JP4324032B2

JP4324032B2 - 部品実装部を有するフレキシブルプリント配線基板および電解めっき処理方法

Info

Publication number: JP4324032B2
Application number: JP2004191487A
Authority: JP
Inventors: 雅照市川; 彰治味村; 隆斉藤
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2004-06-29
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2024-06-29
Also published as: JP2006009126A

Description

本発明は、ウイスカの発生が殆どなく、半田濡れ性にも優れたフレキシブルプリント配線基板並びに鉛フリー半田めっき層を形成するための電解めっき処理方法に関する。

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、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、鉛が溶出して環境を汚染する問題が指摘されており、鉛フリー化も望まれている。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。このような現象は、純錫めっきや鉛を含まない錫系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、ピンが設けられたコネクタとの嵌合によって生じるウイスカの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、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熱処理を施す方法によりウイスカの発生を抑制することができるが、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からウイスカが発生し、これを完全に防止することは難しいことが判った。

一方、ＦＰＣには表面実装（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半田めっきが施される。また前記濡れ性は半田めっきの厚さに依存するため、表面実装のためには半田めっき厚を厚くする必要がある。特に、数回のリフローが行なわれるＦＰＣに於いては、下地から銅が拡散して高融点の金属間化合物が、界面からめっき皮膜中に形成してくるので、半田めっきの厚さを厚くすることが望ましい。このように、部品実装のフレキシブルプリント配線基板に於いては、コネクタ嵌合接続にお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、フレキシブルプリント配線基板端子部におけるコネクタ嵌合部でのウイスカの発生を抑制し、かつ部品実装部に於いては半田濡れ性を十分に確保できるフレキシブルプリント配線基板を提供すること、またフレキシブルプリント配線基板端子部の配線回路の好ましい電解めっき処理方法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に記載されるように、フレキシブルプリント配線基板端子部におけるコネクタ嵌合部の配線回路には、厚さ０．５〜２μｍの鉛フリー半田めっき層が形成され、かつフレキシブルプリント配線基板の部品実装部の配線回路には、厚さが２μｍ以上の鉛フリー半田めっき層が形成されると共に、前記鉛フリー半田めっき層には、１４０℃以上１８０℃以下の温度で１時間以上の熱処理が施されるか、或いは鉛フリー半田めっきの融点以上の温度で０．１秒以上の熱処理が施されたフレキシブルプリント配線基板とすることによって、解決される。

また請求項２に記載されるように、請求項１に記載されるフレキシブルプリント配線基板の配線回路への電解めっき処理方法であって、前記コネクタ嵌合部に形成された開口に電流遮蔽用の遮蔽板を設けて電解めっき浴中に配置し、まず部品実装部の配線回路部分に電解めっき処理を行ない、ついで前記遮蔽板を取り除いた後、コネクタ嵌合部の配線回路部分に電解めっき処理を行なうことによって、前記部品実装部の配線回路部分の鉛フリー半田のめっき厚さが２μｍ以上、前記コネクタ嵌合部の配線回路部分の鉛フリー半田めっき厚さが０．５〜２μｍとなるように調整したフレキシブルプリント配線基板の電解めっき処理方法とすることによって、解決される。

本発明は、フレキシブルプリント配線基板端子部（以下ＦＰＣ端子部）におけるコネクタ嵌合部の配線回路には、厚さ０．５〜２μｍの鉛フリー半田めっき層が形成され、かつフレキシブルプリント配線基板（以下ＦＰＣ）の部品実装部の配線回路には、厚さが２μｍ以上の鉛フリー半田めっき層が形成されると共に、前記鉛フリー半田めっき層には、１４０℃以上１８０℃以下の温度で１時間以上の熱処理が施されるか、或いは鉛フリー半田めっきの融点以上の温度で０．１秒以上の熱処理が施されたＦＰＣとしたので、ＦＰＣ端子部に於いてコネクタ嵌合接続を行っても、ウイスカの発生を軽減でき、また部品実装部分に於いては半田接続時の半田濡れ性が十分である、強固な部品実装ＦＰＣとすることができる。

さらに、ＦＰＣの配線回路への電解めっき処理方法として、前記コネクタ嵌合部に形成された開口に電流遮蔽用の遮蔽板を設けて電解めっき浴中に配置し、まず部品実装部の配線回路部分に電解めっき処理を行ない、ついで前記遮蔽板を取り除いた後、コネクタ嵌合部の配線回路部分に電解めっき処理を行なうことによって、前記部品実装部の配線回路部分の鉛フリー半田のめっき厚さが２μｍ以上、前記コネクタ嵌合部の配線回路部分の鉛フリー半田めっき厚さが０．５〜２μｍとなるように調整したＦＰＣの電解めっき処理方法としたので、前述した特性を有する部品実装ＦＰＣを得るための、効率的かつ実用的な電解めっき処理方法である。

