JP4828884B2

JP4828884B2 - プリント回路配線基板、及び電子機器

Info

Publication number: JP4828884B2
Application number: JP2005216184A
Authority: JP
Inventors: 時彦森; 正也平嶋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2025-07-26
Also published as: JP2007035414A; US20070026724A1; US7491102B2

Description

本発明は、フレキシブルフラットケーブルを備えたプリント回路配線基板、及びフレキシブルフラットケーブルによりプリント回路配線基板と接続された電子部品を有する電子機器に関する。

従来より、フレキシブルフラットケーブルに使用される導体として、接触抵抗を低下させ、導通を良くするために、例えば錫−鉛などのメッキ処理が行われてた銅線が用いられてきた。近年、電子機器に使用される各種配線には環境問題の見地から、鉛を使用しないことが望まれている。このため、フレキシブルフラットケーブルに使用される導体についても、鉛を含まない錫メッキあるいは錫合金メッキを施した銅線を適用することが検討されている。

鉛を含まない、錫メッキ層あるいは錫合金メッキ層は、酸化されて表面に酸化錫被膜が形成されても、嵌合部分に生じる摩擦等で簡単にこすり取られて導通が取りやすい。しかしながら、この錫メッキあるいは錫合金メッキを施した銅線を用いたフレキシブルフラットケーブルをコネクタに嵌合すると、嵌合した部分にかかる応力により、メッキ被膜表面の金属分子が押し出されて髭状に成長した金属結晶いわゆるウイスカが発生し、導体間に短絡を生ずるという問題があった（例えば、特許文献１参照）。

また、フレキシブルフラットケーブルと接続されるコネクタのコンタクト部として、例えば鉛を含まない錫メッキあるいは錫合金メッキを施したリン青銅を用いると、同様のウイスカがコンタクト表面にも発生するという問題があった。
特開２００５−４８２０５号公報

本発明は、上記事情に鑑みて成されたもので、鉛を含まない導体を備えたフレキシブルフラットケーブル及びコネクタを用いてもウイスカ発生を抑制するプリント回路配線基板を提供することを目的とする。

本発明のプリント回路配線基板は、
導体パターンが設けられた基板と、
前記基板上に前記導体パターンと電気的に接続して設けられたコネクタであって、銅と錫メッキ層を２２０ないし４００℃で加熱して構成された、銅相と前記銅相と重ねられた錫−銅相とを含むコンタクト部、及びこのコンタクト部と電気的に接続する接続部品の接続部を嵌合する嵌合口部を有した前記コンタクト部を保持するハウジングとを備えたコネクタと、
前記コンタクト部と電気的に接続し、錫メッキ層を有する銅線を２２０ないし３００℃で加熱して構成された、銅相と前記銅相と重ねられた錫−銅相を含み、一対の絶縁性シートと、前記一対の絶縁性シートの間に配列されるとともに、前記絶縁性シートから露出されて前記嵌合口部に嵌合される接続部を有する複数の導体とを有する前記接続部品としてのフレキシブルフラットケーブルとを具備することを特徴とする。

本発明の電子機器は、
導体パターンが設けられた基板と、
前記基板上に前記導体パターンと電気的に接続して設けられたコネクタであって、銅と錫めっき層を２２０ないし４００℃で加熱して構成された、銅相と前記銅相と重ねられた錫−銅相とを含むコンタクト部、及びこのコンタクト部と電気的に接続する接続部品の接続部を嵌合する嵌合口部を有した前記コンタクト部を保持するハウジングとを備えたコネクタと、前記コンタクト部と電気的に接続し、錫メッキ層を有する銅線を２２０ないし３００℃で加熱して構成された銅相と前記銅相と重ねられた錫−銅相とを含み、一対の絶縁性シートと、前記一対の絶縁性シートの間に配列されるとともに、前記絶縁性シートから露出されて前記嵌合口部に嵌合される接続部を有する複数の導体とを有する前記接続部品としてのフレキシブルフラットケーブルとを含むプリント回路配線基板と、
このプリント回路配線板と前記フレキシブルフラットケーブルを介して電気的に接続された電子部品とを具備することを特徴とする。

