(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品が備える電子回路同士を接続する接続端子の表面に形成されたＳｎ−Ｂｉ系半田めっき被膜において、
Ｂｉの平均濃度を５〜２０重量％の範囲に設定すると共に、偏析によって被膜表面のＢｉ濃度を２０〜３５重量％の範囲に設定して内部に存在するＢｉの濃度より高めたことを特徴とする電子部品用めっき被膜。
【請求項２】
被膜形成時における電流密度を制御することにより、被膜表面に内部よりもＢｉ濃度の高い領域を偏析させたことを特徴とする請求項１に記載の電子部品用めっき被膜。
【請求項３】
めっき形成工程にて最終浴槽のＢｉ濃度をそれ以前の浴槽のＢｉ濃度よりも高く設定することにより、被膜表面に内部よりもＢｉ濃度の高い領域を偏析させたことを特徴とする請求項１に記載の電子部品用めっき被膜。
【請求項４】
電子回路同士を接続するための接続端子を備え、該接続端子の表面にＳｎ−Ｂｉ系半田によるめっき被膜を形成した電子部品において、
前記めっき被膜は、Ｂｉの平均濃度を５〜２０重量％の範囲に設定すると共に、偏析によって被膜表面のＢｉ濃度を２０〜３５重量％の範囲に設定して内部に存在するＢｉの濃度より高めたことを特徴とする電子部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子回路同士を接続するための接続端子に形成される鉛フリー半田めっき被膜、及び、めっき被膜を設けた接続端子を有する電子部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
配線ケーブル、配線基板、或いは、電気素子等の電子部品は、電子回路同士を電気的に導通させると共に電子部品同士を接合するための接続端子を備えている。この接続端子にはめっき被膜が形成され、このめっき被膜によって導通と接合が同時に行われている。このめっき被膜としては、従来より、Ｓｎ（錫）−Ｐｂ（鉛）系半田が用いられてきた。しかし、近年、鉛の環境への悪影響が指摘されており、鉛に代えてＢｉ（ビスマス）を添加したＳｎ−Ｂｉ系の鉛フリー半田が用いられるようになっている。
【０００３】
このＳｎ−Ｂｉ系の鉛フリー半田めっきについては、例えば、特開平１１−２５１５０３号公報等に開示されているように、Ｂｉを４重量％未満の濃度で含有させて用いられるのが一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、Ｂｉ濃度を４重量％未満に抑えたＳｎ−Ｂｉ系の半田めっきでは、Ｓｎ−Ｐｂ系半田めっきに比較して、２０〜３０℃程度融点が高くなり、接合工程における作業条件を変更したり、接合作業の温度上昇による電子部品への熱影響が避けられなかった。
【０００５】
本発明は上記した事情に鑑み提案されたもので、その目的は、Ｓｎ−Ｂｉ系半田めっきの融点をＳｎ−Ｐｂ系半田めっき程度に抑えることができる電子部品用めっき被膜、及び、電子部品を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために提案されたもので、請求項１に記載のものは、電子部品が備える電子回路同士を接続する接続端子の表面に形成されたＳｎ−Ｂｉ系半田めっき被膜において、
Ｂｉの平均濃度を５〜２０重量％の範囲に設定すると共に、偏析によって被膜表面のＢｉ濃度を２０〜３５重量％の範囲に設定して内部に存在するＢｉの濃度より高めたことを特徴とする電子部品用めっき被膜である。
【０００８】
請求項２に記載のものは、被膜形成時における電流密度を制御することにより、被膜表面に内部よりもＢｉ濃度の高い領域を偏析させたことを特徴とする請求項１に記載の電子部品用めっき被膜である。
【０００９】
請求項３に記載のものは、被膜形成めっき形成工程にて最終浴槽のＢｉ濃度をそれ以前の浴槽のＢｉ濃度よりも高く設定することにより、被膜表面に内部よりもＢｉ濃度の高い領域を偏析させたことを特徴とする請求項１に記載の電子部品用めっき被膜である。
【００１０】
請求項４に記載のものは、電子回路同士を接続するための接続端子を備え、該接続端子の表面にＳｎ−Ｂｉ系半田によるめっき被膜を形成した電子部品において、