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、ＦＰＣ端子部におけるコネクタ嵌合部の配線回路には、厚さ０．５〜２μｍの鉛フリー半田めっき層が形成され、かつＦＰＣの部品実装部の配線回路には、厚さが２μｍ以上の鉛フリー半田めっき層が形成されると共に、前記鉛フリー半田めっき層には、１４０℃以上１８０℃以下の温度で１時間以上の熱処理が施されるか、或いは鉛フリー半田めっきの融点以上の温度で０．１秒以上の熱処理が施されたＦＰＣであり、このような構成とすることによって、ＦＰＣの端子部を他の配線基板等とをコネクタ嵌合接続しても、鉛フリー半田めっき層のウイスカの発生を抑制することができる。また、半田濡れ性に優れているので、接続強度の強い部品実装ＦＰＣである。

まずＦＰＣ製造の一例を説明すると、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が製造されている。そして、このようなＦＰＣの端子部や部品実装部には、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、通常錫−鉛半田めっきが施される。しかしながら、鉛は環境問題等があるため鉛フリーの方向にあり、鉛を含まない純錫や錫系合金系のめっき層が施されるようになってきた。しかしこの純錫や錫合金系のめっき層には、特にコネクタ嵌合接続した部分にウイスカと称するひげ状結晶（針状単結晶）の発生の問題がある。これは近年の電子機器類の小型化や高密度化によるＦＰＣの導体間のファインピッチ化に於いては、導体短絡が生じて電子部品等の信頼性を低下させることになり問題となっている。すなわち、ＦＰＣ端子部のコネクタ嵌合部、特にピンを有するコネクタ嵌合部に発生するウイスカについて検討した結果、ウイスカの発生はコネクタから受ける外部応力の影響が大きいことを見いだした。

このため、ＦＰＣ端子部におけるコネクタ嵌合部の配線回路上の鉛フリー半田めっき層は、厚さ０．５〜２μｍ程度とすることが望ましい。このような厚さの鉛フリー半田めっき層とすることによって、ウイスカの発生を抑制し発生したウイスカの大きさも微小なものとすることができ、また耐食性も良好なものとなる。そして、特に鉛フリー半田めっき層の厚さが０．５μｍ未満の場合には、耐食性が悪くなる。これは、鉛フリー半田めっき層の厚さが薄すぎると、ピンホールが多くなり、下地の銅配線や生成した金属間化合物が露出し易くなるためと考えられる。なお、鉛フリー半田めっき層としては、純錫や錫合金系半田としては、錫−銅合金、錫−ビスマス合金、錫−銀合金等を用いることができる。

そして、以上のように形成された鉛フリー半田めっき層には、１４０℃以上１８０℃以下の温度で１時間以上の熱処理が施されるか、或いは鉛フリー半田めっきの融点以上の温度で０．１秒以上の熱処理が施される。このような熱処理を行った鉛フリー半田めっき層は、ウイスカの発生が抑制されることが確認された。このように鉛フリー半田めっき層にウイスカの発生が殆どないと、特に最近のＦＰＣの銅配線回路のようにピッチが非常に小さい場合に於いても、配線回路の短絡を生じることがなくなる。さらに前記温度範囲と時間を旨く組合せることにより、ポリイミド樹脂等の絶縁材料の熱劣化等による変色の問題も防止できる。また、前記めっき層は鉛フリーであるため、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がない。

また前記ＦＰＣの部品実装部に於いては、半田付時の半田濡れ性を良くするために鉛フリー半田めっき層を比較的厚く設けることが好ましいとされている。特にリフロー（鉛フリー半田めっき層の再溶融）処理が複数回行なわれるような場合には、銅或いは銅合金配線回路から銅等が鉛フリー半田めっき層中に拡散し、高融点の金属間化合物が生成されるためである。このため、鉛フリー半田めっき層の厚さは２μｍ以上とする。このような鉛フリー半田めっき層とすることによって、半田濡れ性に寄与する錫相の割合が十分であるため半田濡れ性が好ましいものとなる。このように半田濡れ性が良好なことにより、実装部品の接続強度が大きくなり十分実用的な部品実装ＦＰＣが得られることになる。

そして、前記ＦＰＣに鉛フリー半田めっき層を好ましく形成するためには、請求項２に記載されるように、コネクタ嵌合部に形成された開口に電流遮蔽用の遮蔽板を設けて電解めっき浴中に配置し、まず部品実装部の配線回路部分に電解めっき処理を行ない、ついで前記遮蔽板を取り除いた後、コネクタ嵌合部の配線回路部分に電解めっき処理を行なうことによって、前記部品実装部の配線回路部分の鉛フリー半田のめっき厚さが２μｍ以上、前記コネクタ嵌合部の配線回路部分の鉛フリー半田めっき厚さが０．５〜２μｍとなるように調整したＦＰＣの電解めっき処理方法とするのが良い。すなわち、電解めっき槽の中でカソード（マイナス極）となるＦＰＣ開口部の内、コネクタ嵌合部への電解めっきの析出を一定時間抑制し、この部分の鉛フリー半田めっき層が薄くなるような電解めっき処理とすることにある。そして、このような電解めっき処理は、通常使用されている電解めっき槽を用いて実施できるので、製造効率の良い優れた処理方法である。

