっきを行った。そして、めっき表面の表面粗さＲｚ1を測定した。Ｒｚとは、粗さの最大値５点と最小値５点とを加えて、平均化した値である。
上記手順で作製されたＦＰＣ４ｐと、端子めっきを行っていない銅素地５００μｍピッチのコネクタを用いて、これらを嵌合した状態で室温にて５００時間放置後に１００倍の光学顕微鏡にてウィスカー発生の有無を調べた。マイクロエッチング時間に対するＲｚ0及びＲｚ1と、ウイスカー発生の有無の関係を表１に示す。表１より、表面粗さＲｚ0とＲｚ1とは同じ表面粗さになっていることが確認された。そして、Ｒｚ1＝０．５〜６μｍの範囲で、ＦＰＣ４ｐ端子及びコネクタ端子ともにウィスカーの発生はないことが確認された。
本実施例において、コネクタ端子側からのウィスカー発生と区別するために、コネクタ側の端子めっきはその処理を行わなかったが、本発明においては相手側の端子めっきをする場合でも、特にめっき液の種類を限定するものではない。
コネクタの端子めっきをＳｎ−Ｂｉ，Ｓｎ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ｐｂ，Ｓｎ，Ａｕとした、ＦＰＣとコネクタとのそれぞれの嵌合実験も行ったが、いずれの組成においても表面粗さＲｚ1＝０．５〜６μｍの範囲で、ＦＰＣ４ｐ端子及びコネクタ端子ともにウィスカーの発生は確認されなかった。
コネクタの端子めっきをＳｎ−Ｂｉ，Ｓｎ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ｐｂ，Ｓｎ，Ａｕとした、ＦＰＣとコネクタとのそれぞれの嵌合実験も行ったが、いずれの組成においても表面粗さＲｚ1＝０．５〜６μｍの範囲で、ＦＰＣ４ｐ端子及びコネクタ端子ともにウィスカーの発生は確認されなかった。
また、ＦＰＣ４ａ端子めっきにおいて、錫に０．５〜３ｗｔ％程度のＢｉ，Ｉｎ，Ａｇをそれぞれ含有した錫合金めっきでも同様の実験を行ったが、表面粗さ
Ｒｚ1＝０．５〜６μｍの範囲でいずれの組成においても、ＦＰＣ４ｐ端子及びコネクタ端子ともにウィスカーの発生は確認されなかった。
Ｒｚ1＝０．５〜６μｍの範囲でいずれの組成においても、ＦＰＣ４ｐ端子及びコネクタ端子ともにウィスカーの発生は確認されなかった。
（実施例２）
実施例１と同様にＦＰＣ４を作成した。次に端子素地を粗化する他の手段として、平均粒径５０μｍ（♯２２０相当）のアルミナ粒子を濃度１５ｗｔ％の割合になるような混合液を作成し、圧力と時間を調整して、ＦＰＣ４端子に吹き付け、ウェットブラスト処理を行った。この処理後のＦＰＣをＦＰＣ４ｂとする。
ＦＰＣ４ｂの端子表面粗さＲｚ3を測定した。
実施例１と同様にＦＰＣ４を作成した。次に端子素地を粗化する他の手段として、平均粒径５０μｍ（♯２２０相当）のアルミナ粒子を濃度１５ｗｔ％の割合になるような混合液を作成し、圧力と時間を調整して、ＦＰＣ４端子に吹き付け、ウェットブラスト処理を行った。この処理後のＦＰＣをＦＰＣ４ｂとする。
ＦＰＣ４ｂの端子表面粗さＲｚ3を測定した。
実施例１と同様に、錫と銅（２ｗｔ％）の錫合金めっき液を用いて上記ＦＰＣ４ｂの端子素地に錫・銅合金層が２μｍの厚みになるように電気めっきを行う
（ＦＰＣ４ｐ）。ＦＰＣ４ｐの端子表面粗さＲｚ4を測定した。
（ＦＰＣ４ｐ）。ＦＰＣ４ｐの端子表面粗さＲｚ4を測定した。
上記手順で得られたＦＰＣ４ｐと、端子めっきを行っていない銅素地の５００μｍピッチのコネクタを用いて、これらを嵌合した状態で室温にて５００時間放置後に１００倍の光学顕微鏡にてウィスカー発生の有無を調べた。Ｒｚ3及びＲｚ4とウィスカー発生の有無の関係を表２に示す。表２より、表面粗さＲｚ4＝
０．５〜６μｍの範囲で、ＦＰＣ端子及びコネクタ端子ともにウィスカーの発生はないことが確認された。
０．５〜６μｍの範囲で、ＦＰＣ端子及びコネクタ端子ともにウィスカーの発生はないことが確認された。
実施例１と同様に、コネクタ側からのウィスカー発生と区別するために、コネクタ側の端子めっきは処理を行わなかったが、本発明のものは相手側の端子めっきは特に限定するものではない。
本実施例の実験でコネクタの端子めっきをＳｎ−Ｂｉ，Ｓｎ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ｐｂ，Ｓｎ，Ａｕとした、それぞれのコネクタとＦＰＣ４ｐとの嵌合実験を行ったが、いずれの組成でも表面粗さＲｚ1＝０．５〜６μｍの範囲で、ＦＰＣ４ｐ端子及びコネクタ端子ともにウィスカーの発生は室温にて５００時間放置後確認されなかった。