前記めっき被膜は、Ｂｉの平均濃度を５〜２０重量％の範囲に設定すると共に、偏析によって被膜表面のＢｉ濃度を２０〜３５重量％の範囲に設定して内部に存在するＢｉの濃度より高めたことを特徴とする電子部品である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１及び図２に示すように、フレキシブル・プリンティング・サーキット（ＦＰＣ）やテープ・キャリア・パッケージ（ＴＣＰ）などのフレキシブルケーブル１（本発明の電子部品の一種）には、複数の接続端子２…が形成されている。そして、各接続端子２…における表面にはめっき被膜３が形成されている。なお、図１では、一方の端部しか図示していないが、他方の端部についても同様に構成されている。
【００１２】
このフレキシブルケーブル１は、互いに積層された基体フィルム４及び４´の内側に線状の導体パターン５（電子回路の一種）を複数横並びに形成した構成である。上記の基体フィルム４及び４´は、例えば、ポリイミド等の電気絶縁性を有するフィルムによって構成され、各導体パターン５…はＣｕ層（銅箔層）によって構成されている。
【００１３】
このフレキシブルケーブル１は、概ね次の手順で作製される。
まず、基体フィルム４の一方の表面全体に銅箔層を形成し、この銅箔層をフォトリソグラフィー等の方法によって部分的に除去する。これにより、基体フィルム４上に複数の導体パターン５…を形成する。
各導体パターン５…を形成したならば、基体フィルム４の導体形成面に基体フィルム４´を接合し、接続端子２となる導体先端部を露出させた状態で、各導体パターン５…を基体フィルム４´で覆う。
基体フィルム４´を接合したならば、各接続端子２…（即ち、各導体パターン５…の先端部分）の表面にめっき被膜３を形成する。このめっき被膜３の形成によってフレキシブルケーブル１が得られる。
【００１４】
上記のめっき被膜３は、Ｓｎ−Ｂｉ系半田により作製された被膜であり、その厚さは３〜１０μｍ程度とされる。このめっき被膜３は、例えば、Ｂｉの平均含有量が５〜２０重量％とされ、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）の少なくとも一成分を３重量％未満含有し、残余がＳｎとされる。なお、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎについては、Ａｇのみ、Ｃｕのみ、Ｚｎのみを添加してもよく、２成分或いは３成分添加しても良い。そして、２成分以上添加した場合には合計の添加量を３重量％未満とする。
ここで、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎの少なくとも一成分を微量含有させるのは、Ａｇ等の成分はＳｎに対して溶け易いからである。即ち、これらの添加成分を含有させることで半田付けの作業性を改善できる。なお、ＳｎとＢｉだけでめっき被膜３を構成してもよい。
そして、本実施形態におけるめっき被膜３の成分組成は、Ｓｎが８２重量％、Ｂｉが１６重量％、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎの混合成分が２重量％である。
【００１５】
このめっき被膜３は、偏析によって被膜表面３ａのＢｉ濃度を内部３ｂのＢｉ濃度より高めた点に特徴を有する。本実施形態では、被膜全体におけるＢｉの平均含有量が１６重量％であるのに対し、被膜表面３ａのＢｉ濃度を３０重量％まで高めている。
なお、めっき被膜３におけるＢｉの平均含有量は、上記したように５〜２０重量％で変えられるため、被膜表面３ａのＢｉ濃度も平均含有量に応じて変化する。例えば、Ｂｉの平均含有量が５〜２０重量％で変化した場合、被膜表面３ａのＢｉ濃度は２０〜３５重量％の範囲で変化する。
【００１６】
このめっき被膜３では、被膜表面３ａ側のＢｉ濃度が内部３ｂの濃度よりも高いため、被膜表面３ａの融点を、Ｂｉの平均含有量で規定される融点よりも下げることができる。例えば、偏析させていないめっき被膜に比較して、１０〜２０℃程度低くできる。