また前記以外の電解めっき処理方法として、コネクタ嵌合部分並びに部品実装部分に開口を有するＦＰＣのコネクタ嵌合部分の開口をマスキングし、電解めっき浴中でまず部品実装部の配線回路部分に電解めっき処理を行ない、ついで前記マスキングを取り除いた後、コネクタ嵌合部の配線回路部分に電解めっき処理を行なうことによって、前記部品実装部の配線回路部分の鉛フリー半田のめっき厚さが２μｍ以上、前記コネクタ嵌合部の配線回路部分の鉛フリー半田めっき厚さが０．５〜２μｍとなるように調整した電解めっき処理方法としても良い。この電解めっき処理も、通常使用されている電解めっき槽を用いて実施できるので、製造効率の良い処理方法である。

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。コネクタ嵌合される端子部の配線ピッチが０．５ｍｍで、チップ部品の実装部を有するＦＰＣを作製して調べた。すなわち、コネクタ嵌合部の開口部分を覆う電流遮蔽用の遮蔽板を設け、有機酸系の錫−銅電解めっき浴中に配置して、まず部品実装部に鉛フリー半田めっき層（以下Ｓｎ−１％Ｃｕ）を施した。ついで前記電流遮蔽用の遮蔽板を取り除き、コネクタ嵌合部および部品実装部に目的とする種々の厚さの鉛フリー半田めっき層（以下Ｓｎ−１％Ｃｕ）を形成させた。なお、最大電解めっき処理時間は、５分とした。このＦＰＣを１６０℃で１時間熱処理を行った。ついでこのＦＰＣに、チップ部品を半田付した。また、得られたＦＰＣ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。その後前記コネクタからはずし、前記端子部をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用い５００倍でウイスカの発生状況を観察し、ウイスカが全く発生していなかったものを合格として○印で、ＦＰＣ端子部側並びにコネクタ側のいずれかにウイスカが発生していた場合は、×印で示した。またチップ部品の密着性をプッシュブルゲージで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、不合格のものは×印で記載した。さらに、ガス腐食試験を行なって、耐食性を調べた。全体の２０％以上に変色の見られたものを×印で、それ未満の場合を合格として○印で記載した。結果を表１に示した。

表１の実施例１〜５に示されるように、コネクタ嵌合部のＳｎ−１％Ｃｕめっき層の厚さが、０．５〜２．０μｍで、部品実装部のＳｎ−１％Ｃｕめっき層の厚さが２．０μｍ以上のＦＰＣに、本発明の範囲の熱処理を施したものは、嵌合部にウイスカの発生がなく、部品の密着性に優れていることが判る。さらに、耐食性も良好であった。これに対して、比較例１〜７に示される本発明の範囲外の場合には、ウイスカの発生が見られたり、実装部品の密着性に問題があった。すなわち、コネクタ嵌合部のＳｎ−１％Ｃｕめっき層の厚さを０．４μｍとした比較例４は、変色部が多く存在し耐食性試験が不合格となった。また、比較例５〜７のようにコネクタ嵌合部のＳｎ−１％Ｃｕめっき層の厚さを２．５μｍ以上とした場合には、コネクタ嵌合部に全てウイスカの発生が確認された。さらに比較例１〜３のように、部品実装部のＳｎ−１％Ｃｕめっき層の厚さが２．０μｍ未満であると、実装部品の密着性が悪くなり全てが不合格となった。

以上の本発明の部品実装ＦＰＣは、鉛フリー半田めっき層にウイスカの発生がなく、また部品の実装に当っての半田濡れ性にも優れるので、種々の電子機器類に使用されるＦＰＣとして有用なものである。

Claims

フレキシブルプリント配線基板端子部におけるコネクタ嵌合部の配線回路には、厚さ０．５〜２μｍの鉛フリー半田めっき層が形成され、かつフレキシブルプリント配線基板の部品実装部の配線回路には、厚さが２μｍ以上の鉛フリー半田めっき層が形成されると共に、前記鉛フリー半田めっき層には、１４０℃以上１８０℃以下の温度で１時間以上の熱処理が施されるか、或いは鉛フリー半田めっきの融点以上の温度で０．１秒以上の熱処理が施されたことを特徴とするフレキシブルプリント配線基板。
請求項１に記載されるフレキシブルプリント配線基板の配線回路への電解めっき処理方法であって、前記コネクタ嵌合部に形成された開口に電流遮蔽用の遮蔽板を設けて電解めっき浴中に配置し、まず部品実装部の配線回路部分に電解めっき処理を行ない、ついで前記遮蔽板を取り除いた後、コネクタ嵌合部の配線回路部分に電解めっき処理を行なうことによって、前記部品実装部の配線回路部分の鉛フリー半田のめっき厚さが２μｍ以上、前記コネクタ嵌合部の配線回路部分の鉛フリー半田めっき厚さが０．５〜２μｍとなるように調整したことを特徴とするフレキシブルプリント配線基板の電解めっき処理方法。