ウイスカの発生を抑制する。

本発明に使用されるフレキシブルフラットケーブルは、一対の可撓性をもつ絶縁性シート、及びこの絶縁性シート間に間隔をおいて整列して配設され、その端部に絶縁性シートから露出した接続部をもつ、錫と銅を含有する複数の導体を有し、導体の接続部は銅を主成分として含有する第１の領域と、第１の領域上に設けられ、その表面領域の少なくとも一部が錫−銅合金からなり、錫と銅を主成分として含有する第２の領域とを有する。

また、本発明にかかるプリント回路配線基板は、上記フレキシブルフラットケーブルを備えたもので、基板と、基板上に設けられた導体パターンと、基板上に導体パターンと電気的に接続して設けられたコンタクト部、及び接続部品の接続部が嵌合される嵌合口を有し、コンタクト部を保持するハウジングを備えたコネクタと、接続部品として、接続部を嵌合口に挿入して、導体とコンタクト部とを電気的に接続させた上記フレキシブルフラットケーブルとを備え、かつコンタクト部は錫と銅を含有する導体であって、銅を主成分として含有する第１の領域と、第１の領域上に設けられ、その表面領域の少なくとも一部が錫−銅合金からなり、錫と銅を主成分として含有する第２の領域とを有する。

さらに、本発明の電子機器は、上記プリント回路配線基板を、上記フレキシブルフラットケーブルを介して電子部品と接続させたものである。

本発明に用いられる錫と銅を含有する導体は、錫と銅とから実質的になり、鉛を含まない導体であって、導体の特性に影響しない微量の他元素を含むこともあり得る。この導体内での錫と銅の状態は、例えば銅相と銅相上に設けられた錫相の組み合わせ、銅相と銅相上に設けられた錫−銅合金相との組み合わせ、あるいは銅相と、銅相上に設けられた錫相及び錫−銅合金相との組み合わせ等があげられる。

また、本発明に用いられる銅を主成分として含有する第１の領域は、上記銅相に相当し、銅から実質的になり鉛を含まない領域であって、その特性に影響しない微量の他元素を含むこともあり得る。

さらに、本発明に用いられる錫と銅を主成分として含有する第２の領域は、錫と銅から
実質的になり、鉛を含まない領域であって、導体の特性に影響しない微量の他元素を含むこともあり得る。第２の領域の構成としては、例えば銅相と銅相上に設けられた錫−銅合金相との組み合わせ、あるいは銅相と、銅相上に設けられた錫相及び錫−銅合金相との組み合わせがあげられ、第２の領域の表面領域の少なくとも一部には錫−銅合金層が存在する。

本発明によれば、接続部の表面領域の少なくとも一部及びコンタクト部の表面領域の少なくとも一部に錫−銅合金層が存在することにより、この表面領域でのウイスカの発生を抑制することができる。これにより、導体間に短絡を生ずることなく、鉛を含まない安価な導体を用いて、信頼性の高い接続がなされる。

以下、図面を参照し、本発明をより具体的に説明する。

図１は、本発明に使用されるフレキシブルフラットケーブルの一例を表す正面図、図２は、そのＸ−Ｘ’断面図を示す。

図示するように、このフレキシブルフラットケーブル１０は、絶縁性帯状シート３と、複数の導体１と、絶縁性帯状シート２と、補強板４から構成されており、可撓性を有する。ここで、絶縁性帯状シート３は例えばポリエチレンテレフタレート等からなる。導体１は銅と錫を含有し、絶縁性帯状シート３上にフレキシブルフラットケーブル１０の短手方向（幅方向）に間隔をおいて複数整列して配設されている。絶縁性帯状シート２は例えばポリエチレンテレフタレート等からなり、導体１を介して絶縁性帯状シート３上にラミネートされている。また、絶縁性帯状シート２は絶縁性帯状シート３よりその長さが短く、その両端が各々複数の導体１の長手方向（長さ方向）の両端より内側に配置されている。これにより、導体１の両端は露出されて接続部５を構成している。補強板４は絶縁性帯状シート３の各接続部５と反対側表面に、接続部５に対向する領域から少し内側に延出させて設けられており、接続部５を保護し、この部分の強度を維持するために各々設けられている。補強板４は、例えばポリエチレンテレフタレート等からなる。