また、錫に０．５〜３ｗｔ％程度のＢｉ，Ｉｎ，Ａｇを含有したそれぞれの錫合金めっきでも同様の実験を行ったが、いずれも表面粗さＲｚ1＝０．５〜６μｍの範囲で、いずれの組成も、ＦＰＣ４ｐ端子及びコネクタ端子ともにウィスカーの発生は確認されなかった。
本実施例の実験でコネクタの端子めっきをＳｎ−Ｂｉ，Ｓｎ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ｐｂ，Ｓｎ，Ａｕとした、それぞれのコネクタとＦＰＣ４ｐとの嵌合実験を行ったが、いずれの組成でも表面粗さＲｚ1＝０．５〜６μｍの範囲で、ＦＰＣ４ｐ端子及びコネクタ端子ともにウィスカーの発生は室温にて５００時間放置後確認されなかった。
また、錫に０．５〜３ｗｔ％程度のＢｉ，Ｉｎ，Ａｇを含有したそれぞれの錫合金めっきでも同様の実験を行ったが、いずれも表面粗さＲｚ1＝０．５〜６μｍの範囲で、いずれの組成も、ＦＰＣ４ｐ端子及びコネクタ端子ともにウィスカーの発生は確認されなかった。
また、実施例１及び２で作成したサンプルを、錫または錫合金の融点を超える温度、例えば、２５０℃〜３００℃の範囲で熱処理を施すとよい。この熱処理により、めっき膜内部に残存している内部応力を緩和することができる。
以上、上述しためっき皮膜表面は、方向性を有さないランダムに均一なＲｚ＝０．５〜６μｍの凹凸形状となっているため、ウィスカーの核となる結晶粒子が独立しており、この結晶粒子からウィスカーが発生しても、ウィスカーの成長を助ける新たな錫粒子が供給されにくいので、問題となる端子間を短絡させるまで成長しないと考えられる。
それに対し、めっき皮膜表面を粗面化しない場合は、ウィスカーの核となる結晶粒子が連続しており、この結晶粒子からウィスカーが発生すると、ウィスカーの成長を助ける新たな錫粒子が次々と供給され、端子を短絡させるまで成長を続ける。
それに対し、めっき皮膜表面を粗面化しない場合は、ウィスカーの核となる結晶粒子が連続しており、この結晶粒子からウィスカーが発生すると、ウィスカーの成長を助ける新たな錫粒子が次々と供給され、端子を短絡させるまで成長を続ける。
また、端子めっき皮膜表面の粗さＲｚが５μｍを超えると回路上電気的に問題が発生する場合がある。例えば、高周波回路の場合、表皮効果により、電流は導体の外周部のみに流れる。表面が粗れすぎると電気的な遅延が発生する場合がある。そのため、電子機器に搭載する場合には、端子めっき皮膜表面の最大許容粗さは５μｍであることが望ましい。
本発明の実施例は、上述した構成及び手順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いて変形例としてもよいのは言うまでもない。
また、本発明の実施例では、ＦＰＣとコネクタとの接続について説明したが、電気的に接続あるいは接触させる端子を有する電子部品一般においても含まれることは言うまでもない。
また、本発明の実施例では、ＦＰＣとコネクタとの接続について説明したが、電気的に接続あるいは接触させる端子を有する電子部品一般においても含まれることは言うまでもない。
１ ポリイミド樹脂フィルム
２ パターン回路
３ ポリイミド樹脂レジスト
４ フレキシブル基板（ＦＰＣ）
５ 端子
５ａ 端子表面
２ パターン回路
３ ポリイミド樹脂レジスト
４ フレキシブル基板（ＦＰＣ）
５ 端子
５ａ 端子表面
Claims (3)
- 金属の素地と前記素地上に形成された錫または錫合金の電気めっき膜とを有する端子を備え、
前記素地の表面及び前記電気めっき膜の表面は、それぞれ表面粗さＲｚ値が０．５μｍ〜５μｍの範囲内の粗面であることを特徴とする電子部品。 - 端子素地を錫または錫合金の電気めっき膜で被覆してなる端子を有する電子部品の製造方法において、
前記電気めっき膜の表面粗さがＲｚ＝０．５μｍ〜５μｍになるよう、前記端子素地の平坦な表面を予めマイクロエッチング液を用いて粗化する粗化工程と、
前記粗化した端子素地の表面を、電気めっきにより前記錫または錫合金の電気めっき膜で被覆する工程と、
を有することを特徴とする電子部品の製造方法。 - 端子素地を錫または錫合金の電気めっき膜で被覆してなる端子を有する電子部品の製造方法において、
前記電気めっき膜の表面粗さがＲｚ＝０．５μｍ〜５μｍになるよう、前記端子素地の平坦な表面に砥粒を吹き付けて前記表面を粗化する粗化工程と、
前記粗化した端子素地の表面を、電気めっきにより前記錫または錫合金の電気めっき膜で被覆する工程と、
を有することを特徴とする電子部品の製造方法。
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-
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