本実施形態の組成では、被膜表面３ａのＢｉ濃度が３０重量％程度であるため、この被膜表面３ａはＳｎ−Ｐｂ系めっき被膜と同程度の２００℃で溶融する。そして、被膜表面３ａが溶融すると、内部３ｂについても連鎖的に溶融する。従って、部品同士の接続作業をＳｎ−Ｐｂ系めっき被膜と同程度の加熱温度で行うことができる。
【００１７】
このめっき被膜３の形成は、例えば、電界めっき法や無電解めっき法によりなされる。
【００１８】
電解めっき法による被膜形成方法では、電流密度を調整することによりＢｉの厚さ方向の成分比を変化させることが可能であり、被膜形成の最終段階で電流値を低下させることにより、被膜表面３ａ側に内部３ｂよりもＢｉ濃度の高い領域を偏析させることができる。
【００１９】
例えば、被膜形成の最終段階で電流値を１．５Ａとし、それ以前の電流値を２．５Ａに設定することで、被膜表面３ａ側に内部３ｂよりもＢｉ濃度の高い領域を偏析させることができる。
【００２０】
また、無電解めっき法による被膜形成方法では、複数のめっき浴槽を備えた無電解めっき処理装置を用いて、複数の浴槽を通過させて順次被膜厚さを増加させるが、最終浴槽のＢｉ濃度をそれ以前の浴槽のＢｉ濃度よりも高く設定することにより、被膜表面３ａ側に内部３ｂよりもＢｉ濃度の高い領域を偏析させることができる。
【００２１】
例えば、最終浴槽のＢｉ濃度を３０重量％とし、それ以前の浴槽におけるＢｉ濃度を５重量％に設定することにより、被膜表面３ａ側に内部３ｂよりもＢｉ濃度の高い領域を偏析させることができる。
【００２２】
次に、このめっき被膜３が形成されたフレキシブルケーブル１を用いた電子部品同士（即ち、電子回路同士）の接続作業について説明する。ここで、図３は、上記のフレキシブルケーブル１が用いられたインクジェット式記録ヘッド１１（以下、記録ヘッド１１という。）を説明する図である。
【００２３】
まず、この記録ヘッド１１の構造について簡単に説明する。記録ヘッド１１は、複数の圧電振動子からなる振動子群１２、固定板１３、及び、フレキシブルケーブル１等をユニット化した振動子ユニット１４と、この振動子ユニット１４を収納可能なケース１５と、ケース１５の先端面に接合される流路ユニット１６と、ケース１５の取付面側に配設される配線基板１７とを備えている。
【００２４】
ケース１５は、先端と後端が共に開放した収納空部１８を内部に形成した合成樹脂製のブロック状部材であり、収納空部１８内には振動子ユニット１４が収納固定されている。
【００２５】
上記の振動子群１２は電子部品の一種であり、外部電極パターン（電子回路の一種，図示せず。）がフレキシブルケーブル１の各導体パターン５…と導通される。この振動子群１２は、例えば、３０μｍ〜１００μｍ程度の極めて細い幅の櫛歯状に切り分けられた複数の圧電振動子によって構成されている。そして、この振動子群１２は、自由端部が固定板１３の縁から外側に突出された状態で固定板１３に接合されている。また、固定板１３とは反対側の表面には、外部電極パターンの接続端部が形成され、この接続端部によって接点面１２ａが構成されている。上記のフレキシブルケーブル１の一端は、この接点面１２ａ上で振動子群１２と接合される。
【００２６】
流路ユニット１６は、ノズル開口２０、圧力室２１、及び、共通インク室２２等が形成された部材であり、例えば、シリコン基板やステンレス板によって構成されている。そして、この流路ユニット１６は、ケース１５の先端面に接着されている。
【００２７】
上記の配線基板１７もまた電子回路の一種であり、コネクタや導体パターン（電子回路の一種，何れも図示せず。）を備えた所謂プリント配線基板によって構成されている。
【００２８】
そして、この記録ヘッド１１を組み立てるにあたり、振動子ユニット１４が作製される。この振動子ユニット１４を作製するにあたっては、振動子群１２と固定板１３とが接合されたサブユニットに対し、上記のフレキシブルケーブル１が接合される。
【００２９】
この接合作業時においては、図３（ｂ）に示すように、振動子群１２の接点面１２ａ上にフレキシブルケーブル１の一端部を載置して位置決めし、振動子群１２とは反対側のケーブル表面から加熱圧着端子２５を押圧する。この加熱圧着端子２５の押圧によって、めっき被膜３が加熱再溶融（リフロー）する。さらに、加熱圧着端子２５をケーブル表面から離隔することでめっき被膜３が固化し、フレキシブルケーブル１と振動子群１２とが接合される。