図３に、接続部の導体の構成を説明するための模式的な断面図を示す。

図示するように、接続部５の露出された導体１は、絶縁性帯状シート３上に形成された銅相３４と、銅相３４上に設けられた錫−銅合金相３５とを有し、その導体１の表面領域が錫−銅合金からなる。

この接続部５の露出された導体１は、例えば絶縁性帯状シート３上に、幅方向に間隔をおいて整列して銅線を配設した後、銅線上に錫層をメッキし、少なくとも接続部を２２０ないし３００℃で焼きなますことにより得られ、これにより、錫−銅合金相が、銅相上に、その少なくとも一部が表面領域に達するように形成される。図３のモデル図では、銅相上に錫−銅合金相のみが形成されているけれども、本発明では、錫−銅合金相の少なくとも一部が表面領域に達していれば、銅相上に、錫相と錫−銅合金相が混在することも許容し得る。焼きなます温度が２２０℃未満であると、錫−銅合金相が得にくく、３００℃を超えると、導体層にひび割れを生じる傾向がある。

図４は、本発明にかかるプリント回路配線基板の一例を概略的に表す図を示す。

このプリント回路配線基板３０は、絶縁性基板３２と、その上に設けられた導体パターン３３及び導体パターン３３と電気的に接続されたコネクタ２０と、このコネクタ２０に挿入して接続されたフレキシブルフラットケーブル１０を備えている。このコネクタ２０と導体パターン３３は、例えばコネクタ２０の端子９を導体パターン３３に接続された図示しない端子とはんだ付けすることにより電気的に接続され得る。

コネクタ２０は、銅と錫を含有する導体からなるコンタクト部７、及び接続部品の接続部が嵌合される嵌合口３１を有し、コンタクト部７を保持するハウジング６を備えている。

このプリント回路配線基板３０には、例えば図１及び図２と同様の構成を有するフレキシブルフラットケーブル１０を、コネクタ２０の接続部品として使用し、この接続部５を嵌合口３１に挿入し、導体１とコンタクト部７とを接触位置８にて接触させることにより、フレキシブルフラットケーブル１０とコネクタ２０との接続構造が形成されている。

コンタクト部に使用される銅と錫を含有する導体の部分的な断面を模式的に表す図を図５に示す。

図示するように、コンタクト部４３は、銅相４４と、銅相４４上に設けられた錫−銅合金相４５とを有する。

コンタクト部４３は、例えばリン青銅からなるコンタクト本体上に錫層をメッキし、２２０ないし４００℃で焼きなますことにより得られ、これにより、錫−銅合金相が、銅相上に、その少なくとも一部が表面領域に達するように形成される。図５のモデル図では、銅相４４上に錫−銅合金相４５のみが形成されているけれども、本発明では、錫−銅合金相の少なくとも一部が表面領域に達していれば、銅相上に、錫相と錫−銅合金相が混在することも許容し得る。

このコンタクト部は、例えば帯状のリン青銅薄板をコンタクト本体として使用し、その長手方向の両端部を残して、その内側を、金型を用いて複数のコンタクト型に打ち抜き、連続した状態のまま、錫層メッキ、及び２２０ないし４００℃にて焼きなましを行った後、長手方向の両端及び個々のコンタクト間を切り離して得られる。

焼きなまし温度が２２０℃未満であると、錫−銅合金相が得にくく、４００℃を超えると、錫メッキ層表面にひび割れを生じる傾向がある。なお、上記フレキシブルフラットケーブルの焼きなましでは、３００℃を超えると錫メッキ層にひび割れを生じる傾向があるけれども、複数のコンタクト型に打ち抜かれた連続した状態のまま行われるコンタクト部の焼きなましでは、全体的に熱容量が大きいため、４００℃まで温度を上げて焼きなましを行っても錫メッキ層にひび割れを生じ難い傾向がある。

図６は、本発明にかかる電子機器の一例を表す概略図を示す。

ここでは、電子機器としてポータブルコンピュータについて説明する。図示するように、ポータブルコンピュータ４１は、機器本体１２と、この機器本体１２に支持されたディスプレイユニット１３とを備えている。機器本体１２は、例えば合成樹脂で形成された筐体１４を備えている。筐体１４は、第１カバーとして機能するトップカバー１４ａ、および第２カバーとして機能するベースカバー１５を有し偏平な矩形箱状をなしている。ベースカバー１５は、トップカバー１４ａと対向した底壁１４ｂ、底壁の周囲に立設された左右の側壁１４ｃ、前壁１４ｄおよび図示しない後壁を一体に有している。

筐体１４において、トップカバー１４ａの中央部にはキーボード１９が設けられる。ここでは、キーボード１９が取り外された状態になっている。キーボード１９の下方位置に内蔵されるプリント回路配線基板５０に、コネクタ５１が搭載されており、このコネクタ５１に対し、フレキシブルフラットケーブル５２の一端が挿入されている。フレキシブルフラットケーブル５２の他端はまた、キーボード１９裏面に設けられた配線基板に接続されている。

トップカバー１４ａの上面前端部はパームレスト部１７を構成し、このパームレスト部１７のほぼ中央にはタッチパッド２４およびクリックボタン１６が設けられている。ここでは、タッチパッド２４及びクリックボタン１６が取り外された状態になっている。タッチパッド２４及びクリックボタン１６の下方位置には、上記プリント回路配線基板５０に接続され、コネクタ５３を搭載した他のプリント回路配線基板５５が内蔵されている。このコネクタ５３に対し、フレキシブルフラットケーブル５４の一端が挿入されている。フレキシブルフラットケーブル５４の他端はまた、タッチパッド２４及びクリックボタン１６裏面に設けられた配線基板に接続されている。

また、筐体１４内の後端部左右には、それぞれ図示しないスピーカが収納されている。

ディスプレイユニット１３は、偏平な矩形箱状のハウジング１８と、ハウジング１８内に収納された液晶表示パネル２０とを備えている。液晶表示パネル２０は、ハウジング１８に形成された表示窓２１を介して外部に露出している。ハウジング１８は、その一端部から突出した一対の脚部２２を有している。これらの脚部２２は、図示しないヒンジ部を介して、筐体１４の後端部に回動自在に支持されている。これにより、ディスプレイユニット１３は、キーボード１９を上方から覆うように倒される閉じ位置と、キーボード１９の後方において起立する開き位置とに亘って回動可能となっている。

以下、実施例を示し、本発明を具体的に説明する。

実施例１
フレキシブルフラットケーブルの製造
例えば０．１ｍｍ径の銅線に錫メッキを行い、銅線上に錫メッキ層を形成した。その後、圧延処理を行い、０．０３５ｍｍの厚さを有する銅線を得た。この銅線を表面加熱温度２８０ ℃に設定した赤外線加熱装置に導入し、１分間加熱した後、赤外線加熱装置から取り出して放冷した。

この銅線を例えば３０ｍｍの幅、１０ｍの長さ、及び０．０４７５ｍｍの厚さを有する耐熱性ポリエチレンテレフタレートからなる絶縁性帯状シート上にラミネーターにより、等間隔状に形成した。さらに、銅線を挟んで例えば１００ｍｍの長さの耐熱性ポリエチレンテレフタレートを１０ｍｍの間隔をあけて複数ラミネートし、所定の導体が形成された絶縁性帯状シートを得た。

絶縁性帯状シートを所定の位置で個々に切り離し、フレキシブルフラットケーブルを得た。

コンタクト部の製造
厚さ０．２ｍｍ、幅３０ｍｍ、長さ１０ｍのリン青銅薄板ロールを用意した。その長手方向の両端部を各々、幅５ｍｍだけ残してその内側に、寸法２５ｍｍ×２５ｍｍでコンタクト型を金型を用いて複数打ち抜いた。打ち抜かれたリン青銅薄板ロールに錫メッキを行ない、錫メッキ層を形成した。このリン青銅薄板ロールを表面加熱温度３００℃に設定した赤外線加熱装置に導入し、１分間加熱した後、赤外線加熱装置から取り出して放冷した。