【００３０】
この場合、本実施形態のめっき被膜３は、偏析によって被膜表面３ａのＢｉ濃度が３０重量％程度まで高められているので、上記したようにＳｎ−Ｐｂ系めっき被膜と同程度の約２００℃の温度で溶融する。従って、加熱圧着端子２５の温度を従来と同程度に調整すればよく、フレキシブルケーブル１の破損、例えば、基体フィルム４及び４´の破損やフレキシブルケーブル１に実装されている制御用ＩＣ（図示せず）の破損を防止することができる。
【００３１】
また、作製された振動子ユニット１４をケース１５内に接着した後においては、配線基板１７とフレキシブルケーブル１の他端部を接合する。
【００３２】
この接合作業時においては、図３（ｃ）に示すように、配線基板１７の接点面１７ａ上にフレキシブルケーブル１の他端部を載置して位置決めし、配線基板１７とは反対側のケーブル表面から加熱圧着端子２５を押圧する。この加熱圧着端子２５の押圧によってめっき被膜３がリフローし、加熱圧着端子２５をケーブル表面から離隔することでめっき被膜３が固化する。このめっき被膜３の固化によってフレキシブルケーブル１と配線基板１７とが接合される。
【００３３】
この場合においても、偏析によってめっき被膜３における被膜表面３ａのＢｉ濃度が３０重量％程度まで高められているので、加熱圧着端子２５の温度を従来（即ち、Ｓｎ−Ｐｂ系のめっき被膜）と同程度に調整すればよく、フレキシブルケーブル１の破損を防止できる。
【００３４】
このように、本実施形態では、接続端子２に形成されためっき被膜３に関し、偏析によって被膜表面３ａのＢｉ濃度を内部３ｂよりも高めているので、被膜表面３ａについては、めっき被膜３の平均Ｂｉ含有量で規定される融点よりも下げることができる。そして、めっき被膜３の内部３ｂについては、被膜表面３ａの溶融に伴って溶融させることができる。これにより、Ｂｉ濃度を抑えつつもめっき被膜３の融点を下げることができる。これにより、Ｓｎ−Ｂｉ系半田における融点を、Ｓｎ−Ｐｂ系半田めっき程度に抑えることができ、Ｓｎ−Ｐｂ系半田めっきと同一条件で接合作業を実施することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、Ｂｉの平均濃度を５〜２０重量％の範囲に設定すると共に、偏析によって被膜表面のＢｉ濃度を２０〜３５重量％の範囲に設定して、内部に存在するＢｉの濃度よりも高めたので、被膜表面については、Ｂｉの平均含有量で規定される融点よりも低い温度で溶融する。そして、被膜表面が溶融すると、内部についても連鎖的に溶融する。このため、接合温度を、従来のＳｎ−Ｐｂ系半田めっき被膜と同等の温度まで下げることができる。
従って、電子部品への熱影響も従来レベルに抑えることが可能となり、品質レベルの大幅な変動を防止することができるものである。また、技術の多様化も図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】フレキシブルケーブルの端部を説明する図である。
【図２】めっき被膜を説明する部分拡大断面図である。
【図３】フレキシブルケーブルを用いた記録ヘッドを説明する図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は振動子ユニットにおけるサブユニットとフレキシブルケーブルの接合を説明する図、（ｃ）は配線基板とフレキシブルケーブルの接合を説明する図である。
【符号の説明】
１  フレキシブルケーブル
２  接続端子
３  めっき被膜
３ａ  被膜表面
３ｂ  内部
４，４´  基体フィルム
５  導体パターン
１１  インクジェット式記録ヘッド
１２  振動子群
１３  固定板
１４  振動子ユニット
１５  ケース
１６  流路ユニット
１７  配線基板
１８  収納空部
２０  ノズル開口
２１  圧力室
２２  共通インク室
２５  加熱圧着端子
【図１】
0003700663.tif 000002
【図２】
0003700663.tif 000003
【図３】
0003700663.tif 000004