このリン青銅薄板ロールを所定の位置で個々に切り離し、必要に応じて折り曲げ加工を施し、コンタクト部を得た。

得られたコンタクト部を用いてコネクタを組み立て、上記フレキシブルフラットケーブルを嵌合させたものを用い、以下の各環境下におけるウイスカ発生検査を行った。

ウイスカ発生検査
室温試験
上記コネクタに、上記フレキシブルフラットケーブルを嵌合させたものを、２５℃±２℃の温度、５０％ＲＨの相対湿度の環境下に４０００時間放置した。

耐湿試験
また、同様にしてフレキシブルフラットケーブルをコネクタと嵌合させたものを用意し、６０℃±２℃の温度、９３％±３％の相対湿度の環境下に４０００時間放置した。

熱衝撃試験
さらに、同様にしてフレキシブルフラットケーブルをコネクタと嵌合させたものを用意し、−４０℃環境下に３０分間、その後８５℃環境下に３０分間放置することを１サイクルとし、これを１５００サイクル繰り返した。

上記各試験後、フレキシブルフラットケーブルの接続部表面及びコネクタのコンタクト部表面を走査型電子顕微鏡により観察し、ウイスカの発生及びその長さを調べた。

得られた結果を下記表１に示す。

上記表１において、ウイスカの長さが５０μｍ未満を◎、５０μm以上１００μm未満を○、１００μm以上を×と判定した。
上記表１に示すように、いずれの環境においても、本発明にかかるプリント回路配線基板のフレキシブルフラットケーブルとコネクタとの接続部に５０μｍ以上のウイスカは発生しなかった。

本発明のフレキシブルフラットケーブルの一例を表す概略図図１ののＸ−Ｘ’断面図接続部の導体層の構成を説明するための模式的な断面図本発明にかかるプリント回路配線基板の一例を概略的に表す図コンタクト表面の断面の構成を説明するための模式的な断面図本発明にかかる電子機器の一例を表す概略図

符号の説明

１…導体層、２，３…絶縁性帯状シート、４…補強板、５…接続部、６…ハウジング、７…コンタクト部、１０，５２…フレキシブルフラットケーブル、１２…機器本体、１３…ディスプレイユニット、１９…キーボード、２０，５２…コネクタ、３０，５０…プリント回路配線基板、３１…嵌合口、３３…導体パターン、３４，４４…銅相、３５，４５…錫−銅合金相、４１…ポータブルコンピュータ

Claims

導体パターンが設けられた基板と、
前記基板上に前記導体パターンと電気的に接続して設けられたコネクタであって、銅と錫メッキ層を２２０ないし４００℃で加熱して構成された、銅相と前記銅相に重ねられた錫−銅相とを含むコンタクト部、及びこのコンタクト部と電気的に接続する接続部品の接続部を嵌合する嵌合口部を有した前記コンタクト部を保持するハウジングとを備えたコネクタと、
前記コンタクト部と電気的に接続し、錫メッキ層を有する銅線を２２０ないし３００℃で加熱して構成された、銅相と前記銅相に重ねられた錫−銅相とを含み、一対の絶縁性シートと、前記一対の絶縁性シートの間に配列されるとともに、前記絶縁性シートから露出されて前記嵌合口部に嵌合される接続部を有する複数の導体とを有する前記接続部品としてのフレキシブルフラットケーブルとを具備することを特徴とするプリント回路配線基板。
導体パターンが設けられた基板と、
前記基板上に前記導体パターンと電気的に接続して設けられたコネクタであって、銅と錫メッキ層を２２０ないし４００℃で加熱して構成された、銅相と前記銅相に重ねられた錫−銅相とを含むコンタクト部、及びこのコンタクト部と電気的に接続する接続部品の接続部を嵌合する嵌合口部を有した前記コンタクト部を保持するハウジングとを備えたコネクタと、
前記コンタクト部と電気的に接続し、錫メッキ層を有する銅線を２２０ないし３００℃で加熱して構成された、銅相と前記銅相に重ねられた錫−銅相とを含み、一対の絶縁性シートと、前記一対の絶縁性シートの間に配列されるとともに、前記絶縁性シートから露出されて前記嵌合口部に嵌合される接続部を有する複数の導体とを有する前記接続部品としてのフレキシブルフラットケーブルとを含むプリント回路配線基板と、
このプリント回路配線板と前記フレキシブルフラットケーブルを介して電気的に接続された電子部品とを具備することを特徴とする電子機器。